Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 1

Transcript

1 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 1 ΕΡΓΟ ΑΡΙΣΤΕΙΑ 2632 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 2.2 Αναφορά αποτελεσμάτων που βασίζονται σε μετρήσεις πολυφασματικής ανάκλασης των φυτών 1. Εισαγωγή Η καλλιέργεια σε ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκηπίου μπορεί να αποφέρει βελτίωση του παραγόμενου προϊόντος με ταυτόχρονη μείωση της κατανάλωσης των πρώτων υλών (νερό, λίπασμα) και του κόστους παραγωγής. Η σωστή διαχείριση της άρδευσης των καλλιεργειών θερμοκηπίου, είναι μία από τις σημαντικότερες πρακτικές εφαρμογές που συντελεί στο στόχο αυτό. Ο βέλτιστος προγραμματισμός της άρδευσης των θερμοκηπιακών υδροπονικών καλλιεργειών είναι σημαντικός καθώς επηρεάζει το περιβάλλον της ριζόσφαιρας, τη δυνάμενη προς απορρόφηση ποσότητα νερού και τη συγκέντρωση των αλάτων. Η απορροφούμενη ποσότητα νερού επηρεάζει την αύξηση του φυτού, τη φωτοσύνθεση και συνεπώς την ποσότητα και ποιότητα των παραγόμενων προϊόντων (Lizarraga et al., 2001). Ο έλεγχος της άρδευσης περιλαμβάνει τον ταυτόχρονο καθορισμό του χρόνου άρδευσης και της ποσότητας του εφαρμοζόμενου νερού. Την τελευταία δεκαετία, έχουν αναπτυχθεί μοντέλα και μέθοδοι διαχείρισης της άρδευσης, τα οποία βασίζονται σε απλές τεχνικές και εκτιμούν τις ανάγκες της καλλιέργειας σε νερό. Οι πιο διαδεδομένες μέθοδοι χρησιμοποιούν αισθητήρες μέτρησης της υγρασίας του υποστρώματος και της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας (Kittas, 1990). Στις περιπτώσεις αυτές ωστόσο, δεν λαμβάνεται υπόψη η φυσική κατάσταση του φυτού και οι ανάγκες του σε νερό (Katsoulas et al., 2001; Katsoulas et al., 2006). Όταν η διαθεσιμότητα νερού στα φυτά δεν καλύπτει τις ανάγκες διαπνοής τους, εμφανίζεται υδατική καταπόνηση με αποτέλεσμα να επηρεάζεται άμεσα το άνοιγμα των στοματίων και εν συνεχεία, η θερμοκρασία των φύλλων (Katsoulas et al., 2006) και ο ρυθμός φωτοσύνθεσης (Sarlikioti et al., 2010). Εξαιτίας αυτών, επηρεάζονται μία σειρά από παράγοντες όπως η ανάκλαση του ηλιακού φωτός (Knipling, 1970), ο φθορισμός χλωροφύλλης (Norikane &

2 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 2 Kurata, 2001) και η μετάδοση θερμικής ακτινοβολίας (Jones & Schofield, 2008). Έτσι, λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω και προκειμένου να ληφθεί υπόψη και η υδατική κατάσταση των φυτών για τον έλεγχο της άρδευσης, έχουν αναπτυχθεί διάφορες προσεγγίσεις προσδιορισμού της υδατικής κατάστασης της καλλιέργειας, με σημείο αναφοράς το ίδιο το φυτό. Μία από αυτές τις τεχνικές είναι η εκτίμηση της έντασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που ανακλά το φύλλο, ανάλογα με το ποσοστό συγκέντρωσης του νερού που περιέχει. Στο πλαίσιο αυτό, το ερευνητικό ενδιαφέρον έχει στραφεί στη διερεύνηση των δυνατοτήτων διαχείρισης της άρδευσης μέσω δεικτών ανάκλασης. Για τον σκοπό αυτό, στο πλαίσιο του προγράμματος υλοποιήθηκε μία σειρά πειραματικών μετρήσεων με στόχο την αξιολόγηση των πιο δημοφιλών δεικτών ανάκλασης για την ανίχνευση της υδατικής καταπόνησης, ώστε να μελετηθεί η δυναμικότητά τους σε μικρές μεταβολές της συγκέντρωσης του νερού μέσα στα φύλλα και η αποτελεσματικότητά τους στη διαχείριση της άρδευσης καλλιεργειών θερμοκηπίου. Στη συνέχεια ακολουθεί η θεωρητική ανάλυση της μεθόδου και η συσχέτιση της ανακλώμενης ακτινοβολίας σε διαφορετικά μήκη κύματος με την υδατική κατάσταση των φυτών, καθώς και η θεωρητική ανάλυση της μεθοδολογίας που χρησιμοποιείται για τον σχηματισμό δεικτών ανάκλασης. Με βάση τη βιβλιογραφική ανασκόπηση, παρουσιάζονται και αξιολογούνται οι πιο αποτελεσματικοί δείκτες για την ανίχνευση της υδατικής καταπόνησης. Για την καλύτερη κατανόηση των μεθόδων εκτίμησης των δεικτών ανάκλασης, περιγράφονται οι εγκαταστάσεις, οι καλλιεργητικές συνθήκες, οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και τα πειραματικά πρωτόκολλα που ακολουθήθηκαν. Τέλος, αξιολογούνται τα αποτελέσματα και βάσει αυτών, προτυποποιούνται οι κατάλληλοι δείκτες ανάκλασης που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση της υδατικής καταπόνησης και για τον καθορισμό του προγράμματος άρδευσης σε καλλιέργειες θερμοκηπίου.

3 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 3 2. Θεωρητική ανάλυση 2.1. Ανάλυση της συμπεριφοράς της ανακλώμενης ακτινοβολίας των φυτών σε κατάσταση υδατικής καταπόνησης Η αποτίμηση της συμπεριφοράς της ηλιακής ακτινοβολίας που ανακλάται από το φύλλο, ανάλογα με την περιεκτικότητά του σε νερό, αποτελεί κρίσιμο σημείο για την εξέλιξη και την ανάπτυξη κατάλληλων δεικτών ανάκλασης. Δυστυχώς, η ιδανική θεωρία, όπου η ανακλώμενη ενέργεια που εκπέμπεται από την επιφάνεια του φύλλου σε επιλεγμένα μήκη κύματος είναι απόρροια της συγκέντρωσης του νερού στους μεσοκυττάριους χώρους, δεν είναι εφαρμόσιμη στην πράξη. Αυτό συμβαίνει, γιατί οι δομές των χημικών συστατικών του φύλλου (σελουλόζη, χρωστικές, υδρογονάνθρακες, σάκχαρα κ.α.), αλληλοκαλύπτονται και μεταβάλλονται ανάλογα με το είδος, το φυτό και την ηλικία του. Επομένως είναι πιθανό, φύλλα ίδιας ηλικίας που φαινομενικά είναι όμοια, να αντανακλούν διαφορετική τιμή της έντασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Παρακάτω αναλύεται το πώς η δομή του φύλλου και η συγκέντρωση των χημικών δομών μπορούν να επηρεάσουν την τιμή της ανάκλασης όταν το φυτό βρίσκεται σε κατάσταση υδατικής καταπόνησης. Αρχικά, πρέπει να επισημανθεί ότι το εύρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που μελετάται, κυμαίνεται από τα 400 έως τα 2500 nm και κατηγοριοποιείται στις εξής περιοχές: α) περιοχή του ορατού φάσματος (VIS) από nm, β) περιοχή του κοντινού υπέρυθρου (NIR1) από 700 έως 1300 nm και γ) περιοχή του μακρινού υπέρυθρου (NIR2) από 1300 έως 2500 nm. Ανάλογα με την περιοχή του φάσματος που μελετάται, η τιμή της έντασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που αντανακλά το φύλλο επηρεάζεται από διαφορετικές κάθε φορά χημικές δομές. Στην περιοχή του ορατού φάσματος, το μεγαλύτερο ποσοστό της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας απορροφάται από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα, μέσα στο οποίο εσωκλείονται οι χρωστικές ουσίες (χλωροφύλλη, καροτίνη, ξανθοφύλλη κλπ). Η χλωροφύλλη, που είναι η χρωστική ουσία στην οποία αποδίδεται το πράσινο χρώμα στα φύλλα, απορροφά κυρίως τη μπλε και την κόκκινη περιοχή του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, με σκοπό να ιονιστεί και να γίνει η αφορμή για μια σειρά αλυσιδωτών αντιδράσεων (έναρξη φωτοσυνθετικής διαδικασίας) (Kramer et al., 2004). Όταν τα φυτά υπόκεινται σε υδατική καταπόνηση, τα στομάτια κλείνουν και μειώνεται ο ρυθμός αφομοίωσης του CO 2 (A, μmol/m 2 s), με αποτέλεσμα η ποσότητα των ηλεκτρονίων που

