基于微波热声成像的植物叶片水分含量分布无损检测技术研究

目的 植物叶片水分含量分布是衡量植物生理生化的重要指标，该指标也是农业科学领域中制定抗旱策略的重要依据。微波成像对水分含量分布和变化具有高对比度，超声成像对水分含量分布具有高分辨率。据此，本文提出兼具微波和超声成像优势的无损微波热声成像（thermoacoustic imaging，TAI）技术，并用此技术开展了植物叶片水分含量分布的无损检测研究，进行植物叶片水分含量分布的检测，对于实现精准灌溉、发展节水农业、提高水资源利用率有重要意义。方法 本文构建了激发频率3.0 GHz、横向分辨率406 μm的二维透射式TAI系统。基于主动加热技术（150°C热风，90 s），模拟3组曼陀罗叶片水分流失过程，对其TAI图像进行定量分析。结果 加热导致叶片局部水分流失，微波热声信号降低 （信号最大变化量为10%），验证了基于TAI技术实现植物叶片水分含量变化无损检测的可行性。实现了曼陀罗、野茼蒿和紫苏叶片水分含量分布的无损检测，检测结果与核磁共振成像吻合。结论 本研究有助于实现精准灌溉，为植物在正常和胁迫环境下对环境的响应特性研究提供技术支撑。尤其是与非接触超声检测技术相结合，可以实现植物叶片水分含量的遥感成像，更具实用价值。