Виявлення вегетаційних індексів – раціональних спектральних індикаторів стану рослинності в умовах лабораторного досліду
DOI:
https://doi.org/10.36023/ujrs.2021.8.2.193Ключові слова:
вегетаційні індекси, тверда яра пшениця, спектро- та газометричні вимірювання, супутникові дані, цикл вуглецю, кліматичні впливи, сталий розвитокАнотація
Для класів рослинності, що вкривають земну поверхню порівняно незначної площі і досліджуються наземними приладами дистанційного зондування, потрібно підібрати адекватні спектральні індикатори, які б швидко й ефективно реагували на мінливі умови навколишнього середовища, викликані дією різноманітних стресових факторів. Такими індикаторами можуть слугувати вегетаційні індекси (ВІ), обчислені на підставі математичних операцій із коефіцієнтами відбиття різних спектральних діапазонів, отриманими із застосуванням наземних приладів дистанційного зондування – спектрорадіометрів. Застосування ВІ дозволяє ідентифікувати такі зміни стану рослинності, які часто непомітні при візуальному спостереженні. Для підбору таких ВІ нами було проведено лабораторний дослід з культивування твердої ярої пшениці сорту Діана з різною підвищеною нормою висіву насіння, щоб таким чином, по-перше, забезпечити швидке 100% проективне покриття, а по-друге, створити стресові умови для рослин. Протягом досліду проводили газо- та спектрометричні дослідження постійно зростаючого фітоматеріалу, коли практично одночасно виконували вимірювання інтенсивності поглинання та виділення СО2 рослинами в процесах фотосинтезу/дихання та їх спектрометрування для подальшого обчислення ВІ. Виявлено три ВІ – MTCI, Clrededge та Clgreen, які найбільш чутливі до змін стану рослинності, і тому можуть слугувати адекватними спектральними індикаторами її становища. Це вкрай необхідне для створення методики оцінювання показників циклу вуглецю різними екосистемами за даними супутникового спостереження та польових вимірювань, уточнення оцінки кліматичних впливів на регіональному та локальному рівнях, й оцінювання індикаторів сталого розвитку IAEG-SDGs.
Посилання
Bardysh B., Burshtynska Kh. (2014). Application of the vegetation indices for identification of the objects of the earth’s surface. Modern achievements in geodesic science and production. Iss. II (28), p. 82-88 (in Ukrainian).
Dugin S., Sybirtseva O., Golubov S., Dorofey Ye. (2019) Verification of multispectral data processing for the Sentinel-2A bands, field ASD FieldSpec®3FR and UAV with the DJI STS-VIS. Ukrajinsjkyj zhurnal dystancijnogho zonduvannja Zemli. 21, p. 29-39. DOI: https://doi.org/10.36023/ujrs.2019.21.147 (in Ukrainian).
Zholobak G., Sybirtseva O., Vakolyuk M., Zakharchuk Yu. (2017) Remote monitoring of the state of winter wheat during the spring-summer vegetation of 2016 year, by using vegetation indices of Sentinel-2A satellite (case study of forest steppe area of Ukraine). Ukrajinsjkyj zhurnal dystancijnogho zonduvannja Zemli. 15, p. 23-30. URL: http://ujrs.org.ua/ujrs/issue/viewIssue/15/pdf_19 (in Ukrainian).
Zholobak G., Dugin S., Sybirtseva O., Kazantsev N., Romanchuk I. (2020) Determination of nitrogen and chlorophyll content in two varieties of winter wheat plants means of ground and airborne spectrometry. Ukrajinsjkyj zhurnal dystancijnogho zonduvannja Zemli. 26, p. 4-13 DOI: https://doi.org/10.36023/ujrs.2020.26.178 (in Ukrainian).
Lykhochvor V., Petrychenko V. (2006). Horticulture. Modern intensive technologies for the cultivation of the main field crops. Lviv: NVF ”Ukrainski teknolohii”. – 730 p. (in Ukrainian).
Kravchenko V.S. (2016) Optimization for the technology elements of spring wheat cultivation in the south of the Right-Bank Forest Steppe Ukraine. Thesis for a Candidate Degree in Agricultural Science, Uman, - 188 ps. (in Ukrainian).
Barnes, E.M., Clarke, T.R., Richards, S.E., Colaizzi, P.D., Haberland, J., Kostrzewski, M., Waller, P., Choi, C., Riley, E., Thompson, T., Lascano, R.J., Li, H., Moran, M.S. (2000). Coincident detection of crop water stress, nitrogen status and canopy density using ground-based multispectral data. 5th International Conference on Precision Agriculture, Bloomington, 16-19 July 2000, 1-15. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.463.8007&rep=rep1&type=pdf
Dash J., Curran P.J. (2004) The MERIS terrestrial chlorophyll index. Int. Journal of Remote Sensing. 2004. 25. P. 5403-5413
Dotzler S., Hill J., Buddenbaum H., Stoffe J. The Potential of EnMAP and Sentinel2 Data for Detecting Drought Stress Phenomena in Deciduous Forest Communities. Remote Sens.2015. Vol. 7. P. 14227–14258. doi:10.3390/rs71014227.
