Индекс вегетации растений NDVI

0
Просмотров: 91
Точное земледелие (ТЗ) оперирует так называемыми индексами, выражающими динамику качественных и количественных показателей в хозяйственной деятельности. Одним из таких индексов является вегетационный или NDVI, как его обозначают в исследованиях состояния посевов. Агрономы многих современных хозяйств обращаются именно к этому показателю для того, чтобы сделать более-менее точный прогноз урожайности возделываемых культур и систематически оценивать состояние растений на протяжение всего периода вегетации. Аппаратное обеспечение в с/х дает широкие возможности для сбора информации в полевых условиях в режиме онлайн.
 


Что такое индекс NDVI


Normalized difference vegetation index (NDVI) дословно переводится как «нормализованный относительный вегетационный индекс) — это показатель способности растений отражать и поглощать световые волны.
Казалось бы, причем тут урожай? Ответ лежит на поверхности: растения имеют зеленый цвет, потому что хлорофилл, входящий в состав их клеток отражает зеленые волны светового спектра и поглощает красные.
Количество хлорофилла, в свою очередь характеризует мощность листовых пластин и других фотосинтезирующих органов.
Мы не будем углубляться в теоретические знания о роли хлорофилла в реакциях фотосинтеза, поскольку очевидно, что его содержание в растениях напрямую говорит о нормальном приросте зеленой массы растения.
У здоровых побегов в клетках содержится достаточно хлорофилла, у больных — напротив, наблюдаются признаки недоразвитости и увядания.

Диапазон значений индекса вегетации

 
Диапазон значений индекса вегетации колеблется от -1 до +1. Это объясняет, почему данный показатель «нормализованный»: он выражает разность между минимальным и максимальным отражением зеленого цвета. Следуя этому алгоритму можно отличить объекты неживой природы от растительности:

• для снега, воды, почвы, камней и т.п. индекс принимает значение от -1 до 0;

• у растений NDVI — в диапазоне от 0 до 1 (чем больше зеленая масса, тем значение ближе к 1).

Заметим, что индекс вегетации — относительный, он не имеет единицы измерения и не дает конкретных характеристик для растений, а лишь позволяет дать оценку общего состояния развития посевов.
 

Измерения производятся двумя способами:

 
  • при помощи наземных датчиков, которые крепятся к с/х-технике;
  • дистанционно — за счет съемки с беспилотника/самолета, оснащенного камерой с ИК-фильтром.

Урожай и NDVI


Индикатор NDVI — комплексный и качественный показатель. Он позволяет оценить потенциальный урожай на поле, но совершенно не объясняет причины, из-за которых тот может снизиться.

Это общая картина происходящего, на основании которой специалисты решают ряд возникающих перед ними задач.

NDVI-анализ актуален в любой фазе развития растений, при этом нужно осознавать закономерности изменения значений индекса:

  • в начале вегетации, когда растения набирают массу — он растет,
  • в момент цветения/формирования зерна — приостанавливается
  • по мере созревания урожая — снижается

Следовательно, по NDVI можно произвести сравнительный анализ состояния посевов в одно и то же время.

Рассмотрим эти зависимости подробнее:


Сравнительный анализ состояния посевов в одно и то же время по NDVI


В начале вегетации возрастающий индекс показывает то, насколько дружные были всходы, а если культура озимая, то степень благоприятности ее перезимовки:

  • если значение ниже 0,15, то всходы разреженные или погибли. Такая цифра соответствует черному пару;
  • 0,15-0,2 — растения ушли в зимовку недоразвитыми, то есть не сформировавшими узел кущения;
  • 0,2-0,5 — растение ушли «под снег» в фазу кущения.
  • от 0,5 — аномально высокий показатель после выхода из зимовки. Требуется проверка участка по другим параметрам.

В середине вегетации, индекс NDVI может быть 0,5-0,8. Значение в таком пределе говорит о том, что на поле или отдельном его участке все хорошо. Однако это может указывать на наличие сорной растительности. Но это отдельная тема для рассмотрения.

В целом, по данным индекса можно сделать достаточно точный прогноз урожайности. Так, потенциально максимальный урожай предполагается, если пиковое значение NDVI достигает 0,8 (в период фазы колошения или формирования початка/корзинки). Это значит, что биомасса по умолчанию влияет на урожайность. В конце созревания индекс понижается и чем ниже его значение, тем скорее можно приступать к уборке урожая. В этот период он не превышает 0,35.

Как установить индекс NDVI

В тексте уже было приведено 2 способа выявления данного показателя при помощи аппаратного оснащения хозяйства.

Беспилотники требуют особенного подхода к работе, датчики в свою очередь предназначены для техники, способной вносить удобрения в регулируемых дозировках.

Известен еще один способ, который является менее затратным и дает сравнительно точные результаты — EO-browser. Это онлайн-сервис для управления полями в режиме реального времени. Индекс определяют на основе спутниковой съемки, данные обновляются ежедневно. Нужно только указать границы полей, а так же предусмотрена возможность сравнивать новые значения со среднемноголетними, и сопоставлять результаты с урожайностью за прошлые годы.

Возможности индекса NDVI

В основном, это показатель необходим для создания электронных карт внесения азотных удобрений (подкормок), фосфора, калия. Этот индекс позволяет обнаруживать зоны с высокой, средней и низкой вегетацией, ориентируясь на которые специалисты рассчитывают нормы удобрений.

Так, для NDVI от 0,5 дозу удобрений уменьшают на 10-30% от нормы; от 0,2 до 0,5 — норма остается средней; ниже 0,2 — следует провести диагностику состояния растительности на данном участке поля. То же самое можно сказать и об ускорении созревания урожая — индекс позволяет определять, есть ли необходимость опрыскивать поля десикантами для обезвоживания растений.

Преимущества и недостатки метода прогнозирования урожая по индексу NDVI

Рассмотрим преимущества и недостатки метода прогнозирования урожая по индексу NDVI в разрезе разных способов его определения:

1. Оптические датчики с активным источником света работают при любом освещении и погодных условиях, моментально передают данные о состоянии посевов в координатах места диагностики. Однако, дожди являются препятствием для съемки. Кроме того, исследование полей наземным способом требует сравнительно больших затрат времени/топлива. Поэтому целесообразнее оснащать такими датчиками с/х-машины.

2. Аэрофотосъемка с беспилотника дает более масштабные и подробные данные в высоком разрешении ( в том числе, цифровые снимки), позволяют работать в любую погоду (кроме ветра), обследуют до 5000 га посевов. Однако, важным условием для корректного функционирования камеры является достаточное освещение.


Метод NDVI — является наиболее популярным для определения порога развития растений на полях. Он быстрый и подробный в отличие от большинства классических методик исследования. Благодаря такому подходу к мониторингу посевов формируется обширная база данных, которой можно пользоваться в том числе и для планирования урожаев будущих лет. Однако точность измерений зависит от некоторых факторов, которые необходимо брать в расчет — главным образом, атмосферные явления, так как свет гораздо хуже проходит через облака, нежели в ясную погоду. Но в целом, точность технологии довольно высока и является перспективным направлением в управлении агропредприятием.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

banner-KORALL

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Введите ваш комментарий
Введите ваше имя