|
|
| (10 ενδιάμεσες αναθεωρήσεις δεν εμφανίζονται.) |
| Γραμμή 1: |
Γραμμή 1: |
| - | [[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Μέτσοβο)]]
| + | [[Category: Υδατικοί Πόροι]] |
| - | [[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]
| + | =='''Ποιότητα νερού που σχετίζεται με το Πρόγραμμα Διατήρησης Αποθεματικών (CRP) και τις καλλιεργητικές εκτάσεις: Στοιχεία από πολυχρονική τηλεπισκόπηση'''== |
| - | '''Τίτλος:'''Προσδιορισμός του έτους εγκατάστασης και του εδάφους πριν από τη εγκατάσταση φυτειών καουτσούκ, στο νησί Hainan της Κίνας, χρησιμοποιώντας δεδομένα Landsat κατά την περίοδο 1987-2015. | + | |
| | | | |
| - | '''Πρωτότυπος τίτλος:''' Identifying Establishment Year and Pre-Conversion Land Cover of Rubber Plantations on Hainan Island, China Using Landsat Data during 1987–2015. | + | '''Πρωτότυπος τίτλος:''' Water quality related to Conservation Reserve Program (CRP) and cropland areas: Evidence from multi-temporal remote sensing |
| - | *Bangqian Chen, Xiangming Xiao, Zhixiang Wu, TinYun, Weili Kou, Huichun Ye, Qinghuo Lin, Russell Doughty, Jinwei Dong, Jun Ma, Wei Luo, Guishui Xie and Jianhua Cao.
| + | |
| - | Πηγή: [https://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1240]
| + | |
| - | *'''Εισαγωγή'''
| + | |
| - | Λόγω της αυξημένης ζήτησης φυσικού καουτσούκ, τον 20ο αιώνα παρατηρείται μεγάλη επέκταση των καλλιεργειών δένδρων για την παραγωγή καουτσούκ, η οποία σε όλη την Νοτιοανατολική Ασία και την Κίνα, δημιούργησε προβλήματα στην διατήρησης των φυσικών δασών, αφού οι φυτείες αυτές αυξήθηκαν κατά 25%. Τα στοιχεία που αφορούν το χρόνο εγκατάστασης και παραμονής των φυτειών, καθώς και η κάλυψη των εδαφών πριν από την εγκατάσταση των φυτειών από καουτσούκ είναι απαραίτητα για την ορθή εκτίμηση των επιπτώσεων της μετατροπής της γης στη βιοποικιλότητα, την απομόνωση του άνθρακα, την διαχείριση του νερού και γενικότερα την αναπτυξιακή πολιτικής των περιοχών.
| + | |
| - | Η συνήθης πρακτική για την συλλογή των δεδομένων που αφορούν τις φυτείες δένδρων καουτσούκ, (χρόνος εγκατάστασης, έκταση κλπ.) ήταν η συλλογή τους με επιτόπιες έρευνες και συνεντεύξεις από ιδιοκτήτες φυτειών. Παρότι τα δεδομένα που συλλέγονται με αυτό τον τρόπο είναι ακριβή, δεν μπορούν να εφαρμοστούν σε ευρεία κλίμακα. Προηγούμενες μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει εικόνες ραντάρ αλλά έδειξαν ότι οι εν λόγω πηγές υποτιμούν τη συχνότητα εμφάνισης των κενών στις φυτείες και η κατάταξη των φυτειών ως προς το έτος εγκατάστασης στη διάρκεια των 25 ετών του κύκλου ζωής του φωτειών γινόταν σε δύο ή τρεις ηλικιακές ομάδες.
| + | |
| - | Στόχος της μελέτης αυτής ήταν να αναπτυχθεί ένας νέος αλγόριθμος για να χαρτογραφηθεί το έτος εγκατάστασης των φυτειών καουτσούκ με την ενσωμάτωση φυσικών μετρήσεων με και χρονολογικών δεδομένων από εικόνες Landsat, ώστε να δημιουργήσει ένα χρονολογικό χάρτη εγκατάστασης φυτειών στο νησί Hainan της Κίνας και να ερευνήσει το πρότυπο της επέκτασης της καλλιέργειας από το 1987 έως το 2015, να διερευνήσει τις πηγές, το χρόνο, την έκταση και τη χωρική έκταση της μετατροπής της γης τα τελευταία 30 χρόνια.
| + | |
| - | *'''Μεθοδολογία'''
| + | |
| - | *'''Περιοχή μελέτης'''
| + | |
| - | Το νησί Hainan ( Σχήμα 1α) είναι το δεύτερο μεγαλύτερο νησί της Κίνας και έχει έκταση περίπου 3,4 εκατομμυρίων εκταρίων. Η τοπογραφία του νησιού είναι ορεινή στο εσωτερικό με πεδινές εκτάσεις κατά μήκος της ακτής. Από τη δεκαετία του 1950, στο νησί άρχισαν να αναπτύσσονται οι φυτείες μεγάλων εκτάσεις ελαστικών δέντρων για να καλύψουν τις εθνικές και οικονομικές ανάγκες της Κίνας. Είναι η δεύτερη μεγαλύτερη βάση παραγωγής φυσικού καουτσούκ στην Κίνα, με έκταση 5.4 × 105 Ha το 2015. Κάλυψη του νησιού είναι: τα δάση (συμπεριλαμβανομένων των ελαστικών φυτειών) 63,4%, οι καλλιεργήσιμες εκτάσεις 25,7%, οι χορτολιβαδικές εκτάσεις 3,3%, το νερό , 3,8% και οι κατοικημένες περιοχές το 3,6% της συνολική έκταση.
| + | |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]]
| + | |
| - | Σχήμα 1. Τοποθεσία και τοπογραφία του νησιού Hainan επικαλυμμένα με δεδομένα αναφοράς εδάφους που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία χαρτών και αξιολογήσεων ακρίβειας για χάρτες (a) ελαστικών φυτειών το 2015 ·( b) έτος εγκατάστασης · και (c) κάλυψη εδάφους πριν από τη μετατροπή.