Du S., Du S. Land cover classification using remote sensing images and LiDAR data // IGARSS 2019 - 2019 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Yokohama, Japan, 2019, pp. 2479-2482, doi: 10.1109/IGARSS.2019.8899840
Frampton, W. J., Dash, J., Watmough, G., Milton, E. J. (2013).Evaluating the capabilities of Sentinel2 for quantitative estimation of biophysical variables in vegetation. ISPRS J. Photogram. Remote Sens. 82, 83–92.
Gitelson, A. A., Kaufman, Y. J., Merzlyak, M. N. (1996) Use of a green channel in remote sensing of global vegetation from EOS-MODIS. Remote Sensing of Environment. – 1996. – V. 58, № 3. – P. 289-298.
Gitelson, A. A., Keydan, G. P., Merzlyak, M. N. (2006)Three-band model for noninvasive estimation of chlorophyll, carotenoids, and anthocyanin contents in higher plant leaves. Geophysical Research.– 2006.–Letters 33, L11402.
Gitelson, A., Merzlyak, M.N. (1994) Spectral reflectance changes associated with autumn senescence of Aesculus hippocastanum L. and Acer platanoides L. leaves. Spectral features and relation to chlorophyll estimation. Journal of Plant Physiology 143, 286–292.
Huete A. R. (1988) A soil-adjusted vegetation index (SAVI). Remote Sensing of Environment. – 1988.– V.25, N 3.– P.295-309.
Jiang, Z., Huete, A.R., Didan, K., Miura, T.(2008) Development of a two band enhanced vegetation index without a blue band. Remote Sens. Environ.2008. V. 112. P. 3833–3845
Lang, W.; Chen, X.; Liang, L.; Ren, S.; Qian, S. Geographic and Climatic Attributions of Autumn Land Surface Phenology Spatial Patterns in the Temperate Deciduous Broadleaf Forest of China. Remote Sens. 2019, 11, 1546. https://doi.org/10.3390/rs11131546
Merzlyak, M.N., Gitelson, A.A., Chivkunova, O.B., Rakitin, V.Y. (1999) Non-destructive optical detection of pigment changes during leaf senescence and fruit ripening, Physiol. Plant. 106 (1) : 135-141 http://dx.doi.org/10.1034/j.1399-3054.1999.106119.x
Rouse J.W., Jr., Haas R.H., Schell J.A., Deering D.W. (1973) Monitoring the vernal advancement and retrogradation (green wave effect) of natural vegetation // Prog. Rep. RSC 1978-1. – 1973. – 93 p.
Zarco-Tejada P. J., Miller J. R., Noland T. L., Mohammed G. H., Sampson P. H. Scaling-up and model inversion methods with narrowband optical indices for chlorophyll content estimation in closed forest canopies with hyperspectral data // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2001. Vol. 39, No. 7. P. 1491−1507.
Zhang X., Long T., He G., Guo Y., Yin R., Zhang Zh., Xiao H., Li M., Cheng B. Rapid generation of global forest cover map using Landsat based on the forest ecological zones // J. of Applied Remote Sensing, 14(2), 022211 (2020). https://doi.org/10.1117/1.JRS.14.022211
Zhu L., Suomalainen J., Liu J., Hyyppä J., Kaartinen H., Haggren H. A Review: Remote Sensing Sensors // Multi-purposeful Application of Geospatial Data : IntechOpen, 2018.– DOI: 10.5772/intechopen.71049
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійні умови: автори зберігають авторські права та надають журналу право першої публікації на твір, одночасно ліцензований за міжнародною ліцензією Creative Commons Attribution License International CC-BY, що дозволяє іншим поділитися твором з підтвердженням авторства твору та первинною публікацією в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис у редакцію «Українського журналу дистанційного зондування Землі», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції журналу матеріалу, в т. ч. такі об’єкти авторського права як фотографії автора, рисунки, схеми, таблиці тощо), в тому числі на відтворення у пресі та мережі Інтернет, на поширення, на переклад рукопису на будь-які мови, експорту та імпорту примірників журналу зі статтею авторів з метою розповсюдження, на доведення до загального відома. Зазначені вище права автори передають редакції без обмеження терміну і на території всіх країн світу без обмеження в т. ч. на території України.
Автори гарантують наявність у них виняткових прав на використання переданого редакції матеріалу. Редакція не несе відповідальності перед третіми особами за порушення даних авторами гарантій. За Авторами залишається право використання їх опублікованого матеріалу, його фрагментів і частин в особистих, у тому числи наукових і освітянських цілях. Права на рукопис вважаються переданими Авторами редакції з моменту підписання до друку випуску журналу, в якому він публікується. Передрук матеріалів, опублікованих у журналі, іншими фізичними та юридичними особами можливий тільки зі згоди редакції, з обов’язковим зазначенням випуску журналу, в якому було опубліковано матеріал.
