Ανάλυση των Φαινολογικών Χαρακτηριστικών της Φιστικιάς (Pistacia Vera L.) σε διαφορετικούς τύπους εδάφους, χρησιμοποιώντας τα δεδομένα MODIS NDVI

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 17:34, 10 Φεβρουαρίου 2017

Περίληψη

Οι αλλαγές που έχουν πραγματοποιηθεί τον 21ο αιώνα, λόγω των αυξημένων αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, έχουν αλλάξει τις συνθήκες θερμοκρασίας και των βροχοπτώσεων. Η θέση της Τουρκίας σε υποτροπική κλιματική ζώνη, έχει αποτέλεσμα να βρίσκεται σε συνεχή απειλή από την παγκόσμια ξηρασία. Σε αυτήν την μελέτη, παρακολουθούντα τα φαινολογικά χαρακτηριστικά της Φιστικάς (Pistacia Vera L.) σε διάφορους τύπους εδαφών. Η παρακολούθηση έγινε με δεδομένα που λήφθηκαν την περίοδο 2000-2010 από τον MODIS. Σημαντική τράπεζα γονιδίων για την φιστικιά είναι η Περιοχή της Εγγύς Ανατολής, καθώς επίσης του Καυκάσου, του Ιράν και του Τουρκμενιστάν. Η επαρχία της Τουρκίας, Γκαζιαντέπ, έχει τα μεγαλύτερο ποσοστό φιστικιών στην Τουρκία. Τα δείγματα λήφθηκαν από την περιοχή Νιζίπ της Γκαζιαντέπ. Κατά την επιλογή των σημείων ελέγχου, επιλέχθηκαν αγροτεμάχια με παραλακτικότητα στα χαρακτηριστικά του εδάφους, κι έτσι προσδιορίστηκαν οι φαινολογικές αλλαγές στα δένδρα. Στην εργασία διαπιστώθηκε, ότι το φιστίκι έδειξε την υψηλότερη δραστικότητα της βιομάζας, τον Απρίλιο και τον Μάιο και παρουσίασε μείωση στην δραστηριότητα της βιομάζας τον Ιούνιο. Τα στάδια στην Φιστικιά παρουσιάζουν ομοιότητες σε όλες τις ομάδες του εδάφους. Ωστόσο, παρατηρήθηκε ότι τα δείγματα φιστικιών λήφθηκαν από κεκλιμένες περιοχές στο βόρειο τμήμα της περιοχής του Νιζίρ, είχαν υψηλότερη δραστηριότητα της βιομάζας.

Εισαγωγή

Αναφέρονται τα πρόβλημα που έχουν δημιουργηθεί και πρόκειται να δημιουργηθούν τα επόμενα χρόνια σε χώρες όπως η Τουρκία, λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας του πλανήτη. Προτείνεται ότι η παρακολούθηση και η καταγραφή της φαινολογίας των αγροτικών προϊόντων, ως το σημαντικότερο τρόπο για την αντιμετώπιση των αλλαγών που θα γίνουν, σε χώρες που θα επηρεαστούν σημαντικά από την παγκόσμια αλλαγή του κλίματος. Η τηλεπισκόπηση, αναφέρεται ως ανώτερη μέθοδος όσο αναφορά την ταχύτητα, τη συνοχή, την αξιοπιστία και το κόστος, τα οποία απαιτούνται για τα δεδομένα αυτού του μεγέθους. Στην τηλεπισκόπηση, τα γεωργικά δεδομένα μπορούν να αναγνωριστούν, χρησιμοποιώντας διαφορετικά μοντέλα και δορυφόρους. Περιγράφεται ο δείκτης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) και αναφέρεται ότι τα δεδομένα MODIS NDVI, χρησιμοποιήθηκαν και στην παρούσα μελέτη και επιτρέπουν να παρακολουθηθεί μεγάλη αγροτική έκταση, λόγω της χωρικής και χρονικής ανάλυσης. Τα δεδομένα Modis, καταγράφονται από την NASA από το 1988. Σε αυτήν την μελέτη, η φαινολογία της φιστικιάς (Pistacia vera L.) μελετάται, σε διαφορετικά είδη εδάφους. Τα δεδομένα MODIS 2000-2010 χρησιμοποιήθηκαν για να εντοπιστούν τα δένδρα φιστικιάς στην περιοχή Nizip της Gaziantep.

