Normalizēts diferenciālais veģetācijas indekss (NDVI) atvieglo lauksaimnieku dzīvi

Normalizētais diferenciālais veģetācijas indekss (NDVI) ir bieži izmantots rādītājs, lai kvantitatīvi noteiktu veģetācijas blīvumu un veselību. Tā vērtības svārstās no -1 līdz 1, kur negatīvas vērtības norāda uz ūdeni vai kailu augsni, vērtības, kas ir tuvu nullei, norāda uz retu veģetāciju, bet augstākas vērtības norāda uz blīvāku un veselīgāku veģetāciju.

Kas ir normalizētais diferenciālais veģetācijas indekss (NDVI)?

Tā ir metode, kas aprēķina atšķirību starp veģetācijas uztvertās sarkanās gaismas daudzumu un veģetācijas spēcīgi atstarotās tuvās infrasarkanās gaismas daudzumu.

Šīs metodes mērķis ir sniegt kvantitatīvu augu valsts stāvokļa analīzi. Nav tādas situācijas, kurā tās vērtība neietilpst diapazonā no -1 līdz +1. Tomēr nav skaidras robežas starp daudzajiem zemes seguma veidiem, ko var atrast.

Ja skaitļu summa ir mazāka par nulli, ir diezgan ticams, ka attiecīgā viela ir ūdens. Ja iegūtais NDVI rādītājs ir diezgan tuvu pozitīvam, pastāv liela iespēja, ka tā ir tikai cieši sakrautu zaļu lapu kopa. Tas jo īpaši attiecas uz gadījumiem, kad lapas ir blīvi sakrautas kopā.

Zaļām lapām ir lielāka vērtība nekā sarkanām lapām, tāpēc tas tā ir. Iedomājieties uz brīdi, ka tā ir ļoti tuvu nullei.

Šādā situācijā ir maza iespēja, ka tur joprojām ir kādas lapas, un reģions šajā brīdī varētu būt pat urbanizēts. Normalizētais veģetācijas diferenciācijas indikators ir indekss, ko analītiķi izmanto šādās jomās: attālā izpēte lielāko daļu laika.

Kāpēc normalizētais diferenciālais veģetācijas indekss ir noderīgs?

Ir daudz dažādu veģetācijas indeksu, un lielākā daļa no tiem ir salīdzināmi viens ar otru. Tomēr tieši šis indekss tiek izmantots visbiežāk un visplašāk, un tam ir arī būtiska priekšrocība – augsta attēlu izšķirtspēja, kas iegūti no satelītu dati.

Šādos apstākļos NDVI noteikšanai var izmantot kanālus ar desmit metru izšķirtspēju. Atcerieties, ka viens pikselis ir vienāds ar desmit reiz desmit metriem. No otras puses, indeksa izšķirtspēja, kas izmanto papildu gaismas kanālus, proti, sarkano vecumu, var būt divdesmit metri, kur viens pikselis ir vienāds ar divdesmit reiz divdesmit metriem.

Kā tiek aprēķināts NDVI?

To var noteikt, izmantojot šādu vienkāršu matemātisku procedūru, kas neapstrādātu satelīta informāciju pārveido veģetācijas indeksos.

Vienādojums rada vienu reprezentatīvu skaitli un integrē informāciju, kas ir pieejama sarkanajā un NIR (tuvējā infrasarkanā starojuma) joslās.

Lai to izdarītu, tiek ņemta atstarošanas vērtība visā sarkanajā spektra joslā un atņemta no atstarošanas vērtības visā tuvā infrasarkanā (NIR) joslā. Pēc tam rezultāts tiek dalīts ar kopējo atstarošanas vērtību tuvā infrasarkanā (NIR) un sarkanā viļņu garuma diapazonā.

NDVI novērtējums nekad nebūs vairāk kā pozitīvs un mazāks par negatīvu. Turklāt skaitlis no -1 līdz 0 apzīmē mirušu augu un neorganiskus objektus, piemēram, akmeņus, ceļus un ēkas.

