Schopnost dálkově sledovat vodní stav plodin, vodní stres a dostupnost vody je klíčovou součástí řízení plodin na základě dálkového průzkumu Země.
Tyto nástroje se široce používají v precizním zemědělství, lesnictví a řízení rizik přírodních katastrof.
Jejich význam stále roste, protože se zvyšuje riziko extrémních povětrnostních jevů a v mnoha regionech světa se zhoršují klimatické podmínky pro pěstování plodin.
Níže se těmto indexům budu věnovat podle jejich využití v platformě OneSoil.
Tři široce používané indexy dálkového průzkumu Země — normalizovaný diferenční index vlhkosti (NDMI), index půdní vlhkosti (SMI) a normalizovaný diferenční vodní index (NDWI) — jsou často mylně považovány za zaměnitelné. Ve skutečnosti jsou založeny na různých fyzikálních principech, odrážejí různé složky vodního cyklu v systému půda–rostlina, a proto vyžadují odlišnou interpretaci.
💧 Indexy vlhkosti a obsahu vody
Index | Popis | Nejvhodnější použití |
NDMI (normalizovaný diferenční index vlhkosti) | Odhaduje obsah vody v porostu. | Detekce sucha nebo potřeby zavlažování. |
SMI (index půdní vlhkosti) | Měří vlhkost přímo v půdě. | Dostupnost vody v raných fázích růstu. |
NDWI (normalizovaný diferenční vodní index) | Zvýrazňuje povrchovou vodu a oblasti s vysokou vlhkostí. | Analýza záplav nebo zamokření. |
🌿NDMI – index, který budete používat nejčastěji
NDMI zobrazuje obsah vody v porostu. Funguje na základě toho, že voda v rostlinných buňkách interaguje odlišně s blízkým infračerveným a krátkovlnným infračerveným zářením. Kontrast mezi těmito dvěma pásmy je dobrým ukazatelem toho, jak dobře nebo špatně je plodina zásobena vodou.
Proč je důležitý: Dokáže zachytit vodní stres dříve, než jej můžete pozorovat pouhým okem. Plodina si může zachovat svou barvu i hodnoty NDVI, i když již dochází ke snížení obsahu vody v porostu. Než se listová plocha viditelně změní, můžete již přijít o období, kdy byly tyto informace využitelné pro rozhodování.
Omezení: Potřebuje dostatečnou listovou plochu. U řídkého porostu nebo na začátku sezóny, kdy v satelitním snímku převládá signál holé půdy, jsou hodnoty NDMI méně vypovídající o stavu plodiny.
NDMI pomáhá zemědělcům sledovat vodní stav plodin a sledovat, jak se během sezóny mění.
Detekce vodního stresu
Pokles NDMI může ukázat oblasti, kde plodiny začínají trpět nedostatkem vody. K tomu může dojít ještě předtím, než se stres jasně projeví na poli.Zlepšení zavlažování
NDMI pomáhá identifikovat sušší části pole a sledovat, jak plodiny reagují na zavlažování nebo srážky. Může také podpořit zavlažování s variabilní dávkou.Detekce nadměrné vlhkosti
Po vydatných srážkách mohou neobvykle vysoké hodnoty NDMI upozornit na oblasti s příliš vysokou vlhkostí nebo možným zamokřením.Efektivnější kontrola polí a plánování sklizně
NDMI může ukázat, které části pole vysychají rychleji nebo zůstávají vlhčí. Tyto oblasti lze následně zkontrolovat jako první nebo je zohlednit při plánování polních prací a sklizně.
Nejužitečnější informace obvykle získáte porovnáním map NDMI v čase, nikoli z jediného snímku.
1. Květen — pšenice pěstovaná na poli s nehomogenními půdními podmínkami. Oblasti s nižší dostupností vody pro plodinu jsou jasně viditelné.
2. 30. června — obilnina se blíží zralosti. V jedné části pole jsou stále patrné velmi vysoké hodnoty obsahu vody v porostu. Tento rozdíl je obtížné rozpoznat na snímcích v přirozených barvách.
