我国作为一个传统人口大国，农业发展作为基础产业，是关系着国民生存发展的头等大事。精细农业，是一门始于上世纪八十年代的新兴交叉学科，作为一种结合计算机技术、信息技术和卫星定位技术的现代化农业理念，其能够应对不同的农业资源、环境和社会经济状况，从而实现农业现代化和精细化管理的应用解决方案，提高了农业可持续发展水平。

   水作为农业发展的命脉，是关系到国民生活和国家经济发展的根本。我国作为一个世界性农业大国，农业用水份额占据总份额的 60%以上，但水资源却极其匮乏。因此，这给我国农业发展、人民生活和社会发展造成了很大的阻碍。作物叶片作为作物自身最为重要的生理器官之一，其内部水分含量变化情况，可直观地反映出作物的水分信息状况，进而可通过作物的水分情况掌握作物生长状态信息。因此，在精细农业中，可以通过测量作物叶片含水量，从而达到对作物生长过程中水分信息的实时监测，并将该信息反馈给农业灌溉系统，为实现农田管理中作物水分精准灌溉提供了一定的科学理论依据。

   综上所述，通过对作物叶片含水量的检测，可以了解作物受旱情况，有利于农业精细化节水灌溉系统的实现，为缓解我国农业用水紧张、提高用水效率具有非常重要意义。而如何能够实时、精准、快速而又无损的获取作物叶片的水分信息，则成为该理论技术的关键，是一个亟待解决的科学研究问题。

科学家们基于太赫兹成像技术，以大豆叶片作为研究对象，采用主成分分析法挑选出水分敏感波段，对特征频率下的图像进行特征参数提取和分析，并结合不同算法建立水分预测模型，对比分析各模型性能，挑选出一种基于最优参数的叶片含水率预测模型，为作物叶片水分含量检测提供新方法和新思路。

研究所用大豆品种为中黄13。选取 32 盆长势良好的开花期大豆植株，每一盆分别剪取上层、中层、下层各一片叶片，总计96 片叶片作为研究样品。

大豆叶片图像

太赫兹时域( A) 频域   ( B) 光谱图

主成分载荷曲线

特征频率下的大豆叶片太赫兹图像

叶片太赫兹图像处理过程

利用大豆叶片的太赫兹图像信息，通过 PCA提取出光谱特征波段，处理特征波段图像，求取图像特征并进行分组，分别通过 MLR、BP-ANN和 LS-SVM 这 3 种算法进行建模。对比分析各模型性能发现：叶肉特征模型组建模效果最好，叶片特征模型组次之，叶脉特征模型组效果最差；从模型决定系数和均方根误差来看，基于G3 的 LS-SVM 模型预测精度高且稳定性好，明显优于其他模型；综合各模型的预测结果可以看出，用太赫兹成像技术这一手段来检测叶片中的含水率是可行的，且具有较好的预测效果。本研究同样适用于其他作物叶片水分含量的测定，为作物叶片水分检测提供了一种新的思路。

本次研究所选的植物叶片为绿萝叶片，共６盆绿萝植株。绿萝是喜阴性植物，生命力顽强，遇水即能成活。实验前每盆绿萝盆栽浇充足水分，待叶片充分吸收水分后，从每盆绿萝盆栽上摘取一片大小、形状、颜色相近的新鲜叶片，共 ６片绿萝叶片。

高聚乙烯板吸收系数

叶片吸收系数

叶片的水分变化结果（单位：ｇ）

叶片在不同频率下成像

本研究利用太赫兹技术进行了绿萝离体叶片自然条件下水分含量变化的初步检测实验。利用高聚乙烯板作为检测叶片水分含量的背景板，聚乙烯板在太赫兹吸收频段内无吸收峰，测量叶片水分时，太赫兹频域范围内对叶片中水分吸收太赫兹光谱无影响，并提取叶片太赫兹的时域成像和频域成像，分别建立叶片时域成像和频域成像的回归模型以及各变量分别组合的回归模型，研究结果表明利用时域光谱最小值成像建立叶片中水分含量预测模型的建模效果最佳，预测集相关系数达0.9891，预测均方根误差为0.0244ｇ。因此，通过太赫兹技术可以有效检测植物叶片中水分含量，为植物叶片水分含量的在线、无损和快速检测提供了技术参考。

以上研究结果表明，虽然水对太赫兹时域光谱具有显著影响，但可以通过太赫兹技术检测农产品中水分含量的微小变化，从而达到对农产品含水量进行即时检测的目的。这使得太赫兹光谱技术成为日常控制农产品在加工过程中干燥程度的新方法以及实时监测农产品在储存期间含水量变化的新手段，对保障农产品的质量安全，提高经济效益具有相当重要的意义。

水是一些生物体的基础，是生物体赖以生存的基本条件。近年来太赫兹对水的研究不断取得进展和突破，从利用水对太赫兹的吸收测定水分含量，到利用水激发太赫兹波以及研究生物组织的变化，从农业到生物医学，太赫兹对水的研究正源源不断地开展。期待着通过不断开展的科学研究，借助太赫兹技术让我们能够认识更多物质本来的面目，拨开现象看本质，也许就差太赫兹这一把钥匙。

【参考文献】

1.基于太赫兹成像技术的作物叶片水分检测方法研究.步正延.2018 .6

2.步正延，李臻峰，宋飞虎，等. 基于太赫兹成像技术的大豆叶片水分含量测定［J］. 浙江农业学报，2018，30（8）：1420-1426.

3.龙　园，赵春江，李　斌 . 基于太赫兹技术的植物叶片水分检测初步研究.光谱学与光谱分析.2017.10