Vienlaikus tā vērtības dzīviem augiem var mainīties no 0 līdz 1, kur 1 apzīmē veselīgāko augu un 0 — neveselīgāko augu. Katram attēla pikselim ir iespējams piešķirt vienu vērtību neatkarīgi no tā, vai šis pikselis apzīmē vienu lapu vai kviešu lauku, kas aptver 500 akrus.

Kā mēs izmantojam normalizēto diferenciālo veģetācijas indeksu?

Pamatoti, to tagad izmanto vairākās dažādās pētniecības jomās. Piemēram, lauksaimniecības jomā to izmanto precīzās lauksaimniecības un biomasas novērtēšanas mērķiem. To izmanto arī mežsaimnieki, lai novērtētu meža resursus, kā arī lapu platības indeksu (LAI).

Turklāt NASA uzskata, ka tas ir uzticams sausuma apstākļu esamības rādītājs. Gan proporcionālais NDVI, gan veģetācijas koncentrācija ir zemāka apgabalos, kur ūdens kalpo kā šķērslis veģetācijas iedzīvošanai.

Tas ir tāpēc, ka ūdens neļauj augu saknēm augt dziļāk augsnē. Tas, ieskaitot cita veida attālā izpēte, realitātē var tikt izmantots ļoti dažādos veidos.

Ko NDVI var pastāstīt par augiem?

Ir svarīgi labi izprast normalizēto starpību. Veģetācijas indekss ir tikai auga veselības stāvokļa norāde un nesniedz nekādu informāciju par noteikta stāvokļa cēloņiem.

Veģetācijas indekss drīzāk ir izpausme, nevis tiešs lauka apstākļu atspoguļojums. Apskatīsim trīs NDVI pielietojumus lauka analīzē:

Kad sākas jauna sezona

Tas ir noderīgi, lai izprastu auga ziemcietību un to, kā tam izdevās izdzīvot.

• Ja tā vērtība ir mazāka par 0,15, ir diezgan ticams, ka visi augi šajā lauka daļā ir gājuši bojā. Parasti šie skaitļi attiecas uz apstrādātu augsni bez augiem.
• Vēl viens zema skaitļa piemērs ir 0,15–0,2. Tas varētu liecināt, ka augi sāka gatavoties ziemai agrīnā fenoloģiskajā periodā, pirms augsnes apstrādes stadijas.
• Rezultāts diapazonā no 0,2 līdz 0,3 ir apmierinošs. Augi, visticamāk, ir sasnieguši aršanas stadiju un atguvuši veģetatīvo stāvokli. 0,3−
• 0,5 ir pieņemama vērtība. Tomēr ir svarīgi atcerēties, ka augstāki NDVI rādījumi liecina, ka augi pārziemoja vēlākā fenoloģiskajā stadijā. Pieņemsim, ka satelītattēls tika uzņemts pirms veģetācijas atgriešanās normālā stāvoklī. Tādā gadījumā ir svarīgi analizēt teritoriju pēc tam, kad veģetācija turpināja savu normālo formu.
• Skaitlis, kas lielāks par 0,5, norāda uz anomāliju pēcziemošanas fāzē. Ieteicams pārbaudīt šo lauka zonu.

Rezumējot, ja pamanāt, ka iegūtās vērtības būtiski atšķiras no normas, jums jāpārbauda attiecīgā lauka daļa. Lai vērtības konkrētajā apgabalā tiktu klasificētas kā neparastas, ir nepieciešama liela novirze no normas.

Kad sezona ir pusceļā

Indeksa izmantošana varētu palīdzēt labāk izprast augu attīstību. Iedomājieties, ka rādījumi ir starp mēreniem un augstiem (0,5–0,85). Ir ļoti iespējams, ka šajā konkrētajā apgabala daļā pašlaik nav lielu problēmu.

Ja indekss joprojām ir zemāks nekā tam vajadzētu būt, var būt tādas problēmas kā augsnes ūdens vai barības vielu trūkums. Tomēr jums ir jāveic sava izmeklēšana šajā konkrētajā jomā.

