当前, 我国各行业年总用水量约为5500亿吨，而农业生产用水所占比例将近65%，是名副其实的用水大户。随着经济社会的快速发展与城市规模的不断扩张，工业生产用水、居民生活用水与农业灌溉用水矛盾日益突出。如何在保障国家粮食安全的前提下尽可能地控制农业生产用水是当前学界面临的关键问题。水分利用效率作为一项重要的农学经济指标,同时也是生态系统碳、水两个循环之间进行联接的纽带。基于时间序列遥感数据对主要农作物水分利用效率进行实时监测，定量评估不同耕作管理模式、灌溉措施及气候变化等因素对农田水分利用效率的影响研究，将为农业水资源管理提供理论依据与科学支撑。

　　南京地理与湖泊研究所流域地理学重点实验室的汤旭光助理研究员等，在国家自然科学基金、中科院重点部署项目及研究所“一三五”项目的资助下，基于涡度相关技术及遥感数据产品对主要陆地生态系统水分利用效率进行了长期的时空动态估算，研究成果发表在Scientific Reports。尽管上述研究指出了人类活动密集干扰下的农田生态系统水分利用效率最低的问题，但是学界尚缺乏系统深入的研究。因此在以往工作的基础上，汤旭光等抓住这一科学问题，一方面积极探索短时间尺度上的主要农作物水分利用效率实时遥感监测方法，另一方面针对当前主要的农田管理措施，定量评估其对生态系统固碳及水分利用效率的影响，以图推动相关领域的研究进展。主要研究发现：1）基于MODIS GPP与ET产品能够较为准确地估算年际生态系统水分利用效率，但是在短时间尺度效果较差，主要表现为作物生长初期与收割后水分利用效率高估而生长茂盛期严重低估；2）连续时间序列MODIS 植被指数产品表现出较大的遥感估算潜力，基于相关性分析建立经验模型并进行独立验证表明，该模型能够较好地追踪主要农作物水分利用效率季节变化特征，具有很强的普适性与推广性；3）经过对主要农作物及森林GPP、ET及水分利用效率遥感产品与通量观测结果对比分析，表明MODIS GPP产品不确定性是导致研究发现1）的主要原因，并提出了相应的改进建议；4）定量评估了常规耕作（全耕层翻土）与替代性耕作（条带翻土）两种模式下玉米/大豆轮作农田系统水分利用效率与固碳潜力，研究表明替代性耕作模式下水分利用效率明显提高而固碳效果不同作物差异显著。总体而言，经过两年的轮作，两种耕作模式下固碳能力大体相当。相关研究成果发表在遥感类及生态工程类国际期刊Remote Sensing, Ecological Engineering, Environmental Earth Sciences, Chinese Geographical Science。







　　系列研究成果列表：

　　1.Xuguang Tang, Hengpeng Li, Ankur R. Desai, Zoltan Nagy, Juhua Luo, Thomas E. Kolb, Albert Olioso, Xibao Xu, Li Yao, Werner Kutsch, Kim Pilegaard, Barbara K?stner, Christof Ammann. How is water-use efficiency of terrestrial ecosystems distributed and changing on Earth? Scientific Reports. 2014, 4:7483.

　　2.Xuguang Tang, Zhi, Ding, Hengpeng Li, Xinyan Li, Juhua Luo, Jing Xie, Dongqiang Chen. Characterizing ecosystem water-use efficiency of croplands with eddy covariance measurements and MODIS products. Ecological Engineering. 2015, 82: 212–217.

　　3.Xuguang Tang, Hengpeng Li, Tim J. Griffis, Xibao Xu, Zhi Ding, Guihua Liu. Tracking ecosystem water use efficiency of cropland by exclusive use of MODIS EVI data. Remote Sensing. 2015, 7: 11016-11035.

　　4.Xuguang Tang, Hengpeng Li, Ni Huang, Xinyan Li, Xibao Xu, Zhi Ding, Jing Xie. A comprehensive assessment of MODIS-derived GPP for forest ecosystems using the site-level FLUXNET database. Environmental Earth Sciences. 2015, 74: 5907–5918.

　　5.Xuguang Tang, Hengpeng Li, Guihua Liu, Xinyan Li, Li Yao, Jing Xie, Shouzhi Chang. Sensitivity of near real-time MODIS gross primary productivity in terrestrial forests based on eddy covariance measurements. Chinese Geographical Science. 2015, 25(5): 537–548.