بخشی از مقاله
چکیده
توانایی پیش بینی مقدار تولید هر یک از محصولات کشاورزی و همچنین پایش رشد گیاهان مورد نظر که از نظر اقتصادی و اجتماعی مهمتر از سایر محصولات هستند یکی از مسائلی است که با روشهای سنتی و پایشهای زمینی، بخصوص در دشتهای وسیع، عملأ امکان پذیر نمی باشد. بررسی و پایش پوشش گیاهی در مقیاس جهانی و ناحیه ای دسترسی به هنگام به داده های میدانی یا صحرایی معمولا دشوار، محدود، زمان بر و پرهزینه می باشد.
ترکیب نتایج حاصل از مشاهدات مزرعه ای با داده های سنجش از دور میتواند نقشه های به هنگام خصوصیات محصولات را ارائه نماید. استفاده از شاخص های پوشش گیاهی که امروزه در سطح وسیعی از آنها استفاده می شود، برای برآورد تولید خالص سالانه و تفکیک پوشش گیاهی در مقیاس های مختلف به کار گرفته می شود.
تحقیق حاضر با هدف یافتن روشی سریع همراه با دقتی قابل قبول برای شناسایی و طبقه بندی انواع پوشش گیاهی در مزارع تحت کشت یونجه و همچنین پیش بینی مقدار عملکرد این محصول در دشت جایدر شهرستان پلدختر استان لرستان، تصاویر ماهواره ای و شاخص های مختلف گیاهی را مورد استفاده قرار داده است. نتایج تحقیق حاضر نشان میدهد شاخصهایی مانند GNDVI، NDVI و در مرحله بعد EVI این قابلیت را دارند که عملکرد مزارع را به ترتیب با تخمین 69/65 و 64/16 درصد پیشبینی نمایند که این امر میتواند در پیشبینی دقیق مقدار یونجه تولید شده در هریک از مزارع و مدیریت کلی برداشت در منطقه نقش ارزشمندی داشته باشد.
مقدمه:
یونجه احتمالأ اولین گیاهی است که از ماقبل تاریخ جهت تولید علوفه کشت شده است . - 1 - این گیاه در نظام کشاورزی ایران که مبتنی بر دامپروری میباشد، یک گیاه استراتژیک بوده و تولیدات دامی را از حیث کیفیت، کمیت و هزینه تمام شده تحت تاثیر قرار میدهد. یونجه گیاهی دائمی محسوب شده و محاسبه اراضی تحت کشت و تخمین تناژ آنها در هر یک از مزارع موجود بسیار مهم می باشد.
کسب آگاهی و دانش در رابطه با پوشش گیاهی و کیفیت و کمیت آن در مدیریت مزارع نقش مهمی دارد. تولید یک نقشه پوشش گیاهی دقیق یکی از ابزارهای مهم در برنامه ریزی و توسعه به شمار می آید. روشهای سنتی، بررسی و پایش پوشش گیاهی به داده های به هنگام میدانی یا صحرایی معمولا دشوار، محدود و بسیار وقت گیر است. سنجش از دور تکنولوژی بسیار مفیدی است که می توان آن را برای به دست آوردن لایه های اطلاعاتی از خاک و پوشش گیاهی بکار برد
خصوصیاتی نظیر فراهم ساختن دید وسیع و یکپارچه از یک منطقه، مکان مند بودن، قابلیت تکرار پذیری، سهل الوصول بودن اطلاعات، دقت بالای اطلاعات حاصله، توالی زمانی مشخص تصاویر و صرفه جویی در زمان از ویژگیهایی است که استفاده از این گونه اطلاعات را برای بررسی پوشش گیاهی و کنترل تغییرات آن نسبت به سایر روشها ارجحیت می بخشد. بر همین اساس محققین زیادی به منظور بررسی پوشش گیاهی از داده های سنجش از دور استفاده نموده و این تکنیک را مناسب این گونه مطالعات ارزیابی نموده اند