3. Zvýšení hodnot NDMI v celém poli po srážkách 18. dubna.
Kdy je NDMI méně užitečný?
NDMI je méně spolehlivý, když je vegetační pokryv řídký a satelitní senzor zachytí značnou část holé půdy.
Protože NDMI je primárně citlivý na obsah vody v porostu, je méně užitečný, když je satelitní signál výrazně ovlivněn odkrytou půdou.
V takových podmínkách může poskytnout relevantnější informace SMI.
Časté dotazy k NDMI
Co je NDMI?
Co je NDMI?
NDMI (normalizovaný diferenční index vlhkosti) je satelitní index používaný ke sledování obsahu vody v porostu.
Jaký je vzorec NDMI?
Jaký je vzorec NDMI?
Vychází ze specifických optických vlastností listů rostlin ve dvou oblastech elektromagnetického spektra: blízká infračervená oblast (NIR, přibližně 780–860 nm) a krátkovlnná infračervená oblast (SWIR, přibližně 1 550–1 750 nm).
Rozdíly v absorpci a rozptylu záření na těchto vlnových délkách, zejména v souvislosti s vodou obsaženou v rostlinných pletivech, umožňují posoudit vodní stav plodiny.
NDMI = (NIR − SWIR) / (NIR + SWIR)
Jak NDMI interpretovat?
Jak NDMI interpretovat?
Obecně vyšší hodnoty NDMI znamenají vyšší obsah vody v porostu, zatímco nižší hodnoty mohou znamenat sušší plodiny nebo rozvíjející se vodní stres.
💧 SMI – specialista na začátek sezóny
Index půdní vlhkosti (SMI) se používá k posouzení rozdílů v půdní vlhkosti a dostupnosti vody pro plodiny. Na rozdíl od NDMI, který odráží především obsah vody v porostu, SMI kombinuje informace o teplotě zemského povrchu a vegetačním pokryvu.
Je obzvláště užitečný v raných fázích růstu, kdy jsou plodiny stále malé a velká část povrchu půdy je viditelná. SMI může pomoci identifikovat suché oblasti, sledovat reakci na srážky nebo zavlažování a odhalit části pole, kde se dostupnost vody může stát limitujícím faktorem.
Protože se SMI vypočítává ze satelitních dat s prostorovým rozlišením 20 m*, mohou výsledné mapy vypadat méně detailně než některé jiné vegetační nebo vlhkostní indexy. SMI je proto vhodnější pro identifikaci* větších vzorců vlhkosti a zón v rámci pole než velmi malých rozdílů v rámci pole.
Časté dotazy k SMI
Co SMI ukazuje?
Co SMI ukazuje?
SMI se používá ke zvýraznění rozdílů ve vlhkostních podmínkách v různých částech pole, zejména tam, kde je vegetační pokryv omezený a povrch půdy má větší vliv na satelitní signál.
Jaký je vzorec SMI?
Jaký je vzorec SMI?
SMI používá dvě spektrální pásma Sentinel-2: B8A (NIR) a B11 (SWIR):
SMI = (SWIR − NIR) / (SWIR + NIR)
Kontrast mezi odrazivostí v blízké infračervené a krátkovlnné infračervené oblasti pomáhá identifikovat rozdíly související s vlhkostními podmínkami.
Jak SMI interpretovat?
Jak SMI interpretovat?
SMI je nejvhodnější pro porovnávání různých oblastí v rámci stejného pole a sledování změn v čase, nikoli pro použití jedné univerzální prahové hodnoty.
Jaké je prostorové rozlišení SMI?
Jaké je prostorové rozlišení SMI?
Obě pásma Sentinel-2 — B8A i B11 — mají nativní prostorové rozlišení 20 m. To znamená, že SMI poskytuje méně prostorových detailů než indexy založené na pásmech Sentinel-2 s rozlišením 10 m, ale stále je vhodný pro identifikaci větších vzorců vlhkosti v zemědělských polích.
