Διαχείριση άρδευσης με τηλεπισκόπηση: Αξιολόγηση της απαίτησης άρδευσης για τον αραβόσιτο υπό την κλιματική κατάσταση της Μεσογείου
Από RemoteSensing Wiki
Διαχείριση άρδευσης με τηλεπισκόπηση: Αξιολόγηση της απαίτησης άρδευσης για τον αραβόσιτο υπό την κλιματική κατάσταση της Μεσογείου
Πρωτότυπος τίτλος: Irrigation management with remote sensing: Evaluating irrigation requirement for maize under Mediterranean climate condition
Συγγραφείς: Célia Toureiro, Ricardo Serralheiro, Shakib Shahidian, Adélia Sousa
Λέξεις κλειδιά: Άρδευση, Τηλεπισκόπηση, Αραβόσιτος, Μεσόγειος, Γεωργία ακριβείας
Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Οι μέθοδοι ελέγχου των υδάτων και ο σχεδιασμός των υδάτινων πόρων είναι σε υψηλή προτεραιότητα. Στην αρδευόμενη γεωργία, ο σωστός τρόπος εξοικονόμησης νερού είναι να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της χρήσης αυτού μέσω της καλύτερης διαχείρισής του. Η περιοχή εφαρμογής της ανάλυσης είναι η Αρδευτική Περιοχή Divor, Évora στην Πορτογαλία, χρησιμοποιώντας 7 πειραματικά οικόπεδα καλλιεργούμενα με αραβόσιτο (Εικ. 1). Τα δεδομένα καθορίστηκαν από εικόνες της καλλιεργούμενης επιφάνειας που λαμβάνονται μέσω δορυφόρου και ενσωματώθηκαν με παραμέτρους ατμόσφαιρας και καλλιέργειας για τον υπολογισμό βιοφυσικών δεικτών και δεικτών υδατικής πίεσης στη βλάστηση (Normalized Vegetation Difference (NDVI)), Kc και Kcb. Επομένως, εκτιμήθηκε και χρησιμοποιήθηκε η εξατμισοδιαπνοή (ETc) για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ποσότητας νερού για την καλλιέργεια και την ποσότητα νερού άρδευσης που θα διατεθεί.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Για μια βιώσιμη διαχείριση της άρδευσης, η εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας (ETc) θα πρέπει να προσδιορίζεται με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια, πράγμα δύσκολο λόγω της αδυναμίας αξιόπιστης εκτίμησης του συντελεστή καλλιέργειας. Για μεγαλύτερη ακρίβεια, στη θέση ενός μοναδικού συντελεστή καλλιέργειας, Kc, οι συντελεστές διπλής καλλιέργειας μπορούν να χρησιμοποιηθούν και να οριστούν ως εξής: ένας βασικός συντελεστής καλλιέργειας Kcb, που αντιπροσωπεύει την εξάρτηση της ETc από τα γενετικά χαρακτηριστικά των καλλιεργειών μέσω της διαπνοής, και ένας συντελεστής εξάτμισης του εδάφους, Ke, ο οποίος υπολογίζει το βαθμό που το έδαφος καλύπτεται από την καλλιέργεια. Τα καλύτερα αποτελέσματα με αυτή τη μεθοδολογία επιτυγχάνονται εάν οι επιτόπιοι προσδιορισμοί της κατάστασης των υδάτων του εδάφους συγκριθούν με τις εκτιμώμενες τιμές που προκύπτουν από τα κλιματικά δεδομένα.
Η έρευνα με τον αραβόσιτο έχει παρουσιάσει βελτιώσεις στον προγραμματισμό της άρδευσης, λόγω της καλύτερης εκτίμησης της χρήσης νερού και του καταλληλότερου χρονοδιαγράμματος των αρδεύσεων. Στην παρούσα εργασία, η τηλεπισκόπηση καθόρισε τις βιοφυσικές παραμέτρους που ενσωματώνονται στο ισοζύγιο των καλλιεργειών ύδατος μιας καλλιέργειας αραβοσίτου στην αρδευόμενη περιοχή, προκειμένου να προσεγγίσει μια νέα τεχνολογία για τον καθορισμό των απαιτήσεων άρδευσης των καλλιεργειών για μια ευρεία αρδευόμενη έκταση στην συγκεκριμένη περιοχή.
Στο πλαίσιο αυτό, πολυφασματικές κάμερες εγκατεστημένες σε δορυφόρους παρέχουν εικόνες από την επιφάνεια της γης που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση του Kc και άλλες παραμέτρους καλλιέργειας, όπως το κλάσμα κάλυψης γης (fc) και τον δείκτη περιοχής φύλλου (LAI [2]). Αυτές οι παράμετροι καλλιέργειας μπορούν να εκτιμηθούν από τους δείκτες βλάστησης που ορίζονται στο πολυφασματικό και τις θερμικές εικόνες που έχουν ληφθεί με κάμερες εγκατεστημένες σε δορυφόρους ή άλλα οχήματα. Δείκτες βλάστησης (VI), υπολογισμένοι ως διαφορές, αναλογίες ή γραμμικούς συνδυασμούς ανακλώμενου φωτός στο ορατό (μπλε, πράσινο ή κόκκινο) και κοντά στο υπέρυθρο (NIR) φάσμα, βρέθηκε ότι σχετίζονται στενά με διάφορες παραμέτρους ανάπτυξης των καλλιεργειών.
ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
1) Πειραματικό σχέδιο
2) Παράμετροι καλλιέργειας και άρδευσης
3) ETc με τη μεθοδολογία του FAO
4) Επί τόπου ισορροπία νερού
5) Αγρονομικές παράμετροι και ETc με δεδομένα από πολυφασματικές εικόνες
Οι πολυφασματικές εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την εργασία λαμβάνονταν από τον Δορυφόρο Landsat 5, κάθε 16 ημέρες. Η πολυφασματική κάμερα, εγκατεστημένη επί του δορυφόρου αυτού, παράγει εικόνες του εδάφους, καλύπτοντας ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Η χωρική ανάλυση αυτών των δεδομένων είναι 30 m στις ζώνες σύντομων κυμάτων και ο δορυφόρος παρέχει όλες τις πολυφασματικές ζώνες (μπλε, πράσινο, κόκκινο, κοντά υπέρυθρο (NIR)).
Η προκαταρκτική επεξεργασία των εικόνων - γεωμετρικών και ατμοσφαιρικών διορθώσεων - πραγματοποιήθηκε από το πρόγραμμα DEMETER (Calera-Belmonte et al., 2005), με τα ακόλουθα βήματα:
• Λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε: ERDAS Imagine 9.1.
• Γεωμετρική διόρθωση και γεωαναφορά: σημείο ελέγχου ομοιόμορφα διανέμονται στις εικόνες.
• Ραδιομετρική διόρθωση: τα ληφθέντα ραδιομετρικά δεδομένα μετασχηματίστηκαν σε τιμές ακτινοβολίας.
• Ατμοσφαιρική διόρθωση: Απόλυτη διόρθωση.
Ένας κοινός δείκτης βλάστησης είναι ο NDVI (Κανονικοποιημένος Δείκτης Βλάστησης): NDVI = [ρNIR − ρR / ρNIR + ρR], όπου ρNIR και ρR είναι οι παρατηρούμενες τιμές της ανακλαστικότητας στο κοντά σε υπέρυθρες και κόκκινες ζώνες, αντίστοιχα. Ο NDVI μπορεί να ποικίλει από -1 έως 1. Οι τιμές κοντά στο 1 συμπίπτουν με πυκνή βλάστηση, η οποία έχει υψηλές τιμές ανάκλασης στη ζώνη NIR και χαμηλές στη ζώνη R. Αυτό οφείλεται στην υψηλή απορρόφηση της ακτινοβολίας στην κόκκινη ζώνη από τη φωτοσύνθεση των χρωστικών ουσιών και τη χαμηλή απορρόφησης στη ζώνη υπερύθρων από τις κυτταρικές δομές των φύλλων. Όπου η βλάστηση είναι λιγότερο πυκνή, οι τιμές του NDVI πλησιάζουν το μηδέν. Αρνητικές τιμές εμφανίζονται σε επιφάνειες με ελεύθερο νερό και σύννεφα, τα οποία έχουν υψηλή ανακλαστικότητα στην ορατή ζώνη του φάσματος και χαμηλή ανάκλαση στη ζώνη NIR.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Συνοπτικά, τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας δείχνουν ότι η τηλεπισκόπηση βασισμένη σε πολυφασματικές εικόνες, μπορεί να χρησιμοποιηθεί με υψηλό βαθμό ακρίβειας και χωρική αναπαράσταση, για τον υπολογισμό της ποσότητας νερού στην καλλιέργεια και τις ανάγκες για ύδρευση. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι, για να είναι ένα σύστημα συμβουλευτικής διαχείρισης άρδευσης ενδιαφέρον και βιώσιμο, απαιτεί τη συχνή χαρτογράφηση του εδάφους καθώς και τις απαιτήσεις σε νερό της καλλιέργειας για ολόκληρη την αρδευόμενη περιοχή. Αυτό είναι ίσως το πιο αδύναμο σημείο της μεθοδολογίας με δορυφορική απεικόνιση που χρησιμοποιείται στην παρούσα εργασία: χρονική αντιπροσώπευση, μία φορά κάθε 16 ημέρες με το δορυφόρο Landsat 5, καθώς δεν είναι αρκετή για τη διαχείριση της άρδευσης. Αυτός ο περιορισμός επιδεινώνεται όταν, όπως συνέβη με την παρούσα εργασία, μερικές εικόνες δεν είναι εκμεταλλεύσιμες λόγω της παρουσίας σύννεφων. Σήμερα, ο περιορισμός αυτός έχει πιθανόν ξεπεραστεί, καθώς είναι πιο ακριβή (ανάλυση 10 m) και με μεγαλύτερη συχνότητα (5 ημερών επανάληψης) τα δεδομένα που συλλέγονται από το δορυφόρο Sentinel 2, και μπορούν να συνδυαστούν με δεδομένα από άλλους δορυφόρους παρέχοντας πιο συχνές εικόνες της επιφάνειας της γης.
