Способността за дистанционно наблюдение на водния статус на културите, водния стрес и наличността на вода е ключова част от управлението на културите чрез дистанционно наблюдение.
Тези инструменти се използват широко в прецизното земеделие, горското стопанство и управлението на риска от природни бедствия.
Значението им продължава да нараства, тъй като рискът от екстремни метеорологични явления се увеличава, а климатичните условия за отглеждане на култури се влошават в много региони по света.
По-долу ще разгледаме тези индекси според начина, по който са използвани в платформата OneSoil.
Три широко използвани индекса за дистанционно наблюдение — нормализиран индекс на влажността (NDMI), индекс на почвената влажност (SMI) и нормализиран индекс на водата (NDWI) — често погрешно се приемат за взаимозаменяеми. Всъщност те се основават на различни физични механизми, отразяват различни компоненти на водния цикъл в системата почва–растение и затова изискват различно тълкуване.
💧 Индекси за влажност и водно съдържание
Индекс | Описание | Най-подходящ за |
NDMI (Нормализиран индекс на влажността) | Оценява съдържанието на влага в растенията. | Откриване на засушаване или необходимост от напояване. |
SMI (Индекс на почвената влажност) | Измерва влажността директно в почвата. | Оценка на наличността на вода в ранните етапи. |
NDWI (Нормализиран индекс на водата) | Откроява повърхностни води и зони с висока влажност. | Анализ на наводнения или преовлажняване. |
🌿 NDMI – индексът, който ще използвате най-често
NDMI показва съдържанието на вода в растенията. Това е възможно, защото водата в растителните клетки взаимодейства по различен начин с близката инфрачервена и късовълновата инфрачервена област на спектъра. Разликата между тези два спектрални диапазона е добър показател за това колко добре или слабо е снабдена културата с вода.
Защо е важно: NDMI може да открие воден стрес, преди той да стане видим. Културата може да запази цвета си и стойностите на NDVI, докато тургорът на растенията вече намалява. Когато листата видимо променят цвета си, вече може да сте пропуснали момента, в който тази информация е била най-полезна за вземане на решение.
Важно: NDMI се нуждае от достатъчно растителна маса. При рядък посев или в началото на сезона, когато сигналът от голата почва преобладава в сателитното изображение, стойностите на NDMI са по-слабо свързани със състоянието на културата.
NDMI помага на земеделците да наблюдават водния статус на културите и да проследяват как той се променя през сезона.
Откриване на воден стрес
Спадът на NDMI може да покаже зоните, в които културите започват да страдат от недостиг на вода. Това може да се случи преди стресът да стане ясно видим на полето.Оптимизиране на напояването
NDMI помага да се открият по-сухите части на полето и да се проследи как културите реагират на напояване или валежи. Може също да подпомогне напояването с променлива норма.Откриване на прекомерна влажност
След обилни валежи необичайно високите стойности на NDMI могат да откроят зоните с прекомерна влажност или възможно преовлажняване.По-ефективно обследване на полето и планиране на жътвата
NDMI може да покаже кои части на полето изсъхват по-бързо или остават по-влажни. Тези зони могат да бъдат проверени първо или взети предвид при планирането на полевите дейности и жътвата.
Най-полезната информация обикновено идва от сравняването на картите на NDMI във времето, а не от едно отделно изображение.
1. Май — пшеница, отглеждана на поле с нееднородни почвени условия. Зоните с по-ниска наличност на вода за културата се открояват ясно.
2. 30 юни — житна култура, която наближава узряване. В една част от полето все още се наблюдават много високи нива на влажност на културата. Тази разлика е трудно различима при изображенията в естествени цветове.
3. Увеличение на стойностите на NDMI в цялото поле след валежите на 18 април.
Кога NDMI е по-малко полезен?
NDMI става по-малко надежден, когато растителната покривка е рядка и значителна част от голата почва се вижда от сателитния сензор.
Тъй като NDMI е основно чувствителен към съдържанието на вода в растителността, той е по-малко полезен, когато сателитният сигнал е силно повлиян от откритата почва.
При такива условия SMI може да предостави по-подходяща информация.
ЧЗВ за NDMI
Какво представлява NDMI?
Какво представлява NDMI?
NDMI (Нормализиран индекс на влажността) е сателитен индекс, използван за наблюдение на съдържанието на вода в растителността.
What is the NDMI formula?
What is the NDMI formula?
Каква е формулата на NDMI?
Той се основава на специфичните оптични свойства на листата в два диапазона на електромагнитния спектър: близка инфрачервена област (NIR, приблизително 780–860 nm) и късовълнова инфрачервена област (SWIR, приблизително 1 550–1 750 nm).
Разликите в поглъщането и разсейването на излъчването при тези дължини на вълната, особено свързани с водата в растителните тъкани, позволяват да се оцени водният статус на културата.
NDMI = (NIR − SWIR) / (NIR + SWIR)
Как трябва да се интерпретира NDMI?
Как трябва да се интерпретира NDMI?
Като цяло по-високите стойности на NDMI показват по-висока влажност на растителността, докато по-ниските стойности могат да показват по-сухи култури или развиващ се воден стрес.
💧 SMI - the early-season specialist
Индексът на почвената влажност (SMI) се използва за оценка на различията в почвената влажност и наличността на вода за културите. За разлика от NDMI, който основно отразява влажността на растителността, SMI комбинира информация за температурата на земната повърхност и растителната покривка.
