Αξιολόγηση της ανταπόκρισης φυτών καλαμποκιού και σόγιας σε ελεγχόμενη εδαφική αποστράγγιση με χρήση της τηλεπισκόπησης.

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 17:45, 31 Ιανουαρίου 2012

1. Αντικείμενο Εφαρμογής

Η ελεγχόμενη εδαφική αποστράγγιση (CTD) είναι μια πρακτική διαχείρισης που έχει σχεδιαστεί για τη συγκράτηση του νερού και των θρεπτικών στοιχείων στο έδαφος και τη χρήση τους από τις καλλιέργειες (Εικόνα 1). Έχει δείξει θετικά αποτελέσματα για τη βελτίωση της ποιότητας του νερού και την αύξηση των αποδόσεων.

Εικόνα 1. Σχηματική αναπαράσταση της μη ελεγχόμενης (a) και της ελεγχόμενης εδαφικής αποστράγγισης (b).

2. Στόχος της Εφαρμογής

Η τηλεπισκόπηση είναι μια από τις εναλλακτικές λύσεις για την αξιολόγηση της ανταπόκρισης των καλλιεργειών στην ελεγχόμενη εδαφική αποστράγγιση σε μεγάλες χωρικές κλίμακες. Ο κανονικοποιημένος (NDVI) και ο πράσινος κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης (GNDVI) έχουν καθιερωθεί για την εκτίμηση της παραγωγής καλλιεργειών και αποτυπώνουν τις διαφορετικές φασματικές ανακλάσεις σε συνθήκες περιβαλλοντικού στρες. Για το λόγο αυτό, οι δείκτες βλάστησης θα μπορούσαν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν ως δείκτες της ανταπόκρισης των καλλιεργειών σε διαφορετικές γεωργικές πρακτικές.

3. Πως γινόταν παλαιότερα

Πριν τη χρήση της τηλεπισκόπησης για τον έλεγχο διαφόρων υποθέσεων, η αξιολόγηση της ανταπόκρισης των καλλιεργειών σε διάφορες γεωργικές πρακτικές γινόταν με το σχεδιασμό πειραμάτων, τα αποτελέσματα των οποίων περιορίζονται συχνά σε επίπεδο πειράματος αγρού.

4. Δορυφορικές εικόνες

Πολυφασματικές εικόνες από τους δορυφόρους Landsat-5 Thematic Mapper (L5), SPOT-4 (S4).

5. Χρησιμότητα των δεκτών / καναλιών

Μια σειρά οπτικών αισθητήρων δορυφόρου απαιτείται για τη δημιουργία των δεικτών βλάστησης σε επίπεδο εικονοστοιχείου. Πολλοί δορυφόροι περιλαμβανομένων των Landsat και SPOT, έχουν χωρικές αναλύσεις κατάλληλες για την παραγωγή πληροφοριών σε επίπεδο αγρού, καλύπτοντας έτσι μεγάλες εκτάσεις. Επειδή η επίδραση της ελεγχόμενης αποστράγγισης στις καλλιέργειες ποικίλλει εξαρτώμενη από το έδαφος, τις καιρικές συνθήκες, το ανάγλυφο της περιοχής, οι δείκτες βλάστησης χρησιμεύουν ως μέσο για την εκτίμηση της αποτελεσματικότητας των επεμβάσεων εκεί όπου υπάρχουν περιορισμένες πληροφορίες.

6. Προεπεξεργασίες

Οι δορυφορικές εικόνες ορθο-διoρθώθηκαν στο PCI Geomatica με χρήση της πλατφόρμας ephemeris, τα διανυσματικά εδαφικά σημεία ελέγχου και τα ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα.

7. Ψηφιακές επεξεργασίες / αλγόριθμοι

Οι ατμοσφαιρικές διορθώσεις στη συνέχεια εφαρμόστηκαν στα οπτικά δεδομένα χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ATCOR.

8. Ειδικές επεξεργασίες GIS

Οι δορυφορικές εικόνες επεξεργάστηκαν με το λογισμικό ArcMap 9.1 (ESRI, Redlands,CA) Geographic Information System (GIS).

9. Μεθοδολογία

Η μελέτη αυτή σύγκρινε τον κανονικοποιημένο και τον πράσινο κανονικοποιημένο δείκτη βλάστησης (NDVI και GNDVI) για το καλαμπόκι (Zea mays L.) και τη σόγια (Glycine max L.) μεταξύ ελεγχόμενης (CTD) και μη αποστράγγισης (UCTD) σε πειραματικό επίπεδο, σε λεκάνη απορροής στο Οντάριο του Καναδά (έκτασης ~ 950 εκταρίων), από το 2005 έως το 2008. Η υπόθεση ήταν ότι οι δείκτες βλάστησης μπορούν να παράξουν πληροφορίες για την ανταπόκριση των καλλιεργειών σε αυξημένο νερό και θρεπτικά συστατικά μετά την επέμβαση της ελεγχόμενης αποστράγγισης. Οι κύριοι στόχοι αυτής της εργασίας ήταν να συγκριθούν ο κανονικοποιημένος και ο πράσινος κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης σε συγκεκριμένα στάδια ανάπτυξης του καλαμποκιού και της σόγιας για τις δύο πρακτικές για 3 χρόνια παρατήρησης και να συγκριθούν οι πραγματικές αποδόσεις με τις προβλεπόμενες με γραμμικά μοντέλα παλινδρόμησης.

10. Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα έδειξαν πιο ομοιόμορφη ανάπτυξη των καλλιεργειών με ελεγχόμενη αποστράγγιση από ότι σε αυτά με μη ελεγχόμενη και κατά μέσο όρο αυξημένες αποδόσεις κατά 3% και 4%, αντίστοιχα για το καλαμπόκι και τη σόγια στα τεμάχια με ελεγχόμενη εδαφική αποστράγγιση, αλλά επηρεάζονται και από άλλους παράγοντες πχ λίπανση (Διαγράμματα 1, 2, 3, 4, 5). Η στατιστική ανάλυση των δεδομένων έγινε με το λογισμικό Statistica 8.0 (StatSoft, Inc., Tulsa, OK).

Διάγραμμα 1. Μέσοι όροι των συγκομισθέντων αποδόσεων των καλλιεργειών. Άξονας Χ: ζεύγη αγρών, άξονας Ψ: αποδόσεις. Στα ζεύγη των αγρών (Field pairs) εφαρμόστηκαν ίδιες γεωργικές πρακτικές και δεν εφαρμόστηκε λίπανση.

Διάγραμμα 2. Μέσοι όροι (με log- μετατροπή) των NDVI και GNDVI για τα διάφορα στάδια ανάπτυξης καλαμποκιού σε λιπασμένα τεμάχια. Οι δορυφορικές εικόνες (L5: Landsat-5 και S4: SPOT-4) και τα στάδια (V: βλαστικά, R: αναπαραγωγικά) απεικονίζονται στον άξονα των Χ.

Διάγραμμα 3. Μέσοι όροι (με log- μετατροπή) των NDVI και GNDVI για τα διάφορα στάδια ανάπτυξης καλαμποκιού σε μη λιπασμένα τεμάχια. Οι δορυφορικές εικόνες (L5: Landsat-5 και S4: SPOT-4) και τα στάδια (V: βλαστικά, R: αναπαραγωγικά) απεικονίζονται στον άξονα των Χ.

Διάγραμμα 4. Μέσοι όροι (με log- μετατροπή) των NDVI και GNDVI για τα διάφορα στάδια ανάπτυξης σόγιας σε λιπασμένα τεμάχια. Οι δορυφορικές εικόνες (L5: Landsat-5 και S4: SPOT-4) και τα στάδια (V: βλαστικά, R: αναπαραγωγικά) απεικονίζονται στον άξονα των Χ.

Συνολικά φάνηκε από τη στατιστική επεξεργασία ότι δεν υπήρχε αρνητική επίδραση της ελεγχόμενης αποστράγγισης στις αποδόσεις των συγκεκριμένων καλλιεργειών, για το συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και το χώρο μελέτης και ότι υπάρχουν σοβαρές ενδείξεις για αύξηση των αποδόσεων των καλλιεργειών (Διάγραμμα 6).

Διάγραμμα 5. Μέσοι όροι (με log- μετατροπή) των NDVI και GNDVI για τα διάφορα στάδια ανάπτυξης σόγιας σε μη λιπασμένα τεμάχια. Οι δορυφορικές εικόνες (L5: Landsat-5 και S4: SPOT-4) και τα στάδια (V: βλαστικά, R: αναπαραγωγικά) απεικονίζονται στον άξονα των Χ.

Διάγραμμα 6. Μέσοι όροι ± τυπική απόκλιση των προβλεπόμενων αποδόσεων καλαμποκιού και σόγιας. Δίνεται και ο αριθμός των εικονοστοιχείων που χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη των τιμών και για τις δύο πρακτικές ελεγχόμενη (CTD) και μη εδαφική αποστράγγιση (UCTD).

12. Αξιολόγηση της μεθόδου

Αυτή η μελέτη έδειξε ότι η χρήση εικόνων υψηλής χωρικής ανάλυσης από απομακρυσμένες πλατφόρμες τηλεπισκόπησης, για την εξαγωγή δεικτών βλάστησης, μπορεί να είναι χρήσιμη για τον προσδιορισμό των επιπτώσεων της ελεγχόμενης εδαφικής αποστράγγισης στην ανάπτυξη των καλλιεργειών, σε μεγάλες χωρικές κλίμακες. Τέτοιες πληροφορίες μπορεί να είναι ιδιαίτερα πολύτιμες για τη μοντελοποίηση της ανάπτυξης των καλλιεργειών και την πρόβλεψη των αποδόσεων. Επιπλέον μπορεί να είναι χρήσιμοι στη λήψη αποφάσεων σε πολιτικό επίπεδο.

Πρωτότυπος τίτλος: Using vegetation indices from satellite remote sensing to assess corn and soybean response to controlled tile drainage

H. Ciceka, M. Sunoharab, G. Wilkesb, H. McNairnb, F. Pickc, E. Toppd, D.R. Lapenb

Πηγή: Agricultural Water Management 98 (2010) 261–270