4 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 4 ελευθερώνεται κατά τη διέγερση της χλωροφύλλης να μη μπορεί να αξιοποιηθεί. Εκείνη τη χρονική στιγμή, αρχίζει ο κύκλος της οξείδωσης της ξανθοφύλλης και το φαινόμενο του φθορισμού της χλωροφύλλης (Harbinson & Rosenqvist, 2003). Ως εκ τούτου, ένα μεγάλο μέρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην ορατή περιοχή του φάσματος, επιστρέφει πίσω στην ατμόσφαιρα, ενώ ένα άλλο μέρος της διοχετεύεται στο φύλλο ως θερμότητα. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή του κοντινού υπέρυθρου διαπερνά το πρώτο επίπεδο του φύλλου και φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, όπου βρίσκονται τα αεροθυλάκια, τα οποία είναι γεμάτα με νερό και αέρα. Η αναλογία νερού και αέρα μέσα σε αυτά εξαρτάται από τον ρυθμό της διαπνοής του φυτού και το ποσοστό συγκέντρωσης της εδαφικής υγρασίας. Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του αέρα μέσα στα θυλάκια, λόγω του έντονου ρυθμού της διαπνοής, τόσο εντονότερο είναι το φαινόμενο της περίθλασης, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η τιμή της ανακλώμενης ακτινοβολίας που επιστρέφει πίσω στην ατμόσφαιρα (Cordon et al., 2007; Jacquemoud & Ustin, 2008). Από την άλλη πλευρά, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος μεγαλύτερο των 950 nm απορροφάται από το υγρό που αποθηκεύεται μέσα στο φύλλο, ενώ η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος στα 1000 nm επηρεάζεται από τη συγκέντρωση των θρεπτικών ουσιών και των παραγόμενων συστατικών της φωτοσύνθεσης που αποθηκεύονται στους ενδιάμεσους χώρους μεταξύ των θυλακίων. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή του μακρινού υπέρυθρου δεν επηρεάζεται τόσο από τη συγκέντρωση του αέρα, όσο από τη συγκέντρωση του αποθηκευμένου μέσα στα φύλλα υγρού, ιδιαίτερα στην περιοχή γύρω από τα 1450 nm, τα 1940 nm και τα 2500 nm. Σε αυτές τις περιοχές, η τιμή της ανακλώμενης ακτινοβολίας παρατηρείται να μειώνεται αρκετά. Παρόλο όμως που η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή του μακρινού υπέρυθρου, και ειδικά στην περιοχή των 1450 nm, είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στην ανίχνευση της συγκέντρωσης του αποθηκευμένου υγρού μέσα στα φύλλα, δε δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα ανίχνευσης υδατικής καταπόνησης (Sun et al., 2008). Το κλείσιμο των στοματίων που πραγματοποιείται κατά την εξέλιξη της υδατικής καταπόνησης, συμβάλλει στη συρρίκνωση των θυλακίων ώστε να μειωθεί το υδατικό δυναμικό του φύλλου και να συνεχιστεί η ανοδική ροή του χυμού. Με τη συρρίκνωση των θυλακίων, επιτυγχάνεται ταυτόχρονα μεγέθυνση των ενδιάμεσων χώρων αποθήκευσης θρεπτικών συστατικών και παραγώγων της φωτοσύνθεσης, με αποτέλεσμα η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή του μακρινού υπέρυθρου να επηρεάζεται από τη συγκέντρωση της ξηράς ουσίας.

5 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» Δείκτες ανάκλασης Τα τελευταία 30 χρόνια, έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιηθεί αρκετοί δείκτες ανάκλασης για τον προσδιορισμό των ποιοτικών χαρακτηριστικών του φυτού, όπως είναι ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας και ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης (Asner, 1998; Silleos et al., 2006). Ωστόσο, λίγοι είναι εκείνοι οι δείκτες που αξιολογήθηκαν για την ανίχνευση της υδατικής καταπόνησης του φυτού. Το μεγαλύτερο ποσοστό των δεικτών αυτών, μετράει την ανάκλαση του φυτού στην περιοχή του κόκκινου και του κοντινού υπέρυθρου του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Οι δείκτες ανάκλασης είναι μαθηματικές εξισώσεις οι οποίες συνδυάζουν τις τιμές της έντασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από δύο ή περισσότερα μήκη κύματος. Η πιο απλή μορφή μαθηματικής εξίσωσης είναι ο λόγος δύο διαφορετικών περιοχών του φάσματος και ονομάζεται Simple Ratio (SR). Ο SR συνήθως συνδυάζει περιοχές του κοντινού και μακρινού υπέρυθρου με περιοχές του ορατού και ιδιαίτερα του κόκκινου φάσματος (Aparicio et al., 2004; Clevers et al., 2008). Οι τιμές του SR κυμαίνονται από 0 έως 30, ανάλογα με την περιοχή του φάσματος που μελετάται κάθε φορά και συνήθως είναι ευαίσθητος στις περιβαλλοντικές διακυμάνσεις, όπως είναι η ένταση και η κλίση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που προσπίπτει επάνω στην επιφάνεια του φύλλου. Μία άλλη μαθηματική εξίσωση, σύμφωνα με την οποία έχουν σχηματιστεί αρκετοί δείκτες ανάκλασης, είναι αυτή της κανονικοποιημένης κατανομής (Normalized Difference), όπου συνδυάζονται διαφορετικές περιοχές του φάσματος, όπως φαίνεται παρακάτω: NIR VISR Normalized Difference (ND) = NIR +VISR όπου, NIR η περιοχή του κοντινού ή του μακρινού υπέρυθρου, VIS η περιοχή του ορατού και R η περιοχή του κόκκινου φάσματος. Οι τιμές του δείκτη κυμαίνονται από -1 έως 1, ενώ δεν επηρεάζονται ιδιαίτερα από τις έντονες περιβαλλοντικές διακυμάνσεις.

6 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 6 Άλλοι σχηματισμοί δεικτών ανάκλασης περιλαμβάνουν τις μέσες τιμές από συγκεκριμένες περιοχές του φάσματος (Single Bands, SB) και τη διαφορά των μετρήσεων δύο διαφορετικών περιοχών (Difference, D) (Graeff et al., 2007). Τελευταία, έχουν σχηματιστεί δείκτες όπως ο Modified Simple Ratio (msr) και ο Modified Normalized Difference (mnd), με ιδιαίτερα ικανοποιητικά αποτελέσματα στην ανίχνευση της υδατικής καταπόνησης. Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται οι πιο διαδεδομένοι δείκτες ανάκλασης για την ανίχνευση της υδατικής καταπόνησης και περιγράφονται οι μαθηματικές εξισώσεις και τα μήκη κύματος που περιλαμβάνουν. Οι δείκτες αυτοί έχουν συνδεθεί και αξιολογηθεί με άλλα χαρακτηριστικά του φυτού, όπως είναι το υδατικό δυναμικό του φύλλου, η στοματική αγωγιμότητα, η διαπνοή, ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης, η συγκέντρωση της εδαφικής υγρασίας και το φαινόμενο της εξέλιξης του φθορισμού της χλωροφύλλης, με άλλοτε θετικά και άλλοτε αρνητικά αποτελέσματα. Οι Gamon et al. (1992) χρησιμοποίησαν τον δείκτη PRI για την ανίχνευση υδατικής καταπόνησης, σε καλλιέργεια ηλιάνθου και κατέληξαν ότι ο δείκτης είναι σε θέση να ανιχνεύσει την έλλειψη νερού στα φύλλα, μόνο όταν αυτή έχει γίνει αντιληπτή με γυμνό μάτι. Οι Tsirogiannis et al. (2010) χρησιμοποίησαν έναν παρόμοιο δείκτη, τον spri, ο οποίος χρησιμοποιεί μετρήσεις στην περιοχή των 510 και 560 nm, και ανίχνευσαν επίπεδα υδατικής καταπόνησης τρεις ημέρες μετά τη διακοπή της άρδευσης, στα φυτά της μεταχείρισης όπου η εδαφική υγρασία κάλυπτε το 50% των αναγκών σε διαπνοή. Οι Suárez et al. (2009) βρήκαν υψηλό συντελεστή συσχέτισης του δείκτη αυτού με τη θερμοκρασία της κόμης δενδρυλλίων ροδακινιάς και ελιάς (0.8 και 0.84, αντίστοιχα). Επίσης, οι Sarlikioti et al., (2010) βρήκαν υψηλή συσχέτιση του δείκτη με το ποσοστό εδαφικής υγρασίας (0.83) μόνο στην περίπτωση που η ένταση του φωτός ήταν μεγαλύτερη των 700 μmol m -2 s -1. Ο δείκτης WI μπορεί να δώσει ένδειξη ανίχνευσης υδατικής καταπόνησης όταν η συγκέντρωση του νερού μέσα στο φύλλο φτάσει το 60% (Peňuelas et al., 1999). Ωστόσο, οι μετρήσεις που λαμβάνονται από τα φυτά του ίδιου είδους χαρακτηρίζονται από έντονη παραλλακτικότητα, ακόμη και σε περιπτώσεις μέτρησης της ανάκλασης του ίδιου φυτού και φύλλου. Σύμφωνα με τους Aparicio et al., (2004), ο WI είναι αποτελεσματικός δείκτης ανίχνευσης υδατικής καταπόνησης όταν το φυτό βρίσκεται στο στάδιο άνθησης, ενώ οι Noble & Li (2009) υποστηρίζουν ότι ο δείκτης είναι αδύνατον να ανιχνεύσει υδατική καταπόνηση σε συνθήκες θερμοκηπίου, λόγω της έντονης συμπύκνωσης που παρατηρείται κατά τους χειμερινούς μήνες και τις συννεφιασμένες ημέρες.