| + | |
| - | *'''Εικόνες Landsat και επεξεργασία'''
| + | |
| - | Για τις ανάγκες της μελέτης χρησιμοποιήθηκαν εικόνες landsat του θεματικού χαρτογράφου (TM), του ενισχυμένου θεματικού χαρτογράφου (ETM +) και των λειτουργικών εικόνων Land Imager (OLI) από το έτος 1987 έως το 2015. Οι στατιστικές πληροφορίες της απεικόνισης Landsat στο νησί Hainan παρουσιάζονται στο Σχήμα 2.
| + | |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]]
| + | |
| - | Σχήμα 2. Στατιστικές πληροφορίες των εικόνων Landsat TM / ETM + / OLI στο νησί Hainan κατά τη διάρκεια του 1987 και 2015. Τα στατιστικά δεδομένα διεξήχθησαν από (α) διαδρομή / σειρά. (β) μήνα · και (γ) αισθητήρες.
| + | |
| - | Για την βελτίωση της ποιότητας των εικόνων Landsat TM / ETM + / OLI, υπολογίσθηκε ο κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης διαφοράς (NDVI), ο βελτιωμένος δείκτης βλάστησης (EVI) και το LSWI χρησιμοποιώντας εξισώσεις (1) - ( 3):
| + | |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]]
| + | |
| - | Δεδομένα αναφοράς εδάφους.
| + | |
| - | Από προηγούμενες μελέτες στην περιοχή το 2010 χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία χαρτογράφησης των δασών και φυτειών καουτσούκ. Αυτά τα δεδομένα αυτά ενημερώθηκαν με γεωγραφικές φωτογραφίες τοπίου που τραβήχτηκαν τον Φεβρουάριο του 2015 και τον Οκτώβριο του 2016 για να καθορίσουν τα όρια των φυτειών καουτσούκ. Τα στοιχεία που αφορούν, δάση, ύδατα, καλλιεργήσιμες εκτάσεις και οικιστικές περιοχές προέρχονταν από την μελέτη των χωροχρονικών μεταβολών στο ίδιο νησί μεταξύ 2007 και 2015. Τα δεδομένα αυτά (εικόνα 1a) χωρίστηκαν τυχαία σε σύνολα δεδομένων εκπαιδευσης (30%) και επικύρωσης (70%) χρησιμοποιώντας το εργαλείο σχεδιασμού NOAA / NOS / NCCOS / CCMA για το ArcGIS.
| + | |
| - | Στοιχεία για το έτος εγκατάστασης.
| + | |
| - | Τα στοιχεία για την ταυτοποίηση του έτους εγκατάστασης των φυτειών ελήφθησαν με τρεις τρόπους. Α) από χάρτες φυτειών του κρατικού αγροκτήματος Hainan, οι οποίες παρήχθησαν χρησιμοποιώντας εικόνες HR (SPOT-5 που αποκτήθηκαν γύρω στο 2005), τηλεοπτικές συνεντεύξεις και ερωτήματα για ιστορικά αρχεία χρήσης της γης από το Farm HainanState Farm. Β) δεδομένα δειγματοληψίας εδάφους από το Τμήμα Εφαρμογής Λιπασμάτων του Ινστιτούτου Ερευνών Ελαστικής, της Κινέζικης Γεωργίας της Επιστήμης της Τροπικής Ακαδημίας (RRI, CATAS). Γ) ερμηνεία για το έτος ίδρυσης εγκατάστασης φυτειών καουτσούκ με τις εικόνες VHR του Google Earth και τις χρονολογικές σειρές Landsat. Από το στοιχεία αυτά επιλέχθηκαν τυχαία πολυετείς φυτείες καουτσούκ που δημιουργήθηκαν το 1990, το 1995, το 2000, το 2005 και το 2010, δείγματα για εκπαίδευση αλγορίθμου και τα υπόλοιπα χρησιμοποιήθηκαν για επικύρωση.
| + | |
| - | Δεδομένα για τον χάρτη κάλυψης εδάφους πριν από τη μετατροπή.
| + | |
| - | Έγινε δειγματοληψία για τη δημιουργία τυχαίων δειγμάτων ROI βασισμένων σε στρώματα μάσκας που δημιουργήθηκαν από τους χάρτες της κάλυψης γης πριν την μετατροπή τους σε φυτείες και του έτους εγκατάστασης για την εκτίμηση της ακρίβειας. Προσδιορίσθηκε η κάλυψη του εδάφους πριν από τη μετατροπή για αυτά τα δείγματα ROIs αντίστοιχα παρατηρώντας ετήσια ελάχιστη / μέση τιμή NDVI / EVI / LSWI από εικόνες Landsat και ελέγχθηκαν με μια εφαρμογή web (http://timesync.forestry.oregonstate.edu/). Με αυτόν τον τρόπο εντοπίστηκαν σχετικά καθαρά περιοχές που είχαν μετατραπεί από αειθαλές δάσος, σε φυτείες και καλλιεργήσιμες εκτάσεις, για την εκτίμηση της ακρίβειας των χαρτών (Εικόνα 1c).
| + | |
| - | *'''Ροή εργασίας και Αλγόριθμοι'''
| + | |
| - | Οι χάρτες από το 2015 και οι χρονολογικές σειρές δεδομένων Landsat έδειξαν στη συνέχεια το έτος εγκατάστασης ελαστικών φυτειών χρησιμοποιώντας τον LULCC- and biophysical-based algorithm. Τέλος, εντοπίσθηκαν οι τύποι κάλυψης εδάφους που προηγήθηκαν της μετατροπής, οι οποίοι χωρίστηκαν σε παλιές ελαστικές φυτείες, αειθαλή δάση, καλλιεργήσιμες εκτάσεις ή άγνωστες. Η ροή των εργασιών που παρουσιάζεται στο Σχήμα3.
