Η συμβολή της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση της καλλιέργειας ρυζιού και την εκτίμηση της παραγωγής του
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: "Il contributo del telerilevamento satellitare per il monitoraggio della coltura riso e la stima delle produzioni"
Συγγραφείς: M. Boschetti (*), D. Stroppiana (*), P. A. Brivio (*), R. Confalonieri (**), S. Bocchi (**) - (*) Consiglio Nazionale delle Ricerche -IREA, Via Bassini 15 20133 Milano, - (**) Università degli Studi di Milano, Dipartimento di Produzione Vegetale, via Celoria 2, 20133 Milano.
Πηγή: http://www.attiasita.it/ASITA2010/index.html
Εισαγωγή
Η παρακολούθηση των γεωργικών πόρων διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο, διότι επιτρέπει να γίνονται εκτιμήσεις της μελλοντικής παραγωγής προλαμβάνοντας έτσι τυχόν κρίσιμες καταστάσεις. Πρότυπα ανάπτυξης, που έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικά για τον υπολογισμό των αποδόσεων, απαιτούν input κατανεμημένα χωρικά ώστε να εξασφαλίζουν αξιόπιστες εκτιμήσεις στο χώρο. Οι δορυφορικές εικόνων επιτρέπουν να παρακολουθείται η ανάπτυξη της καλλιέργειας καθώς και την άντληση χρησίμων πληροφοριών για παραμέτρους βλάστησης, στο χώρο και στο χρόνο. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία περιγράφει την ενσωμάτωση των δεδομένων δορυφορικής τηλεπισκόπησης σε ένα μοντέλο ανάπτυξης της καλλιέργειας ρυζιού για την εκτίμηση των αποδόσεων. Η περιοχή μελέτης εκτείνεται σε περίπου 250.000 ha και καλύπτει την περιοχή της Λομβαρδίας και του Πιεμόντε όπου η καλλιέργεια του ρυζιού είναι από τις κύριες καλλιέργειες. Τα δορυφορικά δεδομένα MODIS χρησιμοποιήθηκαν για να αντλήσουμε πληροφορίες σχετικά με τη φαινολογία της καλλιέργειας και για να εκτιμηθούν οι βιοφυσικοί παράμετροι για την εφαρμογή ενός μοντέλου radiation use efficiency. Οι φαινολογικές φάσεις του ρυζιού που αποτυποθηκαν μέσω δορυφόρου ήταν σε συμφωνία με τις παρατηρήσεις πεδίου και η παραγωγή που εκτιμήθηκε από την μοντέλο έδειξε ικανοποιητική ακρίβεια.
Υλικά και Μέθοδοι
Η περιοχή μελέτης καλύπτει ολόκληρη την περιοχή παραγωγής ρυζιού στη βόρεια Ιταλία μεταξύ των επαρχιών του Milano, Pavia, Novara και Vercelli, όπου το ρύζι είναι η κυρίαρχη καλλιέργεια, και αποτελεί την μεγαλύτερη περιοχή καλλιέργειας ρυζιού στην Ευρώπη (Εικ.1). Σε αυτή την περιοχή των περίπου 250 000 ha παράγεται το 90% του ρυζιού που παράγεται στην Ιταλία. Τα δορυφορικά δεδομένα που χρησιμοποιούνται είναι από τον αισθητήρα MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) ο οποίος βρίσκεται στον δορυφόρο TERRA, το προϊόν που χρησιμοποιήθηκε είναι το MOD13Q1 για την περίοδο 2002-2005 το οποίο παρέχει κάθε 16 ημέρες δείκτες βλάστησης (VI) σε μια χωρική ανάλυση των 250 m. Οι δείκτες NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) και EVI (Enhanced Vegetation Index), αναλύθηκαν σε σχέση με την εκτίμηση των φαινολογικών παραμέτρων και του fAPAR. Τα μετεωρολογικά δεδομένα πάρθηκαν από διαφορετικούς πειραματικούς σταθμούς Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τις γεωργικές εκμεταλλεύσεις (Εικ.2) και οι επίσημες στατιστικές του «Ente Nazionale Risi (ENR) χρησιμοποιήθηκαν για την εξακρίβωση της κατανομής των ποικιλιών ρυζιού στην περιοχή μελέτης και για να αξιολογηθεί η ακρίβεια των αποτελεσμάτων προσομοίωσης συγκρίνοντας τα με τα δεδομένα για την παραγωγή.
