بخشی از مقاله
چکیده
اندازهگیری شاخص سطح برگ در بررسی نوع و میزان پوشش گیاهی هر منطقه ای نقش اساسی دارد. سنجش از دور را میتوان یکی از ارزانترین و سریعترین راهها در تعیین شاخص سطح برگ دانست. پژوهش حاضر در یکی از مزارع یونجه شهرستان اصفهان با هدف به دست آوردن شاخص سطح برگ با استفاده از تصاویر ماهوارهای LANDSAT 8 و با استفاده از دادههای مزرعهای انجام شد. در نهایت یک رابطه بین مقادیر حاصل از شاخص سطح برگ به دست آمده از ماهواره و شاخص سطح برگ اندازهگیری شده در مزرعه به صورت LAIRS = 0.534 LAIm + 0.6302 پیشنهاد شد. RMSE و R2 برای رابطه مذکور به ترتیب 0/84 و 0/8 به دست آمد.
.1 مقدمه
سطح برگ که سطح فتوسنتزکننده گیاه، به شمار میآید نشان دهنده رشد گیاه میباشد. از این فاکتور گیاهی می-توان به منظور کنترل شرایط رشد گیاهی و مدیریت آبیاری و بسیاری از فرآیندهای زراعی همانند تعرق و بیلان انرژی محیطی استفاده کرد. مقدار سطح برگ در یک مترمربع از پوشش گیاهی با شاخص سطح برگ - LAI - نشان داده میشود. [1] .با توجه به تعریف FAO شاخص سطح برگ از تقسیم سطح برگهای سبز به سطح زمین به دست می-آید.[2] بنابراین تعیین شاخص سطح برگ تاثیر زیادی بر خصوصیات رشد گیاه دارد.
روشهای تعیین سطح برگ شامل دو گروه روشهای مستقیم و غیرمستقیم میباشند. در روشهای مستقیم مقدار سطح برگ مستقیماً همراه با جداسازی برگ از گیاه یا بدون جداسازی برگ از گیاه و با استفاده از دستگاههای سنجش سطح برگ تعیین میشود. این دستگاهها با استفاده از امواج مادون قرمز برای تشخیص کلروفیل برگ و یا با عکسبرداری از برگ، سطح برگ را تعیین میکنند. اندازهگیری مستقیم LAI به کار میدانی زیادی نیاز دارد.زمانبر و پرهزینه است و در بسیاری از موارد مستلزم تخریب قسمتی از مزرعه میباشد این روش ها معمولا برای واسنجی روش های غیر مستقیم به کار برده میشوند
روشهای غیرمستقیم تعیین سطح برگ براساس استخراج ارتباط سطح برگ با پارامترهای گیاهی استوار هستند و ازجمله این روشها میتوان به روشهای تابش فعال فتوسنتزی - PAR - ، روش وزنی و روش سنجش از دور اشاره کرد
فن آوری سنجش از دور را می توان با توجه به محدود بودن امکانات در روشهای زمینی،کاربردی دانست. تکنیک سنجش از دور با داشتن خصوصیاتی نظیر دید وسیع و یکپارچه از یک منطقه، قابلیت تکرار پذیری، صرفه جویی در زمان و دق بالای اطلاعات حاصله بر سایر روشها در مطالعات در سطح یک حوضه ارجحیت دارد. در روش سنجش از دور با تعیین رابطه بین شاخص سطح برگ و شاخصها گیاهی که نتیجه ترکیب ریاضی باندهای الکترومغناطیسی هستند شاخص سطح برگ تعیین میشود.
تاکر و همکاران - 1979 - شاخص پوشش گیاهی NDVI را راهی برای تشخیص سلامتی، شادابی و همچنین تراکم پوشش گیاهی معرفی نمودند. تغییرات NDVI در محدوده -1 تا+1 است و با افزایش پوشش گیاهی، مقدار آن افزایش مییابد. کاهش اثرات اتمسفری، توپوگرافی و همچنین تصحیح تغییرات تابش ورودی خورشید، از قابلیتهای این شاخص بوده است.
