从实验室到田间：瑞典农业科学大学利用Specim高光谱成像技术推进作物养分监测

准确监测作物养分含量对实现可持续且高效的农业至关重要。然而，传统的实验室检测方法往往耗时较长、具有破坏性，且不适合在整个生长季节内持续追踪养分浓度。

在Hyper-näring项目中，瑞典农业科学大学(SLU)的研究人员正致力于通过将先进的农学研究与Specim的高光谱成像解决方案相结合，从而克服这些限制，实现从受控实验室环境到真实田间环境的全过程无损养分分析。

图1.使用便携式Specim IQ在野外采集图像。从这些图像中，我们可以提取冠层级别的反射率值。

传统的养分分析方法主要依赖于破坏性采样和耗时的实验室工作流程。尽管这些方法准确，但它们限制了测量的频率，且难以观察多种养分物质浓度随时间的变化情况。SLU的研究重点在于开发一种可在不同生长阶段进行重复、非侵入性的测量方法，同时确保实验室实验与田间试验结果的一致性。

高光谱成像技术通过采集植物在数百个波段上的详细光谱信息，为本研究奠定了基础。为了支持完整的研究工作流程，SLU整合了多套Specim高光谱系统。实验室高分辨率测量使用Specim FX17进行，而便携式Specim IQ则可以在受控环境之外灵活采集数据。在真实农业条件下的田间测量则使用Specim RS10系统完成。

图2.在实验室和田间条件下进行无损测量的FX17相机配置。
FX17安装在连接三脚架的RS10系统上，使我们能够拍摄盆中植物（在实验室或温室中）以及田间植物的图像。

这些系统共同实现了在不同环境中采集可比性强的高光谱数据——这是将其扩展到实际应用中的验证方法基本要求。
“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性，”SLU Hyper-näring项目的首席研究员Julianne Oliveira表示。

图3.检查图像质量和光照条件。对盆中植物进行拍摄并采集样本后，
我们还使用配备LabScanner 40×20的Specim FX17对植物样本进行了扫描。

该项目的初步结果表明，在识别与养分相关的光谱特征以及追踪植物养分浓度随时间的变化方面，其具有巨大的潜力。由于高光谱成像能够采集丰富的数据集而非单一参数测量值，因此当新的研究问题出现时，可以重新利用这些数据——这不仅显著提高了研究效率，也提升了其长期的科学价值。

除了养分分析，高光谱数据还能为植物健康状况提供更全面的视角。同一组测量数据可用于支持作物胁迫、病害指标及生物量发育的研究，这使得高光谱成像成为精准农业和植物科学领域中一种多功能的工具。这种从单一数据集提取多种信息的能力，对于开发综合性的作物监测方法尤为宝贵。

图4.用于拍摄盆中植物的实验室装置。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，但安装在RS10上。这确保了两种相机在相同条件下捕获同一植物的图像。

尽管Hyper-näring项目是一项科学研究，但其影响已超越实验室范畴。通过证明高光谱成像技术能够从受控实验到真实田间环境实现一致应用，SLU的研究为未来面向农场的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通过提供从研究到田间应用全过程所需的准确性、便携性和灵活性，助力这一转型。

图5. 2025 年在Uppsala举行的项目研讨会，在田间条件下进行了相机演示和测试。此外，我们还讨论了田间试验设计和数据采集规程。

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无论您专注于作物研究、精准农业还是植物表型分析，Specim的高光谱成像解决方案都能在各种环境中提供可靠且无损的分析——从实验室研究到田间应用。

关于Specim

作为高光谱成像（HSI）行业的龙头公司之一，Specim产品涵盖从可见光到热红外全部波段的测量，为用户提供全面的高光谱成像解决方案，满足工业、科学和研究用户的不同需求。产品包括工业高光谱相机、实验室高光谱相机以及机载高光谱相机，适配客户特定的使用场景。Specim以分拣机客户为核心，同时在分选回收、食品和制药等行业也拥有广泛的客户群体。去年，Specim正式推出全新的SpecimONE高光谱成像平台，该平台使高光谱成像技术更便利、更快捷地与分拣机相结合。2021年起，SpecimONE平台可开始交付。借助SpecimONE平台，柯尼卡美能达将进一步扩大工业领域中高光谱成像的业务。

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