Устойчивые закономерности влажности почвы открывают путь для спутникового мониторинга
Исследование под руководством учёных из Университета Иллинойса и Центра устойчивости агроэкосистем (Agroecosystem Sustainability Center, ASC) показало, что хотя влажность почвы значительно варьируется внутри одного поля и между разными полями из-за свойств почвы и методов управления, её распределение относительно среднего значения по полю остаётся постоянным во времени для каждого конкретного поля.
Результаты, полученные за три года с помощью сенсорных измерений и высокоплотной полевой кампании, свидетельствуют: более сухие участки остаются сухими, а более влажные — влажными. Исследование также показало, что надёжные оценки влажности почвы высокого разрешения можно получать, интегрируя данные оптического и активного микроволнового дистанционного зондирования с моделированием, вместо того чтобы полагаться на полевые измерения.
Цели и проблема
- Цель: Улучшить понимание изменчивости влажности почвы, её контролирующих факторов и отражения в данных спутникового зондирования.
- Проблема: Существующие спутниковые продукты о влажности почвы слишком грубого разрешения для нужд сельского хозяйства.
Ключевое открытие
Пространственный паттерн изменчивости влажности почвы не меняется в течение сезона. Это знание можно использовать для оценки паттерна пространственной изменчивости и, в итоге, для создания продуктов данных о влажности почвы высокого разрешения.
Методология и перспективы
Исследовательская группа провела полевые кампании на трёх полях площадью 85 акров и установила постоянные станции на 30 других полях в период с 2021 по 2023 год.
- Новый подход: Относительный паттерн «сухое-влажное» внутри поля можно получить с помощью оптического дистанционного зондирования. Поскольку этот относительный паттерн стабилен, для его определения достаточно двух-трёх спутниковых снимков, что позволяет заполнять временные пробелы без постоянных полевых измерений.
- Дорожная карта: Для картирования влажности почвы
высокого разрешения на пахотных землях предложено комбинировать:
- Данные оптического дистанционного зондирования (включая коротковолновые инфракрасные спектральные диапазоны) для определения изменчивости внутри поля.
- Данные активного микроволнового дистанционного зондирования для отслеживания абсолютных временных изменений влажности.
- Моделирование для интеграции данных и масштабирования.
Значение и применение
Высокодетальные данные о влажности почвы могут быть использованы для:
- Точного орошения в сельском хозяйстве.
- Понимания выбросов парниковых газов и углеродоёмкости сельхозпроизводства, которые тесно связаны с условиями кислорода и воды в почве, влияющими на биохимические реакции и микробную активность.
Исследование предоставляет основу для создания глобальных продуктов данных о влажности почвы высокого разрешения для пахотных земель.
Публикация: Результаты опубликованы 26 апреля в журнале Vadose Zone Journal.