Применение двухуровневой энергобалансовой модели TSEB для анализа пространственной неоднородности транспирации и испарения с поверхности почвы орошаемого агроценоза сои

В условиях глобального изменения климата и разработки стратегий рационального природопользования оптимизация использования водных ресурсов в сельском хозяйстве является крайне важной задачей. Недостаточное орошение приводит к водному стрессу растений и снижению урожайности, в то время как избыточное – к эрозии почвы, засолению, выщелачиванию удобрений, а также снижению продуктивности использования воды. В сельскохозяйственной практике из-за несовершенства технических систем, микрорельефа поля, различий физико-химических свойств почвы поливная вода распределяется по полю неравномерно. Пространственную неоднородность потоков влаги на сельскохозяйственном поле крайне сложно определить традиционными методами, например, с помощью лизиметров или измерений турбулентных пульсаций. Более того, данные методы являются высокозатратными и, как правило, используются только в научных исследованиях. Однако в настоящее время широко применяется альтернативный подход: исследование пространственной неоднородности потоков влаги на сельскохозяйственных полях с применением дистанционного зондирования Земли и математического моделирования. Целью настоящей работы является апробация двухуровневой энергобалансовой модели TSEB для оценки пространственного распределения эвапотранспирации, испарения с поверхности почвы и транспирации орошаемого посева сои. Исследуемое сельскохозяйственное поле расположено на территории УНПО «Поволжье» Вавиловского университета (Энгельский район, Саратовская область), координаты: 51.125 ° с.ш., 46.021° в.д. Орошение проводилось фронтальной дождевальной машиной Zimmatic. Модель TSEB (Norman et al., 1995) оценивает испарение с поверхности почвы и транспирацию, рассчитывая составляющие энергетического баланса отдельно для растительности и для почвы. Входные данные, необходимые для инициализации TSEB, включают температуру подстилающей поверхности, характеристики растительности, метеорологические данные (температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость ветра, суммарная радиация). Температура подстилающей поверхности была получена из данных спутниковых съемок Landsat 8-9 в дальнем ИК диапазоне, индекс листовой поверхности LAI для сои рассчитывался через вегетационный индекс EVI2 (Nandan et al., 2022), проективное покрытие рассчитывалось через LAI (Liang et al., 2021), метеорологические измерения проводились около исследуемого поля с периодом 30 минут, данные суммарной радиации были получены из климатического реанализа ERA5-Land (Muñoz-Sabater et al., 2021). Для оценки метеорологических величин в момент пролета спутника использовалась интерполяция сплайнами Акима. По результатам анализа изображений эвапотранспирации, транспирации и испарения с поверхности почвы были обнаружены зоны с повышенными значениями потоков, превышающими в некоторых случаях в два раза значения на соседних участках. Также отмечается постоянное изменение в течение вегетационного периода зон повышенных значений эвапотранспирации, при этом вегетационные индексы EVI2, LAI и проективное покрытие хоть и имеют пространственную неоднородность, но эта неоднородность практически не изменяется в течение вегетационного периода и пространственно не скоррелирована с потоками влаги. Таким образом, двухуровневая энергобалансовая модель TSEB может быть применена для мониторинга влагообеспеченности посевов и принятия оперативных решений для управления нормами и сроками поливов на орошаемых сельскохозяйственных полях, в то время как вегетационные индексы не способны оперативно отразить избыточное или недостаточное орошение.