从实验室到田间：SLU 借助 Specim 高光谱成像推进作物养分监测
准确监测作物养分含量，对实现可持续、高效率的农业发挥着关键作用。然而，传统的实验室检测方法往往耗时长、具有破坏性，难以在整个生长季内持续跟踪养分浓度的变化。在 Hyper-näring 项目中，瑞典农业科学大学（SLU）的研究人员将前沿农学研究与 Specim 高光谱成像解决方案相结合，力图突破这些局限，实现从受控实验室条件到真实田间环境的无损养分分析。
图 1. 在田间使用便携式 Specim IQ 采集图像。通过这些图像，我们可以提取冠层级别的反射率数值。
传统的养分分析在很大程度上依赖破坏性取样和耗时的实验室流程。这些方法虽然准确，但限制了测量频次，也难以观察多种养分浓度随时间的变化。SLU 的研究旨在开发一种能够在不同生长阶段进行重复、无损测量的方法，同时保持实验室实验与田间试验之间的一致性。高光谱成像通过捕捉植物在数百个波长波段上的详细光谱信息，为这项工作奠定了基础。为支撑完整的研究流程，SLU 组合使用了多套 Specim 系统：实验室的高分辨率测量使用 Specim FX17；便携式 Specim IQ 支持在受控环境之外灵活采集数据；而真实农业条件下的田间测量则使用 Specim RS10 系统完成。
图 2. 用于实验室和田间两种条件下无损测量的 FX17 相机配置。FX17 安装在与三脚架相连的 RS10 系统上，使我们既能拍摄（实验室或温室中的）盆栽植物，也能拍摄田间植物。
这些系统协同工作，能够在不同环境中采集具有可比性的高光谱数据——这是验证方法并将其推广至实际应用的必要条件。SLU Hyper-näring 项目首席研究员 Julianne Oliveira 表示：“Specim 的高光谱系统使我们能够在不破坏植物材料的情况下同时监测多种养分，这为理解不同生长阶段的养分动态开辟了全新的可能。”
图 3. 检查图像质量与光照条件。在对盆栽植物成像并收获植物材料后，我们还使用搭载 LabScanner 40×20 的 Specim FX17 对植物样本进行了扫描。
项目的早期结果显示，该技术在识别养分相关光谱特征、跟踪植物养分浓度随时间演变方面具有巨大潜力。由于高光谱成像捕捉的是丰富的数据集而非单参数测量，随着新研究问题的出现，同一份数据可以被反复利用——显著提升了效率和长期科学价值。除养分分析外，高光谱数据还能为植物健康提供更广阔的视角：同样的测量可以支持作物胁迫、病害指标和生物量发育等研究，使高光谱成像成为精准农业和植物科学领域的多功能工具。这种从单一数据集中提取多重信息的能力，对于开发综合性的作物监测方法尤为宝贵。
图 4. 用于拍摄盆栽植物的实验室装置。图中可见 Specim IQ 相机及其对应的图像。Specim FX17 在相同条件下使用，但安装于 RS10 系统上。这确保了两台相机在完全相同的条件下拍摄同一株植物。
尽管 Hyper-näring 项目植根于科学研究，其意义却超出了实验室的范围。通过证明高光谱成像可以在从受控实验到真实田间条件的全过程中稳定应用，SLU 的工作为未来的农场端诊断工具和数据驱动的养分管理奠定了基础。Specim 的高光谱成像解决方案凭借贯穿“从科研到田间”全链条所需的精度、便携性与灵活性，为这一转型提供支持。
图 5. 2025 年在乌普萨拉举行的项目研讨会。我们在田间条件下演示并测试了相机，还讨论了田间试验设计和数据采集规程。
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