| + | |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]]
| + | |
| - | Σχήμα 3. Ροή εργασιών χαρτογράφησης του έτους εγκατάστασης φυτειών καουτσούκ και τύπων κάλυψης εδάφους πριν από τη μετατροπή.
| + | |
| - | Δημιουργήθηκε αλγόριθμος για την χαρτογράφηση των φυτειών το έτος 2015 αφού προσδιορίσθηκαν τα δάση από την προηγούμενη μελέτη στο νησί Hainan κατά την περίοδο 2007-2015 χρησιμοποιώντας εικόνες PALSAR / PALSAR-2 και χρονοσειρές Landsat TM / ETM + / OLI. με συνολική ακρίβεια (ΟΑ) ~ 96%. Στη συνέχεια, οι φυτείες καουτσούκ εντοπίστηκαν από αυτόν τον χάρτη δασικής βάσης χρησιμοποιώντας τα κριτήρια πυκνού θόλου στην καλλιεργητική περίοδο (NDVImax> 0,85) και τα κριτήρια της ταχείας αποψίλωσης και φυλλώματος (LSWIRDF_min<0,1 και LSWIRDF_Std.Dev>0,08. Τα LSWIRDF_min και LSWIRDF_Std.Dev συνδέθηκαν με εικόνες Landsat ETM + / OLI που αποκτήθηκαν κατά την περίοδο 2014 και 2015.
| + | |
| - | Δημιουργήθηκε αλγόριθμος για την αναγνώριση του έτους εγκατάστασης με χρήση α) των γυμνών εδαφών κατά την αρχική εγκατάσταση φυτών, τα οποία έχουν χαμηλά δείκτες βλάστησης (NDVI, EVI και LSWI) και (β) την αύξηση του κλεισίματος με θόλο σε με παραγωγική περίοδο (από φυτώρια δενδρυλλίων καουτσούκ μέχρι ωριμότητα), η οποία έχει μια γραμμική αύξηση των δεικτών βλάστησης. Το LSWI βρέθηκε ότι ήταν πιο ευαίσθητο στο γυμνό έδαφος και έτσι επιλέχθηκε για να προσδιορίσει το έτος εγκατάστασης των ελαστικών φυτειών (Εικόνα 4). Ειδικά, επιλέξαμε το LSWI Leafon_min για να παρακολουθήσουμε το γυμνό έδαφος και την κλίση του LSWI Leafon_avg κατά το έτος κατά τη διάρκεια της περιόδου μη παραγωγής
| + | |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]]
| + | |
| - | Σχήμα 4. Εικόνα (α) φυτείας από καουτσούκ στις εικόνες του Google Earth VHR και (β) είναι το χρονικό προφίλ των μέσων και ελάχιστων NDVI, EVI και LSWI από ετήσιες συνθετικές εικόνες Landsat που αποκτήθηκαν σε περίοδο ανάπτυξης φύλλων.
| + | |
| - | Οι οριακές τιμές για το Το και το TSlope καθορίστηκαν ως η απόλυτα αξιόπιστη τιμή των εκπαιδευτικών δειγμάτων. Το LSWILeafon_min ήταν πάντοτε μικρότερο από το μηδέν κατά το έτος κατά το οποίο καθιερώθηκε η φύτευση καουτσούκ και παρέμεινε σχετικά μικρό στα πρώτα χρόνια (Εικόνα 5). Μετά την εκτέλεση του αλγορίθμου δύο φορές, είχαμε ακόμα πολλές φυτείες καουτσούκ με ένα μη αναγνωρισμένο έτος εγκατάστασης επειδή δημιουργήθηκαν νωρίτερα από το 1987, όταν δεν υπήρχαν εικόνες Landsat TM. Ορίζουμε το έτος ίδρυσης αυτών των ελαστικών φυτειών ως το 1986 εάν είχαν υψηλή συχνότητα πρασίνου σε φύλλα σε εποχή για όλα τα έτη μεταξύ 1987 και 2015. Διαφορετικά, το έτος ίδρυσης χαρακτηρίστηκε ως άγνωστο. Αρχικά υπολογίσαμε την πράσινη κατάσταση σε ένα έτος χρησιμοποιώντας την εξίσωση (4).
| + | |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]]
| + | |
| | | | |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]] | + | '''Συγγραφείς:''' Dameng Yin, Le Wang, ZhenduoZhu, Susan Spierre Clark, Ying Cao Jordan Besek, Ning Da |
| - | Σχήμα 5. Ανάλυση χρονικού προφίλ των LSWILeafon_avg και LSWILeafon_min για πέντε φυτείες από καουτσούκ που ιδρύθηκαν το (α) 1990; (β) 1995; (γ) 2000; (δ) 2005; και (ε) 2010, αντίστοιχα. Η γραμμική τοποθέτηση του LSWILeafon_avg έναντι του έτους σε περίοδο μη παραγωγής σε κάθε φυτεία από καουτσούκ είναι με κόκκινο χρώμα. Οι γραμμές σφάλματος υποδεικνύουν την τυπική απόκλιση των LSWILeafon_avg και LSWILeafon_min. Οι φυτείες καουτσούκ του (d, e) μετατράπηκαν από καλλιεργήσιμες εκτάσεις, ενώ (a-c) μετατράπηκαν από αειθαλή δάση ή παλιές φυτείες από καουτσούκ.
| + | |
| - | Στη συνέχεια υπολογίσθηκε τη συχνότητα πρασίνου χρησιμοποιώντας την εξίσωση (5):
| + | |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]]
| + | '''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.1016/j.jag.2020.102272] |
| - | όπου FGreenness είναι η συχνότητα πρασίνου κλιμακούμενη μεταξύ 0 και 100, NGreenness είναι ο αριθμός των παρατηρήσεων με LSWI> 0 και EVI> 0,2, NTotal είναι ο συνολικός αριθμός παρατηρήσεων και NBad είναι ο αριθμός των κακών παρατηρήσεων (π.χ. σύννεφα, σκιές).
