АВТОР: Майк Кун

Newswise — Многоинституциональное исследование, проведенное Университетом Иллинойса и учеными Центра устойчивого развития агроэкосистем (ASC), пришло к выводу, что, хотя влажность почвы значительно варьируется как в пределах одного поля, так и от поля к полю из-за различных свойств почвы и различных методов управления, влажность почвы Распределение относительно среднего значения по полю остается постоянным во времени в пределах каждого поля.

В течение трех лет команда использовала измерения датчиков и кампанию с высокой плотностью населения, чтобы выявить, что более засушливые районы остаются более сухими, а более влажные остаются более влажными. Исследование также пришло к выводу, что надежные оценки влажности почвы с высоким разрешением могут быть сделаны путем интеграции оптического и активного микроволнового дистанционного зондирования и моделирования вместо того, чтобы полагаться на полевые измерения.

«Наша конечная цель заключалась в том, чтобы улучшить наше понимание изменчивости влажности почвы», — сказал главный исследователь Бин Пэн, ученый ASC и доцент кафедры растениеводства. «Мы хотели понять контролирующие факторы этих изменений и то, как эти изменения могут быть отражены в данных спутникового дистанционного зондирования».

«Нынешние спутниковые данные о влажности почвы слишком грубы, чтобы соответствовать требованиям сельскохозяйственного применения», — отметил И Ян, первый автор исследования и аспирант в области вычислительной экогидрологии. «Мы обнаружили, что пространственная картина изменчивости влажности почвы не меняется в течение сезона. Другими словами, более засушливые районы, как правило, остаются более сухими, а более влажные, как правило, остаются более влажными. Мы можем использовать эти знания для оценки характера пространственной изменчивости влажности почвы, а затем оценить продукты влажности почвы с высоким разрешением».

В исследовательскую группу также входили Кайю Гуань, директор-основатель ASC и профессор кафедры природных ресурсов и наук об окружающей среде; Минг Пан, старший гидролог Института океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего; Трентон Франц, профессор гидрогеофизики Университета Небраски-Линкольн; Майкл Кош, научный сотрудник Лаборатории гидрологии и дистанционного зондирования Министерства сельского хозяйства США (USDA), и Карл Берначи, ведущий научный сотрудник ASC в Министерстве сельского хозяйства США и профессор кафедры растениеводства и биологии растений. В период с 2021 по 2023 год команда провела полевые кампании на трех полях площадью 85 акров и установила полевые станции непрерывного действия на 30 других полях. Их результаты были опубликованы 26 апреля в журнале Журнал зоны Вадосе .

«Большая часть наших усилий была направлена ​​на улучшение нашего понимания изменчивости влажности почвы с использованием данных полевых экспериментов, и мы также стремимся проверить, может ли наше улучшенное понимание действительно быть полезным для дистанционного зондирования», — сказал Ян.

Он отметил, что проведение регулярных полевых измерений слишком дорого, слишком трудоемко и не масштабируемо.

«Мы можем получить относительную картину сухости и влаги на поле с помощью оптического дистанционного зондирования», — сказал Пэн. «Поэтому вам не нужно выходить на места и повторять сбор данных. Наш эксперимент подтвердил, что, поскольку относительная картина стабильна, как только вы получите два или три изображения от оптических спутниковых датчиков для подтверждения более влажной и сухой картины, вы сможете заполнить временной разрыв. Это открывает новый путь для получения данных дистанционного зондирования высокого разрешения».

Пэн сказал, что исследование представляет собой дорожную карту для изучения изменчивости влажности почвы на пахотных землях, которым до этого момента не хватало как измерений, так и надежных возможностей дистанционного зондирования. Этот путь сочетает в себе данные оптического дистанционного зондирования с коротковолновыми инфракрасными спектральными диапазонами, активное микроволновое дистанционное зондирование и моделирование. Данные о влажности почвы с высоким разрешением будут полезны фермеру для более точного орошения. Его также можно использовать для понимания выбросов парниковых газов или углеродоемкости сельскохозяйственного производства, которые тесно связаны с кислородом почвы и состоянием воды, поскольку они напрямую влияют на биохимические реакции и микробную активность.

«Мы должны опираться на полученные здесь знания, чтобы разработать продукт измерения влажности почвы с высоким разрешением», — сказал Гуань. «Мы разработали нашу дорожную карту для картирования влажности почвы с высоким разрешением над пахотными землями с использованием данных дистанционного спутникового зондирования и моделирования из нескольких источников. Первый поток информации дает данные об изменчивости влажности почвы в пределах поля, а второй поток дает временные изменения абсолютной влажности почвы. Затем мы сможем интегрировать их с моделированием, чтобы составить карту каждого месторождения на Среднем Западе или даже по всему миру».