Functional photonic and optoelectronic materials and devices for climate-resilient smart agriculture: a review

温度、降水及极端事件的变化使气候变化对作物生产和全球粮食安全构成严重威胁。光子学与光电子学结合智慧农业技术，为实现可持续且气候韧性的农业生产带来了前景。本文提供了由光子学和光电子学辅助的智慧农业系统的总体基础，该系统将先进的光学传感器、物联网（IoT）通信和机器学习算法结合应用于作物与土壤监测。借助光纤传感器、激光雷达（LiDAR）、荧光光谱和高光谱成像等光学传感技术，光学传感器还可用于高分辨率、非破坏性地测量植物生理特性、养分状况、水分胁迫和病害发生情况。借助光电子器件，可以实现精确的信号处理、数据采集以及灌溉、施肥和微气候调节系统的自动控制。当基于传感器的信息与决策支持系统相结合时，早期胁迫检测的质量得以提高，资源浪费降至最低，对环境的影响也降至最小。基于机器学习模型的多光谱和时间序列数据增强了气候风险、病虫害暴发预测以及作物产量预测的能力。该系统将有助于使当代作物生产系统在长期内更具可持续性和韧性，因为它将为各农业生态区域提供可扩展且灵活的解决方案。