Der Vegetationsindex (NDVI) erleichtert das Leben von Landwirten

Der Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) ist eine häufig verwendete Metrik zur Quantifizierung der Dichte und Gesundheit von Vegetation. Seine Werte reichen von -1 bis 1, wobei negative Werte Wasser oder kahlen Boden anzeigen, Werte nahe Null eine spärliche Vegetation und höhere Werte eine dichtere und gesündere Vegetation anzeigen.

Was ist der Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)?

Es ist eine Methode, die die Variation zwischen der Menge des von einer Vegetation empfangenen roten Lichts und der Menge des von einer Vegetation kräftig reflektierten Nahinfrarotlichts berechnet.

Das Ziel dieser Methode ist die quantitative Analyse des Zustands des Pflanzenlebens. Es gibt keine Situation, in der sein Wert außerhalb des Spektrums von -1 bis +1 liegt. Es gibt jedoch keine klare Abgrenzung zwischen den vielen Arten von Landbedeckung, die gefunden werden können.

Wenn die Summe der Ziffern kleiner als null ergibt, ist es sehr wahrscheinlich, dass die betreffende Substanz Wasser ist. Wenn Sie einen NDVI-Wert erhalten, der nahe an einem positiven Wert liegt, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass es sich um dicht gepackte grüne Blätter handelt. Dies gilt insbesondere, wenn die Blätter dicht beieinander liegen.

Grüne Blätter haben einen größeren Wert als rote Blätter, weshalb das so ist. Stellen Sie sich für einen Moment vor, dass er sehr nahe bei 0 liegt.

In einer solchen Situation ist die Chance, dass dort noch Blätter jeglicher Art vorhanden sind, verschwindend gering, und die Region kann zu diesem Zeitpunkt sogar verstädtert sein. Der Normalized Difference Vegetation Index ist der Index, der von Analysten im Bereich verwendet wird Fernerkundung die meiste Zeit.

Der Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) ist nützlich, weil er ein einfaches Werkzeug ist, um die Gesundheit und Dichte von Vegetation über große Gebiete zu bewerten. Er nutzt die Art und Weise, wie Pflanzen Licht in unterschiedlichen Wellenlängen reflektieren und absorbieren. Hier sind die Hauptgründe für seine Nützlichkeit: * **Erkennung von Pflanzenbedeckung:** NDVI hilft dabei, zwischen Vegetationsflächen und anderen Oberflächen wie Wasser, Boden oder Bebauung zu unterscheiden. * **Bewertung der Vegetationsgesundheit:** Gesunde Pflanzen mit viel Chlorophyll absorbieren rotes Licht stark und reflektieren nahinfrarotes (NIR) Licht. Kranke oder gestresste Pflanzen mit weniger Chlorophyll reflektieren mehr rotes Licht und weniger NIR-Licht. NDVI erfasst diese Unterschiede. * **Überwachung von Veränderungen über die Zeit:** Durch regelmäßige NDVI-Messungen (z.B. über Satellitenbilder) kann man Veränderungen in der Vegetation beobachten, wie z.B. Wachstum, Austrocknung, Dürreperioden oder nachfolgende Erholung. * **Landwirtschaftliche Anwendungen:** Landwirte können NDVI nutzen, um den Zustand ihrer Feldfrüchte zu beurteilen, Bewässerungsbedarf zu erkennen, Düngung zu optimieren und Ernteerträge vorherzusagen. * **Umweltmonitoring:** NDVI wird eingesetzt, um Entwaldung, Bodendegradation, Waldbrände und die Ausbreitung invasiver Arten zu überwachen. * **Klimaforschung:** NDVI-Daten helfen, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Vegetation zu verstehen und zu quantifizieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass NDVI aufgrund seiner Einfachheit, seiner Sensitivität für biologische Prozesse und seiner Anwendbarkeit auf große Gebiete ein wertvolles Werkzeug für eine Vielzahl von wissenschaftlichen und praktischen Anwendungen im Zusammenhang mit der Erdoberfläche ist.

Es gibt viele verschiedene Vegetationsindizes, und die überwiegende Mehrheit ist miteinander vergleichbar. Es ist jedoch derjenige, der am häufigsten und weitesten verbreitet ist, und er hat auch einen wesentlichen Vorteil, nämlich eine hohe Auflösung der daraus abgeleiteten Bilder Satellitendaten.

Unter diesen Umständen können Kanäle mit einer Auflösung von zehn Metern zur Bestimmung des NDVI verwendet werden. Bedenken Sie, dass ein Pixel zehn mal zehn Metern entspricht. Auf der anderen Seite kann die Auflösung des Index, der zusätzliche Lichtkanäle, nämlich Rot, verwendet, zwanzig Meter betragen, wobei ein Pixel zwanzig mal zwanzig Metern entspricht.