7 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 7 Ο δείκτης NDVI μετράει κυρίως στις περιοχές nm και nm. Σύμφωνα με τους Kim et al. (2010), ο δείκτης στην περιοχή nm δίνει καλή συσχέτιση (0.68) με την εξέλιξη της υδατικής καταπόνησης σε δενδρύλλια μηλιάς, ενώ σύμφωνα με τους Amatyas et al. (2012), ο δείκτης στην περιοχή nm δίνει καλύτερο βαθμό συσχέτισης (0.81) με το ποσοστό της εδαφικής υγρασίας σε καλλιέργεια πατάτας. Από την άλλη πλευρά, ο δείκτης στην περιοχή nm χαρακτηρίζεται από υψηλό συντελεστή συσχέτισης, κυρίως με την εξέλιξη της βιομάζας και της συγκέντρωσης της χλωροφύλλης (0.8 και 0.96, αντίστοιχα) (Jones et al., 2004). Ο δείκτης rndvi δίνει συντελεστή συσχέτισης πάνω από 0.8 με τη διακύμανση της εδαφικής υγρασίας και το υδατικό δυναμικό του φύλλου (Liu et al., 2004; Kim et al., 2010; Amatya et al., 2012). Θεωρείται ένας αποτελεσματικός δείκτης ανίχνευσης υδατικής καταπόνησης, εντοπίζοντας μικρές αλλαγές στην υδατοχωρητικότητα του φύλλου. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν περαιτέρω μετρήσεις για διαφορετικές τιμές του δείκτη φυλλικής επιφάνειας, καθώς ο δείκτης επηρεάζεται έντονα από την πυκνότητα φύτευσης. Από την άλλη πλευρά, σύμφωνα με τους Kim et al. (2010), οι δείκτες mrndvi και mrsr (κατηγορίας Modified Red Edge) εντοπίζουν την ευαισθησία του φυτού σε μικρές αλλαγές της συγκέντρωσης του νερού στο φύλλο πιο γρήγορα από ό,τι ο δείκτης rndvi. Παρουσιάζουν ωστόσο έντονες διακυμάνσεις μεταξύ των επαναλήψεων φύλλων ίδιας συγκέντρωσης νερού. Ο δείκτης VOGREI μετράει την ανάκλαση του φυτού γύρω από την περιοχή των 720 με 740 nm. Ο δείκτης αυτός αρχικά χρησιμοποιήθηκε από τους Vogelman et al. (1993), για να προσδιορίσουν τη συγκέντρωση της χλωροφύλλης στην επιφάνεια του φύλλου. Ωστόσο, οι Kim et al. (2010) και οι Amatya et al. (2012), βρήκαν υψηλό συντελεστή συσχέτισης του δείκτη με τη διακύμανση του ποσοστού συγκέντρωσης της εδαφικής υγρασίας (0.84 και 0.88, αντίστοιχα), σε συνθήκες θερμοκηπίου. Από την παραπάνω ανάλυση, προκύπτει ότι κάθε δείκτης έχει άλλοτε θετική και άλλοτε αρνητική συσχέτιση με τις παραμέτρους του φυτού που δηλώνουν τα επίπεδα υδατικής καταπόνησης (διαπνοή, συγκέντρωση νερού στα φύλλα, υδατικό δυναμικό κλπ). Στην προσπάθεια εντοπισμού κατάλληλων δεικτών ανάκλασης που θα είναι σε θέση να ανιχνεύσουν πρόωρα στάδια υδατικής καταπόνησης σε καλλιέργειες θερμοκηπίου, χρησιμοποιούνται διαφορετικοί αισθητήρες ανάκλασης, καθώς και πειραματικά πρωτόκολλα, τα οποία περιγράφονται παρακάτω.

8 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 8 Πίνακας 1. Η ονομασία και οι μαθηματικές εξισώσεις (με τα μήκη κύματος που περιλαμβάνουν) των πιο διαδεδομένων δεικτών ανάκλασης για την ανίχνευση της υδατικής καταπόνησης. Δείκτης Ανάκλασης Μαθηματική εξίσωση PRI WI NDVI ( ) NDVI ( ) rndvi mrndvi mrsri VOGREI 1 VOGREI 3 3. Πειραματική διαδικασία 3.1. Εγκαταστάσεις και καλλιέργεια Στο πλαίσιο της έρευνας, υλοποιήθηκε μια σειρά μετρήσεων και πειραμάτων στον κλειστό θάλαμο ανάπτυξης του Εργαστηρίου Γεωργικών Κατασκευών & Ελέγχου Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας, που βρίσκεται στο αγρόκτημα της Σχολής Γεωπονίας του Πανεπιστημίου, στο Βελεστίνο (συντεταγμένες: 39 ο 44 Β, 22 ο 79 Α, υψόμετρο 85m). Ο θάλαμος ανάπτυξης φυτών εμβαδού 28m 2, με διαστάσεις, 4m πλάτος, 7m μήκος και 3m ύψος, αποτελεί κλειστό περιβάλλον ελεγχόμενων συνθηκών (CO 2, ακτινοβολία, υγρασία, θερμοκρασία) με ρυθμιζόμενη την ένταση της ακτινοβολίας μέσω λαμπτήρων νατρίου. Συνολικά, υπάρχουν

9 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 9 εγκατεστημένοι 24 λαμπτήρες νατρίου υψηλής πίεσης (600W έκαστος), ικανοί να επιτύχουν τη μέγιστη ισχύ ακτινοβολίας στο επίπεδο των φυτών, ίση με 240W/m 2. Οι λαμπτήρες είναι χωρισμένοι σε 4 ομάδες των 6 λαμπτήρων και ανάβουν σε τρεις χρονικές φάσεις (L1: 6:00-22:00, L2: 7:00-21:00 και L3: 8:00-20:00). Η ένταση της ακτινοβολίας της κάθε ομάδας είναι 60W/m 2. Οι λαμπτήρες νατρίου υψηλής πίεσης εκπέμπουν ακτινοβολία κυρίως από τη μέση της πράσινης περιοχής του φάσματος μέχρι την κόκκινη ( nm) και λιγότερο στη μπλε περιοχή του φάσματος (500 nm) (Διάγραμμα 1). Η θερμοκρασία του θαλάμου είναι στους 25 ο C κατά τη διάρκεια της ημέρας των φυτών και στους 18 ο C κατά τη διάρκεια της νύχτας. Ο θάλαμος είναι προσαρμοσμένος για υδροπονική καλλιέργεια. Η καλλιέργεια γίνεται σε στενούς πάγκους στηρίγματα, μεταβλητού ύψους. Υπάρχουν δύο τέτοιοι πάγκοι κατά μήκος του θαλάμου, ο καθένας από τους οποίους φιλοξενεί δύο κανάλια. Κάθε κανάλι φέρει 5 υδροπονικούς σάκους από περλίτη. Για τον σκοπό των συγκεκριμένων πειραμάτων, φυτεύτηκε τομάτα (Solanum Lycopersium), ποικιλία Ελπίδα. Σε κάθε υδροπονικό σάκο τοποθετήθηκαν 3 φυτά. Στον θάλαμο χρησιμοποιείται σύστημα στάγδην με ρυθμιζόμενους σταλάκτες. Κάθε σταλάκτης έχει παροχή 2L/h. Οι υδροπονικοί σάκοι είναι χωρητικότητας 33 λίτρων. Διάγραμμα 1. Περιοχές του φάσματος που εκπέμπουν οι λαμπτήρες νατρίου υψηλής πίεσης για τα χρονικά επίπεδα L1: 6:00-22:00, L2: 7:00-21:00 και L3: 8:00-20:00. Οι τιμές της έντασης είναι ανά νανόμετρο μήκους κύματος.