| + | |
| - | Δημιουργήθηκε αλγόριθμος για την παρακολούθηση της κάλυψης των εδαφών πριν την εγκατάσταση των φυτειών καουτσούκ, αναλύοντας τους δείκτες βλάστησης στις χρονοσειρές των εικόνων. Έτσι εντοπίστηκαν οι καλλιεργήσιμες εκτάσεις και οι δασικές εκτάσεις πριν την εγκατάσταση των φυτειών, παρατηρώντας το LSWIleafon_min των Nx χρόνων πριν από τη δημιουργία της φυτείας. Χρησιμοποιήθηκαν τα ετήσια NDVImax, LSWIRDF_min και LSWIRDF_std.dev από τα πέντε έτη πριν από την εγκατάσταση φυτεύσεων και ταξινόμησαν την δασική κάλυψη προ μετατροπής ως παλαιά φυτεία με καουτσούκ αν πληρούσε NDVImax> 0,85, LSWIRDF_min<0,1 και LSWIRDF_std.dev> 0,08. Όσες περιοχές δεν πληρούσα αυτή την προϋπόθεση, ταξινομήθηκαν ως αειθαλή δάση. Οι εικόνες Landsat TM για το νησί Hainan δεν είναι διαθέσιμες πριν από το 1987, επομένως οι τύποι κάλυψης πριν από τη μετατροπή χαρακτηρίστηκαν ως άγνωστοι για τις ελαστικές φυτείες που δημιουργήθηκαν πριν από το 1988.
| + | |
| - | Για την χωρική και τοπική ανάλυση του έτους εγκατάστασης της φυτείας δημιουργήθηκαν ετήσιοι χάρτες του έτους εγκατάστασης των φυτειών. Αναλύθηκε η ηλικιακή δομή των φυτειών από καουτσούκ σε ομάδες των πέντε (5) ετών. Επίσης. Κατανεμήθηκαν υψομετρικά σε ομάδες των 50 μέτρων και σχεδιάσαμε ένα ιστόγραμμα για να της κατανομής των φυτειών στο διαστήματα των πέντε ετών.
| + | |
| - | *'''Αποτελέσματα'''
| + | '''Εισαγωγή''' |
| - | Η χωρική κατανομή των φυτειών καουτσούκ το 2015 στο νησί Hainan παρουσιάζεται στο σχήμα 6a. Οι φυτείες καουτσούκ βρίσκονται κυρίως στις δυτικές, βόρειες και ανατολικο-κεντρικές περιοχές. Οι πυκνότερες φυτείες από καουτσούκ βρίσκονται στην πόλη Danzhou και στις γύρω περιοχές, η οποία αποτελεί τη μεγαλύτερη βάση παραγωγής φυσικού καουτσούκ στο νησί Hainan.
| + | Ο στόχος αυτής της μελέτης είναι να αξιολογήσει τη συνδυασμένη επίδραση της CRP και των καλλιεργειών στην ποιότητα του νερού χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις τηλεπισκόπησης υψηλής ευκρίνειας. Η ανάλυση πραγματοποιείται με βάση την μέθοδο της παλινδρόμησης. Η υπόθεσή της μελέτης είναι ότι η CRP έχει προκαλέσει βελτίωση στην ποιότητα του νερού παρά τις τεράστιες αλλαγές καλλιεργήσιμης γης σε ολόκληρη τη λεκάνη απορροής του ποταμού. Με άλλα λόγια, αναμένουμε θετική συσχέτιση μεταξύ της εγγραφής CRP και της ποιότητας του νερού κατάντη. Για να ελεγχθεί αυτή την υπόθεση, τέθηκαν τα ακόλουθα ερωτήματα |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]] | + | (1) Πώς άλλαξε η καλλιέργεια με την πάροδο του χρόνου; |
| - | Σχήμα 6. Χωρική κατανομή (a) ελαστικών φυτειών το 2015 και (b) του έτους εγκατάστασής τους στο νησί Hainan.
| + | (2)Πόση αλλαγή στην ποιότητα του νερού κατάντη μπορεί να συσχετιστεί με την εγγραφή CRP στην κλίμακα λεκάνης απορροής ποταμού; |
| - | Στο τέλος του 2015, οι φυτείες από καουτσούκ στο νησί Hainan με ηλικίες 4–5, 6–10, 11–15, 16–20, 21–25 και > 25 ετών αντιστοιχούσαν στο 9,83% (55.867ha), 17,29% (98.301 ha), 14,82% (84.261 ha), 5,61% (31.909 ha), 4,99% (28.389 ha) και 47,36% (269.174 ha) της συνολικής έκτασης, αντίστοιχα. Για το 0,09% (497 ha) των φυτειών από καουτσούκ δεν δεν εκτιμήθηκε το έτος εγκατάστασης. Οι φυτείες από καουτσούκ κατανεμήθηκαν κυρίως σε υψόμετρα μικρότερα των 400 m και οι περισσότερες ιδρύθηκαν πριν από το 1990 ή μετά το 2000 (Σχήμα 9α) και η τυπική απόκλιση της ανύψωσης ήταν περίπου 100 m (Σχήμα 9β). Η μέση κλίση των φυτειών από καουτσούκ ήταν περίπου 7° και η τυπική απόκλιση της κλίσης ήταν περίπου 5°. Τα τελευταία 30 χρόνια, δεν βρέθηκαν σημαντικές διαφορές στην ανύψωση και την κλίση κατά τη διάρκεια της επέκτασης της φυτείας καουτσούκ (Σχήμα 9β).