Wie wird der NDVI berechnet?

Es kann mit folgendem einfachen mathematischen Verfahren bestimmt werden, das Rohdaten von Satelliten in Vegetationsindizes umwandelt.

Die Gleichung erzeugt eine einzige Zahl, die repräsentativ ist und die in den Rot- und NIR-Bändern (nahes Infrarot) zugänglichen Informationen integriert.

Um dies zu tun, nimmt es die Reflexion im roten Spektralband und subtrahiert sie von der Reflexion im Nahinfrarotband (NIR). Danach wird das Ergebnis durch die Gesamtreflexion der NIR- und roten Wellenlängen geteilt.

Die Bewertung des NDVI wird nie mehr als positiv und weniger als negativ sein. Eine Zahl zwischen -1 und 0 bezeichnet außerdem eine abgestorbene Pflanze und anorganische Gegenstände wie Steine, Straßen und Gebäude.

Gleichzeitig können seine Werte für lebende Pflanzen irgendwo zwischen 0 und 1 liegen, wobei 1 die gesündeste Pflanze und 0 die ungesündeste Pflanze darstellt. Es ist möglich, jedem Pixel in einem Bild einen einzigen Wert zuzuweisen, unabhängig davon, ob dieses Pixel ein einzelnes Blatt oder ein fünfhundert Hektar großes Weizenfeld darstellt.

Wie verwenden wir den Normalisierten Vegetationsindex (NDVI)?

Berechtigterweise kommt es nun in einer Reihe verschiedener Forschungsbereiche zum Einsatz. So wird es beispielsweise im Bereich der Landwirtschaft für die Ziele der Präzisionslandwirtschaft und der Biomasseabschätzung genutzt. Ebenso wird es von Forstwirten eingesetzt, um Forstressourcen sowie den Blattflächenindex (LAI) zu bewerten.

Darüber hinaus hält die NASA dies für einen zuverlässigen Hinweis auf das Vorhandensein von Dürrebedingungen. Sowohl der proportionale NDVI als auch die Vegetationsdichte sind in Gebieten geringer, in denen Wasser die Etablierung von Vegetation erschwert.

Dies liegt daran, dass Wasser das tiefere Wachsen der Pflanzenwurzeln im Boden verhindert. Es, zusammen mit anderen Arten von Fernerkundung, hat die Fähigkeit, in der Realität auf vielfältige Weise genutzt zu werden.

Was kann uns NDVI über Pflanzen verraten?

Es ist wichtig, ein fundiertes Verständnis dafür zu entwickeln, dass der Normalisierte Differenz- Vegetationsindex ist nur ein Indikator für die Gesundheit der Pflanze und gibt keine Auskunft über die Gründe für einen bestimmten Zustand.

Der Vegetationsindex ist mehr ein Ausdruck als eine direkte Widerspiegelung dessen, was auf dem Feld vor sich geht. Betrachten wir drei Anwendungen von NDVI zur Feldanalyse:

Wenn eine neue Saison beginnt

Es ist vorteilhaft für das Verständnis der Winterhärte der Pflanze und wie sie überlebt hat.

• Wenn sein Wert unter 0,15 liegt, ist es einigermaßen wahrscheinlich, dass alle Pflanzen in diesem Feldabschnitt abgestorben sind. Typischerweise beziehen sich diese Zahlen auf den bestellten Boden ohne Pflanzen.
• Ein weiteres Beispiel für einen niedrigen Wert ist 0,15-0,2. Dies könnte darauf hindeuten, dass die Pflanzen begonnen haben, sich während der frühen phänologischen Periode, vor der Bearbeitungsphase, auf den Winter vorzubereiten.
• Ein Ergebnis im Bereich von 0,2 bis 0,3 ist zufriedenstellend. Die Pflanzen sind höchstwahrscheinlich bis zur Streckungsphase fortgeschritten und haben ihren vegetativen Zustand wiedererlangt.
• 0,5 ist ein anständiger Wert. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass höhere NDVI-Werte darauf hindeuten, dass Pflanzen in einem späteren phänologischen Stadium überwintert haben. Wenn das Satellitenbild aufgenommen wurde, bevor die Vegetation ihren normalen Zustand wiedererlangt hat. In diesem Fall ist es wichtig, das Gebiet zu analysieren, nachdem die Vegetation ihre normale Form fortgesetzt hat.
• Eine Zahl größer als 0,5 zeigt eine Anomalie während der Überwinterungsphase an. Es wird empfohlen, diese Feldzone zu überprüfen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Sie, wenn Sie feststellen, dass die erhaltenen Werte erheblich von der Norm abweichen, eine Inspektion des betreffenden Feldbereichs durchführen müssen. Eine starke Abweichung von der Norm ist erforderlich, damit Werte in einem bestimmten Bereich als abnormal eingestuft werden können.

