Новый набор данных проливает свет на связь флуоресценции хлорофилла, вызванной дальним красным солнцем, с фотосинтезом на уровне кроны

В последние годы научное сообщество все больше обращает свое внимание на устойчивое сельское хозяйство, стремясь максимизировать урожайность сельскохозяйственных культур при минимизации воздействия на окружающую среду. Важнейшим аспектом этого исследования является понимание фундаментальных процессов фотосинтеза растений и того, как их можно контролировать в больших масштабах.

Одним из многообещающих методов оценки фотосинтетической активности является измерение вызванной солнцем флуоресценции хлорофилла, побочного продукта фотосинтеза, которую можно обнаружить с помощью наземных датчиков, а также спутников в космосе.

Исследование, проведенное Гэнхонгом Ву, доктором философии. Студент, которого консультировал директор Центра устойчивого развития агроэкосистем (ASC) Кайю Гуан, и его коллеги использовали наземные инструменты для измерения флуоресценции хлорофилла, индуцированной дальним красным светом (SIF), и различных вегетационных индексов (VI), которые отражают здоровье и активность растений. Он собрал данные SIF и VI за 15 лет по различным культурам (кукуруза, соя и мискантус) за шесть лет (2016–2021 годы) в кукурузном поясе США (Иллинойс и Небраска).

Исследование опубликовано в журнале Научные данные.

«Башни ковариации Эдди в настоящее время являются золотым стандартом для измерения фотосинтеза растительного покрова», — объяснил Ву. «Однако они дороги и распространены на ограниченных участках по всему миру. Спутниковый SIF может предоставить нам непрерывные в пространстве данные. Однако полное использование спутникового SIF для мониторинга фотосинтеза требует механистического понимания взаимосвязи между ними».

Этот обширный набор данных, представленный в этом исследовании, может быть использован для понимания механизмов взаимосвязи между дальним красным SIF и фотосинтезом на уровне полога. Эта взаимосвязь имеет решающее значение для точной интерпретации показаний SIF, независимо от того, получены ли они из наземных наблюдений или спутниковых изображений.

Важно отметить, что исследование предоставляет надежный набор данных, который может служить эталоном для проверки спутниковых продуктов SIF, которые все чаще используются для мониторинга глобальных сельскохозяйственных систем и углеродного цикла. Более того, этот набор данных можно использовать для улучшения моделей прогнозирования урожайности и оценки здоровья растений в больших масштабах, способствуя более информированной сельскохозяйственной практике и политике.

В статье ученые описали, как они построили сеть, и описали набор данных. Статья включает подробную информацию об инструментах, обработке данных и потенциальных приложениях.

«Мы одна из первых групп в мире, которая разработала такую ​​сеть для долгосрочных измерений SIF, начиная с 2016 года», — прокомментировал Гуань.

«Одной из наших целей было предоставить исследователям более широкое применение этого набора данных», — отметил Ву. «Таким образом, в этой статье представлено подробное описание того, как мы собирали, обрабатывали и косвенно проверяли наборы данных и каковы потенциальные применения этих данных».

Ву также отмечает, что, хотя многие исследователи собирают данные SIF и фотосинтеза, не существует стандартного метода для этого.

«Люди собирали и обрабатывали данные SIF по-разному», — сказал Ву. «Существует несколько систем с разными конструкциями приборов. Нам нужна была подробная запись наших систем и настроек, чтобы, мы надеемся, помочь в установлении стандартов сбора и обработки этих данных в будущем».

«Мы решили сделать наш метод прозрачным, чтобы другие могли доверять надежности наших данных», — сказал Ву. «Теперь они также могут использовать наши данные SIF для ассимиляции моделей поверхности земли для оценки углеродного цикла или водного цикла в дополнение к оценке фотосинтеза и обнаружению стресса».