10 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» Υλικά και Μέθοδοι Τα όργανα μέτρησης των κλιματικών παραμέτρων, της κατάστασης των φυτών και των αρδευτικών χαρακτηριστικών, που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τα εξής: Φορητό υπερφασματικό σπεκτροραδιόμετρο (ADS, nm) Vis/NIR FieldSpec 4 Hi- Res) το οποίο μετράει από nm ανά 1 nm. Το όργανο απαρτίζεται από τον αισθητήρα λήψης της ακτινοβολίας, το μηχανισμό επεξεργασίας της ακτινοβολίας που λαμβάνει ο αισθητήρας και τον υπολογιστή καταγραφικό των δεδομένων. Η μέτρηση πραγματοποιήθηκε σε επαφή με το φύλλο, όπου τοποθετήθηκε μαύρο χαρτόνι στην πίσω επιφάνεια για να περιοριστούν τα σφάλματα που προκύπτουν από την ανάκλαση του εδάφους. Οι μετρήσεις λήφθηκαν από έξι διαφορετικά φύλλα νεαρής ηλικίας και πλήρους ανάπτυξης, από τον τρίτο έως τον πέμπτο κλάδο από την κορυφή του φυτού, για κάθε φυτό από τα τρία που περιέχει ο υδροπονικός σάκος. Η μέτρηση λαμβανόταν μία φορά την ημέρα, την ίδια χρονική περίοδο (19:00-22:00). Πολυφασματική κάμερα (custom model, Quest Innovation), η οποία καταγράφει τα δεδομένα με 3 αισθητήρες διαφορετικού μήκους κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (κόκκινο nm, υπέρυθρο nm και εγγύς υπέρυθρο nm), με χωρική ανάλυση 1280x1024 εικονοστοιχεία (1.3 Mpixel) για κάθε αισθητήρα. Η πολυφασματική κάμερα έχει φακό τύπου F, αισθητήρα τύπου CMOS (8 bit) και στέλνει τα δεδομένα σε μία κάρτα Frame Link Express. Η ρύθμιση και λειτουργία της κάμερας πραγματοποιείται μέσω υπολογιστή. Το λογισμικό ρύθμισης και επικοινωνίας με την κάμερα είναι της ίδιας εταιρείας (Frame Link Express Application, Imperx, USA). Η κάμερα τοποθετήθηκε παράλληλα με το φυτό σε απόσταση 1m, ενώ οι φωτογραφίες κατέγραφαν την ακτινοβολία που αντανακλούν τα φύλλα νεαρής ηλικίας και πλήρους ανάπτυξης (3 ο με 6 ο κλάδο από την κορυφή του φυτού), κάθε μία ώρα, μετά το άνοιγμα των λαμπτήρων (18:00-10:00). Για την απαλοιφή των σφαλμάτων που προκύπτουν από τη συσκευή και από τον φωτισμό του θαλάμου, λήφθηκαν 10 διαφορετικές φωτογραφίες σε χρόνο μικρότερο από 10 δευτερόλεπτα για κάθε μέτρηση, ενώ είχε προηγηθεί λήψη του λευκού για διαφορετικές τιμές της ακτινοβολίας (Εικόνα 1). Πίσω από το φυτό τοποθετήθηκε μαύρο ύφασμα για φόντο, ώστε να αποφευχθούν οι επιδράσεις της

11 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 11 ανακλώμενης ακτινοβολίας των γειτονικών επιφανειών (Εικόνα 2). Η τιμή της ανάκλασης προέκυψε απαλείφοντας τον θόρυβο της συσκευής, καθώς και την επίδραση της έντασης του φωτός, με την παρακάτω εξίσωση: r= R D W D (1) όπου r η πραγματική τιμή της ανάκλασης του φύλλου, R η μετρούμενη τιμή ανάκλασης από τον αισθητήρα, W η τιμή της ανάκλασης λευκής επιφάνειας στην αντίστοιχη τιμής της έντασης του φωτός όταν λαμβάνεται η μέτρηση και D η τιμή του σκοτεινού ρεύματος, που λαμβάνεται καλύπτοντας την κάμερα με μαύρο ύφασμα. Ο συντελεστής ανάκλασης r παίρνει τιμές από 0 έως 1. Μετρητής ροής χυμού (SF-SP 5 PR). Ο αισθητήρας αυτού του τύπου προσδιορίζει την ταχύτητα του ανοδικού ρεύματος του χυμού μέσα στον βλαστό, μέσω της μεθόδου που έχει αναπτυχθεί από τους Swanson & Whitfield (1981) (Conejero et al., 2007). Οι αλλαγές της κίνησης του υγρού στο εσωτερικό του βλαστού οφείλονται στη μεταβολή της τάσης και τα δεδομένα που προκύπτουν, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την άμεση ανίχνευση της υδατικής καταπόνησης (Fernández et al., 2010). Ο αισθητήρας τοποθετήθηκε στον τρίτο βλαστό από την κορυφή του φυτού. Η καταγραφή των δεδομένων γινόταν κάθε 10 λεπτά. Φορητός αισθητήρας μέτρησης υγρασίας υποστρώματος (Grodan, WCM control). Ο αισθητήρας τοποθετήθηκε στη μέση του ύψους του υδροπονικού σάκου, ανάμεσα από δύο φυτά. Οι μετρήσεις καταγράφονται κάθε 10 λεπτά, σε ενσωματωμένο καταγραφικό. Τα πειράματα διεξήχθησαν κατά τη διάρκεια του Σεπτεμβρίου 2013, με την τιμή της ανακλώμενης ακτινοβολίας να μετριέται μέσω του φορητού σπεκτροραδιομέτρου, από 400 έως 2500 nm και κατά τη διάρκεια του Μαΐου Ιουνίου 2014 με την τιμή της ανακλώμενης ακτινοβολίας να προσδιορίζεται μέσω της πολυφασματικής κάμερας και της επεξεργασίας της εικόνας σε μορφή JPG, παίρνοντας μία μέση τιμή για κάθε μία από τις περιοχές nm, nm και nm του φάσματος, αντίστοιχα.

12 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 12 Εικόνα 1. Θέση της κάμερας, σε απόσταση 1m από το φυτό, κατά τη διαδικασία λήψης λευκής επιφάνειας, για τον προσδιορισμό της έντασης του φωτός. Εικόνα 2. Απεικόνιση της περιοχής των φύλλων της κόμης, η οποία μελετάται μέσω της πολυφασματικής κάμερας, έχοντας ως φόντο μαύρη επιφάνεια. Στο πρώτο πείραμα εφαρμόστηκαν δύο μεταχειρίσεις, φυτά καλά αρδευόμενα και φυτά τα οποία υπόκειντο σε υδατική καταπόνηση. Η μεταχείριση της υδατικής καταπόνησης πραγματοποιήθηκε με την αφαίρεση των σταλάκτων από τον υδροπονικό σάκο. Η πρώτη μέτρηση ήταν σημείο

13 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 13 αναφοράς και για τις δύο μεταχειρίσεις, ενώ στη συνέχεια αφαιρέθηκαν οι σταλάκτες από τον δεύτερο υδροπονικό σάκο. Ο υδροπονικός σάκος που υπόκειντο σε υδατική καταπόνηση παρέμεινε χωρίς νερό άρδευσης για τις επόμενες 3 ημέρες. Ο μάρτυρας αποτελούνταν από φυτά που αρδεύονταν σε όλη τη διάρκεια του πειράματος, με απλό χρονικό προγραμματισμό. Στον Πίνακα 2 παρατίθεται το πρόγραμμα της άρδευσης που εφαρμόστηκε στον μάρτυρα. Η ημερήσια ποσότητα νερού άρδευσης ήταν περίπου L, ενώ το 30% αυτής ήταν το ποσοστό απορροής. Στο δεύτερο πείραμα εφαρμόστηκε μία μόνο μεταχείριση, με τα φυτά να αρδεύονται κανονικά (Πίνακας 2) μέχρι τις 3 Ιουνίου και στη συνέχεια να υπόκεινται σε υδατική καταπόνηση, με την απομάκρυνση των σταλάκτων πριν το άνοιγμα των λαμπτήρων (3/6/2014, 16:00). Ο υδροπονικός σάκος παρέμεινε χωρίς νερό άρδευσης για τις επόμενες 3 ημέρες (έως 6/6/2014). Πίνακας 2. Ημερήσιο πρόγραμμα άρδευσης Δόση άρδευσης (ml) που αντιστοιχεί σε κάθε φυτό. Δόση άρδευσης ml Ώρα νερού/φυτό 15:31: :02: :01: :02: :01: :01: :01: :32: :31: Ημ/σιο σύνολο (νερό/φυτό) 1179 Ημ/σιο σύνολο (νερό/σάκο) 3537 Με βάση τις παραπάνω μετρήσεις, πραγματοποιήθηκαν τα ακόλουθα: Μέτρηση της ανακλώμενης ακτινοβολίας που εκπέμπει το φυτό από 400 έως 2500 nm, με χρήση του φορητού σπεκτροραδιομέτρου. Οι μετρήσεις λαμβάνονταν μία φορά την ημέρα, την ίδια χρονική περίοδο (19:00-22:00), με σκοπό τη μελέτη της συμπεριφοράς της φασματικής ανάκλασης του φυτού για διαφορετικές συγκεντρώσεις νερού μέσα στα

