Η μέτρηση του αζώτου και του υδατικού στρεσαρίσματος στο σιτάρι μέσω της Τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

"Η μέτρηση του αζώτου και του υδατικού στρεσαρίσματος στο σιτάρι μέσω της Τηλεπισκόπησης"

Εισαγωγή

Το άζωτο (Ν) είναι η μεγαλύτερη εισροή στα καλλιεργητικά συστήματα στην Αυστραλίας και εφαρμόζοντας το σωστό ποσό Ν στο σωστό μέρος στο σωστό στάδιο ανάπτυξης του φυτού στάδιο είναι σημαντική πρόκληση για τους καλλιεργητές σίτου. Σε μη αρδευόμενες εκτάσεις η εφαρμογή του Ν εξαρτάτε απόλυτα από την ποσότητα του διαθέσιμου νερού. Η αντιστοίχηση της προσφοράς του N στην διαθεσιμότητα του νερού τόσο χωρικά όσο και χρονικά, είναι απαραίτητο για να επιτευχθεί η βέλτιστη παραγωγή σε μια καλλιέργεια. Ωστόσο, η αντιστοίχηση της εισροής της κατάλληλης ποσότητας Ν απαιτεί την κατάλληλη αξιολόγηση της κατάστασης του Ν και των υδάτων τις γεωργικές εκτάσεις, ειδικά στην αρχή της καλλιεργητικής περιόδου που οι αποφάσεις μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση της καλλιέργειας.

Οι τηλεπισκοπικές τεχνικές που χρησιμοποιούν και τη φασματική και τη θερμική προσέγγιση μπορούν να παρέχουν ταχεία αναγνώριση της κατάστασης του Ν και της διαθεσιμότητας του νερού του εδάφους.

Μέθοδοι

Στο πείραμα συμμετέχουν τέσσερα διαφορετικέ τιμές της λίπανσης Ν (0, 16, 39 και 163kg N/ha) και δύο διαφορετικές αποστάσεις φύτευσης στα πλαίσια δύο διαφορετικών καθεστώτων νερού (αρδευόμενη και μη αρδευόμενο). Πήραμε μετρήσεις από την αντανάκλαση της εδαφοκάλυψης , και μετά έγινε συλλογή φυτών για να μετρηθεί η φυλλική επιφάνεια, το βάρος του βλαστού της , και το ποσοστό αζώτου στο βλαστό. Η φυλλική επιφάνεια μετρήθηκε χρησιμοποιώντας τα επιφανειόμετρα (Li-Cor 3000, LI-Cor Inc, NE, ΗΠΑ) και ολικό άζωτο καθορίστηκε χρησιμοποιώντας Leco CN2000 (Leco Co, MI, ΗΠΑ).

Φασματική συλλογή δεδομένων

Σε κάθε ημέρα δειγματοληψίας , συλλέχθηκαν υπερφασματικά στοιχεία χρησιμοποιώντας FieldSpec Pro (Αναλυτική Φασματική Συσκευή) ένα φορητό φασματοραδιόμετρο που μετράει φασματική ανάκλασης στην περιοχή των 390 -- 2500 nm με ένα πεδίο λήψης 25ο. Αυτό παρέχει μια φασματική ανάλυση που κυμαίνεται μεταξύ 3,0 και 10 nm, ανάλογα με τα μήκη κύματος. Τα στοιχεία συλλέχθηκαν σε μέγιστη ηλιακή γωνία 40-50ο στον κατώτερο προσανατολισμό.

Τον επόμενο χρόνο οι εναέριες εικόνες λαμβάνονται με χρήση DuncanTech, ένα 3-κάναλο πολυφασματικό απεικονιστή, που τοποθετείται σε ελαφρά αεροσκάφη σε υψόμετρο 850m πάνω από τις καλλιέργειες. Το μέγεθος των εικονοστοιχείων ήταν περίπου 0,2m. Ο απεικονιστής φωτογράφισε σε τρεις διαφορετικά μήκη κύματος στην κόκκινη περιοχή συμπεριλαμβανομένων των 670 (25) nm (Κόκκινο), 720 (10) nm (Άπω κόκκινο) και 790 (25) nm (NIR).

Επίσης, η κάμερα ThermaCAM P40, ένας υπέρυθρος ψηφιακός απεικονιστής που μετράει ενέργεια που εκπέμπεται στο φάσμα των 7,5-13 μm ήταν τοποθετημένο δίπλα στο DuncanTech στο αεροσκάφος για τη συλλογή θερμικές εικόνες ταυτόχρονα με την πολυφασματικές εικόνες. Το μέγεθος των εικονοστοιχείων ήταν περίπου 1,0 m.

