Люмінесцентне маркування листя для дистанційного моніторингу рослин
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya4(80).2025.155Анотація
Люмінесцентні маркери, як засоби для моніторингу стану рослин в точному землеробстві, привертають все більшу увагу у зв’язку із розвитком сучасних технологій збору, обробки та зберігання даних. Поєднання оптичних характеристик (відбивання та випромінювання світла) маркерів (люмінофорів) та листя рослин дозволяє здійснювати такий моніторинг дистанційно, що сприяє автоматизації процесу вирощування рослин. При цьому вибір люмінофора та способу його нанесення на рослину залишається актуальним напрямом наукових досліджень. У цій роботі проаналізовано результати дослідження оптичних характеристик: дифузного відбивання, спектрів фотолюмінесценції та її збудження листя «до» та «після» нанесення на нього суспензій двох типів: люмінофор+вода та люмінофор+вода+ПВА, де люмінофором є порошок SrAl2O4:Eu,Dy. З’ясовано, що в результаті нанесення суспензій обох типів дифузне відбивання світла листям зростає в усій видимій області. Щодо спектрів фотолюмінесценції листя без нанесених суспензій, то тут спостерігалися три смуги: одна - низької інтенсивності з максимумом при 535 нм, та дві інтенсивні - з максимумами при 685 та 740 нм. Останні дві смуги червоного свічення відповідають випромінюванню молекул хлорофілу а, в той час як смуга при 535 нм може бути пов’язана із люмінесценцією каротиноїдів у складі листя. Нанесення суспензії SrAl2O4:Eu,Dy+H2O, практично, не призводить до зміни спектра власної «червоної» ФЛ листя в області 625 – 825 нм, тоді як для листя покритого суспензією SrAl2O4:Eu,Dy+H2O+ПВА має місце зростання інтенсивності свічення в області 450 – 650 нм, порівняно із інтенсивністю смуги на 685 нм. Відносна інтенсивність смуги на 740 нм, при цьому, падає. Продемонстровано, що спектри фотолюмінесценції зразків листя є чутливими до зміни довжини хвилі збудження ФЛ, що дозволяє селективно збуджувати фотолюмінесценцію люмінофорної мітки та хлорофілу a, що міститься в листі. Одержані результати вказують на можливість використання оптичних властивостей листя обробленого суспензіями для збору інформації щодо стану рослини, з метою застосування в рослинництві концепції Інтернету речей (IoT).
Ключові слова: люмінесцентний маркер, поглинання світла, фотолюмінесценція, хлорофіл
Посилання
1. Mulla, D. J. (2013). Twenty five years of remote sensing in precision agriculture: Key advances and remaining knowledge gaps. Biosystems Engineering, 114(4), 358-371.
2. Senoo, E. E. K., Anggraini, L., Kumi, J. A., Karolina, L. B., Akansah, E., Sulyman, H. A., ... & Aritsugi, M. (2024). IoT solutions with artificial intelligence technologies for precision agriculture: definitions, applications, challenges, and opportunities. Electronics, 13(10), 1894.
3. Adão, T., Hruška, J., Pádua, L., Bessa, J., Peres, E., Morais, R., & Sousa, J. J. (2017). Hyperspectral imaging: A review on UAV-based sensors, data processing and applications for agriculture and forestry. Remote Sensing, 9(11), 1110.
4. Wang, C., Yang, H., Chen, F., Yue, L., Wang, Z., & Xing, B. (2021). Nitrogen-doped carbon dots increased light conversion and electron supply to improve the corn photosystem and yield. Environmental Science & Technology, 55(18), 12317-12325.
5. Li, W., Lin, J., Huang, W., Wang, Q., Zhang, H., Zhang, X., ... & Lei, B. (2024). Delivery of luminescent particles to plants for information encoding and storage. Light: Science & Applications, 13(1), 217.
6. Zhang, H. Y., Su, W. H., Jiang, B., & Peng, Y. (2025). Automatic visualization of crop signaling markers in tomato plants for differentiation of labeled plants from weeds based on fluorescence imaging. Computers and Electronics in Agriculture, 231, 110009.
7. Far, L. Đ., Zeković, I., Periša, J., Ristić, Z., Alodhayb, A., Dramićanin, M. D., & Antić, Ž. (2023). Luminescent Eu3+ doped SrF2 nanoparticles for fluorescent detection of fertilizers. Optical Materials, 142, 114061.
8. Hematulin, S., Krobthong, S., Yingchutrakul, Y., Tachapermpon, Y., & Treesubsuntorn, C. (2025). Developing Light‐Emitting Plants (LEPs) with SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ by using pressure infiltration, optimal conditions for glowing and plant stress response. Chemistry & Biodiversity, e202500071.
9. Chornii, V., Nedilko, S., Lazarenko, M., Alekseev, O., Sosnovs’ka, M., Barbash, V., ... & Suchocki, A. (2025). Fabrication and mechanical, dielectric and optical properties of cellulose paper embedded with SrAl2O4:Eu,Dy phosphor. Journal of Renewable Materials, 13(4), 653.
10. Israsena Na Ayudhya, T., Posey, F. T., Tyus, J. C., & Dingra, N. N. (2015). Using a microscale approach to rapidly separate and characterize three photosynthetic pigment species from fern. Journal of Chemical Education, 92(5), 920-923.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Енергетика і автоматика
TЦя робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