| + | (3)Συνδέεται θετικά η αυξημένη εγγραφή CRP με τη βελτιωμένη ποιότητα του νερού κατάντη στην κλίμακα της λεκάνης απορροής του ποταμού παρά τις άλλες αλλαγές καλλιεργήσιμης γης εκτός της περιοχής CRP; |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]] | + | |
| - | Σχήμα 9. Η ανύψωση, η κατανομή των πλαγιών και η κάλυψη γης πριν από τη μετατροπή των φυτειών από καουτσούκ στο νησί Hainan: β) την ανύψωση και την αλλαγή κλίσης του έτους εγκατάστασης της φυτείας καουτσούκ από το 1986 γ) καλύψεις γης πριν από τη μετατροπή ανά έτος από το 1988 και (δ) έκταση διαφορετικής κάλυψης γης πριν από τη μετατροπή για όλες τις φυτείες καουτσούκ το 2015.
| + | |
| - | Η περιοχή των φυτειών που μετατράπηκαν από παλιές ς φυτείες αυξήθηκε κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '90 (> 2000 εκτάρια), ακολουθούμενη από αειθαλή δάση και καλλιεργήσιμη γη. Από το 2001, η έκταση των νεοσύστατων ελαστικών φυτειών αυξήθηκε σημαντικά. Κατά την περίοδο αυτή, η καλλιεργήσιμη γη ήταν ο δεύτερος μεγαλύτερος τύπος γης που εγκαταστάθηκαν φυτείες (περίπου 8000 ha). Μεγάλες εκτάσεις αειθαλών δασών μετατράπηκαν σε ελαστικές φυτείες μεταξύ 2002 και 2007, με ετήσια έκταση μετατροπής 6000 εκτάρια, η οποία μειώθηκε ραγδαία μετά το 2007 (Σχήμα 9γ). Οι πιο πυκνές φυτείες από καουτσούκ που δημιουργήθηκαν σε καλλιεργήσιμες εκτάσεις βρίσκονται στις βορειοδυτικές και βόρειες περιοχές, και πολλές διασκορπισμένες στο δυτικό τμήμα (Εικόνα 10). Οι νέες φυτείες καουτσούκ που δημιουργήθηκαν σε παλαιές φυτείες εντοπίστηκαν κυρίως στα βορειοδυτικά και τις βόρειες κεντρικές περιοχές. Οι φυτείες που δημιουργήθηκαν σε εκτάσεις που καλύπτονταν από αειθαλή δάση βρέθηκαν κυρίως στην κομητεία Chengmai, και στην εσωτερική ορεινή περιοχή. Ωστόσο, αυτά τα αειθαλή δάση ήταν σχετικά αραιά και δεν παρατηρήθηκε μεγάλη αλλαγή χρήσης εκτάσεων από αειθαλή δάση σε φυτείες. | + | '''Μεθοδολογία''' |
| - | [[Εικόνα:......………………….. | thumb | right | Περιγραφή της εικόνας, πηγή:την πηγή της εικόνας ]]
| + | |
| - | Σχήμα 10. Χωρική κατανομή εκτάσεων εγκατάστασης φυτειών καουτσούκ στο νησί Hainan.
| + | Συλλέχθηκαν σύνολα δεδομένων για την εγγραφή CRP, τη χρήση γης και την ποιότητα του νερού από το 1999 έως το 2014. Επίσης συλλέχθηκαν δεδομένα CDL από την Εθνική Υπηρεσία Γεωργικής Στατιστικής Υπηρεσίας (NASS) του Υπουργείου Γεωργίας των ΗΠΑ (USDA) από το 1999-2014. Το CDL παράγεται χρησιμοποιώντας εικόνες τηλεπισκόπησης κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου. Ωστόσο, το CDL είναι ένα χρήσιμο σύνολο δεδομένων για την προτεινόμενη μελέτη, αλλά δεν είναι πλήρες. Επίσης, συγκεντρώθηκαν τόσο τα σύνολα δεδομένων Landsat 5 Thematic Mapper (TM) όσο και Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). Τα αρχικά σύνολα δεδομένων παρασχέθηκαν από το USGS, υποβλήθηκαν σε επεξεργασία για την ανάκλαση επιφάνειας από την Google και έγιναν εύκολα προσβάσιμα στο GEE. Το USGS παρέχει δεδομένα ροής, θρεπτικών ουσιών, φυτοφαρμάκων και ιζημάτων (από το 1963) στον ποταμό Illinois που συλλέγονται και αναλύονται από το Εθνικό Δίκτυο Ποιότητας Νερού για Ποτάμια και Ρεύματα. Σε αυτήν τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε τα δεδομένα από τον σταθμό παρακολούθησης Valley City. Συλλέχθηκαν δεδομένα TN (μη φιλτραρισμένα δείγματα, μονάδα |
| - | *'''Συμπεράσματα'''
| + | μετατράπηκε σε g/m 3 ) και ημερήσια απόρριψη (Q, μονάδα: m 3 /s). Χρησιμοποιήθηκε το TN για να αντιπροσωπευθεί η ποιότητα του νερού επειδή η αυξημένη περιεκτικότητα σε άζωτο έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για να υποδείξει την υποβαθμισμένη ποιότητα του νερού γενικά, η περιεκτικότητα σε άζωτο είναι ένας από τους πιο ανησυχητικούς δείκτες ποιότητας νερού που σχετίζονται με τη γεωργία. |
| - | Σε αντίθεση με τα στατιστικά μοντέλα και την επιτόπια συλλογή στοιχείων που που είναι δύσκολο να εφαρμοστούν σε ευρεία κλίμακα η διαδικασία που ακολουθήθηκε είναι μια κατάλληλη τεχνική για ευρεία εφαρμογή σε μεγάλη κλίμακα, παρέχοντας αξιόπιστα αποτελέσματα. Οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν για την εκτίμηση του έτους εγκατάστασης ελαστικών φυτειών και τον εντοπισμό των τύπων κάλυψης πριν από τη μετατροπή με δεδομένα Landsat υψηλής συχνότητας. Έδωσαν αξιόπιστα αποτελέσματα για το έτος εγκατάστασης των φυτειών (OA> 97%) (R2 = 0,85 / 0,99 και RMSE = 2,34 / 0,54 έτη σε κλίμακα εικονοστοιχείων / φυτείας) (αειθαλή δάση, παλαιές ελαστικές φυτείες και καλλιεργήσιμες εκτάσεις) από το 1987 σε ετήσια χρονική ανάλυση (ΟΑ> 88%). Οι χάρτες των φυτειών από καουτσούκ, που δημιουργήθηκαν παρέχουν σημαντικά στοιχεία για την αειφόρο διαχείριση των εγκαταστάσεων και της οικολογικής αξιολόγησης. Επίσης η μεθοδολογία αυτή έχει τη δυνατότητα να εφαρμοστεί πολύ εύκολα και σε άλλες περιοχές σε μεγάλη κλίμακα.
