人口增长和气候变化的力量以及技术进步和许多其他因素将塑造未来的农业。然而，最终，这意味着未来的农场将需要用更少的钱生产更多的东西，而且可能是在更糟糕的条件下。使未来农业成为可能的先进技术目前正在开发中。
植物生理学研究
植物生理学，如何以多种方式增长，繁殖和发展，影响产量和质量。光可能是影响植物生理学的最重要的环境因素。
植物对环境中光线的质量、方向、数量和持续时间有不同的反应。它们产生激素和其他次生代谢物，影响食品质量、产量和味道。
对于成功的室内栽培，了解植物对光线的反应是至关重要的。来自比利时、丹麦和保加利亚的研究人员一直在研究不同光照条件对植物生理的影响。植物有光感受器，可以感知紫外线a、紫外线b、红光和蓝光。这些光感受器可以感知光的质量、强度、持续时间和方向。
红光与蓝光
光合有效辐射(PAR) 400-700波长范围内光合作用所利用的光子数用光合光子通量密度(PPFD)表示。在靠近地表的地方，红色和蓝色的光被有效吸收，它们是光合作用最关键的波长。
叶绿素是植物光合作用的主要色素，它同时吸收蓝光(420-450 nm)和红光(600-7100 nm)。
- 叶绿素a型在430 nm(蓝色)和665 nm(红色)处有吸收峰。
- 叶绿素-B具有453nm（蓝色）和642nm（红色）的吸收峰
叶绿素中的光吸收浸入550nm的最低点。（Ouzounis 2019）
由于蓝光的频率更高，因此波长更短，所以蓝光比红光具有更多的能量。然而，光合作用取决于吸收的光子总数，而不是单个光子的能量含量。在蓝光的情况下，额外的能量以热量的形式损失了。在蓝色的低效率范围内，这种效应是明显的。（Ouzounis 2019）
不同种类的植物对红光和蓝光的反应不同，甚至同一种植物的不同类型在不同的光照条件下也能更好地茁壮成长。容器内出售的幼苗通常生长在光照不足、拥挤的环境中，由于光照质量差，下胚轴(位于种子叶片下方、根正上方的茎)通常会变长。
植物是不自然的高有低的鲜重产量，薄的叶子生长的结果。这种细长的特征在香料植物和草本植物中尤为突出。由于在萌发阶段的光质量，特别是莳萝植物有较少的叶片，高伸长，叶面积更小。
波兰波兹南生命科学大学的研究人员检测了在红光比例恒定的情况下，不同数量的蓝光在10%到15欧洲杯线上买球%之间，以及它对莳萝植物的影响。他们发现，一般情况下，红光处理的莳萝植株整体较高，节间较长，而蓝光处理的植株节间较短，产量较高。
然而，植物对蓝光的反应非常敏感，不仅依赖于蓝色或红光的比例，而且是植物的生长阶段。（Frąszczak2016）
在高剂量蓝光照射下，萌发前几周下胚轴茎结构的伸长受到最大的抑制，其中50%蓝光照射下的下胚轴长度最短。
然而，在较晚的生长阶段，较低量的蓝光可能足以抑制伸长率，同时提供净光合速率的优势，其中在植物中发现最高值的蓝光在30％以下。（Frąszczak2016）
其他植物品种在不同条件下生长最好。例如，研究发现红蓝光比例为1:1对樱桃番茄有效，而红蓝光比例为0.9:0.1对某些菠菜、生菜和萝卜更有效。
虽然蓝光抑制了生菜和莳萝植物的茎伸长，但蓝光下生长的茄子的茎比其他任何颜色下生长的茄子都长。光也可能改变非食用商业植物的表达。提高菊花和玫瑰中蓝光的比例会导致花朵高度降低。（Frąszczak2016）
紫外线辐射
由于臭氧层的损耗，紫外线- b辐射(280-315纳米)对地球上的生物有越来越不利的影响。此外，除了非常高的海拔，紫外线- c辐射在高层大气中被吸收，很少到达地球表面。然而，在1997年，科学家记录了直接到达马德里地面的太阳UV-C辐射。(Katerova 2009)
保加利亚科科学院研究人员检测了UV-B和U欧洲杯线上买球V-C暴露对调节环境压力反应的三种重要植物激素的影响：
- 脱落酸(ABA)
- 吲哚-3-乙酸（IAA）
- 1-氨基环丙烷-A-羧酸（ACC）
这些植物激素是调节植物发育过程的一部分，如侧根的形成和植物对环境线索的反应。(Katerova 2009)
人造光的光谱特性
一般来说，温室每天为植物提供16到20小时的人工光照，光照强度范围为100-200 μmol٠m－20s.－1．多年来，在室内植物栽培中，高压钠(HPS)球茎因其高效(1.9 μmol٠m)一直是行业标准－2٠W－1)将电能转化为光合有效辐射。
然而，来自HPS灯的光仍然是次优的，产生的光主要在黄色和橙色范围，一些红光在550到650纳米之间。只有大约5%的HPS灯泡产生的光在蓝色范围内，而且没有办法改变它们的光谱输出。
发光二极管（LED）在窄谱内供应光，其从紫外线到近红外线，允许操纵光谱以溶解生理改变，促进植物生长的潜在增强。LED的光分布特性是可比的或超越其HPS对应物，使其成为完全可扩展的替代品。
越来越多的led具有可与HPS灯相媲美的量子效率，并且在一些新的丹麦和荷兰制造的灯具中(2.2-2.4 μmol٠m)－2٠W－1)，甚至可以超过HPS灯的能力。此外，led是耐用的固态光源，提供更好的灯泡寿命，可达10万小时，而HPS的平均寿命为1万至2万小时。（Ouzounis 2019）