14 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 14 φύλλα, σε ημερήσια βάση. Υπολογισμός των δεικτών ανάκλασης του Πίνακα 1. Προσδιορισμός του συντελεστή συσχέτισης των δεικτών ανάκλασης με το ποσοστό συγκέντρωσης της εδαφικής υγρασίας. Σχηματισμός ενός νέου SR δείκτη για την αξιολόγηση των δύο τύπων αισθητήρων (σπεκτροραδιόμετρο και πολυφασματική κάμερα). Δεδομένου ότι η πολυφασματική κάμερα δίνει τον μέσο όρο της τιμής της ανάκλασης στις περιοχές , και nm, ο νέος δείκτης SR που προκύπτει είναι ο λόγος της μέσης τιμής της περιοχής nm και nm του φάσματος. Ο δείκτης αξιολογείται ως προς τη μέση ημερήσια μεταβολή του ποσοστού συγκέντρωσης της εδαφικής υγρασίας, για κάθε τύπο αισθητήρα από όπου καταγράφηκε η μέτρηση (σπεκτροραδιόμετρο και πολυφασματική κάμερα). Σύγκριση της ωριαίας μεταβολής του SRI (μέσω πολυφασματικής κάμερας) με τις αντίστοιχες μεταβολές της εδαφικής υγρασίας και της ανοδικής ροής χυμού του βλαστού του φυτού τομάτας, κατά τη διάρκεια λειτουργίας των λαμπτήρων (18:00 έως 10:00). (Επιπλέον, καταγράφηκε η μέση ημερήσια τιμή της ανάκλασης και της εδαφικής υγρασίας κάποιες ημέρες πριν και μετά τις ημέρες του πειράματος, για την καλύτερη στατιστική επεξεργασία) Στατιστική Ανάλυση Η στατιστική ανάλυση των διακυμάνσεων των τιμών του συντελεστή ανάκλασης και των δεικτών με βάση την περιοχή του φάσματος αλλά και την εξέλιξη της υδατικής καταπόνησης, πραγματοποιήθηκε μέσω του ειδικού στατιστικού λογισμικού SPSS και τη μέθοδο Oneway-Anova. Το επίπεδο εμπιστοσύνης ορίστηκε στο 95% και η ερμηνεία των αποτελεσμάτων εξηγείται μέσω περιγραφικών στατιστικών συμβόλων a, b, c, d ή A, B, C, D. Στις περιπτώσεις όπου η πιθανότητα του ελέγχου Duncan δεν είναι σημαντική, οι διακυμάνσεις παρουσιάζουν ομοιογένεια (p>0.05) και το σύμβολο είναι κοινό. Όταν η πιθανότητα του ελέγχου Duncan είναι σημαντική, οι διακυμάνσεις είναι διαφορετικές μεταξύ τους (το δείγμα δεν παρουσιάζει ομοιογένεια με p<0.05)

15 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 15 και το σύμβολο διαφέρει. Στην περίπτωση που χρησιμοποιείται διπλό περιγραφικό στατιστικό σύμβολο, το δείγμα κυμαίνεται μεταξύ των δειγμάτων των στατιστικών συμβόλων που το χαρακτηρίζουν (όπως για παράδειγμα αν ένα δείγμα χαρακτηρίζεται από το σύμβολο ab, το δείγμα δε διαφέρει στατιστικά σημαντικά ούτε με το a ούτε με το b, ενώ τα δείγματα που χαρακτηρίζονται από τα σύμβολα a και b είναι σημαντικά διαφορετικά μεταξύ τους). Η διακύμανση μελετάται από τη μεγαλύτερη προς τη μικρότερη τιμή, με τα σύμβολα a και A να αντιπροσωπεύουν τις μεγαλύτερες τιμές. 4. Αποτελέσματα και Συζήτηση Όπως έχει ήδη περιγραφεί στη θεωρητική ανάλυση, τα πράσινα φύλλα απορροφούν τη μεγαλύτερη ποσότητα της ακτινοβολίας στη μπλε ( nm) και στην κόκκινη ( nm) περιοχή του φάσματος. Στην πράσινη περιοχή του φάσματος ( nm), τα πράσινα φύλλα απορροφούν λιγότερη ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας από αυτή των προηγούμενων περιοχών, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ανακλώμενη ακτινοβολία που εκπέμπεται από αυτά. Στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος ( nm) η ανακλώμενη ακτινοβολία επηρεάζεται από τη μεσόφυλλη δομή του φύλλου και εμφανίζει υψηλότερες τιμές του συντελεστή ανάκλασης από τις τιμές που προκύπτουν στο φάσμα του ορατού, ενώ στη μακρινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος ( nm) η ανακλώμενη ακτινοβολία που εκπέμπεται από τα φύλλα, αρχίζει σταδιακά να μειώνεται. Στο Διάγραμμα 2, φαίνεται η πορεία της μέσης τιμής του συντελεστή ανάκλασης (από 400 έως 2500 nm) φυτών τομάτας που αρδεύονται πλήρως σύμφωνα με το πρόγραμμα του Πίνακα 2, όπως αυτός προέκυψε μέσω του φορητού σπεκτροραδιομέτρου. Παρατηρείται ότι την πρώτη ημέρα του πειράματος, όπου τα φυτά δεν υφίστανται κάποια μορφή υδατικής καταπόνησης, οι μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης των δύο μεταχειρίσεων κυμαίνονται στα ίδια επίπεδα, σε όλο το εύρος του φάσματος και δηλώνεται με αυτό τον τρόπο η ομοιομορφία του συνόλου των φυτών. Στον Πίνακα 3 παρουσιάζονται οι μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης για τις δύο μεταχειρίσεις (μάρτυρας - καταπόνηση) στις περιοχές των nm (Βpeak), nm (Gpeak), nm (Rpeak), nm (rnirpeak), nm (mnirpeak) και nm (fnirpeak) του φάσματος, τις τέσσερις ημέρες των μετρήσεων. Η επιλογή των περιοχών του φάσματος για τον

16 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 16 υπολογισμό των μέσων τιμών πραγματοποιήθηκε με βάση τις ελάχιστες και μέγιστες κορυφές που προκύπτουν από την παραγοντοποίηση των δεδομένων, σύμφωνα με τη μεθοδολογία που χρησιμοποιούν οι Köksal et al. (2010). Επιπλέον, στον Πίνακα 3 παρουσιάζονται οι μεταβολές του ποσοστού υγρασίας του υποστρώματος των καταπονημένων φυτών τη δεδομένη χρονική στιγμή την πρώτη ημέρα όπου τα φυτά αρδεύονται σύμφωνα με το πρόγραμμα άρδευσης και τις επόμενες τρεις ημέρες όπου τα φυτά της δεύτερης μεταχείρισης υπόκεινται σε υδατική καταπόνηση. Παρουσιάζονται εκτός των άλλων, τα ποσοστά μεταβολής της μέσης τιμής του συντελεστή ανάκλασης μεταξύ των μεταχειρίσεων της ίδιας ημέρας και μεταξύ των ημερών της ίδιας μεταχείρισης, για κάθε περιοχή του φάσματος. Δίπλα από τις μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης, παρατίθενται τα στατιστικά σύμβολα a ή b που αξιολογούν τις διακυμάνσεις μεταξύ των μεταχειρίσεων για κάθε ημέρα και περιοχή του φάσματος ξεχωριστά (κάθετη κατανομή) και τα στατιστικά σύμβολα A, B, C ή D που αξιολογούν τις διακυμάνσεις της ίδιας μεταχείρισης μεταξύ των ημερών (οριζόντια κατανομή). Σύμφωνα με τις τιμές του συντελεστή ανάκλασης που παρουσιάζονται την πρώτη ημέρα των μετρήσεων, επιβεβαιώνεται ότι καμία στατιστικά σημαντική μεταβολή δεν υφίσταται σε όλο το εύρος του φάσματος. Τη δεύτερη ημέρα των μετρήσεων (1η ημέρα διακοπής της άρδευσης) δεν υπάρχει κάποια σημαντική μεταβολή στην Rpeak περιοχή, παρά μόνο στην rnirpeak περιοχή, με τη μέση τιμή του συντελεστή ανάκλασης των υδατικά καταπονημένων φυτών να αυξάνεται κατά 5.11%. Η μεταβολή αυτή θεωρείται στατιστικά σημαντική, ενώ στατιστικά σημαντική θεωρείται και η διαφορά των δύο μεταχειρίσεων στην fnirpeak περιοχή του φάσματος, με την τιμή των καταπονημένων φυτών να αυξάνεται κατά 5.3%. Από την άλλη πλευρά, η αύξηση της μέσης τιμής του συντελεστή ανάκλασης που παρατηρείται στην mnirpeak περιοχή δε θεωρείται στατιστικά σημαντική παρόλο που η μεταβολή της ισούται με 4% (φαινομενικά μεγάλη). Στο Διάγραμμα 3 παρουσιάζονται οι μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης των φυτών του μάρτυρα και των φυτών που βρίσκονται στο πρώτο στάδιο της υδατικής καταπόνησης (1 η ημέρα διακοπής της άρδευσης). Τη δεύτερη ημέρα εξέλιξης της υδατικής καταπόνησης, μικρότερη αλλά στατιστικά σημαντική είναι η μεταβολή του συντελεστή ανάκλασης των καταπονημένων φυτών από αυτών του μάρτυρα (3.74%) στην rnirpeak περιοχή του φάσματος, ενώ μεγαλύτερη είναι η αύξηση (7.8%) που παρατηρήθηκε στην fnirpeak περιοχή. Την τρίτη ημέρα εφαρμογής της υδατικής καταπόνησης (4 η ημέρα μετρήσεων), στατιστικά σημαντική διαφορά παρουσιάστηκε σε όλη την περιοχή του φάσματος, με την τιμή της ανάκλασης για τα καταπονημένα φυτά να αυξάνεται κατά 3.84% στην

