農業用土壌に塩化ナトリウムなどの可溶性塩が存在すると、作物の収量が劇的に減少する可能性があります。灌漑農業では、特に乾燥地帯や半乾燥地帯では、塩分を残しながら土の間隙から水を除去するいくつかの蒸発散プロセスによって、土壌プロファイルに塩分が蓄積されます。
塩分が根域の下に浸出するように過剰な灌漑水を適用することにより、塩分の蓄積を避けることができます。しかし、水が不足している場合、作物の必要量を超えて灌漑することはますます論争の的になっています.
世界的に、全食料の 40% が灌漑された農地で生産されていますが、これは全耕作地のわずか 20% にすぎません。世界の塩分の推定値は不確かですが、国連食糧農業機関は、世界の灌漑農地の約 5 分の 1 が塩分の影響を受けていることを示しています。塩分の影響を受けた灌漑土壌の半分以上が、中国、インド、パキスタン、米国の 4 か国で発見されています。灌漑された土壌では、塩分は一般に土壌プロファイル内に蓄積しますが、それほど頻繁ではありませんが土壌表面にも蓄積します。州レベルおよび大陸レベルでの土壌塩分の目録作成は、土壌塩分の要因と傾向を特定して理解すること、この災害の経済的影響を理解すること、および緩和戦略と管理計画を策定するために不可欠です。
複雑な空間的変動があるため、広い範囲の土壌塩分をマッピングすることは困難です。土壌中の水と塩の移動に影響を与える土壌特性に存在する自然の変動性のため、個々の農地内で塩分の顕著な勾配がしばしば観察されます。複数の畑にわたって、灌漑方法や水質、農学的方法、土壌耕作など、さまざまな要因により、さらに変動が生じます。従来の土壌調査では、土壌コアが 1 ～ 1.5 km ごとにしか得られないため、塩分の短距離変動を特定できません。一方、衛星画像は、非常に広い地域の短期変動を把握するための理想的なツールです。
過去 10 年間に、地域規模でリモート センシングを使用して作物の成長を監視することにより、農業植生に対する塩ストレスの影響を定量化できることがいくつかの研究で示されました。通常、作物に対する塩分の影響を他の生物的および非生物的ストレッサーの影響から分離するには、衛星植生測定値の多時期分析が必要です。土壌の塩分濃度をマッピングするために、さまざまな衛星やデータ分析アプローチが使用されてきました。たとえば、スクディエロら。 7 年間のランドサット 7 画像を使用して、米国カリフォルニア州サンホアキン バレー西部のルート ゾーンの土壌塩分 (つまり、土壌の上部 1.2 m の塩分) をマッピングしました (図 1)。
Landsat 7 の空間解像度は 30×30 m で、16 日ごとに同じ場所で画像を収集します。 Zhang と同僚は、1 年間の MODIS 画像を使用して、中国の黄河デルタの根域の土壌塩分を評価しました。 MODIS 植生モニタリングは、解像度 250 m および 500 m です。 MODIS 画像から毎日の時系列を取得できます。毎日のデータは、Landsat 7 のような頻度の低いデータでは観測できない植生の成長のダイナミクスを捉えることができます。
今後の研究努力は、大陸および地球規模での土壌塩分濃度のマッピングとモニタリングに焦点を当てる必要があります。さまざまな作物と土壌 (塩分) との相互作用は、天候などのいくつかの影響要因により、世界中で変化します。このような大規模な塩分濃度をマッピングするには、さまざまな地理的領域でリモート センシングを使用する必要があります。その目標に向けた一歩として、科学文献で提案されている現在のリモート センシング アプローチは、世界のさまざまな地理的および気候的地域でテストおよび検証されるべきです。
ジャーナル Ecological Indicators に掲載された最近の記事「Validating the use of MODIS time series for salinity assessment over a farm lands in California, USA, USA」 、サンホアキンバレー西部のグラウンドトゥルース土壌塩分データセットを使用して、Zhangと同僚によって提案されたMODIS時系列アプローチをテストしました。サン ホアキン バレー西部は半乾燥の農地で、夏は暑く乾燥し、冬は涼しくなります。一方、Zhang 氏らが研究を行った黄河デルタは、乾燥した冬と雨の多い夏を伴う湿潤大陸気候と湿潤亜熱帯気候です。植生の「緑度」は、MODIS 画像から計算されたいくつかの指標を使用して監視できます。私たちの研究では、正規化植生指数 (NDVI)、強化植生指数 (EVI)、およびキャノピー応答塩分指数 (CRSI) を計算しました。 NDVI と EVI は、Zhang と同僚によってもテストされました。 CRSI は、USDA-ARS 米国塩分研究所によって開発されました。
私たちの研究は、張と同僚によって提案された方法論が、以前に調査されたものとは異なる気候地域の土壌の正確な土壌塩分推定値を提供したことを示しました。ただし、植生指数は地域によってパフォーマンスが異なることがわかりました。黄河デルタでは、塩分マッピングでは EVI が NDVI よりも優れていました。カリフォルニアでは、CRSI が NDVI よりも優れており、NDVI は EVI よりも優れていました。 Zhangらによって提案された元の方法論を改善しました。単一年のデータの代わりに複数年のデータを使用する。塩分の影響を他のストレスから分離するには、複数の生育期からの情報が必要です。最後に、MODIS の空間解像度は、カリフォルニア農地の塩分評価には理想的ではないことに注意してください。農地は MODIS ピクセルよりも小さいことが多く、土壌パターン、土地利用の短期的な変動に対処するには、より高解像度のリモート センシング データが必要です。 、およびその他の要因。私たちは仲間の科学者に、さまざまなリモート センシング方法論をさらに評価し、調和させて、農地の土壌塩分の正確な (そして非常に必要とされている!) 世界的な目録を取得できるように招待します。
これらの調査結果は、ジャーナル Ecological Indicators に最近掲載された、米国カリフォルニア州の農業用土壌に対する塩分評価のための MODIS 時系列の使用の検証というタイトルの記事で説明されています。 上にまとめた研究は、チャップマン大学のモハメド・アラリ、ヘシャム・M・エル・アスカリー、クリステン・ホイットニー、USDA-ARS 米国塩分研究所のデニス・L・コーウィンとトッド・H・スキャッグス、およびカリフォルニア大学リバーサイド校および USDA-ARS 米国塩分研究所。
参考文献:
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