پايش خاك‌ورزي حفاظتي و شدت خاك‌ورزي با استفاده از تصاوير زميني و ماهواره‌اي

Monitoring of conservation tillage and tillage intensity by ground and satellite imagery

در دست داشتن اطلاعات مربوط به شدت خاك‌ورزي و پوشش بقاياي گياهي در سطح خاك در اعمال سياست گذاري‌هاي مربوط به ترويج كشاورزي، طراحي و توليد ابزار خاك‌ورزي و ارتقاي روش‌هاي مديريتي و نظارتي سودمند است. روش‌هاي مرسوم براي تخمين درصد پوشش بقاياي گياهي و شدت خاك‌ورزي مانند روش توزين بقايا، خط مورب و مقايسه تصاوير، خسته‌كننده و وقت‌گير بوده و در سطح وسيع قابل استفاده نيستند. اين تحقيق به منظور بررسي و يافتن يك روش دقيق و سريع براي پايش مديريت بقايا و شدت خاك‌ورزي انجام شد. در اين مطالعه فن‌آوري تصاوير ماهواره‌اي به‌عنوان يك راهكار سريع و آسان براي تخمين درصد پوشش بقايا در سطح خاك و پايشگر خاك‌ورزي حفاظتي و شدت خاك‌ورزي مورد استفاده قرار گرفت. از اين رو توانايي داده‌هاي تصوير چند طيفي سنجنده WorldView-2 با استفاده از تعداد يازده شاخص طيفي و آناليز جداسازي طيفي خطي مورد ارزيابي قرار گرفت. بدين منظور در 90 موقعيت از مزارع آزمايشي پلات‌هايي در نظر گرفته شده و در هر پلات چند عكس توسط يك دوربين عكاسي ديجيتالي از سطح مزرعه برداشت شد. درصد پوشش بقاياي سطح خاك در هر عكس با روش پردازش تصوير اندازه‌گيري و متوسط داده‌هاي همه تصاوير به‌عنوان داده زميني در آن پلات ثبت شد. داده‌هاي نظير ماهواره‌اي از تصوير سنجنده WorldView-2 استخراج شده و همبستگي درصد پوشش بقايا در زمين، كه با استفاده از پردازش عكس‌هاي ديجيتالي به‌دست آمده بود با داده‌هاي تصاوير ماهواره‌اي بررسي شد. نتايج نشان داد كه درصد پوشش بقايا در سطح خاك با شاخص‌هاي IPVI، RVI1، RVI2 و GNDVI همبستگي مناسبي دارند (81/0- 74/0R2 =). درصد پوشش بقايا در سطح خاك كه با آناليز جداسازي طيفي خطي تخمين زده شده بود، با داده‌هاي به‌دست آمده از عكس‌هاي زميني همبستگي مناسبي داشت (75/0R2 =). دو شاخص طيفي IPVI و RVI1 كه داراي بالاترين همبستگي با درصد پوشش بقايا در سطح خاك بودند براي پيش‌بيني شدت خاك‌ورزي در مزارع مورد مطالعه انتخاب شدند. نتايج نشان داد كه دقت طبقه‌بندي شدت خاك‌ورزي به كمك اين دو شاخص در شرايط مختلف 100 – 78 درصد و بنابراين بسيار نزديك به اندازه‌گيري‌ها و مشاهدات زميني مي‌باشد.

Local information about tillage intensity and ground residue coverage is useful for policies in agricultural extension, tillage implement design and upgrading management methods. The current methods for assessing crop residue coverage and tillage intensity such as residue weighing methods, line-transect and photo comparison methods are tedious and time-consuming. The present study was devoted to investigate accurate methods for monitoring residue management and tillage practices. The satellite imagery technique was used as a rapid and spatially explicit method for delineating crop residue coverage and as an estimator of conservation tillage adoption and intensity. The potential of multispectral high-spatial resolution WorldView-2 local data was evaluated using the total of eleven satellite spectral indices and Linear Spectral Unmixing Analysis (LSUA). The total of ninety locations was selected for this study and for each location the residue coverage was measured by the image processing method and recorded as ground control. The output of indices and LSUA method were individually correlated to the control and the relevant R2 was calculated. Results indicated that crop residue cover was related to IPVI, RVI1, RVI2 and GNDVI spectral indices and satisfactory correlations were established (0.74 - 0.81). The crop residue coverage estimated from the LSUA approach was found to be correlated with the ground residue data (0.75). Two effective indices named as Infrared Percentage Vegetation Index (IPVI) and Ratio Vegetation Index (RVI) with maximum R2 were considered for classification of tillage intensity. Results indicated that the classification accuracy with IPVI and RVI indices in different conditions varied from 78-100 percent and therefore in good agreement with ground measurement, observations and field records.