Σημείο ελέγχου και Δεδομένα

Παρουσιάζονται στοιχεία για το Nizip (κλιματολογικά, πληθυσμός, υψόμετρο. κτλ.).

Εικόνα 1.Τοποθεσία της Περιοχής εργασίας

Εικόνα 1.Τοποθεσία της Περιοχής εργασίας.

Οι δορυφόροι MODIS, έχουν εκτοξευτεί από την NASA (National Aeronautical and Space Administration) και οι αισθητήρες τους λέγονται TERRA. Έχουν 36 συχνότητες με 0,4 mm και 14,4mm μήκος κύματος. Στους δορυφόρους MODIS, τα κανάλια 1 και 2 έχουν 250m, τα κανάλια 3 και 7 έχουν 500m και τα υπόλοιπα 29 κανάλια έχουν 1km διακριτική ικανότητα. Οι εικόνες NODIS NDVI λαμβάνονται σε πακέτο hdf, το οποίο ονομάζεται MOD13Q1, στην πλατφόρμα MODIS Terra. Το κανάλι 2 του MODIS είναι εικόνες MODIS NDVI. Αυτές οι εικόνες λαμβάνονται δύο φορές την μέρα και στέλνονται κάθε 16 μέρες. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 250 εικόνες MODIS NDVI που λήφθηκαν από το 2000 εως το 210, σε περιόδους 18 ημερών. Συνολικά 23 εικόνες NDVI ετοιμάστηκαν κάθε μήνα, εκτός από τον Ιανουάριο.

Πίνακας 1. Δεδομένα MODIS DATA που χρησιμοποιήθηκαν για την μελέτη.

Μεθοδολογία

Τεχνολογίες Τηλεπισκόπησης και Ανάλυση Βλάστησης Η ακτινοβολία που δεν απορροφάται από την ατμόσφαιρα και δεν διαθλάται, φθάνει στην γη και υφίσταται αλληλεπίδραση. Όταν η ενέργεια χτυπά την επιφάνεια της Γης, τρεις αλληλεπιδράσεις υπάρχουν. Η απορρόφηση, η μετάδοση και η ανάκλαση. Αναφέρεται ότι η τηλεπισκόπηση ασχολείται με την ενέργεια που ανακλάται και γίνεται ανάλυση των δύο τύπων ανάκλασης, διάθλασης και πλήρους ανάκλασης.

Φασματοσκοπικά Χαρακτηριστικά Φυτών Αναφέρεται ότι η βλάστηση είναι ένα επίγειο αντικείμενο που μπορεί να αναγνωριστεί αρκετά εύκολα, καθώς επίσης να αναλυθεί με μεθόδους τηλεπισκόπησης. Αναλύονται γενικά οι λόγοι που η βλάστηση αναγνωρίζεται εύκολα (π.χ. δεν υπάρχει αντικείμενο μεταξύ αισθητήρα και βλάστησης, τα φυτικά είδη αποδίδουν χαρακτηριστική ανάκλαση, κτλ.). Τα φυτά γενικά απορροφούν σε μήκη κύματος 0,4-0,7 μm, το οποίο ονομάζεται ορατό μήκος κύματος.

Φυτικοί Δείκτες Οι φυτικοί δείκτες, αποτελούν την μαθηματική συσχέτιση μεταξύ της ανάκλασης σε διαφορετικά μήκη κύματος.

