25 Жовтня 2021

Індекс NDVI: як він робить життя агронома простішим

У точному землеробстві часто використовуються різні вегетаційні індекси, й NDVI – найбільш популярний із них. Він дає можливість оцінити стан поля і рослин у будь-якій точці світу за супутниковими знімками. У цій статті ми поговоримо про те, що таке індекс вегетації NDVI і як його використовувати при аналізі своїх полів.

ЯК СВІТЛО РОЗПОВІДАЄ ПРО ЗДОРОВ’Я РОСЛИН

NDVI (Normalized difference vegetation index, нормалізований вегетаційний індекс) – це показник здоров’я рослини, який обчислюється за тим, як рослина відбиває і поглинає різні світлові хвилі.

Наприклад, рослини для нашого ока зелені, тому що пігмент хлорофіл добре відбиває зелені хвилі. Червоні хвилі хлорофіл поглинає: за рахунок цього відбувається фотосинтез, тобто культура росте і розвивається. А клітинна структура рослини відбиває ближні інфрачервоні хвилі. Виходить, що здорова рослина з великою кількістю хлорофілу і хорошою клітинною структурою активно поглинає червоне світло і відбиває ближнє інфрачервоне. Хвора рослина робить усе з точністю до навпаки.

Щоб мати уявлення про стан здоров’я рослини, потрібно порівняти між собою значення поглинання і відбиття червоних (Red) та інфрачервоних променів (Nir). Це і є NDVI:

Індекс NDVI«Нормалізованим» індекс став у 1973 році, коли група вчених із Техаського університету A&M стала обчислювати не просто співвідношення інфрачервоного та червоного світла, а відношення їх різниці до суми. Це дало змогу привести все значення індексу до діапазону від –1 до 1, тобто «нормалізувати» для легшого порівняння між собою. Значення NDVI від –1 до 0 – це об’єкти неживої природи й інфраструктури: сніг, вода, пісок, каміння, будинки, дороги тощо. Значення для рослин буде в діапазоні від 0 до 1.

ЩО РОЗПОВІСТЬ NDVI НА РІЗНИХ СТАДІЯХ СЕЗОНУ

Слід розуміти, що NDVI – це індикатор стану рослини, який нічого не говорить про причини тієї чи іншої ситуації. Це швидше підказка про те, що відбувається на полі. Розглянемо три сценарії використання індексу вегетації NDVI: на початку, в середині та наприкінці сільськогосподарського сезону.

На початку сезону з індексу NDVI можна зрозуміти, як рослина перезимувала. Як правило, логіка така:

  • Якщо NDVI нижчий від 0,15 – ймовірно, на ділянці всі рослини загинули. Зазвичай такі показники відповідають зораному ґрунту без вегетації;
  • 0,15–0,2 – теж низький показник. Це може говорити про те, що рослини увійшли в зимівлю на ранній фенологічній фазі, до кущіння;
  • 0,2–0,3 – відносно хороший показник. Ймовірно, рослини встигли увійти у фазу кущіння та відновлюють вегетацію;
  • 0,3–0,5 – хороший показник. Візьміть до уваги, що високі значення NDVI можуть свідчити про те, що рослини пішли на зимівлю на пізній стадії розвитку. Якщо супутниковий знімок було отримано до часу відновлення вегетації, то треба буде іще раз проаналізувати стан ділянки після початку періоду росту та розвитку рослин.
  • Вище ніж 0,5 – аномальний показник після зимівлі. Цю ділянку краще перевірити самостійно.

Ось як співвідноситься відображення NDVI у веб-платформі OneSoil і реальний стан рослин на полі
Ось як співвідноситься відображення NDVI у веб-платформі OneSoil і реальний стан рослин на полі

Висновок такий: якщо ви бачите аномальні значення NDVI, тобто ті, які суттєво відрізняються від показників усього поля, то потрібно перевіряти цю ділянку. Дізнатися NDVI для своїх полів, промоніторити їх і залишити замітки можна безплатно – за допомогою нашого застосунку для Android OneSoil Scouting або у веб-платформі OneSoil. У безхмарну погоду знімки оновлюються кожних 3–5 днів.

В середині сезону з індексу NDVI можна зрозуміти, як розвиваються рослини на полі.

Якщо значення індексу середні й високі (0,5–0,85), то, швидше за все, на ділянці все добре. Якщо індекс низький – схоже, рослинам на ділянці чогось не вистачає, наприклад, вологи або поживних елементів. Таку зону краще перевірити самостійно.

Читати по темі: Як правильно провести польовий дослід

За індексом NDVI можна створити карти для диференційованого внесення азотного підживлення. Для цього виділяються зони високої, середньої та низької вегетації, а потім задається норма добрив. Як показує наш досвід, оптимальна схема внесення азоту така:

  • Якщо вегетаційний індекс високий, то дозу добрив потрібно зменшити на 10–30% від середньої норми;
  • Якщо середній, то збільшити – максимум на 20–25% від середньої норми;
  • Якщо низький, то спочатку потрібно визначити причину поганого стану ділянки.

Ми також використовуємо індекс NDVI для моделювання відносної врожайності поля. На підставі цієї інформації робимо карти для диференційованого внесення фосфорних і калійних добрив.

Наприкінці сезону за індексом NDVI можна визначати, які поля готові до збирання врожаю: чим нижчий індекс, тим ближче до дозрівання ділянка поля. Оптимальне значення індексу в такому випадку – 0,3–0,35.

ПЛЮСИ І МІНУСИ NDVI

Існує безліч вегетаційних індексів, і всі вони значною мірою схожі між собою. Але NDVI – це найпопулярніший і найбільш поширений, до того ж і він має одну важливу перевагу: високу роздільну здатність знімків, якщо брати дані супутника Sentinel-2. В такому випадку для розрахунку індексу NDVI використовують канали з роздільною здатністю 10 метрів, тобто 1 піксель – це 10 на 10 метрів. Індекси, які задіюють додаткові світлові канали (в основному крайні червоні), мають роздільну здатність 20 метрів, тобто 1 піксель – це 20 на 20 метрів. У OneSoil ми використовуємо тільки космічні знімки супутника Sentinel-2, надані програмою Copernicus.

Недоліком NDVI є те, що при досягненні певного порогу розвитку рослини індекс втрачає чутливість. Іншими словами, якщо рослина розвивається дуже активно, то за NDVI не можна відрізнити аномально зелену рослину від «звичайної» зеленої. Ну, і точність, як і всіх інших індексів, залежить від погоди: якщо над якимось полем тривалий час висять хмари, то супутниковий знімок буде неточним. Тому для вирішення деяких завдань, наприклад, для розпізнавання культур, в OneSoil ми використовуємо радарну зйомку супутника Sentintel-1.

Всеволод Генін, фахівець із ГІС і агрохімії. Співзасновник компанії OneSoil

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2021

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram

0 Коментарі
Вбудовані Відгуки
Переглянути всі коментарі

СТАТТІ ПО ТЕМІ

Управління рослинними рештками на полі

Далеко не кожному господарству з різних причин...

Непродуктивні гектари: засолення й осолонцювання ґрунтів

Аграрії відчувають зміни клімату «на собі». Збільшення...

Погода

Kyiv
хмарно
5.4 ° C
6 °
4.1 °
51 %
3.1kmh
90 %
Пн
8 °
Вт
12 °
Ср
11 °
Чт
13 °
Пт
10 °