A comparison of multiwavelength laser-induced fluorescence parameters for the remote sensing of nitrogen stress in field-cultivated corn

Abstract

The capacity of fluorescence induced from several laser excitation wavelengths for the remote detection of nitrogen (N) status of corn was evaluated. Four nitrogen fertilization treatments (unfertilized, uniformly fertilized, fertilized according to chlorophyll status, and saturated) were established in four adjacent fields. Spectral measurements and evaluation of plant parameters were performed two times during the season. Fluorescence emission spectra at five excitation wavelengths (308, 360, 440, 480, and 630 nm) provided as many fluorescence signatures of the vegetation from which several parameters were derived for their potential in the evaluation of crop nitrogen status. The fluorescence ratios red to far-red (RF/FRF) and blue to far-red (BF/FRF), the fluorescence excitation ratio (FER), and the dual excitation ratio (DER) were computed from different excitation wavelengths. The most sensitive and consistent parameter in discriminating N treatments in both measurement campaigns was FER (FR-FER360/440), which is likely affected by changes in epidermal ultraviolet (UV) transmittance of leaves in relation to nitrogen availability.

Cette recherche visait à évaluer le potentiel de la fluorescence induite à partir de plusieurs longueurs d'onde d'excitations pour la détection à distance de l'état de nutrition azotée du maïs. Quatre traitements de fertilisation (non fertilisé, fertilisé uniformément, fertilisé d'après l'état de la chlorophylle, saturé en azote) ont été établis dans quatre champs adjacents. La mesure des spectres de fluorescence et d'autres paramètres de la végétation ont été réalisés à deux reprises pendant la saison. Les spectres d'émission de la fluorescence ont été obtenus à partir de cinq longueurs d'onde d'excitation (308, 360, 440, 480 et 630 nm), chacune fournissant une signature spectrale particulière. Plusieurs paramètres ont été dérivés de ces signatures et comparés pour leur potentiel de détection de l'état azoté de la culture. Les rapports de fluorescence RF/FRF (rouge sur rouge lointain), BF/FRF (bleu sur rouge lointain), FER (rapport d'excitation de la fluorescence) and DER (rapport double d'excitation) ont été calculés. Le paramètre FER (FR-FER360/440) s'est révélé le plus sensible et le plus stable aux fins de la détection de l'état azoté de la culture. Ce paramètre est vraisemblablement affecté par des changements de transmittance aux rayons UV de l'épiderme des feuilles sous l'effet des conditions de fertilité en azote.