Что такое NDVI и чем он связан с урожайность?

Поделиться в facebook
Поделиться в google
Поделиться в twitter
Поделиться в linkedin
Каждый агроном знает, как вырастить хороший урожай. Но не каждый год урожай бывает хорошим. Можем ли мы заранее предсказывать урожайность? Учёные аграрии давно знают и применяют «волшебную формулу», когда прогнозный урожай рассчитывается с высокой точностью по растительному индексу NDVI посевов во время вегетации. В настоящее время существует множество сервисов, которые предоставляют эти данных. Такой технологией может воспользоваться любой, даже начинающий агроном. Прочитайте 4 раздела и пользуйтесь бесплатным и удобным агрономическим сервисом!
  • Что такое индекс NDVI и как он измеряется?
  • Как урожайность связана с NDVI?
  • Как оперативно узнать NDVI посевов?
  • Как влияет погода на NDVI и на урожайность?

Что такое индекс NDVI?

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) – нормализованный относительный индекс растительности, по которому можно судить о развитии биомассы растений во время вегетации. Зелёные листья растений поглощают электромагнитные волны в красном диапазоне и отражают волны в ближнем инфракрасном. Чем больше листовая поверхность растений и чем больше хлорофилла в листьях, тем сильнее растения поглощают попадающий на них красный свет (и меньше его отражают). По сумме и разности отражений в красном и ближнем инфракрасном диапазонах вычисляется индекс NDVI:

NDVI = (ρNIR – ρRED)/(ρNIR + ρRED),

где ρNIR – коэффициент отражения в ближней инфракрасной области спектра, ρRED – коэффициент отражения в красной области спектра.

Диапазон абсолютных значений индекса NDVI лежит в интервале от –1 до +1. Для растительности индекс принимает положительные значения (примерно от 0,2 до 0,9), и чем больше зелёная фитомасса растений в момент измерения, тем значение NDVI ближе к единице. Показатель NDVI – относительный, он не показывает абсолютных значений биомассы зеленых листьев (в т/га, например), но по нему можно достоверно оценить, насколько хорошо или плохо развивается посев.
NDVI посевов можно измерить наземными методами (с помощью оптических датчиков) и дистанционными (на основе спутниковой или аэрофотосъёмки). У каждого из этих методов есть свои преимущества и недостатки.

Как урожайность связана с NDVI?

По данным многочисленных научных публикаций, по индексу NDVI с высокой точностью можно прогнозировать урожайность посевов. Вегетационный индекс NDVI изменяется весь сезон и его значения различны во время роста, цветения и созревания растений. В начале вегетационного сезона индекс нарастает, в момент цветения его рост останавливается, затем по мере созревания, NDVI снижается. В зависимости от почвенного плодородия, метеоусловий и технологии возделывания посевов скорость развития биомассы будет разной. Поэтому по среднему значению NDVI на поле легко сравнивать состояние посевов во время вегетации: на одних полях посевы развиваются быстрее (лучше), на других – медленнее (хуже).

Наиболее точный прогноз урожайности посевов по индексу NDVI можно дать в момент прохождения пика значения NDVI. Например, для посевов озимой пшеницы при возделывании по интенсивной технологии, значение NDVI во время пика достигает 0,80–0,88 (по данным Центра точного земледелия РГАУ – МСХА им. К.А.Тимирязева). Пик NDVI обычно приходится на момент начала фазы колошения. Зная потенциальную урожайность сорта, мы можем прогнозировать, что при таком значении NDVI урожайность будет максимальной для данного сорта. Если в фазу колошения NDVI достигает значения всего 0,60–0,65, то это значит, что урожайность будет ниже максимальной на 25–30 %. Ведь NDVI связан с зеленой биомассой растений, а урожайность – это некая (известная для каждой культуры) процентная часть биомассы.

Таким образом, для предсказания урожайности агроному необходимо знать максимальную потенциальную урожайность данного сорта и показатель NDVI посева в фазу колошения (для зерновых) или в фазу максимального развития листьев (для всех остальных культур).

Как оперативно узнать NDVI посевов?

— с помощью оптических датчиков (выезд в поле с обследованием);

— по результатам аэрофотосъёмки с беспилотного летательного аппарата (облёт и съёмка полей с последующей обработкой данных);

на сайте https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/ — бесплатном онлайн-сервисе для управления полями, где индекс NDVI показан в режиме реального времени на основе спутниковых снимков (данные обновляются ежедневно, при условии безоблачной погоды). 