جوز و همکاران - 2012 - شاخص سطح برگ گیاه بادام را با استفاده از شاخصهای گیاهی NDWI، GMI، NDVI پیش بینی کردند. همچنین با استفاده از دستگاه ACCUPAR سطح برگ گیاه را برآورد کردند.نتایج همبستگی بالایی را بین شاخص سطح برگ برآورد شده و شاخص های گیاهی NDWI، GMI، NDVI نشان داد
اپروسیو و همکاران - 2002 - در کشور اسپانیا با استفاده از دو شاخص NDVI و SR به برآورد LAI و کل ماده خشک گندم پرداختند. از بازتابشسنج دستی جهت اندازهگیری بازتابش استفاده کردند. آنها در این تحقیق روابطی را نیز به منظور برآورد شاخص سطح برگ با استفاده از NDVI و SR ارائه کردند که در این روابط R2 به ترتیب 0/75 و 0/81را نشان داد
قائمی و همکاران - 1389 - به بررسی شاخصهای مختلف گیاهی پرداختند و نتیجه گرفتند که کاربرد نسبت باندی اطلاعات بهتری را نسبت به تک باندها ارائه میدهد.و در نهایت استفاده از چندین شاخص نتیجه بهتری را در تشخیص و تفکیک میزان پوشش گیاهی ارائه میدهد.
هدف از این پژوهش به دست آوردن شاخص سطح برگ با استفاده از تصاویر ماهواره ایی LANDSAT 8 و با استفاده از دادههای مزرعهای میباشد.
-2 مواد و روش
منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه که به کشت یونجه اختصاص داده شده بود با مساحتی در حدود 15 هکتار در خوراسگان استان اصفهان بین خمینی شهر و شاهین شهر واقع شده است. از لحاظ موقعیت جغرافیایی در شرق شهرستان اصفهان واقع شده است. کشت و صنعت بهاران بین مدارهای 51 درجه و 46 دقیقه طول شرقی از نصف النهار گرینویچ ، 32 درجه 14. عرض شمالی خط استوا واقع شده است.ارتفاع آن از سطح دریا 1554 متر میباشد.
نمونه های مزرعه ای، جهت مقایسه نتایج ماهوارهای در تاریخ1395/05/17 مصادف با روز 220ژولیوسی از چند مکان از مزرعه برداشت شد. در این تحقیق از دو باند مادون قرمز نزدیک و باند قرمز تصاویر ماهوارهایی landsat8 برای استخراج شاخصهای SAVI، NDVI و LAI که جزء پرکاربردترین و درعین حال ساده ترین شاخصهای گیاهی می-باشند استفاده گردید. همچنین با استفاده از مختصات نقاط برداشت شده در مزرعه توسط دستگاه GPS مکان پیکسلها با استفاده از فرمت - - .shpکه یک فرمت وکتوری است در مزرعه مورد نظر مشخص شد و دادههای مورد نیاز از تصویر ماهوارهای انتخاب شده برداشت گردید.در نهایت شاخص سطح برگ با استفاده از نرم افزار ENVI محاسبه گردید.
شاخص تفاضل نرمال شده گیاهی - - NDVI
NDVI شاخصی است که به میزان و وضعیت پوشش گیاهی حساسیت دارد و مقدار و شرایط پوشش گیاهی را نشان میدهد NDVI .[8] از داده های باندهای قرمز - باند 4ماهواره از - LANDSAT8 و مادون قرمز - باند5 از - LANDSAT8 محاسبه می شود.NDVI شاخصی است که مقادیر آن بین -1 و +1 تغییر می کند، به طوری که مقدار آن برای سطح خاک عریان صفر، برای سطوح کاملا پوشیده از گیاه 1 است و برای سطوح آبی و ابرها مقدار آن کمتر از صفر است.
شاخص تعدیل خاک پوشش گیاهی - - SAVI
شاخص SAVI اولین بار توسط - 1998 - HUETE ارائه شد و در طراحی آن سعی شد تا اثر پس زمین های خاکی در مناطق گیاهی به حداقل برسد. SAVI به عنوان یک شاخص در مناطق با پوشش گیاهی کم، توسعه داده شده است شاخص SAVI نیز از مقادیر بازتابندگی باندهای مرئی و مادون قرمز محاسبه میشود واز رابطه زیر به دست می آید.
پارامتر LC فاکتور تصحیح اثرات خاک است که دامنه ی آن از صفر برای پوشش گیاهی متراکم و یک برای پوشش با تراکم کم پیشنهاد می شود. در این پژوهش از مقدار 0/5 استفاده شده است که متناسب با پوشش گیاهی متوسط است
