Under de senaste åren har forskarvärlden i allt högre grad riktat sin uppmärksamhet mot hållbart jordbruk, med målet att maximera skörden samtidigt som miljöpåverkan minimeras. En avgörande aspekt av denna forskning innebär att förstå de grundläggande processerna för växtfotosyntes och hur de kan övervakas i stor skala.
En lovande metod för att bedöma fotosyntetisk aktivitet är genom mätning av solinducerad klorofyllfluorescens, en biprodukt av fotosyntes som kan detekteras från markbaserade sensorer såväl som från satelliter i rymden.
En studie ledd av Genghong Wu, en Ph.D. student rådgiven av Agroecosystem Sustainability Center (ASC) chef Kaiyu Guan, och kollegor har använt markbaserade instrument för att mäta långt röd solinducerad klorofyllfluorescens (SIF) och olika vegetationsindex (VI) som återspeglar växternas hälsa och aktivitet. Den sammanställde 15 platsår av SIF- och VIs-data från olika grödor (majs, sojabönor och miscanthus) under sex år (2016-2021) inom U.S. Corn Belt (Illinois och Nebraska).
Studien publiceras i tidskriften Scientific Data .
"Eddy kovarianstorn är för närvarande guldstandarden för att mäta canopy fotosyntes," förklarade Wu. "Men de är dyra och distribueras över begränsade platser över hela världen. Satellit-SIF kan förse oss med rumsligt kontinuerliga data. Att fullt ut utnyttja satellit-SIF för fotosyntesövervakning kräver en mekanistisk förståelse av förhållandet mellan de två."
Denna omfattande datauppsättning som tillhandahålls i denna studie kan användas för att få insikter i det mekanistiska förhållandet mellan långt röd SIF och fotosyntes på baldakinnivå. Detta förhållande är avgörande för att tolka SIF-avläsningar korrekt, oavsett om de kommer från markbaserade observationer eller satellitbilder.
Viktigt är att studien tillhandahåller en robust datauppsättning som kan fungera som ett riktmärke för att validera satellit-SIF-produkter, som i allt högre grad används för att övervaka globala jordbrukssystem och kolcykling. Dessutom kan datasetet användas för att förbättra modeller för att förutsäga skörd och bedöma växthälsa i stor skala, vilket bidrar till mer informerade jordbruksmetoder och -policyer.
Genom uppsatsen beskrev forskarna hur de byggde upp nätverket och en beskrivning av datamängden. Artikeln innehåller detaljer om instrumentering, databehandling och potentiella tillämpningar.
"Vi är en av de första grupperna världen över att utveckla ett sådant nätverk för långsiktiga SIF-mätningar, daterat tillbaka till 2016", kommenterade Guan.
"Ett av våra mål var att ge forskare en bredare tillämpning av denna datamängd," noterade Wu. "Därför ger det här dokumentet en detaljerad beskrivning av hur vi samlade in, bearbetade och indirekt validerade datamängderna och vad är de potentiella tillämpningarna för data."
Wu påpekar också att även om många forskare samlar in SIF- och fotosyntesdata, så finns det ingen standardmetod för att göra det.
"Människor har samlat in och bearbetat SIF-data på olika sätt," sa Wu. "Det finns flera system med olika instrumentdesign. Vi behövde en detaljerad registrering av våra system och inställningar för att förhoppningsvis vara till hjälp för att sätta standarden för insamling och bearbetning av denna data i framtiden."
"Vi bestämde oss för att vara transparenta med vår metod så att andra kan lita på tillförlitligheten av vår data," sa Wu. "De kan nu också använda våra SIF-data för att assimilera landytemodellerna för att uppskatta kolets kretslopp eller vattnets kretslopp förutom fotosyntesuppskattning och stressdetektering."
Mer information: Genghong Wu et al, Ground far-red solinducerad klorofyllfluorescens och vegetationsindex i USA:s mellanvästern agroekosystem, Scientific Data (2024). DOI:10.1038/s41597-024-03004-w
Journalinformation: Vetenskapliga data
Tillhandahålls av University of Illinois i Urbana-Champaign