| + | |
| | + | '''Αποτελέσματα και Συζήτηση''' |
| | + | |
| | + | Το CDL που παρέχεται από το USDA ( Εικ. 1) και το αποτέλεσμα ταξινόμησής μας ( Εικ. 1 β) το 2006 εμφανίζονται για την Κομητεία Putnam, IL για απεικόνιση. Χρησιμοποιώντας 3000 τυχαία επιλεγμένα δείγματα από το CDL ως δεδομένα αναφοράς, η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης το 2006 ήταν 86,4%. Για τα άλλα επτά χρόνια (1999–2005), η ακρίβεια κυμαινόταν μεταξύ 81,0% και 86,8%, δείχνοντας την αποτελεσματικότητα της προσέγγισης ταξινόμησης. [[Εικόνα: 1-s2.0-S0303243420309156-gr3_lrg.jpg|200px|thumb|left|Εικόνα 1: Το αποτέλεσμα της ταξινόμησης καλλιεργειών, που δείχνει την κομητεία Putnam, IL (μπλε πολύγωνο) το 2006 για απεικόνιση. (α) Φαινολογία καλαμποκιού και σόγιας. (β) Αποτέλεσμα ταξινόμησης. (γ) |
| | + | CDL]] |
| | + | Ωστόσο, αυτή η μέθοδος απαιτεί δείγματα εκπαίδευσης, τα οποία δεν είναι διαθέσιμα για προηγούμενα χρόνια. Επομένως, για να γενικευτεί περαιτέρω η προσέγγιση σε προηγούμενα χρόνια ή σε άλλες τοποθεσίες, θα ήταν απαραίτητο να βρεθούν υποκατάστατα δείγματα εκπαίδευσης ή να χρησιμοποιηθούν μη εποπτευόμενες μέθοδοι ταξινόμησης που δεν απαιτούν δείγματα εκπαίδευσης. Συνδυάζοντας τα υπάρχοντα αποτελέσματα ταξινόμησης CDL και καλλιεργήσιμων εκτάσεων συνοψίστηκε η αλλαγή των καλλιεργειών στο IRB από το 1999 έως το 2014 ( Εικ.2). [[Εικόνα: 1-s2.0-S0303243420309156-gr4.jpg|100px|thumb|left|Εικόνα 2: Καλλιεργήσιμες εκτάσεις στο IRB (1999–2014)]]. Η έκταση του καλαμποκιού αυξήθηκε σταδιακά από το 1999 έως το 2011 και στη συνέχεια μειώθηκε. Η έκταση της σόγιας, από την άλλη πλευρά, μειώθηκε σταδιακά από το 1999 έως το 2007 και έκτοτε αυξήθηκε. Η εικόνα 3 [[Εικόνα:1-s2.0-S0303243420309156-gr5.jpg|100px|thumb|right|Εικόνα 3: Εκτάσεις της εγγεγραμμένης γης CRP. στο IRB (1999-2014)]] δείχνει τις ετήσιες διακυμάνσεις της εγγραφής CRP από το 1999 έως το 2014. Από το 1999 έως το 2012, η περιοχή του CRP_all αυξάνεται σταθερά. Από το 2012 έως το 2014, υπάρχει μια ελαφρά πτωτική τάση στις εγγραφές CRP. Το κλάσμα επιφάνειας του CRP_WQ αυξήθηκε από το 1999 έως το 2004, παρέμεινε σταθερό μέχρι το 2012 και μειώθηκε ελαφρά στη συνέχεια. Αυτή η τάση είναι παρόμοια με το CRP_all, αν και η κάλυψη είναι πολύ χαμηλότερη (0,20–0,45% έναντι 1,11–2,02%). Η εγγεγραμμένη περιοχή CRP ήταν σταθερά μικρότερη από το καλαμπόκι (32,38–38,78%) και τη σόγια (19,67– 29,51%). H εικόνα 4 , [[Εικόνα:1-s2.0-S0303243420309156-gr6.jpg|100px|thumb|right|Εικόνα 4: Κατάντη ΤΝ στον ποταμό Illinois (1999-2014)]] δείχνει ετήσιες διακυμάνσεις του TN από το 1999 έως το 2014, αν και λείπουν δεδομένα TN από το 2004 έως το 2007. Η συνολική τάση είναι πτωτική, που σημαίνει ότι η ποιότητα του νερού έχει βελτιωθεί σε όρους TN. Η σχετικά υψηλή τιμή το 2013 μπορεί να προμηνύει επιστροφή σε υψηλότερα επίπεδα TN. Αυτή η τάση είναι αντίθετη από αυτή της εγγραφής CRP. Όσον αφορά την κάλυψη της περιοχής,η μέγιστη έκταση της εγγεγραμμένης γης CRP καλύπτει μόνο το 2,02% της IRB, ενώ η έκταση του καλαμποκιού ή της σόγιας κυμαινόταν μεταξύ 20% και 40%. Ωστόσο, η εγγραφή στο CRP εξηγεί τη διακύμανση του TN πολύ περισσότερο από τα κλάσματα της περιοχής καλαμποκιού και σόγιας. Αυτή η αντίθεση θα μπορούσε να αποδοθεί στο γεγονός ότι το CRP περιλαμβάνει εδάφη που βρίσκονται σε «περιβαλλοντικά ευαίσθητες» περιοχές που υπόκεινται σε σοβαρή διάβρωση και απορροή, π.χ. παρόχθιες ζώνες ( USDA FSA, 2018a ). Με τη μετατροπή αυτών των περιοχών σε φυσικούς τύπους χρήσης γης (π.χ. δέντρα, γρασίδι, υγρότοποι), οι ανθρωπογενείς πρακτικές και οι εφαρμογές λιπασμάτων σε αυτές τις περιοχές που είναι πιο κοντά στον ποταμό μειώνονται σημαντικά ( Tomer and Locke, 2011 , USDA FSA, 2011). Ως αποτέλεσμα, οι μικρές (σε σχέση με τη λεκάνη απορροής του ποταμού) αλλαγές κάνουν μεγάλη διαφορά στη βελτίωση της ποιότητας του νερού. |