Той е особено полезен в ранните етапи на растеж, когато културите все още са малки и голяма част от почвената повърхност е видима. SMI може да помогне за откриване на сухи зони, проследяване на реакцията на културите след валежи или напояване и установяване на части от полето, в които наличността на вода може да се превърне в ограничаващ фактор.
Тъй като SMI се изчислява от сателитни данни с пространствена резолюция 20 m*, получените карти може да изглеждат по-малко детайлни от тези на някои други индекси за растителност или влажност. Затова SMI е по-подходящ за идентифициране на* по-големи модели на влажност и зони в полето, а не на много малки различия в рамките на едно поле.
ЧЗВ за SMI
Какво показва SMI?
Какво показва SMI?
SMI се използва за открояване на различията във влажността в различните части на полето, особено когато растителната покривка е ограничена и почвената повърхност има по-силно влияние върху сателитния сигнал.
Каква е формулата на SMI?
Каква е формулата на SMI?
SMI използва два спектрални диапазона от Sentinel-2: B8A (NIR) и B11 (SWIR):
SMI = (SWIR − NIR) / (SWIR + NIR)
Разликата между отражението в близката инфрачервена и късовълновата инфрачервена област помага да се открият различията, свързани с условията на влажност.
Как трябва да се интерпретира SMI?
Как трябва да се интерпретира SMI?
SMI е най-подходящ за сравняване на различни зони в едно и също поле и проследяване на промените във времето, вместо да се разчита на една универсална прагова стойност.
Каква е пространствената резолюция на SMI?
Каква е пространствената резолюция на SMI?
И двата спектрални диапазона на Sentinel-2 — B8A и B11 — имат естествена пространствена резолюция от 20 m. Това означава, че SMI предоставя по-малко пространствени детайли от индексите, базирани на 10 m диапазони на Sentinel-2, но все пак е подходящ за откриване на по-големи модели на влажност в земеделските полета.
🌧️ NDWI – съвсем различен въпрос
Ако приложите NDWI върху здраво пшенично поле, резултатът може да изглежда странно: плосък, отрицателен и почти еднакъв в голям диапазон от състояния на културата. Това не означава, че индексът не работи. Формулата, която OneSoil използва — тази на McFeeters — е предназначена за откриване на открити водни площи, а не за оценка на състоянието на културата.
Защо е важно: Ако имате проблеми с наводняване на полето — след продължителни валежи или през зимата — NDWI може да открои зоните със задържана вода. Това е разликата между това само да оценявате потенциалните загуби и да ги измервате, а методът може да се прилага както за едно поле, така и за цял регион.
Важно: NDWI не е слой за оценка на състоянието на културата и използването му като такъв може да доведе до сериозни грешки.
В земеделието този индекс е особено полезен за бързо и надеждно откриване на повърхностни води, наводнени площи, преовлажняване и задържане на вода в полетата.
5. NDWI за поле, покрито с пшеница.
6. Сравнение на NDWI и NDMI в сцена, съдържаща повърхностни води.
NDWI ясно очертава зоните, покрити с вода. В същата сателитна сцена индексът на влажността NDMI показва много по-голяма вариация по земната повърхност, което затруднява разграничаването на откритите водни площи или наводнените зони.
ЧЗВ за NDWI
Какво показва NDWI?
Какво показва NDWI?
NDWI се използва основно за откриване на повърхностни води, включително наводнени площи, задържана вода и преовлажнени зони.
Как се изчислява NDWI?
Как се изчислява NDWI?
NDWI по метода на McFeeters използва зеления и близкия инфрачервен (NIR) спектрален диапазон:
NDWI = (GREEN − NIR) / (GREEN + NIR)
Как трябва да се интерпретира NDWI?
Как трябва да се интерпретира NDWI?
Като цяло по-високите положителни стойности са свързани с наличие на повърхностни води, докато растителността и сухата земя обикновено имат по-ниски или отрицателни стойности.
За какво се използва NDWI в земеделието?
За какво се използва NDWI в земеделието?
Основните му приложения са откриване на наводнения, преовлажняване, задържане на вода и влажни зони в полетата, особено след обилни валежи.
Защо NDWI често има отрицателни стойности в полетата с култури?
Защо NDWI често има отрицателни стойности в полетата с култури?
Защото индексът е предназначен основно за разграничаване на открити водни площи от земна повърхност и растителност. Затова здравата култура не е задължително да има положителна стойност на NDWI.
🧑🌾 Защо разликата не е само академична
След валежи индексът на влажността се повишава в цялото поле. Това е влиянието на времето.
Еднаквата промяна в цялото поле показва какво е дошло от небето. Само разликата, която се запазва между отделните дати, показва нещо за самата почва.
Прочетена без този контекст, една-единствена дата може да създаде впечатление, че условията на полето са се подобрили, въпреки че в действителност нищо не се е променило. Ако изберете грешния индекс за дадена ситуация, няма да получите просто по-неточен отговор — ще получите грешен отговор, представен със същата увереност като правилния.
🛰️ Сравнение на трите индекса
Трите индекса отговарят на различни въпроси и са най-полезни, когато можете да ги сравните един до друг. И трите са достъпни за едно и също поле и една и съща дата, само с едно натискане в OneSoil — а наскоро подобрихме начина, по който се визуализират NDMI, SMI и NDWI, така че разликите между тях да се разчитат много по-лесно.
Нашият екип за научноизследователска и развойна дейност тества актуализацията върху полета от различен тип: напоявани земеделски площи в Близкия изток, европейски стопанства и оризища в Азия.