أي مؤشر نباتي أفضل للاستخدام في الزراعة الدقيقة؟

هناك العديد من مؤشرات الغطاء النباتي التي تستخدم بشكل شائع، بما في ذلك مؤشر اختلاف الغطاء النباتي الطبيعي (NDVI)، ومؤشر نطاق الغطاء النباتي الديناميكي الواسع (WDRVI)، ومؤشر الكلوروفيل الأخضر (GCI).

• أي مؤشر نباتي يعكس تفاصيل أكثر؟
• أي مؤشر نباتي يُظهر التباين بشكل أفضل؟
• هل مؤشر NDVI هو الأفضل ضمن عائلة مؤشرات الغطاء النباتي متعددة الأطياف؟

الأسئلة معروفة وتُطرح كثيراً. فلنبحث في الأمر.

ما هو مؤشر الغطاء النباتي؟

مؤشر الغطاء النباتي هو مقياس رقمي يحدد كمية وحالة الغطاء النباتي في منطقة معينة بناءً على بيانات الاستشعار عن بعد.

يتم حساب مؤشرات الغطاء النباتي من خلال الجمع بين نطاقات طيفية مختلفة من صور الأقمار الصناعية أو التصوير الجوي، والتي تعكس كمية الطاقة التي تمتصها وتعكسها النباتات في المناطق المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة من الطيف الكهرومغناطيسي.

يمكن لهذه المؤشرات أن توفر معلومات حول صحة وكثافة وإنتاجية الغطاء النباتي، وهو أمر مفيد لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الزراعة والغابات وإدارة الأراضي ورصد المناخ.

ما هو مؤشر اختلاف الغطاء النباتي المعياري ((NDVI)?

مؤشر NDVI (مؤشر اختلاف الغطاء النباتي المعياري) وهو الأكثر شهرة واستخداماً على نطاق واسع في الصناعات المتعلقة بالكتلة الحيوية والاستشعار عن بعد.

يؤثر تشبع مؤشر NDVI على دقة تمييز الغطاء النباتي عند ذروة الكتلة الحيوية. ومن المشكلات الأخرى المتعلقة بمؤشر NDVI تأثير ضوضاء التربة على المراحل المبكرة من نمو المحاصيل.

يتم حسابها باستخدام بيانات الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية أو البيانات الجوية، بناءً على الفرق في انعكاس نطاقين طيفيين: الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) والنطاق الأحمر.

صيغة NDVI هي NDVI = (NIR-Red) / (NIR+Red).

حيث NIR هي الانعكاسية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة و Red هي الانعكاسية في النطاق الأحمر.

تتراوح قيمة مؤشر الغطاء النباتي الطبيعي (NDVI) بين -1 و+1، حيث تشير القيم الأعلى إلى كثافة نباتية أكبر. وتشير القيمة صفر إلى عدم وجود غطاء نباتي، بينما تشير القيم السالبة إلى وجود مسطحات مائية أو أسطح أخرى غير مغطاة بالنباتات.

تشير قيم مؤشر الغطاء النباتي الطبيعي (NDVI) القريبة من +1 إلى وجود غطاء نباتي كثيف وصحي، بينما تشير القيم الأقرب إلى الصفر إلى وجود غطاء نباتي متفرق أو مناطق تعاني من إجهاد أو ضرر كبير.

يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الزراعية والبيئية لمراقبة نمو الغطاء النباتي، وتقدير غلة المحاصيل، وتقييم صحة وإنتاجية الغابات والنظم البيئية الأخرى.

ويمكن استخدامه أيضًا للكشف عن الجفاف وتآكل التربة ورصدها، بالإضافة إلى العوامل البيئية الأخرى التي تؤثر على الغطاء النباتي.

على سبيل المثال، يتم حسابها بطرح الانعكاسية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة من الانعكاسية في النطاق الأحمر، ثم قسمة الناتج على مجموع القيمتين. تتراوح القيمة الناتجة بين -1 و+1، حيث تشير القيم الأعلى إلى مستويات أعلى من الغطاء النباتي.

علاوة على ذلك، فإن فكرة مؤشر الغطاء النباتي ذو النطاق الديناميكي الواسع (WDRVI) تم ابتكاره لحل مشاكل تشبع مؤشر NDVI. وقد تم التوصل إلى ذلك من خلال توسيع نطاق قيم WDRVI الممكنة عبر إدخال المعامل الرياضي (α).

تم تحويل صيغة NDVI (مؤشر اختلاف الغطاء النباتي الطبيعي) إلى WDRVI = (α∗NIR-Red) / (α∗NIR+Red).

تُعتبر المناطق المبنية على أساس مؤشر WDRVI أفضل مقارنةً بالمناطق المبنية على أساس مؤشر NDVI. ومع ذلك، فهي لا تزال غير مثالية بسبب ارتفاع الكتلة الحيوية فيها. 

مؤشر الكلوروفيل الأخضر (GCI) تُستخدم هذه التقنية لتقدير محتوى الكلوروفيل في أوراق النباتات بناءً على نطاقات الأشعة تحت الحمراء القريبة والنطاقات الخضراء. وبشكل عام، تعكس قيمة الكلوروفيل حالة الغطاء النباتي بشكل مباشر.

تبدو صيغة GCI كالتالي: GCI = NIR / Green – 1.

تُساعد المناطق المُنشأة بناءً على مؤشر الغطاء النباتي العالمي (GCI) على تمييز المناطق ذات الكتلة الحيوية العالية بشكل أفضل مقارنةً بمؤشري الغطاء النباتي الطبيعي (NDVI) والغطاء النباتي ذي النطاق الديناميكي الواسع (WDRVI). وتُسهم هذه التفاصيل في إدارة الحقل بدقة وكفاءة أكبر.

مؤشر الكلوروفيل الأحمر (RCI) يشتمل على نفس قاعدة المعرفة الخاصة بمحتوى الكلوروفيل مثل GCI ويعكسها عبر النطاق الطيفي الأحمر متعدد الأطياف.

تبدو صيغة RCI كالتالي: RCI = NIR / Red – 1.

المناطق المستندة إلى مؤشر RCI دقيقة مثل مناطق مؤشر GCI.

تابع حقولك باستمرار واستخدم مؤشر الغطاء النباتي المناسب في الوقت المناسب من الموسم. تتوفر مجموعة كبيرة من مؤشرات الغطاء النباتي في GeoPard حاليًا.