Δείκτες Βλάστησης Κανονικοποιημένης Διαφοράς (NDVI) Οι φυτικοί δείκτες αναπτύχθηκαν κυρίως για μελέτες βλάστησης και γεωπονικές μελέτες και αποτελούν τον συνδυασμό της ανάκλασης στο εγγύς υπέρυθρο και το ορατό κόκκινο. Ο NDVI είναι ένας φυτικός δείκτης, ο οποίος χρησιμοποιείται κυρίως για να εντοπίσει την αλλαγή της βλάστησης, της ταξινόμησης των δασών και σε γεωπονικές μελέτες.

NDVI = (NIR – R) / (NIR + R) Ο NDVI αναφέρεται σε μετατροπή της μέγιστης διαφοράς του Φυτικού Δείκτη με την σχέση (NDVI+1)*100, για να διευκολυνθεί η στατιστική ανάλυση. Στο έγγραφο γίνεται ανάλυση για τον τρόπο λειτουργίας του NDVI και τις διαφορές στην απορρόφηση της ακτινοβολίας.

Results and Discussion Οι περιοχές που επιλέχθηκαν ήταν στα βορειοδυτικά και νοτιοανατολικά τμήματα του Nizip (Σχήμα 2 και 3). Περιγράφονται και σε σχετικό Πίνακα τα χαρακτηριστικά του εδάφους της περιοχής που μελετήθηκε. Η ανάλυση των δεδομένων έδειξε ότι τα σημεία ελέγχου με μεγαλύτερη ευαισθησία στην διάβρωση είναι τα βόρεια, με υψηλή κλίση. Οι περιοχές δοκιμής στο νότιο τμήμα είναι περιοχές με χαμηλή κλίση και μεγάλο πάχος του εδάφους. Στο βόρειο τμήμα της περιοχής μελέτης, υπάρχουν Basaltic vertisol και κοκκινοκαφέ εδάφη. Κολλουβιακά και καφέ εδάφη βρέθηκαν στα Νότια σημεία. Το Σχήμα 2 δείχνει ότι μεγάλο ποσοστό της καλλιεργούμενης έκτασης φιστικιάς, καλλιεργείται στην περιοχή μελέτης. Αυτό είναι σημαντικό, γιατί δείχνει την οικονομική σημασία των φιστικιών στην επαρχία Nizip.

Πίνακας 2. Έδαφος, κλίση και ευαισθησία διάβρωσης των περιοχών μελέτης.

Πραγματοποιείται παρουσίαση και ανάλυση των τεσσάρων ομάδων εδαφών που υπάρχουν στην περιοχή και γίνεται συσχέτιση με την καλλιέργεια της φιστικιάς: • Καφέ εδάφη • Κοκκινοκαφέ εδάφη • Κολουβιακά εδάφη • Basaltic vertisols

Η ανάλυση που έχει πραγματοποιηθεί φαίνεται και στα σχήματα 2 και 3.

Εικόνα 2. Κατανομή των Φιστικιών και του Τύπου Εδάφους στην περιοχή Nizip (τροποποιημένα δεδομένα από του Υπουργείο Γεωργίας, 1987)

Εικόνα 3. Κλίση και ευαισθησία διάβρωσης της περιοχής NIZIP (τροποποιημένα δεδομένα από του Υπουργείο Γεωργίας, 1987)

Από την μελέτη διαπιστώθηκε ότι ο NDVI ήταν ψηλότερος στα κοκκινοκαφέ εδάφη και αμέσως μετά στα καφέ εδάφη, παρότι και τα δύο εδάφη μοιάζουν πολύ και είναι χαρακτηριστικά σε ημιτροπικές ζώνες. Ο ψηλός NDVI δείχνει και μεγαλύτερη δραστηριότητα της βιομάζας. Επίσης στις περιοχές με μεγάλη κλίση, η βιομάζα είναι ακόμα μεγαλύτερη. Αυτό δείχνει ότι η φιστικιά μπορεί να καλλιεργηθεί ευκολότερα σε άγονα, πετρώδη, ασβεστώδη και με μεγάλη κλίση εδάφη (Σχήμα 4 και 5).

