بخشی از مقاله
چکیده
تخمین ویژگی های ساختاری پوشش گیاهی نظیر شاخص سطح برگ یک قدم مهم در تعیین مقدار آب مصرفی در گیاهان مختلف است. امروزه یکی از کمهزینهترین و سریعترین روشهای ارزیابی شاخص سطح برگ استفاده از تصاویر ماهوارهای است. هدف از این مطالعه بررسی توانایی داده های تصاویر ماهواره ای لندست 8 به منظور بازیابی شاخص سطح برگ است. هم چنین ارائه یک رابطه تجربی براساس شاخص سطح برگ اندازه گیری شده در مزرعه و شاخص سطح برگ حاصل از تصاویر ماهواره ای از بخشی از منطقه شهرستان میاندوآب واقع در استان آذربایجان غربی از اهداف دیگر این مطالعه است.
در این مطالعه شاخص سطح برگ جو با استفاده از رابطه الینگز محاسبه شد. با تعیین موقعیت مزرعه بر روی تصاویر ماهوارهای شاخص سطح برگ - - LAI جو استخراج گردید و رابطه میان مقادیر شاخص سطح برگ برآوردی از سنجش از دور و اندازهگیری شده در مزرعه به صورت y = 1.12x + 0.11 با R2=0.90 و RMSE=0.3 به دست آمد. با توجه به رابطه به دست آمده می توان نتیجه گرفت که روش مورد استفاده برای محاسبه LAI از دادههای ماهواره لندست 8 مطلوب و کاربردی میباشد.
.1 مقدمه
شاخص سطح برگ یکی از مهم ترین پارامترهایی است که برای مطالعه رشد، همانندسازی و بسیاری از فرآیندهای زراعی و اکولوژی ازجمله فتوسنتز، رواناب، نفوذ، تعرق و بیلان انرژی محیطی مورداستفاده قرار میگیرد، بنابراین فتوسنتز، تعرق و تجمع ماده خشک می تواند تابعی از شاخص سطح برگ باشد - . - 12 بر اساس تعریف 1FAO شاخص سطح برگ - 2 - LAI حاصل تقسیم سطح برگهای سبز به سطح زمین است - . - 20 تمامی خصوصیات رشد گیاه تحت تأثیر شاخص سطح برگ هستند - . - 22 بنابراین همین موضوع اهمیت مطالعه شاخص سطح برگ را افزایش میدهد.
روش های محاسبه سطح برگ شامل دو گروه روش های مستقیم و غیر مستقیم است. مقدار سطح برگ در روشهای مستقیم با جداسازی برگ از گیاه یا بدون جداسازی برگ از گیاه با استفاده از دستگاه های سنجش سطح برگ تعیین می شود. اندازه گیری مستقیم LAI زمان بر و پر هزینه و خسته کننده و در بسیاری از موارد مستلزم تخریب قسمتی از مزرعه است. در روش های غیرمستقیم تعیین سطح برگ می توان به روش های تابش فعال فتوسنتزی، روش وزنی، استفاده از مدل های ریاضی و روش سنجش از دور اشاره کرد.
با توجه به امکانات محدود در استفاده از روشهای زمینی، سنجش از دور فناوری بسیار مفیدی است که با داشتن خصوصیاتی نظیر دید وسیع و یکپارچه از یک منطقه، قابلیت تکرارپذیری، سهولت دسترسی به داده، دقت بالا و صرفه جویی در زمان بر سایر روش ها در مطالعات در سطح یک حوضه ارجحیت دارد. در روش سنجش از دور با تعیین رابطه بین شاخص سطح برگ و شاخصهای گیاهی که نتیجه ترکیب ریاضی باندهای الکترومغاطیسی هستند، شاخص سطح برگ تعیین میشود - . - 2
در مطالعات منطقه ای امکان اندازه گیری LAI در سطح یک منطقه میسر نمی باشد. در حالی که جهت برآورد و پیشبینی محصول در سطوح وسیع یک منطقه نیاز به برآورد میزان رشد و نمو گیاه از طریق برآورد شاخص های گیاهی مانند LAI و یا زیست توده می باشد. برآورد میزان رشد و نمو و تولیدگیاه جهت تصمیم گیری های مدیریتی در سطح کلان مورد نیاز می باشد. برآورد شاخص های گیاهی با استفاده از تصاویر ماهوارهای این امکان را فراهم مینماید تا تصمیمگیران بتوانند ارزیابی از وضعیت تولید در سطوح وسیع مانند یک دشت یا حوضه آبریز داشته باشند.
او کونل1 و همکاران - 2004 - زمان به حداکثر رسیدن شاخص سطح برگ در غلات را قبل از به سنبله رفتن گزارش کردهاند. جو یکی از گیاهان مهم تیره غلات از جنس Hordeum و گونه Sativa یا Vulgare است. گیاهی تک لپه، روزبلند، یک ساله، خودگشن است - . - 5 جو چهارمین غله مهم در جهان پس از گندم، ذرت و برنج است - . - 8 همچنین جو یکی از محصولات اصلی و از غلات مهم ایران است که دامنه سازگاری وسیعی داشته و در همه نواحی معتدل و در بسیاری از نقاط سردسیر از جمله در جنوب حوضه آبریز ارومیه کشت می شود - . - 3
جوز و همکاران - 2012 - شاخص سطح برگ گیاه بادام را با استفاده از شاخص های گیاهی NDWI، GMI، NDVI پیش بینی کردند. در این تحقیق همچنین از دستگاه AccuPAR به منظور برآورد سطح برگ گیاه استفاده شد. نتایج نشان داد که همبستگی بالای بین شاخص سطح برگ برآورد شده و شاخص های گیاهی NDWI، GMI، NDVI وجود دارد. نوروزی و همکاران - - 1392 به برآورد شاخص سطح برگ گیاه برنج در شمال کشور پرداختند.