| | + | |
| | + | |
| | + | |
| | + | |
| | + | '''Συμπεράσματα''' |
| | + | |
| | + | Με στόχο να ποσοτικοποιήσει τα περιβαλλοντικά |
| | + | οφέλη σε κλίμακα λεκάνης απορροής ενός προγράμματος |
| | + | γεωργοπεριβαλλοντικής διαχείρισης (το CRP), αυτή η μελέτη συνδύασε αρχειοθετημένη έρευνα, παρακολούθηση πεδίου και σύνολα δεδομένων τηλεπισκόπησης για να μελετήσει τη μακροπρόθεσμη συσχέτιση μεταξύ της εγγραφής CRP, της έκτασης καλλιεργειών και ποιότητα νερού, χρησιμοποιώντας TN ως δείκτη ποιότητας νερού. Τεράστια αλλαγή της καλλιεργήσιμης έκτασης παρατηρήθηκε από την τηλεπισκόπηση Landsat χρησιμοποιώντας GEE. Επιπλέον, τα αποτελέσματα παρουσιάζουν ισχυρή και σημαντική αρνητική συσχέτιση μεταξύ της εγγραφής CRP και της περιεκτικότητας σε άζωτο στο νερό του ποταμού κατάντη. Αυτό συμφωνεί καλά με την υπόθεσή ότι η εγγραφή της CRP σχετίζεται θετικά με την ποιότητα του νερού κατάντη, αν και η εγγεγραμμένη έκταση είναι πολύ μικρή σε σύγκριση με την αλλαγή καλλιεργήσιμης γης (καλαμπόκι και σόγια). Εν τέλει, τα ευρήματά συμφωνούν με τα προηγούμενα αποτελέσματα μοντελοποίησης, αλλά η εκτιμώμενη μείωση του TN είναι πολύ υψηλότερη (569 kg/ha, σε σύγκριση με 277,1 kg/ha). |
Συλλέχθηκαν σύνολα δεδομένων για την εγγραφή CRP, τη χρήση γης και την ποιότητα του νερού από το 1999 έως το 2014. Επίσης συλλέχθηκαν δεδομένα CDL από την Εθνική Υπηρεσία Γεωργικής Στατιστικής Υπηρεσίας (NASS) του Υπουργείου Γεωργίας των ΗΠΑ (USDA) από το 1999-2014. Το CDL παράγεται χρησιμοποιώντας εικόνες τηλεπισκόπησης κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου. Ωστόσο, το CDL είναι ένα χρήσιμο σύνολο δεδομένων για την προτεινόμενη μελέτη, αλλά δεν είναι πλήρες. Επίσης, συγκεντρώθηκαν τόσο τα σύνολα δεδομένων Landsat 5 Thematic Mapper (TM) όσο και Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). Τα αρχικά σύνολα δεδομένων παρασχέθηκαν από το USGS, υποβλήθηκαν σε επεξεργασία για την ανάκλαση επιφάνειας από την Google και έγιναν εύκολα προσβάσιμα στο GEE. Το USGS παρέχει δεδομένα ροής, θρεπτικών ουσιών, φυτοφαρμάκων και ιζημάτων (από το 1963) στον ποταμό Illinois που συλλέγονται και αναλύονται από το Εθνικό Δίκτυο Ποιότητας Νερού για Ποτάμια και Ρεύματα. Σε αυτήν τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε τα δεδομένα από τον σταθμό παρακολούθησης Valley City. Συλλέχθηκαν δεδομένα TN (μη φιλτραρισμένα δείγματα, μονάδα
μετατράπηκε σε g/m 3 ) και ημερήσια απόρριψη (Q, μονάδα: m 3 /s). Χρησιμοποιήθηκε το TN για να αντιπροσωπευθεί η ποιότητα του νερού επειδή η αυξημένη περιεκτικότητα σε άζωτο έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για να υποδείξει την υποβαθμισμένη ποιότητα του νερού γενικά, η περιεκτικότητα σε άζωτο είναι ένας από τους πιο ανησυχητικούς δείκτες ποιότητας νερού που σχετίζονται με τη γεωργία.
Το CDL που παρέχεται από το USDA ( Εικ. 1) και το αποτέλεσμα ταξινόμησής μας ( Εικ. 1 β) το 2006 εμφανίζονται για την Κομητεία Putnam, IL για απεικόνιση. Χρησιμοποιώντας 3000 τυχαία επιλεγμένα δείγματα από το CDL ως δεδομένα αναφοράς, η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης το 2006 ήταν 86,4%. Για τα άλλα επτά χρόνια (1999–2005), η ακρίβεια κυμαινόταν μεταξύ 81,0% και 86,8%, δείχνοντας την αποτελεσματικότητα της προσέγγισης ταξινόμησης.