Εικόνα 4. Μεταβολές σε φιστικιές σε εδάφη που έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά από το 2000-2010

Διαπιστώθηκε ότι τα κοκκινοκαφέ εδάφη σε όλες τις περιόδους του έτους έδωσαν τον υψηλότερο NDVI, από όλα τα άλλα εδάφη (Σχήμα 5). Ωστόσο, τον Απρίλιο και Μάιο, που διαπιστώθηκε ότι όλα τα εδάφη είχαν την μεγαλύτερη αύξηση βιομάζας, ο υψηλότερος δείκτης ήταν στα κοκκινοκαφέ εδάφη και basaltic vertisols.

Εικόνα 5. Μέση φαινολογία της Φιστικιάς σε εδάφη με διαφορετικά χαρακτηριστικά (2000-2010)

Πίνακας 3. Αποτελέσματα μη παραμετρικής ανάλυσης Mann-Kendall Trend σε τιμές NDVI το 2000-2010 (* δείχνει σημαντική επίπεδο σε 90% διάστημα εμπιστοσύνης)

Κάνοντας στατιστική ανάλυση του NDVI σε 23 περιόδους με το μη παραμετρικό τέστ Mann-Kendall, βρέθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές. Γενικά έδειξε μία διαφορά κυρίως τους μήνες Απρίλιο και Μάιο σε όλους τους τύπους εδαφών. Στο καφέ έδαφος και κολουβιακό έδαφος, βρέθηκαν σημαντικές διαφορές τον Μάρτιο και τον Ιούνιο. Στα κολουβιακά εδάφη βρέθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές τις εν λόγω περιόδους. Στα καφέ εδάφη υπήρξε αρνητική στατιστικά σημαντική, συσχέτιση αρχές Μαΐου, ενώ θετική συσχέτιση υπήρξε την πρώτη περίοδο του Νοεμβρίου. Γενικά οι τάσεις του NDVI ήταν θετικές, εκτός του Απριλίου και Μαΐου (Πίνακας 3 και Σχήμα 6).

Εικόνα 6. Γράφημα της μη παραμετρικής ανάλυσης Mann-Kedall που εφαρμόστηκε στις τιμές NDVI το 2000-2010

Συμπεράσματα

Αναφέρεται ότι είναι πολύ σημαντική η χρήση της τηλεπισκόπησης για την συλλογή και ανάλυση δεδομένων στην γεωργία, έτσι ώστε να αντιμετωπιστούν οι αλλαγές στις κλιματολογικές συνθήκες και της αυξανόμενης ξηρασίας. Συγκεκριμένα αναφέρεται ότι η μεγαλύτερη βιομάζα στην φιστικιά υπολογίστηκε τον Απρίλιο και Μάιο, αλλά κάθε Μάιο και Ιούνιο η βιομάζα ήταν μειούμενη, για τα έντεκα χρόνια του πειράματος. Επίσης βρέθηκε ότι η κλίση του εδάφους επηρεάζει θετικά την ανάπτυξη τω φυτών, ενώ προσδιορίστηκε από στα τέσσερα είδη εδαφών, πως επηρεάζεται η φαινολογία της φιστικιάς.

Βιβλιογραφία

' Πηγή : Investigation of the Phenology of Pistachio (Pistacia Vera L.) on Different Soil Types Using MODIS NDVI Data

Συγγραφείς: Erdihan Tunc, Mehmet Ali Celik, Ali Ekber Gulersoy

Δημοσίευση : International Journal of Scientific Research, Vollume 2, Issue 12, December 2013, ISSN No2277 – 8179

Link : https://www.researchgate.net/publication/270505246_Investigation_of_the_Phenology_of_Pistachio_Pistacia_Vera_L_on_Different_Soil_Types_Using_MODIS_NDVI_Data