17 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 17 Bpeak περιοχή, 3.67% στην Gpeak περιοχή, 9.79% στην Rpeak περιοχή, 3.72% στην rnirpeak περιοχή, 9.02% στην mnirpeak περιοχή και 5.77% στην fnirpeak περιοχή. Παρατηρείται ότι η αύξηση στην Rpeak περιοχή ήταν η μεγαλύτερη από τι άλλες περιοχές του φάσματος, ενώ αντίστοιχα μεγάλη αύξηση και στατιστικά σημαντική παρουσιάστηκε στην mnir περιοχή του φάσματος. Στον Πίνακα 3, με πράσινο χρώμα χαρακτηρίζονται τα κελιά των οποίων οι μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης έδειξαν μια στατικά σημαντική μεταβολή από τις τιμές των φυτών του μάρτυρα (p<0.05). Συμπεραίνεται ότι μεταβολές μεγαλύτερες του 3.5% σε όλες τις περιοχές του φάσματος εκτός από αυτή του mnir (>7-9%) οφείλονται στην αρνητική επίδραση της υδατικής καταπόνησης. Η αύξηση αυτή του συντελεστή ανάκλασης που παρατηρήθηκε στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος λόγω της αρνητικής επίδρασης της υδατικής καταπόνησης στο φυτό, συμφωνεί με τους Peňuelas et al. (1999), Jones et al. (2004) και Amatya et al. (2012), ενώ έρχεται σε αντίθεση με τους Peňuelas et al. (1994) και Ray et al. (2006), οι οποίοι παρατήρησαν την τιμή του συντελεστή ανάκλασης να μειώνεται. Οι Kim et al. (2010) ωστόσο παρατήρησαν τον συντελεστή ανάκλασης να αυξάνεται μέχρι τα 800nm και να μειώνεται από τα 800nm έως τα 1000nm. Σε κάθε περίπτωση, λαμβάνοντας υπόψη ότι η μέτρηση της ανάκλασης μέσω του φορητού σπεκτροραδιομέτρου πραγματοποιήθηκε στις 7:00 π.μ. - μία ώρα μετά το άνοιγμα των λαμπτήρων, όπου το φυτό βρίσκεται σε αρκετά καλή υδατική κατάσταση εξαιτίας της θετικής υδροστατικής πίεσης που αναπτύσσει κατά τη διάρκεια της νύχτας (με αποτέλεσμα να μεταφέρει νερό από τη ρίζα στα φύλλα, παρόλο που τα στομάτια είναι κλειστά και ο ρυθμός διαπνοής ελάχιστος) (Jensen et al., 2012; Lambers et al., 1999) - αναμένονται μεγαλύτερες διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια της ημέρας. Εν συνεχεία, παρατηρώντας τη διακύμανση των τιμών ανάκλασης που παρουσιάζονται στον Πίνακα 3 από μέρα σε μέρα, διαπιστώνεται ότι η μεταβολή της μέσης τιμής του συντελεστή ανάκλασης των καταπονημένων φυτών δεν είναι συμμετρική παρά μόνο όταν συγκρίνεται με τον αντίστοιχο συντελεστή των φυτών του μάρτυρα κατά την ίδια χρονική περίοδο. Ωστόσο ο ρυθμός μεταβολής του συντελεστή ανάκλασης είναι παρόμοιος και για τις δύο μεταχειρίσεις, με τις τιμές των καταπονημένων φυτών να αυξάνονται ή να μειώνονται με την αύξηση ή μείωση των φυτών του μάρτυρα. Αυτό μπορεί να οφείλεται στην επίδραση άλλων παραμέτρων, όπως είναι ο θόρυβος του αισθητήρα. Οι Jones et al. (2004) πραγματοποιούσαν λήψεις λευκής και μαύρης επιφάνειας πριν από τις μετρήσεις ανάκλασης μέσω του φορητού σπεκτροραδιομετρου, ενώ στο πείραμα που παρουσιάζεται εδώ, πραγματοποιούνταν μόνο λήψεις λευκού.

18 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 18 Πίνακας 3. Μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης μεταξύ των μεταχειρίσεων της ίδιας ημέρας και μεταξύ των ημερών της ίδιας μεταχείρισης, για διαφορετικές περιοχές του φάσματος. Επιπλέον, παρουσιάζονται τα ποσοστά μεταβολών των τιμών του συντελεστή ανάκλασης των καταπονημένων Περιοχή φάσματος Blue (Bpeak) ( nm) Green (Gpeak) ( nm) Red (Rpeak) ( nm) Red NIR (rnirpeak) ( nm) middle NIR (mnirpeak) ( nm) farnir (fnirpeak) ( nm) φυτών από αυτών του μάρτυρα. Μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης των δύο μεταχειρίσεων σε διάφορες περιοχές του φάσματος Είδος μεταχείρισης 3η ημέρα 4η ημέρα 1η ημέρα (φυτά σε κατάσταση άρδευσης-και για τις 2 μεταχειρίσεις) 2η ημέρα (έναρξη διακοπής της άρδευσης για τη 2η μεταχείριση) Μάρτυρας ac ac ab ba Καταπόνηση ac ac ab aa %μεταβολής συντ. ανακλ. της μεταχείρισης από του μάρτυρα Μάρτυρας ab ab aa ba Καταπόνηση ab abc abc ac %μεταβολής συντ. ανακλ. της μεταχείρισης από του μάρτυρα Μάρτυρας ab ab aba ba Καταπόνηση ac ac ab 12.9 aa %μεταβολής συντ. ανακλ. της μεταχείρισης από του μάρτυρα Μάρτυρας aa bb bab 54.3 ba Καταπόνηση aa ab aab aa %μεταβολής συντ. ανακλ. της μεταχείρισης από του μάρτυρα Μάρτυρας aa 15.9 aa 15.8 aa ba Καταπόνηση 16.9 aa aa aa aa %μεταβολής συντ. ανακλ. της μεταχείρισης από του μάρτυρα Μάρτυρας aa bab 33.1 bb bb Καταπόνηση 35.2 aa aa 35.7 aa aa %μεταβολής συντ. ανακλ. της μεταχείρισης από του μάρτυρα Τα δεδομένα μελετήθηκαν στο SPSS με τη μέθοδο Oneway-Anova και επίπεδο εμπιστοσύνης >95%. Με a,b συμβολίζεται η στατιστικά σημαντική διαφορά των μέσων τιμών του συντ. ανάκλ. (p<0.05) μεταξύ των μεταχειρήσεων την ίδια χρονική περίοδο (κάθετα), ενώ με A, B, C, D συμβολίζεται η στατιστικά σημαντική διαφορά των μέσων τιμών του συντ. ανάκλ. από μέρα σε μέρα (οριζόντια). Το σύμβολο a ή A ανταποκρίνεται στη μεγαλύτερη τιμή του συντ. ανάκλ. ενώ το d ή D στη μικρότερη τιμή. Οι συντ. ανάκλ. που χαρακτηρίζονται από δύο σύμβολα όπως ab ή AB, δε διαφέρουν στατιστικά σημαντικά ούτε με το a ή Α ούτε με το b ή Β.

19 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 19 Διάγραμμα 2. Φασματική ανάκλαση καλά αρδευόμενων φυτών τομάτας, δύο διαφορετικών υδροπονικών σάκων. Οι μετρήσεις προκύπτουν από τον μέσο όρο τριών φυτών και έξι διαφορετικών φύλλων νεαρής ηλικίας πλήρως ανεπτυγμένων, οι οποίες έχουν ληφθεί με το φορητό σπεκτροραδιόμετρο (ADS), την ίδια χρονική περίοδο. Διάγραμμα 3. Φασματική ανάκλαση μεταξύ καλά αρδευόμενων και πρώτης μέρας καταπονημένων φυτών τομάτας. Οι μετρήσεις προκύπτουν από τον μέσο όρο τριών φυτών και έξι διαφορετικών φύλλων νεαρής ηλικίας πλήρως ανεπτυγμένων, οι οποίες έχουν ληφθεί από το φορητό σπεκτροραδιόμετρο (ADS), την ίδια χρονική περίοδο.