In der Mitte der Saison

Die Nutzung des Index könnte hilfreich sein, um ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie Pflanzen wachsen. Stellen Sie sich vor, die Messwerte liegen zwischen mild und hoch (0,5–0,85). Es ist sehr wahrscheinlich, dass dieser spezielle Teil des Gebiets derzeit keinen größeren Herausforderungen gegenübersteht.

Wenn der Index niedriger bleibt als erwartet, können Probleme wie ein Mangel an Bodenwasser oder Nährstoffen auftreten. Allerdings müssen Sie diese spezifische Angelegenheit selbst weiter untersuchen.

Wir generieren Karten für die variable Ausbringung (VRA) der Stickstoff anhand des Normalized Difference Vegetation Index. Wir identifizieren Regionen mit Vegetationsindizes, die von niedrig bis hoch reichen.

Danach ist es am einzelnen Landwirt, die Höhe des notwendigen Düngers zu bestimmen. Die wirkungsvollste Methode zur Ausbringung von Stickstoff ist die folgende:

• Bei einem hohen Vegetationsindex in der Region sollte die empfohlene Düngermenge um 10 und 30 Prozent der üblichen Rate reduziert werden.
• Wenn der Vegetationsindex im Durchschnitt liegt, sollte die empfohlene Düngermenge auf 20 bis 25 Prozent der üblichen Menge erhöht werden.
• Wenn der Vegetationsindex niedrig ist, müssen Sie zuerst herausfinden, warum das so ist.

Zur Rekonstruktion eines Feldes landwirtschaftlicher Ertrag, verwenden wir diesen Index ebenfalls. Mit diesen Daten erstellen wir Karten, die für die bedarfsgesteuerte Ausbringung von Kalium- und Phosphatdüngern verwendet werden können.

Wenn die Saison vorbei ist

Der NDVI-Index ist ein nützliches Werkzeug, um festzustellen, ob Felder erntereif sind; je niedriger der Index, desto näher kommt ein Teil der Fläche dem Zeitpunkt der Erntereife. In diesem Szenario wäre ein Indexwert unter 0,25 ideal.

Zu Beginn handelt es sich um eine mathematische Berechnung, die Pixel für Pixel auf einem Bild durchgeführt wird, wobei Werkzeuge aus einem GIS (Geographisches Informationssystem) verwendet werden. Berechnet durch den Kontrast der von der Pflanze absorbierten und reflektierten Mengen an rotem und nahinfrarotem Licht, misst er den allgemeinen Gesundheitszustand der Pflanze.

Der Normalisierte Differenzvegetationsindex kann zur Untersuchung von Landflächen auf der ganzen Welt verwendet werden, was ihn ideal für gezielte Feldstudien und die nationale oder globale Vegetationsüberwachung macht.

Durch die Nutzung von NDVI erhalten wir eine sofortige Analyse von Feldern, die es Landwirten ermöglicht, das Produktionspotenzial von Flächen zu optimieren, ihren Umwelteinfluss zu begrenzen und ihre Präzisionslandwirtschaftsbetriebe anzupassen.

Darüber hinaus könnte die Untersuchung in Verbindung mit anderen Datenströmen, wie z. B. Wetterdaten, weitere Einblicke in wiederkehrende Muster von Dürren, Frösten oder Überschwemmungen und deren Auswirkungen auf die Vegetation geben.

Häufig gestellte Fragen

1. Was wird mit NDVI hauptsächlich bestimmt?

Er wird hauptsächlich verwendet, um die Gesundheit und Dichte der Vegetation in einem bestimmten Gebiet zu bestimmen. Dieser Index wird häufig in der Land-, Forst- und ökologischen Wissenschaft verwendet, um das Pflanzenwachstum zu überwachen, den Stress von Pflanzen einzuschätzen, Gebiete mit Dürre oder Krankheit zu identifizieren und Entscheidungen im Pflanzenmanagement zu unterstützen.

2. Wie liest man NDVI-Bilder?

Um NDVI-Bilder zu lesen, können Sie die Farbskala interpretieren, die mit den Indexwerten verbunden ist. Typischerweise erscheint gesunde Vegetation grün, während weniger gesunde oder spärliche Vegetation gelb oder rot erscheint.

Dunklere Schattierungen können auf Gebiete mit hoher Biomasse hinweisen, während hellere Schattierungen auf geringere Vegetationsdichte oder das Vorhandensein von nacktem Boden hindeuten können.

Das Verständnis des Kontexts des analysierten Gebiets, wie z. B. des spezifischen Ernteerzeugnisses oder der Umgebungsbedingungen, kann die Interpretation von NDVI-Bildern weiter unterstützen und fundierte Entscheidungen über landwirtschaftliche Praktiken ermöglichen.