Ωστόσο, αυτή η μέθοδος απαιτεί δείγματα εκπαίδευσης, τα οποία δεν είναι διαθέσιμα για προηγούμενα χρόνια. Επομένως, για να γενικευτεί περαιτέρω η προσέγγιση σε προηγούμενα χρόνια ή σε άλλες τοποθεσίες, θα ήταν απαραίτητο να βρεθούν υποκατάστατα δείγματα εκπαίδευσης ή να χρησιμοποιηθούν μη εποπτευόμενες μέθοδοι ταξινόμησης που δεν απαιτούν δείγματα εκπαίδευσης. Συνδυάζοντας τα υπάρχοντα αποτελέσματα ταξινόμησης CDL και καλλιεργήσιμων εκτάσεων συνοψίστηκε η αλλαγή των καλλιεργειών στο IRB από το 1999 έως το 2014 ( Εικ.2).
. Η έκταση του καλαμποκιού αυξήθηκε σταδιακά από το 1999 έως το 2011 και στη συνέχεια μειώθηκε. Η έκταση της σόγιας, από την άλλη πλευρά, μειώθηκε σταδιακά από το 1999 έως το 2007 και έκτοτε αυξήθηκε. Η εικόνα 3
δείχνει τις ετήσιες διακυμάνσεις της εγγραφής CRP από το 1999 έως το 2014. Από το 1999 έως το 2012, η περιοχή του CRP_all αυξάνεται σταθερά. Από το 2012 έως το 2014, υπάρχει μια ελαφρά πτωτική τάση στις εγγραφές CRP. Το κλάσμα επιφάνειας του CRP_WQ αυξήθηκε από το 1999 έως το 2004, παρέμεινε σταθερό μέχρι το 2012 και μειώθηκε ελαφρά στη συνέχεια. Αυτή η τάση είναι παρόμοια με το CRP_all, αν και η κάλυψη είναι πολύ χαμηλότερη (0,20–0,45% έναντι 1,11–2,02%). Η εγγεγραμμένη περιοχή CRP ήταν σταθερά μικρότερη από το καλαμπόκι (32,38–38,78%) και τη σόγια (19,67– 29,51%). H εικόνα 4 ,
δείχνει ετήσιες διακυμάνσεις του TN από το 1999 έως το 2014, αν και λείπουν δεδομένα TN από το 2004 έως το 2007. Η συνολική τάση είναι πτωτική, που σημαίνει ότι η ποιότητα του νερού έχει βελτιωθεί σε όρους TN. Η σχετικά υψηλή τιμή το 2013 μπορεί να προμηνύει επιστροφή σε υψηλότερα επίπεδα TN. Αυτή η τάση είναι αντίθετη από αυτή της εγγραφής CRP. Όσον αφορά την κάλυψη της περιοχής,η μέγιστη έκταση της εγγεγραμμένης γης CRP καλύπτει μόνο το 2,02% της IRB, ενώ η έκταση του καλαμποκιού ή της σόγιας κυμαινόταν μεταξύ 20% και 40%. Ωστόσο, η εγγραφή στο CRP εξηγεί τη διακύμανση του TN πολύ περισσότερο από τα κλάσματα της περιοχής καλαμποκιού και σόγιας. Αυτή η αντίθεση θα μπορούσε να αποδοθεί στο γεγονός ότι το CRP περιλαμβάνει εδάφη που βρίσκονται σε «περιβαλλοντικά ευαίσθητες» περιοχές που υπόκεινται σε σοβαρή διάβρωση και απορροή, π.χ. παρόχθιες ζώνες ( USDA FSA, 2018a ). Με τη μετατροπή αυτών των περιοχών σε φυσικούς τύπους χρήσης γης (π.χ. δέντρα, γρασίδι, υγρότοποι), οι ανθρωπογενείς πρακτικές και οι εφαρμογές λιπασμάτων σε αυτές τις περιοχές που είναι πιο κοντά στον ποταμό μειώνονται σημαντικά ( Tomer and Locke, 2011 , USDA FSA, 2011). Ως αποτέλεσμα, οι μικρές (σε σχέση με τη λεκάνη απορροής του ποταμού) αλλαγές κάνουν μεγάλη διαφορά στη βελτίωση της ποιότητας του νερού.
Με στόχο να ποσοτικοποιήσει τα περιβαλλοντικά
οφέλη σε κλίμακα λεκάνης απορροής ενός προγράμματος
γεωργοπεριβαλλοντικής διαχείρισης (το CRP), αυτή η μελέτη συνδύασε αρχειοθετημένη έρευνα, παρακολούθηση πεδίου και σύνολα δεδομένων τηλεπισκόπησης για να μελετήσει τη μακροπρόθεσμη συσχέτιση μεταξύ της εγγραφής CRP, της έκτασης καλλιεργειών και ποιότητα νερού, χρησιμοποιώντας TN ως δείκτη ποιότητας νερού. Τεράστια αλλαγή της καλλιεργήσιμης έκτασης παρατηρήθηκε από την τηλεπισκόπηση Landsat χρησιμοποιώντας GEE. Επιπλέον, τα αποτελέσματα παρουσιάζουν ισχυρή και σημαντική αρνητική συσχέτιση μεταξύ της εγγραφής CRP και της περιεκτικότητας σε άζωτο στο νερό του ποταμού κατάντη. Αυτό συμφωνεί καλά με την υπόθεσή ότι η εγγραφή της CRP σχετίζεται θετικά με την ποιότητα του νερού κατάντη, αν και η εγγεγραμμένη έκταση είναι πολύ μικρή σε σύγκριση με την αλλαγή καλλιεργήσιμης γης (καλαμπόκι και σόγια). Εν τέλει, τα ευρήματά συμφωνούν με τα προηγούμενα αποτελέσματα μοντελοποίησης, αλλά η εκτιμώμενη μείωση του TN είναι πολύ υψηλότερη (569 kg/ha, σε σύγκριση με 277,1 kg/ha).