График NDVI в сервисе EO-browser

 EO-browser агроному следует только указать границы своих полей, после чего сервис покажет оперативную информацию о значении NDVI на выбранных пользователем полях. Эти значения можно сравнить со среднемноголетними данными по NDVI на данном поле (такую информацию сервис также предоставляет бесплатно). Сравнивая «сегодняшний» показатель NDVI со среднемноголетними значениями и сопоставляя эти данные с урожайностью культур за прошлые годы (учёты прошлых лет), можно прогнозировать урожайность в текущем году.

Но опытного агронома не проведешь, он обязательно спросит: А как же влияние погоды? Мы же не можем погоду угадать?

Как влияет погода на NDVI и на урожайность?

На этот вопрос у учёных-аграриев тоже есть ответ. Прогноз урожайности можно делать не только по индексу NDVI, но и по метеоданным. Отклонение метеоданных от среднемноголетних наблюдений приведет, соответственно, и к отклонению урожайности. Ведь скорость прироста и снижения значений NDVI во время вегетации зависит в первую очередь от метеоусловий текущего года (кроме практики орошаемого земледелия). В условиях жаркой погоды период прохождения фенофаз значительно сокращается, пик значения NDVI не достигает возможного максимума, и следовательно, прогнозный урожай снижается. Обратный случай – недостаток тепла.

Скорость нарастания NDVI в таком случае снижена, растения медленно набирают биомассу, цветение может задержаться, и времени, а самое главное, суммы активных температур, на вызревание может не хватить, урожай будет низкий и плохого качества. Кроме того, от метеоусловий в значительной степени зависит развитие болезней растений, что также может приводить к снижению показателя NDVI, а с ним и урожайности.

Очевидно, что метеоусловия вегетационного сезона являются важным фактором, определяющим развитие и продуктивность растений. Современные технические средства и он-лайн сервисы дают точные метеопрогнозы, позволяющие фермерам оценивать возможные сценарии развития посевов.

Сравнение текущих наблюдений со среднемноголетними позволяет заглядывать вперед до конца сезона и планировать следующий сезон (стратегия), а также принимать оперативные решения по обработке посевов в соответствии с текущими потребностями (тактика). Все это стало возможным благодаря современному онлайн-сервису, предоставляющему оперативные и архивные данные по спутниковой съёмке https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/

Преимущества и недостатки

разных методов обследования NDVI посевов (*в данном сравнении не оценивается материальная составляющая процесса обследования, стоимость оборудования, проведения работ и суммарные затраты на получения результата).

Применение аэрофотосъёмки с беспилотного летательного аппарата

высокая подробность съёмки: высокодетальные фотоизображения с разрешением на местности 10-20 см/пиксель;

возможность работать в облачную погоду: плотная облачность не создает помех съёмке, но отдельные кучевые облака создают помехи за счёт теней, отбрасываемых на землю;

более высокая производительность обследования: по факту, за световой день в зависимости от модели самолета-носителя, возможно обследовать от 500 до 5000 га;

помимо индекса NDVI по результатам съёмки можно получить изображения в естественных цветовых шкалах, ортофотоплан, рассчитать характеристики мезорельефа полей;

— ограничения по метеоусловиям: в сильный ветер (более 8–10 м/сек) съёмка с беспилотного самолёта невозможна;

— чувствительность метода к условиям освещенности в момент съёмки: пассивные камеры по сравнению с активными датчиками всегда дают искаженный результат, следовательно, существует необходимость ввода поправочных коэффициентов, в разных условиях они будут разными.

Администратор

Администратор

Leave a Replay

About Me

Нажмите кнопку «Редактировать», чтобы изменить этот текст. Проснувшись однажды утром после беспокойного сна, Грегор Замза обнаружил, что он у себя в постели превратился в страшное насекомое.

Подпишитесь на нашу рассылку

Click edit button to change this text. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit

свяжитесь с нами

Если остались вопросы или есть предложения, не стесняйтесь и смело пишите нам.

Нажимая на кнопку «Отправить» , вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности

о нас

Агротех
2050

2019 инновации

Агротех2050 – это первая коммуникационная площадка для российского АПК, где выносятся на обсуждение перспективные технологии в сельском хозяйстве.

Соединяющая предприятия АПК, инновационные проекты, инвесторов (бизнес – ангелов) и институты развития.

Предприятия получают возможность обозначать приоритетные области для модернизации и увидеть существующие решения. Инновационные проекты – донести свой продукт до предприятий АПК, получить обратную связь. Инвесторы – получить доступ к потоку проектов.

Мы создали платформу, которая позволит выстроить постоянную коммуникацию между всеми заинтересованными сторонами и даст важный сигнал рынку о востребованности технологий в сельском хозяйстве