بدین منظور داده های مورد نیاز از 20مزرعه نمونه برنج در شهرستان رشت طی برداشت های زمینی به منظور انجام عملیات آزمایشگاهی و اندازه گیری توسط دستگاه AccuPAR گردآوری شد. نتایج نشان داد که کمترین و بیشترین میزان سطح برگ به ترتیب مربوط به مرحله نشاء و گلدهی است. همچنین، سطح برگ بدست آمده توسط هر دو روش اندازهگیری آزمایشگاهی و اندازهگیری با دستگاه AccuPAR برای هر مزرعه طی مراحل مختلف رشد گیاه از روند یکسانی برخوردار بود. هماهنگی در مقادیر بدست آمده در هر دو روش نشان میدهد که میتوان برای محاسبه این شاخص از یک رابطه تجربی استفاده کرد. بر این اساس روابطی تجربی برای هر یک از مراحل رشد گیاه با استفاده از نرمافزار weka3.7 محاسبه و ارائه شد.
برخی محققان، به منظور بهبود برآورد شاخص سطح برگ، به بررسی داده ها و محصولات سنجنده ها و شاخص های گیاهی مختلف پرداخته اند. پنگ و همکاران - - 2007 معادلهای برای برآورد LAI برای گیاه گندم در چین با استفاده از اختلاف پوشش گیاهی - DVI - و تصاویر لندست TM با دقت مکانی 30متر با R2 برابر 0.82 و شاخص مجذور میانگین مربع خطا - RMSE - برابر 0.77 توسعه دادند. یی و همکاران - - 2008 در شمال چین به ارزیابی تولیدات سنجنده مودیس به منظور برآورد LAI گندم پرداختند.
بهترین برآورد تحقیق آن ها دارای R2 برابر 0.65 و RMSE برابر 0.87 بود. طی دو تحقیق در امریکا وینا و همکاران - - 2011 و روبرتسون و همکاران - - 2012 روابطی برای برآورد LAI گیاه ذرت و سویا توسعه دادند. در مطالعات مذکور معادلاتی با R2 برابر 0.63 تا 0.9 و RMSE برابر 0.48 تا 1.176 برای دو گیاه بررسی شده با استفاده از تصاویر مودیس ارائه شد. بادیه نشین و همکاران - - 1392 معادلات برآورد شاخص سطح برگ محصولات ذرت و چغندرقند را با استفاده از دادههای ماهواره ای سنجنده مودیس واسنجی کردند.
بدین منظور مقادیر LAI در طول دوره رشد سه محصول اصلی کشت تابستانه شامل ذرت علوفه ای و دانه ای و چغندرقند در شبکه آبیاری قزوین اندازه گیری و مقادیر LAI ماهواره ای با استفاده از شاخص گیاهی تعدیل شده خاک، حاصل از تصاویر سنجنده مودیس ماهواره ترا، تعیین شد. در این تحقیق بهترین معادله، با داشتن مقدار RMSE برابر با 1.57 و ضریب تبیین برابر با 0.72، به عنوان برآورد کننده LAI از تصاویر مودیس برای سه گیاه به دست آمد. احمدی و همکاران - - 1389 به شناسایی محصولات ذرت و سویا و برآورد سطح زیر کشت آن ها به کمک تصاویر ماهواره ای پرداختند. شاخص LAI می تواند برای تشخیص پوشش گیاهی و محصولات کشت شده از جمله سویا و ذرت مورد استفاده قرار گیرد.
با توجه به اینکه مزارع در منطقه مورد مطالعه عمدتا دارای مساحت کوچکی هستند، استفاده از تصاویر با قدرت تفکیک مکانی بالا و متوسط دارای اهمیت می باشد که متاسفانه در مطالعات قبلی چندان مورد استفاده قرار نگرفته اند. هدف از مطالعه کنونی بررسی کارآیی برآورد شاخص سطح برگ با استفاده از تصاویر لندست - با قدرت تفکیک مکانی متوسط - در منطقه میاندآب و مقایسه آن با اندازهگیری آزمایشگاهی میباشد.
.2 مواد و روشها
این تحقیق در سال زراعی 1394-1393 در بخشی از منطقه میاندوآب واقع در استان آذربایجان غربی انجام شد. مزرعه مطالعه شده دارای کشت جو در روستای حاج حسن بین طول های جغرافیایی 37 03 46 تا 37 03 42 و بین عرض جغرافیایی 45 56 22 و 45 56 32 بود. ارتفاع منطقه مورد مطالعه 1300 متر بالاتر از سطح دریا قرار دارد. تاریخ کاشت در 24 آبان 1393 و همچنین برداشت محصول در 31 خرداد 1394 بود.
.1.2استخراج شاخص سطح برگ از تصاویر ماهوارهای لندست
به دلیل کوچک بودن زمین مورد نظر لازم بود از تصاویری با قدرت تفکیک مناسب به منظور مشخص نمودن مزرعه در تصویر و بالا بردن دقت انجام تحقیق استفاده شود. لذا از تصاویر سنجنده OLI ماهواره لندست 8 استفاده شد. این سنجنده قادر به تصویربرداری در باندهای آبی، قرمز، سبز و مادون قرمز طیف الکترومغناطیس با قدرت تفکیک 30 متر می باشد. براساس تقویم زراعی جو در منطقه مورد مطالعه، زمان کاشت، اوج سبزینگی و برداشت محصول مشخص شد. در نهایت 6 تصویر ماهوارهای سنجنده OLI ماهواره لندست 8 مربوط به سال 2014-2015 در طول فصل رشد تهیه شد. جدول - 1 - تاریخ تصاویر مورد استفاده را نشان میدهد.