🌧️ NDWI – odpovídá na úplně jinou otázku
Pokud NDWI použijete na zdravém pšeničném poli, může výsledek vypadat zvláštně: je plochý, záporný a téměř jednotný v širokém rozsahu podmínek porostu. To neznamená, že index nefunguje. Ve formulaci, kterou OneSoil používá — McFeetersově — je určen k detekci otevřené vody, nikoli k popisu stavu plodiny.
Proč je důležitý: Pokud máte problémy se zaplavováním pole — po delších deštích nebo po zimě — NDWI dokáže přesně vyznačit oblasti se stojící vodou. To je rozdíl mezi odhadováním ztrát a jejich skutečným měřením a lze jej využít od jednoho pole až po celý region.
Omezení: Není to vrstva pro hodnocení stavu plodiny a interpretovat jej tímto způsobem je jednou z nejdražších chyb, které můžete při práci s těmito indexy udělat.
V zemědělství je tento index obzvláště užitečný pro rychlou a jednoznačnou detekci povrchové vody, zaplavených oblastí, zamokření a stojaté vody v polích.
5. NDWI pro pole pokryté pšenicí.
6. Porovnání NDWI a NDMI ve scéně s povrchovou vodou.
NDWI jasně vymezuje oblasti pokryté vodou. Ve stejné satelitní scéně vykazuje vlhkostní index NDMI mnohem větší variabilitu na povrchu půdy, což ztěžuje rozlišení otevřené vody nebo zaplavených oblastí.
Časté dotazy k NDWI
Co NDWI ukazuje?
Co NDWI ukazuje?
NDWI se používá především k detekci povrchové vody, včetně zaplavených oblastí, stojaté vody a zamokřených zón.
Jak se NDWI vypočítává?
Jak se NDWI vypočítává?
NDWI podle McFeeterse používá zelené a blízké infračervené (NIR) pásmo:
NDWI = (GREEN − NIR) / (GREEN + NIR)
Jak NDWI interpretovat?
Jak NDWI interpretovat?
Obecně vyšší kladné hodnoty souvisejí s povrchovou vodou, zatímco vegetace a suchá půda mají obvykle nižší nebo záporné hodnoty.
K čemu se NDWI používá v zemědělství?
K čemu se NDWI používá v zemědělství?
Jeho hlavní využití je detekce zaplavení, zamokření, stojaté vody a vlhkých oblastí v polích, zejména po vydatných srážkách.
Proč má NDWI na polích s plodinami často záporné hodnoty?
Proč má NDWI na polích s plodinami často záporné hodnoty?
Protože index je určen především k rozlišení otevřené vody od půdy a vegetace. Zdravá plodina proto nemusí mít kladnou hodnotu NDWI.
🧑🌾 Proč toto rozlišení není jen akademické
Po dešti se index vlhkosti zvýší v celém poli. To je vliv počasí.
Jednotný posun vám ukazuje, co spadlo z nebe. Pouze rozdíl, který přetrvává mezi jednotlivými daty, vám říká něco o půdě.
Pokud se na jeden snímek podíváte bez tohoto kontextu, mapa může působit dojmem, že se stav pole zlepšil, i když se na poli ve skutečnosti nic nezměnilo. Pokud pro danou situaci zvolíte nesprávný index, nezískáte jen méně přesnou odpověď — získáte chybnou odpověď, která je podána se stejnou jistotou jako správná odpověď.
🛰️ Porovnání vedle sebe
Tři indexy, z nichž každý odpovídá na jinou otázku, jsou užitečné především tehdy, když je můžete porovnat vedle sebe. Všechny tři jsou dostupné pro stejné pole a stejné datum a v OneSoil mezi nimi můžete přepnout jediným klepnutím. Nedávno jsme také vylepšili vizualizaci indexů NDMI, SMI a NDWI, takže rozdíly mezi nimi lze nyní mnohem snáze číst.
Náš tým výzkumu a vývoje aktualizaci testoval na polích nejrůznějšího typu: zavlažované půdě na Blízkém východě, evropských farmách a rýžových polích v Asii.