20 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 20 Αντίστοιχη προσέγγιση ακολουθήθηκε και με την πολυφασματική κάμερα, η οποία έχει τη δυνατότητα να μετράει μία μέση τιμή ανάκλασης στις περιοχές (Rsensor), (rnirsensor), nm (NIRsensor) του φάσματος μέσω της εξίσωσης (1) σε περισσότερα από ένα φύλλα κατά την ίδια χρονική περίοδο. Επίσης, μέσω της πολυφασματικής κάμερας δόθηκε η ευκαιρία να μελετηθεί η διακύμανση της ανάκλασης των φυτών κατά τη διάρκεια της ημέρας. Στον Πίνακα 4 παρουσιάζονται οι μέσες ημερήσιες τιμές του συντελεστή ανάκλασης και η διακύμανσή τους σε 3 διαφορετικές χρονικές περιόδους (1:30 μ.μ., 4:30 μ.μ., 6:30 μ.μ.) από τη 1:00 μ.μ. μέχρι τις 7:00 μ.μ., όπου αναμένονται αρκετά υψηλές μεταβολές. Επιπλέον, στον Πίνακα 4 παρουσιάζεται το ποσοστό μεταβολής των τιμών του συντελεστή ανάκλασης από μέρα σε μέρα για κάθε χρονική περίοδο. Σύμφωνα με τον Πίνακα 4 παρατηρείται ότι οι μέσες ημερήσιες μεταβολές του συντελεστή ανάκλασης είναι αρκετά μεγαλύτερες στις περισσότερες περιοχές του φάσματος, από αυτές που προέκυψαν μέσω του φορητού σπεκτροραδιομέτρου. Οι μέσες ημερήσιες τιμές προέκυψαν από τον μέσο όρο έντεκα διαφορετικών μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια της ημέρας (από τις 8:30 π.μ. και κάθε μία ώρα μέχρι τις 7:30 μ.μ.). Δίπλα από τις μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης παρατίθενται τα στατιστικά σύμβολα Α, Β, C ή D που αξιολογούν τις στατιστικά σημαντικές μεταβολές του συντελεστή ανάκλασης για κάθε ημέρα και περιοχή του φάσματος ξεχωριστά (κάθετη κατανομή) και τα στατιστικά σύμβολα a, b ή c που αξιολογούν τις διακυμάνσεις του συντελεστή ανάκλασης σε τρεις διαφορετικές χρονικές περιόδους (οριζόντια κατανομή). Την πρώτη ημέρα εφαρμογής της υδατικής καταπόνησης (2 η ημέρα μετρήσεων), το ποσοστό του συντελεστή ανάκλασης αυξήθηκε κατά 9.4% στην Rsensor περιοχή, κατά 5.3% στην rnirsensor περιοχή σε σύγκριση πάντα με την προηγούμενη ημέρα (όπου τα φυτά αρδεύονταν σύμφωνα με το προγραμματισμένο χρονοδιάγραμμα), ενώ καμία μεταβολή δεν πραγματοποιήθηκε στην NIRsensor περιοχή του φάσματος. Η τιμή του συντελεστή ανάκλασης στην NIR περιοχή του φάσματος ωστόσο ήταν αρκετά μικρή (34.09%) και πιθανόν να οφείλεται στο χαμηλό σήμα της ακτινοβολίας των λαμπτήρων νατρίου υψηλής πίεσης που εκπέμπουν στην περιοχή αυτή (Διάγραμμα 1). Για να ελαχιστοποιηθεί το σφάλμα αυτό πρέπει να βελτιωθεί το σήμα της ακτινοβολίας που εκπέμπεται σε αυτή την περιοχή χρησιμοποιώντας επιπλέον λαμπτήρες αλογόνου ή αυξάνοντας την παράμετρο αντιστάθμισης της κάμερας. Τη δεύτερη ημέρα της υδατικής καταπόνησης (3 η ημέρα μετρήσεων),

21 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 21 το ποσοστό του συντελεστή ανάκλασης αυξήθηκε κατά 17.4% στην Rsensor περιοχή και κατά 9.4% στην rnirsensor περιοχή, ενώ μείωση κατά 6.9% παρατηρήθηκε στην NIRsensor περιοχή του φάσματος. Τέλος, την τέταρτη ημέρα των μετρήσεων, μείωση μη στατιστικά σημαντική παρατηρήθηκε στην Rsensor περιοχή ίση με 1.9%, ενώ στατιστικά σημαντική ήταν στις rnirsensor και ΝΙRsensor περιοχές του φάσματος (8.5% και 3.3% αντίστοιχα). Εν συνεχεία, παρατηρώντας τις μεταβολές των μέσων τιμών του συντελεστή ανάκλασης στις χρονικές περιόδους 1:30 μ.μ., 4:30 μ.μ. και 6:30 μ.μ. (Πίνακας 4), διαπιστώθηκε ότι ακολουθούν όμοια πορεία με αυτή της μέσης ημερήσιας τιμής. Εξαίρεση αποτελεί η NIRsensor περιοχή, όπου οι τιμές του ποσοστού ανάκλασης αυξάνονται την πρώτη ημέρα εφαρμογής της υδατικής καταπόνησης και μειώνονται τη δεύτερη και την τρίτη ημέρα. Αντίστοιχα, οι Kim et al. (2010) παρατήρησαν την τιμή του συντελεστή ανάκλασης να παραμένει σταθερή ή να αυξάνεται για τιμές υγρασίας μεγαλύτερες του 75% της χωρητικότητας του εδάφους, στην αντίστοιχη περιοχή του φάσματος, και να αρχίζει να μειώνεται για τιμές υγρασίας μικρότερες του 75%. Το συμπέρασμα αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη μεταβολή του συντελεστή ανάκλασης, ο οποίος μετρήθηκε μέσω του φορητού σπεκτροραδιομέτρου στις 7:00 π.μ., καθώς αυξάνεται σε όλο το φάσμα της υπέρυθρης περιοχής (Διάγραμμα 3). Πιθανολογείται ότι κάποια επιπλέον παράμετρος επηρεάζει την υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Τα κυτταρικά τοιχώματα στην προσπάθειά τους να αυξήσουν το υδατικό δυναμικό, συρρικνώνονται και προκαλούν συμπύκνωση της υδατικής φάσης και παθητική αύξηση των διαλυμένων ουσιών (Chaves et al., 2003). Η συρρίκνωση αυτή συντελεί στη μείωση της επιφάνειας των κυτταρικών τοιχωμάτων και πιθανόν αυτά να ευθύνονται για τη μείωση του συντελεστή ανάκλασης στην περιοχή αυτή (Salton et al., 2001). Επιπλέον, οι αυξομειώσεις του συντελεστή ανάκλασης από μέρα σε μέρα είναι διαφορετικές για κάθε χρονική περίοδο, με τις μεγαλύτερες μεταβολές να υφίστανται την χρονική περίοδο 1:30 μ.μ. για την Rsensor περιοχή και 4:30 μ.μ. για τις rnirsesor και ΝΙRsensor περιοχές του φάσματος. Η αύξηση του συντελεστή την πρώτη ημέρα της υδατικής καταπόνησης ήταν 17.77% στην Rsensor περιοχή, πρέπει ωστόσο να επισημανθεί μια έντονη αύξηση του συντελεστή (τιμή ίση με 19.41%) την τρίτη ημέρα των μετρήσεων (στην Rsensor περιοχή του φάσματος), που δε συνάδει με την προηγούμενη και την επόμενη μέτρηση. Ωστόσο, οι διακυμάνσεις του συντελεστή ανάκλασης ανάμεσα στις διαφορετικές χρονικές περιόδους δεν ξεπέρασαν το 5% ακόμη και όταν η υδατική καταπόνηση είχε εξελιχθεί πλήρως.

22 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 22 Η αύξηση του συντελεστή ανάκλασης την πρώτη ημέρα της υδατικής καταπόνησης στις rnirsensor και NIRsensor περιοχές του φάσματος την χρονική περίοδο 4:30 μ.μ., ήταν 15.38% και 13.11% αντίστοιχα. Στο Διάγραμμα 4 φαίνεται η διακύμανση του συντελεστή ανάκλασης για τις χρονικές στιγμές 1:30 μ.μ., 4:30 μ.μ. και 6:30 μ.μ. (ημέρα για τα φυτά) κατά τη διάρκεια της πρώτης ημέρας, όπου τα φυτά αρδεύονται κανονικά. Επίσης απεικονίζεται η διακύμανση της καμπύλης ανάκλασης κατά τη χρονική στιγμή 4:30 μ.μ. για τις επόμενες ημέρες του πειράματος, όπου τα φυτά υπόκεινται σε υδατική καταπόνηση. Παρατηρείται ότι οι διακυμάνσεις του συντελεστή μεταξύ των χρονικών περιόδων αυξάνονται όσο η υδατική καταπόνηση εξελίσσεται, με τη μέγιστη διακύμανση να φτάνει το 20% (3 η ημέρα) και το 17% (4 η ημέρα) για την rnirsensor και την NIRsensor περιοχή αντίστοιχα, ενώ οι μεταβολές του συντελεστή της πρώτης ημέρας (καλά αρδευόμενα φυτά ) δεν ξεπέρασαν το 4%. Στο Διάγραμμα 5 φαίνεται η μεταβολή του συντελεστή ανάκλασης στην rnirsensor περιοχή του φάσματος, κατά τη διάρκεια της μέρας αλλά και από μέρα σε μέρα. Σύμφωνα με το Διάγραμμα 5, το φυτό αρχίζει να αντιλαμβάνεται τη μείωση της υγρασίας του υποστρώματος από την πρώτη μόλις ημέρα διακοπής της άρδευσης μετά την χρονική περίοδο 11:30 π.μ., ενώ τείνει να αυξάνεται μέχρι τις 3:30 μ.μ.- 4:30 μ.μ. όπου και σταθεροποιείται πριν αρχίσει να μειώνεται και πάλι. Τη δεύτερη ημέρα της υδατικής καταπόνησης, εμφανής είναι η αύξηση του συντελεστή ανάκλασης από νωρίς το πρωί, ενώ μετά τη χρονική περίοδο 11:30 π.μ., αρχίζει η αύξηση να γίνεται εντονότερη. Την τρίτη ημέρα εξέλιξης της υδατικής καταπόνησης, ο συντελεστής ανάκλασης στην rnirsensor περιοχή τείνει να επανέρχεται στην αρχική του κατάσταση μέχρι τις 11:30 μ.μ. και αρχίζει να αυξάνεται, με ρυθμό ωστόσο μικρότερο από τις προηγούμενες ημέρες εξέλιξης της υδατικής καταπόνησης. Η σύγκριση των μεταβολών των συντελεστών ανάκλασης με άλλες παραμέτρους του φυτού, όπως διαπνοή, θερμοκρασία φυτού, φωτοσύνθεση, υγρασία υποστρώματος και ανοδική ροή χυμού, μπορούν να συντελέσουν στην κατανόηση της μεταβολής του συντελεστή ανάκλασης κατά τη διάρκεια της ημέρας ώστε να εντοπιστούν μικρές μεταβολές συγκέντρωσης της υγρασίας του υποστρώματος.

