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IWMI / ESA

遥感能否识别小农成功的农业水管理干预措施?

引人注目的讨论、评论和关于繁荣生态系统中的农业的故事。

撒哈拉以南非洲(SSA)国家的粮食安全依赖于小农农场,其中大多数目前的特点是生产力低下。因此,提高非洲南部地区小农系统的生产力对于满足该地区快速增长的粮食需求至关重要。非洲的产量差距——农业系统的潜在产量和实际产量之间的差距——是比其他大陆大得多

水资源不足仍然是提高SSA小农系统生产力的关键限制因素之一。如果不大规模实施针对小农的加速水管理干预措施,撒哈拉以南非洲地区将难以满足不断增长的粮食需求,并将继续处于粮食不安全状态。

为小农提供高效的水资源管理

2013年至2018年,IWMI和合作伙伴先导式前端润湿探测器(wfd)埃塞俄比亚的古加灌溉计划。与此同时,ICRISAT和合作伙伴试点了世界粮食日在津巴布韦的两个小农灌溉计划Silalatshani和Mkoba。

虚拟灌溉学院在美国,WFD是一种简单的土壤湿度工具,可以告诉农民何时灌溉,何时停止浇水。IWMI和ICRISAT灌溉计划以及不同国家的其他试点项目的结果显示,在显著提高作物产量的同时,有可能减少农田的总体用水量。目前正在努力扩大对其他小农灌溉计划的实施。

IWMI和ICRISAT在Koga、Silalatshani和Mkoba的实地试点项目确定了WFD干预措施取得成功的农场的确切位置。这为测试这些灌溉计划中免费提供的遥感数据集的有效性提供了及时的机会,以确定成功的农场干预措施的位置

卫星可以指明方向

免费提供的卫星数据覆盖广泛的地理区域,并在一段时间内反复测量,为监测和评估干预措施对分散的小农景观的影响提供了另一种方法。虽然使用卫星数据评估土地恢复措施的影响已经变得普遍,但其在确定农场水管理实践如何影响农业生产力提高方面的应用仍处于起步阶段。

有各种各样的免费卫星数据源,以不同程度的细节捕捉地球表面。为了评估SSA的水管理干预措施的影响,最近完成的一项由WLE支持的IWMI研究主要使用了Landsat 8卫星数据。这些数据提供了在Koga、Silalatshani和Mkoba灌溉计划进行农场水管理干预期间的最佳可用分辨率。

实施控制前后影响设计

本研究采用控制影响前后(BACI)设计。BACI设计在环境影响评估中已经很流行,现在越来越多地使用遥感数据进行土地恢复影响评估。BACI设计比较了两个地点的生物物理变量:“控制”,即一切照常的情景盛行,以及“影响”,即在干预前后进行分析。

该研究BACI设计中使用的两个感兴趣的变量是作物用水和增强植被指数(EVI),后者是直接从Landsat 8数据中得出的产量的代表。利用能源平衡模型对作物用水进行了估计,该模型基于包括陆地卫星8号在内的大量卫星输入。卫星数据允许以30平方米的分辨率对农场干预进行评估。

干预前后比较

IWMI在古加收集的实地数据以及ICRISAT在Silalatshani和Mkoba收集的实地数据被用来确定在控制区和在使用WFDs进行灌溉计划的试验区,水和土地生产力的增加。为了进行BACI设计,提取了被指定为成功的农场在干预之前、期间或之后的遥感指标(作物水分利用和EVI)。

基于BACI设计的这项研究表明,Koga和Silalatshani的作物用水得到了改善,分别确定了50%和55%的受干预影响的农场。EVI在Mkoba的表现更好,该研究确定了62%的干预农场具有影响。在所有成功实施了WFD的试点农场中,80%的地点被作物用水或EVI捕获,尽管不到20%的受影响地点作物用水和EVI指标重叠。然而,很有可能一些农场经历了作物用水量的显著减少,但产量却略有增加,反之亦然。由于本研究中使用的Landsat 8数据分辨率中等,遥感指标不够敏感,无法捕捉在农场观察到的边际增长。

限制是存在的,但机会是丰富的

研究结果强调,使用像Landsat这样的中等分辨率的卫星数据,尽管有一些局限性,但在农场规模上识别干预影响位置是可能的。该方法的主要限制之一是它无法解决在农场一级的用水或产量增加方面的边际改善。此外,由于SSA农场面积小且不规则,来自Landsat的农场像素通常包含相邻的地块。

在分析过去大规模实施的农场水管理干预措施时,可以通过分析灌溉区块或水用户协会级别而不是农场级别的影响来解决与中等分辨率遥感数据相关的一些局限性。然而,对于2018年之后的干预措施,由于Sentinel 2和Planet-NICFI等高分辨率数据集的可用性,可以在小农灌溉计划的农场层面成功地进行影响评估。

报告显示,在小农系统中使用遥感指标进行影响评估可以帮助决策者确定农场水管理干预措施在哪些地方是成功的,在哪些地方没有产生预期的影响。通过使决策者能够选择能够成功提高撒哈拉以南非洲小农农场生产力的干预措施,基于卫星的投入最终可以帮助缩小该地区的产量差距,加强该地区数百万居民的粮食安全。

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