作物水分生产力的遥感估算综述:定义、方法、尺度和评估


发布时间:

2023-08-16

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

随着全球人口的增长,如何养活世界是最大的挑战之一。根据联合国经济和社会事务部的报告,到2050年,全球人口将增加到93亿,这需要全球粮食产量增加约70~100%。需要注意的是,粮食需求的巨大增长将需要更多的可耕地水和土地资源。作物水分胁迫和干旱是粮食减产的关键驱动因素,尤其是干旱和半干旱地区。全球约70%的淡水用于农业部门。鉴于全球人口的增长,到2050年,全球农业用水量将增加到3200亿立方米。据估计,由于对农业用水的巨大需求,全球67%的人口将面临水资源短缺的问题。作物水分生产力是指作物产量与耗水量的比值,是描述粮食与水资源关系的重要指标。因此,改善CWP并平衡水资源和粮食生产对全球粮食安全至关重要。

 

水资源短缺是制约粮食生产的最大问题之一。作物水分生产力(CWP)是表征农业用水效率的一个实用且可量化的指标。遥感技术为估算CWP提供了一种准确、具有成本效益和区域性的方法。然而,需要总结用于CWP估计的遥感方法及其应用场景。本文明确定义了CWP及其相关参数。综述了不同类型的CWP估计方法及其在不同尺度上的应用。CWP,作为作物产量与实际作物蒸散量(ETa)的比率,通常不是直接估计,而是通过估计作物产量和ETa来计算的。因此,分别总结了作物产量和ETa的估算方法。ETa可以使用地表能量平衡残差法、半经验公式法、统计回归法和地面仪器进行遥感。作物产量可以使用数据同化、统计回归和地面仪器进行远程估计。此外,从以前的文献中进一步回顾了这些方法在点、领域和区域尺度上的应用。最后介绍了CWP的现场测量结果。本综述可为CWP的后续研究提供详细参考。

 

GPP、NPP、AGB与作物产量的区别和相关性

 

利用经验统计方法遥感估算产量的一般流程

 

利用模型同化方法遥感估算产量的一般流程

 

三类模型同化方法示意图

 

利用能量平衡余项方法估算作物蒸散发的一般流程

 

用于估算作物水分状况的VI-Ts特征空间示意图

 

来 源

Minghan Cheng, Dameng Yin, Wenbin Wu, Ningbo Cui, Chenwei Nie, Lei Shi, Shuaibing Liu, Xun Yu, Yi Bai, Yadong Liu, Yuqin Zhu & Xiuliang Jin (2023) A review of remote sensing estimation of crop water productivity: definition, methodology, scale, and evaluation, International Journal of Remote Sensing, 44:16, 5033-5068, DOI: 10.1080/01431161.2023.2240523

 

作者介绍

论文第一作者为扬州大学的程明瀚博士,论文通讯作者为中国农科院作物所的金秀良研究员。本研究得到了国家重点研发计划(2021YFD1201602)、中国博士后科学基金(2023M733001)、国家自然科学基金(42071426、51922072、51779161、51009101)、中国农业科学院中央公益性科研机构基础研究基金(批准号:Y2020YJ07)、中国农业科学院农业科技创新计划、海南崖州湾种子实验室(B21HJ0221)、江苏省农业科技自主创新专项基金(CX(21)3065)。

推荐新闻

石时之约|韩志国:透过表型数据,看见植物的喜怒哀乐!

本期石时之约,我们将对话慧诺瑞德(北京)科技有限公司总经理、国际植物表型学会(IPPN)执委会委员/工业分会副主席韩志国,一起从表型数据的科学角度,去读懂农作物的喜怒哀乐和前世今生。

慧科研、慧育种、慧种田——慧聚改变的力量

让我们“慧聚”在一起,为“慧科研、慧育种、慧种田”赋能。

高通量植物表型平台建设注意事项

育种,是在给定的环境条件下,选择各种表型指标(产量、品质、抗性)最优的基因型材料的过程(AI育种,从这里起步)。育种工作中大约70%的工作量来自表型观察测量和筛选,是最耗人力物力的过程。

作物生理表型测量基础原理

生理表型测量的核心在于“早、快”,要在肉眼可见之前就能测量并预判出变化趋势,才是这个技术的核心价值。叶绿素荧光成像,恰好满足了这个要求。