23 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 23 Πίνακας 4. Μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης την 1 η ημέρα της μέτρησης (όπου τα φυτά αρδεύονται σύμφωνα με το χρονικό πρόγραμμα), σε διαφορετικές χρονικές περιόδους κατά τη διάρκεια της ημέρας (1:30μ.μ., 4:30μ.μ., 6:30μ.μ.) και οι μέσες τιμές του συντελεστή ανάκλασης τις επόμενες ημέρες των μετρήσεων (2 η, 3 η, 4 η ημέρα) όπου τα φυτά υπόκεινται σε υδατική καταπόνηση. Επίσης, παρουσιάζεται το ποσοστό μεταβολής των τιμών του συντελεστή ανάκλασης από ώρα σε ώρα και από μέρα σε μέρα. Περιοχή φάσματος R ( ) %μεταβολής συντ.ανακλ.απ ό ώρα σε ώρα για κάθε ημέρα rn ( ) %μεταβολής συντ.ανακλ.απ ό ώρα σε ώρα για κάθε ημέρα Ημέρα μέτρησης Ώρα μέτρησης 1:30μμ 4:30μμ 6:30μμ Μέση ημερήσια τιμή του συντ. ανάκλ. (%) Μεταβολή συντ. ανάκλ. από μέρα σε μέρα (%) Μέση ημερήσια τιμή του συντ. ανάκλ. (%) Μεταβολή συντ. ανάκλ. από μέρα σε μέρα (%) Μέση ημερήσια τιμή του συντ. ανάκλ. (%) Μεταβολή συντ. ανάκλ. από μέρα σε μέρα (%) Μέση ημερήσια τιμή του συντ. ανάκλ. (%) Μεταβολή συντ. ανάκλ. από μέρα σε μέρα (%) 1η ημέρα Β Dc Cb Da 2η ημέρα Β Cab Ba Bb 7.7 3η ημέρα Α Aa Bb Cb η ημέρα Α B A A η ημέρα η ημέρα η ημέρα η ημέρα η ημέρα C Dc Cb 9 Da 2η ημέρα B Bc Ba Cb 5.8 3η ημέρα A Ac Aa Ab η ημέρα AB Cc Bb Bb η ημέρα η ημέρα η ημέρα η ημέρα

24 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 24 N( ) %μεταβολής συντ.ανακλ.απ ό ώρα σε ώρα για κάθε ημέρα 1η ημέρα A Bc Cb 4 Aa 2η ημέρα A Ac Aa Ab 3η ημέρα B Cb Ba Bb 4η ημέρα C Dc Da Bb 1η ημέρα η ημέρα η ημέρα η ημέρα Τα δεδομένα μελετήθηκαν στο SPSS με τη μέθοδο Oneway-Anova και επίπεδο εμπιστοσύνης >95%. Με a,b,c,d συμβολίζεται η στατιστικά σημαντική διαφορά των μέσων τιμών του συντ. ανάκλ. (p<0.05) για διαφορετικές χρονικές περιόδου κατά τη διάρκεια της ημέρας (οριζόντια), ενώ με A, B, C, D συμβολίζεται η στατιστικά σημαντική διαφορά των μέσων τιμών του συντ. ανάκλ. από μέρα σε μέρα (κάθετα). Το σύμβολο a ή A ανταποκρίνεται στη μεγαλύτερη τιμή του συντ. ανάκλ. ενώ το d ή D στη μικρότερη τιμή. Οι συντ. ανάκλ. που χαρακτηρίζονται από δύο σύμβολα όπως ab ή AB, δε διαφέρουν στατιστικά σημαντικά ούτε με το a ή Α ούτε με το b ή Β.

25 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 25 Διάγραμμα 4. Μέση φασματική ταυτότητα του φυτού τομάτας, για την περιοχή του φάσματος , , nm (μέσω της πολυφασματικής κάμερας), την 1 η ημέρα (C, καλά αρδευόμενα φυτά) για τις χρονικές περιόδους 1:30 π.μ., 4:30 π.μ., 6:30 π.μ., τη 2 η ημέρα (S1 1 η ημέρα υδατικής καταπόνησης), την 3 η ημέρα (S2 2 η ημέρα υδατικής καταπόνησης) και την 4 η ημέρα (S3 3 η ημέρα υδατικής καταπόνησης), τη χρονική περίοδο 4:30 π.μ. (λίγες ώρες μετά το μεσημέρι για το φυτό). Διάγραμμα 5. Διακύμανση του συντελεστή ανάκλασης, για την περιοχή του φάσματος nm (μέσω της πολυφασματικής κάμερας), κατά τη διάρκεια της ημέρας και από μέρα σε μέρα (1 η ημέρα- καλά αρδευόμενα φυτά, 2 η ημέρα-έναρξη διακοπής της άρδευσης).

26 Π.2.2 «Ευφυής έλεγχος και διαχείριση αειφορικών θερμοκηπίων (GreenSense)» 26 Από την άλλη πλευρά, η χρήση δεικτών που συνδυάζουν το λιγότερο δύο περιοχές του φάσματος, μπορούν να εντοπίσουν επίπεδα υδατικής καταπόνησης ακόμη και πολύ νωρίς το πρωί. Οι δείκτες του Πίνακα 1 ελαχιστοποιούν τα σφάλματα που προκύπτουν από τον θόρυβο του αισθητήρα και τις περιβαλλοντικές διακυμάνσεις και είναι σε θέση να ανιχνεύσουν χαμηλά επίπεδα υδατικής καταπόνησης, άλλοτε με υψηλό και άλλοτε με χαμηλό συντελεστή συσχέτισης. Ο Πίνακας 5 παρουσιάζει την εξέλιξη της μέσης τιμής των δεικτών ανάκλασης μεταξύ των φυτών του μάρτυρα και της μεταχείρισης, την πρώτη ημέρα των μετρήσεων όπου τα φυτά αρδεύονται κανονικά, και των επόμενων ημερών όπου τα φυτά της δεύτερης μεταχείρισης υπόκεινται σε υδατική καταπόνηση. Επίσης, στον Πίνακα 5 παρουσιάζεται η εξέλιξη του ποσοστού υγρασίας του υποστρώματος των φυτών του μάρτυρα και της μεταχείρισης και ο συντελεστής συσχέτισης των τιμών αυτών με τις τιμές των δεικτών ανάκλασης. Δίπλα από τις μέσες τιμές των δεικτών, παρατίθενται τα στατιστικά σύμβολα a ή b που αξιολογούν τις διακυμάνσεις μεταξύ των μεταχειρίσεων για κάθε ημέρα και δείκτη ξεχωριστά (κάθετη κατανομή) και τα στατιστικά σύμβολα A, B, C ή D που αξιολογούν τις διακυμάνσεις της ίδιας μεταχείρισης μεταξύ των ημερών (οριζόντια κατανομή). Μελετώντας αναλυτικά τον Πίνακα 5, διαφορετικά αποτελέσματα προκύπτουν για κάθε δείκτη. Ο WI κατά την πρώτη ημέρα των μετρήσεων παρουσιάζει μέση τιμή ίση με και για τα φυτά του μάρτυρα και της μεταχείρισης, αντίστοιχα. Παρατηρείται ότι η μεταβολή των τιμών του συγκεκριμένου δείκτη υφίσταται στο τρίτο δεκαδικό και ισοδυναμεί με έναν ρυθμό μεταβολής ίσο με 0.11% μη στατιστικά σημαντικό. Τις επόμενες ημέρες του πειράματος τα φυτά του μάρτυρα παρουσίασαν μια συνεχή αύξηση, με την τιμή του δείκτη να φτάνει το την τέταρτη ημέρα της μέτρησης. Η μεταβολή αυτή ισοδυναμεί με αύξηση 0.7% και είναι στατιστικά σημαντική. Αντίστοιχα, στατιστικά σημαντική αύξηση του δείκτη παρουσίασαν τα καταπονημένα φυτά με ποσοστό 0.2%, καθώς η τιμή του δείκτη πλησίασε το την τελευταία ημέρα της μέτρησης. Παρατηρώντας τις μεταβολές του WI μεταξύ των μεταχειρίσεων τις ημέρες της καταπόνησης (2 η, 3 η και 4 η ημέρα), συμπεραίνεται ότι οι τιμές των καταπονημένων φυτών είναι μικρότερες από αυτές του μάρτυρα από 0.28% έως 0.42%. Η μείωση αυτή φαινομενικά είναι μικρή αλλά στατιστικά σημαντική. Οι Peňuelas et al. (1999) διαπίστωσαν ότι ο WI μειώνεται όσο μειώνεται η συγκέντρωση του νερού στο φυτό, ενώ σε άλλη δημοσίευσή τους (1994) είχαν διαπιστώσει ότι ο WI αυξήθηκε σε φυτά με μειωμένη δόση άρδευσης. Σε αντίστοιχη έρευνα, οι Jones et al. (2004) έδειξαν ότι οι τιμές του δείκτη επίσης μειώνονται με την εφαρμογή της υδατικής καταπόνησης