奥加拉拉含水层横跨从德克萨斯州到南达科他州的八个州，是世界上最大、压力最大的含水层系统之一。作为全国最具活力的灌区之一，它支撑着价值200亿美元的农业经济，但在很大一部分含水层，地下水的使用是不可持续的。
专家表示，考虑到气温上升和气候变化导致的降雨变异性增加，要继续种植经济上可行的作物，需要维持甚至扩大灌溉。然而，如果没有大量的管理和技术干预，即使在目前灌溉的土地上，由于地下水持续枯竭，灌溉也可能变得不切实际。了解灌区如何随时间变化有助于前瞻性水管理，但大多数地区缺乏灌溉发生时间和地点的详细记录。
感谢密歇根州立大学领导的一个包括水文地质学家Jillian Deines和David Hyndman在内的科学家团队，他们用34年的卫星图像制作了一个新的地图数据集最长，最高分辨率的记录，灌溉发生在何时何地-现已提供给农民、管理人员和研究人员，以告知政策和管理决策。他们的研究结果最近发表在《环境遥感》杂志上。
直到最近，利用卫星图像在大片地区绘制灌溉地的努力还受到昂贵的高分辨率图像和高昂的计算成本的限制。现在，有了来自美国的免费高质量的Landsat卫星图像和新的云计算工具，如谷歌地球引擎，研究人员可以访问和分析大量数据，以了解早在20世纪70年代土地管理的变化。
“要想在未来管理有限的资源，你需要了解过去和现状。赛义德·德因斯(said Deines)曾是海德曼大学(Hyndman)水文地质实验室的博士生，现在是斯坦福大学(Stanford University)的博士后研究员，也是这篇论文的第一作者。“不幸的是，我们经常缺乏我们需要的长期记录。地球资源卫星档案提供了持续35年以上的数据流。有了像谷歌地球引擎这样的基于云计算的工具，我们的工作可以把这些卫星观测转化成信息，帮助我们了解我们现在在哪里，我们曾经在哪里，希望我们能更好地规划我们的未来。”
基于过去1999-2016年对奥加拉拉北部共和河盆地的研究，该团队使用机器学习技术，在1984年至2017年对整个含水层绘制了一份年度高分辨率灌溉地图时间序列。利用“地球引擎”丰富的数据目录，他们结合了Landsat图像、气候和土壤数据，对每年的灌溉进行分类。他们的方法生成的地图总体精度高达91%，与美国农业部(USDA)现有的县统计数据非常接近。然后，他们能够识别出灌溉面积下降、扩大和稳定的区域。
“高分辨率的年度灌溉地图为量化物理和社会经济因素对农民年度灌溉决策的影响提供了坚实的基础，”赛义德·海恩德曼，密歇根州立大学自然科学学院地球与环境科学系教授兼系主任，资深作家。“反过来，这可以帮助决策者在灌溉农业的抽水正在消耗含水层的地区制定可持续用水的路径。”
“这些地图还提供了必要的输入，以模拟灌溉对下风气候和区域水文的影响，”Hyndman说。
Deines指出，这个数据集还有很多值得学习的地方。例如，环境地球科学研究生和水文地质实验室成员Ally Brady正在利用灌溉模式来记录灌溉技术的变化，以便更好地了解这些技术进步如何影响水的使用和农业生产。
“展望未来，这些地图告诉我们一些我们以前不知道的事情灌溉地的精确位置覆盖着迅速下降的含水层，”Deines说。“这一信息尤其重要，因为考虑到含水层储水量的下降，我们估计，本世纪可能会失去目前24%的灌溉面积。出于这个原因，我目前正与该地区各大学的一个研究小组合作，考虑这些地区在灌溉不再可能的情况下可能会向什么方向转变，以及这些转变可能带来的经济影响。”
除了Hyndman和Deines，其他参与研究的科学家还有MSU水文地质实验室的Anthony Kendall和Jeremy Rapp，以及加拿大魁北克麦吉尔大学自然资源科学系的Morgan Crowley和Jeffrey Cardille。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://msutoday.msu.edu/news/2020/long-term-mapping-key-to-effective-management-of-irrigated-areas/