Αποτελέσματα
Η Εικ.3 δείχνει χάρτες των σταδίων, φύτρωσης, μέγιστης ανάπτυξης (max LAI) και ωριμότητας για το έτος 2004 που προέρχεται από την ανάλυση χρονικών προφίλ των δεικτών βλάστησης. Boschetti et al. (2009) έχουν αποδείξει πώς η ανάλυση εικονοστοιχείων των χρονικών προφίλ επιτρέπει την εκτίμηση των φαινολογικών σταδίων με καλή ακρίβεια με ένα μέσο σφάλμα περίπου μίας εβδομάδας (<9 ημέρες). Επιπλέον, η ανάλυση των φαινολογικών σταδίων επιτρέπει να εντοπίσουμε με καλή προσέγγιση το πως διανέμονται οι διαφορετικές ποικιλίες στην περιοχή μελέτης και να αντλήσουμε έμμεσες πληροφορίες σχετικά με τη διαχείριση της καλλιέργειας (ημερομηνίες σποράς και πιθανές επεμβάσεις).
Μετρήσεις του fAPAR
Οι παρακάτω εξισώσεις δείχνουν το γραμμική σχέση μεταξύ των μετρήσεων στο πεδίο του fAPAR και των VIs MODIS :
- fAPAR = 1.64*EVI -0.24
- fAPAR = 1.85*NDVI -0.73
fAPAR : fraction of Photosynthetically Active Radiation
Χάρτες της AGB και την εκτίμηση των αποδόσεων(όπου AGB: Above Ground Biomass, η συγκέντρωση της βιομάζας της καλλιέργειας )
Η Εικ 4a δείχνει το χάρτη της AGB συνολικά για το έτος 2004, όπως υπολογίζεται από το μοντέλο ενώ η Εικ. 4b περιγράφει τη ημερησία συγκέντρωση της AGB με μετρήσεις πεδίου που έγιναν στην περιοχή δοκιμής για το ίδιο έτος. Οι αποδόσεις που δόθηκαν από διάφορες γεωργικές επιχειρήσεις συγκρίθηκαν με τις εκτιμήσεις του μοντέλο με την εφαρμογή ειδικού ΗΙ (Harvest Index ) στην ολική AGB για τις διαφορετικές καλλιεργούμενες ποικιλίες ρυζιού. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το μοντέλο σε αυτά τα πλαίσια είναι σε θέση να εκτιμήσει τις αποδόσεις με καλή ακρίβεια.
Συμπεράσματα
Αυτή η εργασία περιγράφει εν συντομία μερικές από τις δυνατότητες της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση των συστημάτων καλλιέργειας και συγκεκριμένα για τους ορυζώνες. Η ανάλυση των δορυφορικών εικόνων αποδείχθηκε αποτελεσματική για την εκτίμηση των φαινολογικών σταδίων του ρυζιού και επιτρέπει να αποκτηθούν χάρτες των σταδίων φύτρωσης, μέγιστης ανάπτυξης (max LAI) και ωριμότητας Μεγάλη ακρίβεια λαμβάνεται με την εκτίμηση της fAPAR σε συνάρτηση των δεικτών βλάστησης και ιδίως του EVI. Η χρήση των προϊόντων δορυφορικής τηλεπισκόπηση (φαινολογίας και εκτιμήσεις του fAPAR) σε ένα απλουστευμένο μοντέλο της radiation use efficiency αποδεδείχθηκε αποτελεσματική στην εκτίμηση της αύξησης της βιομάζας και των αποδόσεων. Το μοντέλο που εξετάστηκε, ωστόσο, δεν είναι σε θέση να αντιμετωπίσει όλες τις πτυχές της φυσιολογίας του φυτού και των επιπτώσεων των περιοριστικών παραγόντων σχετικά με την επίδραση των θρεπτικών συστατικών ή των παράσιτων στην ανάπτυξη του φυτού.