Avantes公司的光谱仪被用于增强LED光混合物，此外，它们还可以自动调节温室内的遮阳系统，以调节每天的光积分(DLI)，即植物在24小时内接收到的总光量。Avantes是在温室环境中实施光谱学的先驱。
工厂健康监测和质量评估
在智能农业中，一个较多常规的兴趣领域是实现衡量植物质量和健康的非侵入性手段。由于它需要有限的硬件，并且可以以极高的速度（例如，每秒600个光谱）进行，光谱漫射反射完全适合于本申请。
这种方法的一个很好的例子可以在图1中观察到，它显示了一个安装在拖拉机顶部的传感器头部，它正在拉动一个施肥器。该系统是由Yara AG公司开发并商业化的，它可以测量太阳光照，并将其与农作物的反射数据同时关联起来。
作物的反射光提供了有关叶绿素含量的丰富信息，可以产生健康评分，然后实时调节施肥水平，并将其绘制到GPS坐标上，以便今后监测。该系统为智能农业优化资源以提高农业产量的潜力提供了一个很好的例子。
额外的农业生产领域，其中已经成功实施了光谱方法是作物质量。来自巴伦西亚的工业大学的研究人员正在利用Avantes Instruments开发芒果质量指数以开发预测建模和创建机器人夹具，该机器人夹具能够同时进行NIR和触觉光谱测量来建立芒果成熟和质量。（Cortes 2017）
这种果实质量的这种非破坏性技术基于芒果样品的物理和生化特性。通常，在成熟时，芒果尚未准备好消费，需要一段时间熟化，在此期间发生许多重要的物理和化学改变。
结合与芒果皮肤直接接触的光纤探针，利用漫反射光谱测量抗坏血酸，可溶性固体，肤色和含水量的任何改变。
为了开发这一质量指标，采用了Avantes多通道光谱系统。AvaSpec-ULS2048-USB2 Starline光谱仪的可见光范围为600-100 nm, AvaSpec-NIR256-1.7 NIRLine光谱仪的可见光范围为900-1750 nm。
光谱表征的光谱学
光谱辐射计和光谱仪是表征农业中人工光和自然光的重要工具。这些设备有时会与传感器混淆，它们提供关于植物吸收、接收或传输的光的数量和质量的可靠信息。
相反，传感器通常只能测量聚集接收到的窄波段波长。光谱仪是表征这一成分的有价值的工具，因为植物接收到的光波长组成的重要性。
AvaSpec仪器是强大的和优化的现场光谱挑战。在UV/VIS范围内AvaSpec-ULS2048CL-EVOAvaSpec-Mini2048CL是该应用程序中使用的两个更常见的候选工具。由于其高速的数据采集、紧凑和坚固的设计以及热稳定性，它们是现场应用的最佳选择。
AvaSpec-Nir256 / 512-1.7-Evo和AvaSpec-Nir256 / 512-1.7-HSC-EVO是近红外应用领域的青贮和晶粒分析的进入仪器。
资源
- Cortés, Victoria, Carlos Blanes, José Blasco, Coral Ortíz, Nuria Aleixos, Martín Mellado, Sergio Cubero，和Pau Talens。同时触觉传感、可见和近红外反射光谱在芒果质量评估机器人抓取器中的集成生物工程162(10 2017):112-23。doi: 10.1016 / j.biosystemseng.2017.08.005。
- Cortés, V.， C. Ortiz, N. Aleixos, J. Blasco, S. Cubero和P. Talens。芒果内部质量新指标及其外部可见和近红外反射光谱预测采后生物学与技术118(2016年08月):148-58。doi: 10.1016 / j.postharvbio.2016.04.011。
- Frąszczak，芭芭拉。“不同剂量的蓝光对莳萝植物生物识别性状和光合作用的影响。”Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca 44，没有。1（06年，2016年）。DOI：10.15835 / NBHA.44.1.10212。
- Katerova，Z.，S. Ivanov，E.Prinsen，H.Van Onckelen，V.Alexieva和A. Azmi。“低剂量的紫外线-B或紫外线 - C辐射影响幼豌豆植物中的植物激素。”Biologia plantarum 53，NO。2（06 2009）：365-68。DOI：10.1007 / S10535-009-0068-1。
- Ouzounis，Theoharis，Eva Rosenqvist和Carl-Otto Ottosen。“人造光对植物生理学和次生新陈代谢的光谱效应：综述。”Hort欧洲杯线上买球science 50，没有。8（2015年08）：1128-135。DOI：10.21273 / hortsci.50.8.1128。
该信息的来源、审查和改编来自Avantes BV提供的材料。欧洲杯足球竞彩
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