Mēs ģenerējam mainīgas devas lietošanas (VRA) kartes slāpekļa daudzumu, izmantojot normalizēto diferenciālo veģetācijas indeksu. Mēs identificējam reģionus ar veģetācijas indeksiem, kas svārstās no zema līdz augstam.

Pēc tam lauksaimnieks pats var noteikt nepieciešamo mēslojuma daudzumu. Visefektīvākā slāpekļa lietošanas metode ir šāda:

• Pieņemsim, ka reģiona veģetācijas indekss ir augsts. Tādā gadījumā ieteicamā mēslojuma deva jāsamazina līdz 10 un 30 procentiem no tipiskās devas.
• Ja veģetācijas indekss ir aptuveni vidējs, ieteicamā mēslojuma deva jāpalielina līdz 20–25 procentiem no tipiskās devas.
• Ja veģetācijas indekss ir zems, vispirms jānoskaidro, kāpēc tas tā ir.

Lai rekonstruētu lauku lauksaimniecības raža, mēs arī izmantojam šo indeksu. Ar šiem datiem mēs veidojam kartes, kuras var izmantot kālija un fosfātu mēslošanas līdzekļu mainīgas devas lietošanai.

Kad sezona ir beigusies

NDVI indekss ir noderīgs rīks, lai noteiktu, vai lauki ir gatavi ražas novākšanai; jo zemāks indekss, jo tuvāk daļa platības tuvojas posmam, kad tā ir gatava ražas novākšanai. Šādā gadījumā ideāla būtu indeksa vērtība, kas zemāka par 0,25.

Sākumā tas ir matemātisks aprēķins, kas tiek veikts pikseli pa pikselim uz attēla, izmantojot ĢIS (ģeogrāfiskās informācijas sistēmas) rīkus. Tas tiek aprēķināts, salīdzinot auga absorbētās un atstarotās sarkanās un tuvās infrasarkanās gaismas daudzumus, un tiek mērīts auga vispārējais veselības stāvoklis.

Normalizēto diferenciālās veģetācijas indeksu var izmantot, lai pētītu zemi visā pasaulē, padarot to par ideāli piemērotu mērķtiecīgiem lauka pētījumiem un valsts vai globālam veģetācijas monitoringam.

Izmantojot NDVI, mēs varam iegūt tūlītēju lauku analīzi, kas ļauj lauksaimniekiem optimizēt platību ražošanas potenciālu, ierobežot to ietekmi uz vidi un pielāgot precīzās lauksaimniecības darbības.

Turklāt, to izpētot kopā ar citiem datu avotiem, piemēram, par laikapstākļiem, varētu sniegt dziļāku ieskatu atkārtotos sausuma, salu vai plūdu modeļos un to ietekmē veģetāciju.

Biežāk uzdotie jautājumi

1. Ko galvenokārt nosaka ar NDVI?

To galvenokārt izmanto, lai noteiktu veģetācijas veselību un blīvumu noteiktā apgabalā. Šo indeksu plaši izmanto lauksaimniecībā, mežsaimniecībā un ekoloģijā, lai uzraudzītu veģetācijas augšanu, novērtētu augu stresa līmeni, identificētu sausuma vai slimību skartās zonas un palīdzētu pieņemt lēmumus par kultūraugu apsaimniekošanu.

2. Kā lasīt NDVI attēlus?

Lai lasītu NDVI attēlus, var interpretēt ar indeksa vērtībām saistīto krāsu skalu. Parasti veselīga veģetācija izskatās zaļa, savukārt mazāk veselīga vai skraja veģetācija izskatās dzeltena vai sarkana.

Tumšāki toņi var norādīt uz apgabaliem ar augstu biomasu, savukārt gaišāki toņi var liecināt par zemāku veģetācijas blīvumu vai kailas augsnes klātbūtni.

Izpratne par analizējamās teritorijas kontekstu, piemēram, konkrēto kultūraugu veidu vai vides apstākļiem, var vēl vairāk palīdzēt interpretēt NDVI attēlus un pieņemt pamatotus lēmumus par lauksaimniecības praksi.