Δείκτες Ν και υδάτων

Διάφοροι φασματικοί δείκτες χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση. Καταρχάς, ο δείκτης CCCI (υποκατάστατο για την περιεκτικότητα σε Ν ή συγκέντρωσης χλωροφύλλης). Η τιμή του CCCI 0 αντιπροσωπεύει χαμηλή περιεκτικότητα σε Ν και η τιμή 1 αντιστοιχεί σε υψηλή περιεκτικότητα σε Ν.

Στατιστικές Αναλύσεις

Το CCCI και οι άλλοι δείκτες υπολογίστηκαν από τα φασματικά επίπεδα εδαφοκάλυψης και τις εναέρια πολυφασματικές εικόνες. Οι μέσες θερμοκρασίες τον αγροτεμαχίων που πάρθηκαν από τις εναέριες θερμικές εικόνες χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των 2D CWSI με τη χρήση της VIT τραπεζοειδές προσέγγιση.

Αποτελέσματα

Οι πολυφασματικές εικόνες ήταν επεξεργάστηκαν για να παράγουν ένα χάρτη του CCCI (Σχήμα 4). Ο χάρτης αυτός τονίζει την εντός αγροτεμαχίου μεταβλητότητα του CCCI. Η αρδευόμενη περιοχή γενικά επέστρεψε χαμηλότερες τιμές CCCI από τις μη αρδευόμενες περιοχές (Ρ <0,005) δείχνουντας μεγαλύτερη ανεπάρκεια σε N λόγω αυξημένης ζήτησης για Ν. Εξαίρεση σε αυτό ήταν οι χαμηλές τιμές που παρατηρήθηκαν στο CCCI στις μη αρδευόμενες περιοχές εντός της βορειοανατολική περιοχή (πάνω δεξιά εικόνα). Τα εδάφη σε αυτό το τμήμα του τομέα είχαν αισθητά χαμηλότερες αποδόσεις. Γενικά, η μετατροπή της αεροφωτογραφίες σε χάρτες CCCI αποδεικνύει τη δυνατότητα να χρησιμοποιούν paddock εικόνες κλίμακα του ΚΕΒΕ ή NDRE για να εντοπίστει χωρικά η έλλειψη N σε ένα αγροτεμάχιο.

Εικόνα 1:Θερμικές εικόνες της περιοχής μελέτης σε δύο διαφορετικές ημερομηνίες

Με τις θερμικές εικόνες μπορέσαμε να συσχετίσουμε τις μέσες θερμοκρασίες των αγροτεμαχίων με την διαθεσιμότητα νερού και διαπιστώθηκε ότι σε μη αρδευόμενες εκτάσεις η θερμοκρασία ήταν 6,5-2,7 οC πιο θερμό από τις αρδευόμενες εκτάσεις (Εικόνα 1).

Συμπεράσματα

Υπάρχουν ευκαιρίες για χρήση της τηλεπισκόπισης για την ανίχνευση των χωρικών διακύμανση του Ν στην καλλιέργειας για να εφαρμοστούν ποιο σωστές εισροές Ν. Η χρήση αυτής της τεχνολογίας είναι σημαντική για τη μεγιστοποίηση της αποτελεσματικότητας των εφαρμογών του Ν για τους αγρότες σιταριού. Η θερμική τηλεπισκόπιση έχει τη δυνατότητα να εντοπίσει χωρικές διακυμάνσεις στην κατάσταση των υδάτων στις καλλιέργειες. Για αρδευόμενες καλλιέργειες, οι πληροφορίες αυτές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον προγραμματισμό της άρδευσης ενώ σε μη αρδευόμενες εκτάσεις θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτά τα δεδομένα ώστε να αποφεύγονται δαπανηρές εφαρμογές Ν σε καλλιέργειες με περιορισμένες παροχές νερού. Ένας από τους κυριότερους περιοριστικούς παράγοντες για αυτή την εφαρμογή είναι η επιρροή του εδάφους στις φασματικές και θερμικές εικόνες στις περιοχές με μερική βλάστηση. Παρά το γεγονός ότι τόσο το CCCI και το 2D CWSI απέφερε θετικά αποτελέσματα στο πλαίσιο του νερού και Ν και στη τελική απόδοση σιτηρών, η εννοιολογική προσέγγιση δεν έχει δοκιμαστεί και τα αποτελέσματα είναι δύσκολο να επιβεβαιωθούν.

ΠΗΓΗ: Adam K. Tilling a, Garry J. O’Leary b,*, Jelle G. Ferwerda a, Simon D. Jones a,Glenn J. Fitzgerald b, Daniel Rodriguez c, Robert Belford.(2007). Remote sensing of nitrogen and water stress in wheat . Field Crops Research 104 (2007) 77–85