Einfache und innovative Methoden zur Schätzung der Bruttoprimärproduktion und der Transpiration von Nutzpflanzen: Eine Übersicht

Eine nachhaltige landwirtschaftliche Produktion zur Unterstützung der Ernährungssicherheit ist eines der Hauptziele der Agenda 2030 für globale nachhaltige Entwicklungsziele (SDG). Technologische Fortschritte und neue Informationsquellen spielen eine entscheidende Rolle dabei, die Landwirtschaft bei der Erreichung der SDG und der Steigerung der Produktionsfähigkeiten zur Deckung der steigenden Lebensmittelnachfrage zu unterstützen. Die Bruttoprimärproduktion (GPP) und die Transpiration (T) von Nutzpflanzen sind die größten Kohlenstoff- und Wasserflüsse in Agrarökosystemen. GPP-Daten werden zur Einschätzung des Ernteertrags verwendet, einer wichtigen Kennzahl für die Widerstandsfähigkeit der Landwirtschaft und die Ernährungssicherheit. Auf Landflächen ist T die größte Komponente der Evapotranspiration und macht mehr als 60 % des in die Atmosphäre zurückfließenden Niederschlagswassers aus. T wird verwendet, um den Wasserverbrauch darzustellen und die Bewässerung von Ackerland zu verbessern, wodurch die Produktionskosten gesenkt und ein nachhaltiger Anbau unterstützt werden können. In diesem Kapitel überprüfen wir die neuesten wissenschaftlichen Ansätze zur Ermittlung von GPP und T, einschließlich In-situ- und Fernerkundungsmethoden, und konzentrieren uns dabei auf die biophysikalischen Grundlagen der wichtigsten verfügbaren Techniken. Darüber hinaus ist es angesichts der Verbindung zwischen GPP und T durch das Verhalten der Stomata möglich, die Berechnung beider Variablen zu vereinfachen, indem gemeinsame biophysikalische Parameter (d. h. minimale Stomataleitfähigkeit) geschätzt werden, die den Wasserverlust und die Kohlenstoffaufnahme der Vegetation beeinflussen. Wir heben innovative Ansätze hervor, die die Berechnung beider Variablen auf der Grundlage dieser Beziehung verbessern, und überprüfen das Ausmaß und die Grenzen der Algorithmen, die in einigen der beliebtesten Satellitenprodukte wie dem globalen Evapotranspirationsprodukt (MOD16) des Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) und EcoStress verwendet werden. Darüber hinaus untersucht und beschreibt dieses Kapitel das Potenzial der Verwendung von Daten zur solarinduzierten Fluoreszenz (SIF) zur Berechnung von landwirtschaftlicher GPP und T. Angesichts der Bedeutung bestimmter Variablen in der Landwirtschafts- und Forstmeteorologie enthält dieses Kapitel auch einen Abschnitt, in dem die wichtigsten Umrechnungsfaktoren zur Berechnung von Energie-, Kohlenstoff- und Wasserkreisläufen vorgestellt werden.