利用航空图像评估覆盖作物生物量：UNL-NRCS土壤健康倡议期间的经验教训
内布拉斯加州农场研究网络不支持使用农场研究试验中测试的产品。虽然治疗是在试验中重复的，并且可能在不同条件下在多个地点重复，但您的个人结果可能会有所不同。
为什么覆盖作物生物量很重要？
覆盖作物生物量生产非常重要，与杂草和害虫抑制、侵蚀控制以及氮（N）保留和供应等效益相关。例如，杂草抑制可以通过物理干扰杂草种子的出现和生长，与杂草竞争水分、养分和阳光，以及可能的化感化合物来实现。豆类覆盖作物固定的大气氮在覆盖作物残留物分解后可用于经济作物，通过养分循环促进作物生产。覆盖作物通过在生长期间和终止后提供物理覆盖减少土壤侵蚀，并在田间留下残留物。产生这些效益的过程，无论是侵蚀控制、固氮还是杂草抑制，都与覆盖作物生物量生产有关。
航空图像（遥感）可用于估算覆盖作物生物量
考虑到采样所需的时间和精力，农民或农学家很少测量田间覆盖作物生长的空间变异。作物冠层传感器和航空图像已用于在区域范围内跟踪覆盖作物的采用情况，以及从覆盖作物地上生物量估算N含量（Seifert等人，2019年；White等人，2019年）。
归一化植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)是航空影像植物冠层光谱反射率的常用度量方法。这个值表示红光与近红外波长的比值，计算为NDVI = (NIR- red)/(NIR+ red)。在两个或多个波长的表面反射率的组合被设计来突出植被的一个特殊性质。NDVI与植物生物量(如叶面积)和叶绿素含量(如光合活性)相关，NDVI值越高，代表的叶绿素和生物量越多。
NDVI和其他植被指数被广泛用于评估植被覆盖在特定地点作物管理实践中的应用，如灌溉调度、营养管理和病虫害控制。同样，NDVI传感器也可以用来估计作物覆盖生物量。反过来，这也可能影响种植和终止管理，以及基于田间覆盖作物生长变异性的具体立地决策。
航空图像可以捕捉不同覆盖作物做法导致的覆盖作物生物量差异
的内布拉斯加州土壤健康倡议（SHI）是教育和农场评估的伙伴关系吗2016年启动，连接内布拉斯加州农场研究网络和美国农业部NRCS．在本文中，我们报告了2019年采集的初步覆盖作物生物量数据及其与遥感信息的关系。为了回答这个问题，航空图像能否用于估算多个农田的覆盖作物生物量和覆盖作物管理措施？“，在化学终止前的2019年春季，在四个田地收集了未终止冬季的覆盖作物生物量（表1）。
| 县 | 覆盖作物管理比较 | 覆盖作物种植日期 | 覆盖作物终止日期 | 覆盖作物混合物成分 |
|---|---|---|---|---|
| 格里利 | 覆盖作物和非覆盖作物 | 11/17/2018 | 6/1/2019 | 麦片黑麦50磅/ac，饲料项圈1磅/ac，“紫顶”萝卜1磅/ac，油菜籽1磅/ac，甘蓝1磅/ac |
| 霍华德 | 覆盖作物和非覆盖作物 | 9/21/2018 | 5/14/2019 | “Barkant”萝卜0.8磅/分，非洲卷心菜0.6磅/分，“Impact”饲草项圈0.5磅/分，“侏儒Essex”油菜籽1.6磅/分，生态耕作萝卜1.1磅/分，“Peredovick”向日葵1.0磅/分，“Finch”红花1.0磅/分，VNS毛野豌豆1.6磅/分，“Viceroy”小扁豆1磅/分，谷类黑麦33磅/分 |
| 诺克斯 | 放牧和非放牧覆盖作物 | 8/12/2018 | 6/28/2019 | 珍珠小米2.5磅/英亩，日本小米5磅/ac，春燕麦10磅/ac，冬小黑麦10磅/ac，大豆10磅/ac，绿豆5磅/ac，桑麻1.29磅/ac，野豌豆3磅/ac, BMR矮高粱4磅/ac |
| 斯坦顿 | 单种和多种混合物 | 7/27/2018 | 5/16/2019 | 单一品种:谷物黑麦50磅/每立方米 多品种：谷类黑麦30磅/公顷，红三叶3磅/公顷，油菜籽/油菜2磅/公顷，多毛野豌豆6磅/公顷 |
航空图像来自商业航空图像提供商(terrvion, San Leandro, CA)，空间分辨率为6至8英寸。NDVI值与各种覆盖作物处理相关，包括草、豆科和芸苔属的单一栽培和混合栽培(表1)。
我们观察到，覆盖作物生物量的NDVI值与四个不同农场的管理因素有关，如覆盖作物种植日期、播种率、混合物中的物种和放牧成分。主要意见/调查结果包括：
- 在诺克斯县，秋季未放牧的覆盖作物的春季生物量和NDVI值高于放牧处理（图1-A）。
- 在斯坦顿县，单种覆被作物的生物量和NDVI值高于覆被作物混合种。2019年5月采集了两种处理的生物量样本。春季覆盖作物混合以黑麦为主，而其他物种被冻死(图1-B)。
- 霍华德县覆盖作物混合物是在9月播种的，而格里利县覆盖作物混合物是在11月播种的。因此，霍华德县比格里利县多生长了近70天。这导致了格里利县站点的生物量产量有限和NDVI值较低。霍华德县覆盖作物在寒冷天气开始之前积累了更大的生物量(图2-A和2-B)。
- 格里利县生物量产量极低（低于500 lb/ac），导致NDVI较低，这可归因于油菜播种率低（1 lb/ac），导致生长主要为油菜。内布拉斯加州环境中的芸苔属冬杀植物，11月17日的种植日期超过了芸苔属植物的最佳种植日期（图2-B）。
- 在霍华德县站点，覆盖作物生物量产量的变化导致了整个农田的不均匀NDVI格局(图3)。航空图像可能与季末产量信息配对，可以用来生成生物量生产条件图，以便更好地进行覆盖作物管理。
现在怎么办？
这里提供的数据表明了高分辨率多光谱图像在评估覆盖作物生物量生产和管理实践变化方面的价值和用途。尽管NDVI和生物量值可能并不完全一致，响应也不总是线性的，但这里描述的关系为我们提供了一些有用的见解，以了解影响生物量生产的覆盖作物管理考虑因素，如种植时间、播种率和方法(播种机或钻播)，混合种(单种或多种)、覆盖作物终止的除草剂方案和放牧机会。覆盖作物的生长由于水和养分的时空有效性而变化，这与我们在经济作物产量中观察到的情况类似。利用航空图像这一非破坏性且易于应用的方法，我们能够深入了解整个农田的覆盖作物生物量生产情况，这是传统的地面生物量取样所无法做到的。
致谢
作者要感谢美国自然资源保护署(USDA-NRCS)和Robert B. Daugherty全球粮食用水研究所(DWFI)提供的资金支持。
工具书类
塞弗特，C.A.，阿扎里，G.，和洛贝尔，D.B.（2019）。勘误表：美国中西部覆盖作物及其对作物产量影响的卫星探测（2018年《环境研究》Let.13 064033）。《环境研究快报》，14（3），039501。
怀特，C.M.，布拉德利，B.，芬尼，D.M.，和凯，J.P.（2019）。用手持归一化差异植被指数仪预测覆盖作物氮含量。《农业与环境通讯》，第4（1）页。