国际地球系统科学研究所张永光教授课题组在农业气象灾害遥感方面取得最新进展

南京大学国际地球系统科学研究所张永光教授课题组在农作物高温胁迫遥感监测预警方面取得重要进展。研究成果以”Satellite sun-induced chlorophyll fluorescence detects early response of winter wheat to heat stress in the Indian Indo-Gangetic Plains”为题发表在Global Change Biology杂志上。该期刊为全球变化研究领域的权威期刊之一。

小麦作为世界上最主要的粮食作物之一,属于热敏感性,高温胁迫是造成小麦产量减产的主要农业气象灾害之一。随着全球气候变暖,在全球主要农作物地区,极端高温天气事件呈显著的上升趋势。而在小麦生长过程中的高温敏感期,短暂的极端高温天气会导致小麦产量剧烈下降,从而加剧目前由于人口快速增长而带来的粮食安全挑战。因此,进行大面积小麦高温胁迫的监测和及时预警是关乎农作物稳产、丰产及粮食安全的重大科学问题。目前在大面积农作物高温胁迫研究中,过去多采用传统的植被指数如NDVI等进行监测,但往往不能及时得到小麦高温胁迫的危害状况,进而造成农业防灾减灾的延误。

针对这一问题,张永光教授团队提出了利用目前最新出现的卫星遥感手段-卫星日光诱导叶绿素荧光进行大面积小麦高温胁迫遥感监测。相比传统卫星植被指数,叶绿素荧光可直接反映植物光合作用和光合生理状况,被视为研究植物光合作用与环境关系的内在“无损探针”。为了探索叶绿素荧光遥感在农业高温热害监测的能力,作为应用示例,该工作尝试对印度北部大平原小麦种植区的2010年的小麦高温胁迫进行大范围遥感监测研究。结果发现,卫星荧光可以在高温胁迫发生时及时捕捉到对小麦造成的危害,比传统的卫星植被指数手段提前半个月,并能大范围地更加灵敏的捕捉到的高温胁迫对小麦光合生理的影响(下图)。研究进一步指出,高温胁迫造成小麦光合生育期的缩短大于以往的研究结论,这加剧了小麦产量的减产。

 

图1. 上图为卫星叶绿素荧光与传统植被指数NDVI和EVI 2010年距平分布空间图;下图为研究区受高温影响程度面积百分比

该研究展示了日光诱导叶绿素荧光遥感这一新技术在大面积农业灾害监测预警方面的潜力和优势,为进建立农作物灾害快速预警系统提供了新的思路和方式。南京大学博士研究生宋练为该论文第一作者,张永光教授为该篇论文的通讯作者。近年来张永光教授课题组在植被叶绿素荧光遥感领域在相关领域已取得了一系列重要的学术成果。2018年,张永光教授课题组同时在遥感科学权威期刊Remote Sensing Environment发表了论文“Spatially-explicit monitoring of crop photosynthetic capacity through space-based chlorophyll fluorescence data (https://doi.org/10.1016/j.rse.2018.03.031)”,张永光教授为第一和通讯作者。我校国际地球系统科学研究所张永光教授长期致力于植被遥感、叶绿素荧光遥感、碳循环以及全球变化生态学等方面的研究

该项研究得到了国家重点研发计划、青年千人计划、江苏省杰出青年基金和国家自然科学基金等项目支持,并在相关研究方面得到了国内外合作实验室的大力协助与支持。

原文链接:

Song L., L. Guanter, K. Guan, L. You, A. Huete, W. Ju, Y. Zhang*. Satellite sun-induced chlorophyll fluorescence detects early response of winter wheat to heat stress in the Indian Indo-Gangetic. Global Change Biology, 2018, DOI: 10.1111/GCB.14302.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/gcb.14302 

 

(国际地球系统科学研究所 科学技术处)