هدف اصلی در اغلب آنالیزهای سنجش از دور که برای بررسی پوشش گیاهی به کار گرفته می شوند این است که داده های حاصل از محاسبات انجام شده بر روی باند های طیفی مختلف را که می تواند بیانگر پارامترهایی نظیر درصد پوشش گیاهی، زیست توده و شاخص سطح برگ باشد را به یک مقدار واحد در هر پیکسل ارتباط دهد. در واقع دیدگاه رایج جدید در زمینه ی بررسی و پایش پوشش های گیاهی استفاده از شاخص های سنجش از دور پوشش گیاهی است
این شاخص ها یک ترکیب ریاضی از باندهای متعدد تصاویر رقومی ماهواره ای هستند که از اختلاف معنی دار بازتابش پوشش گیاهی در طول موجهای آبی، قرمز، سبز و مادون قرمز نزدیک استفاده می کنند. این شاخص ها به صورت یک عملیات ریاضی مانند جمع، تفریق، نسبت گیری و یا دیگر ترکیبات خطی می باشند که ارزش هر پیکسل در باندهای مختلف را به یک شاخص عددی تغییر می دهند
از کاربرد شاخصهای گیاهی برای اهداف مختلف چند دهه می گذرد و هنوز هم در سطح وسیعی استفاده می شوند
در میان شاخص های متنوع و متعدد پوشش گیاهی، شاخصهای NDVI، GNDVI و SAVI هر سه از شاخص های پوشش گیاهی جهانی بوده و به عنوان پر کاربرد ترین شاخصها شناخته شده و در تعیین اطلاعات مکانی و زمانی انواع مختلف پوششهای گیاهی بکار میروند بخصوص شاخص NDVI که کارایی مفید آن در بسیاری از مطالعات مشخص شده است.
این شاخص بر پایه این اصل که کلروفیل موجود در ساختار گیاهان قادر است نور قرمز را جذب و لایه مزوفیل برگ نور مادون قرمز نزدیک را منعکس سازد استوار است. این شاخص با استفاده از معادله NDVI - جدول - 1 محاسبه شده و مقدار آن بین اعداد +1 تا -1 تغییر می کند. مقادیر منفی در این شاخص حاکی از عدم حضور پوشش گیاهی است 1 - ، 4 و . - 8 مقدار این شاخص و نیز شاخص های دیگر پوشش گیاهی تحت تاثیر عواملی قرار می گیرند که آگاهی از آنها نقش کلیدی و مهمی را در مطالعات پوشش گیاهی دارند که در این تحقیق به برخی از آنها اشاره شده است.
اثرات مستقیم وضعیت اقلیمی بر روی زیست توده و الگوهای فنولوژیکی پوشش گیاهی به وسیله NDVI تخمین زده شده و در بسیاری از اکوسیستم ها بیان شده است. بر روی این شاخص فاکتورهای زیادی نظیر ساختار گیاهی، اثرات متقابل با تاج پوشش گیاهی، ارتفاع گیاه، ترکیب - ناخالصی - گونه ای، سلامتی و شادابی گیاه، ویژگی های برگ و تنش گیاه، توپوگرافی و ارتفاع اثر گذار می باشند. از آنجایی که این شاخص، همبستگی مستقیم با تولیدات پوشش گیاهی دارد بنابراین تعداد زیادی از کاربردهای مثبت این شاخص برای اهداف اکولوژیکی نیز بیان شده است
این شاخص امکان مطالعه اطلاعاتی را درباره گسترش مکانی و زمانی اجتماعات پوشش گیاهی، زیست توده گیاهی، کیفیت پوشش گیاهی و میزان توسعه تخریب خاک را در اکوسیستم های متنوع مهیا می سازد. این شاخص می تواند برای کمی کردن تولید خالص سالانه در مقیاس های متفاوت و تفکیک پوشش گیاهی به کار گرفته شود.
داده های سنجش از دور برای پیش بینی میزان عملکرد محصولات نیز می توانند به دو روش به کار گرفته شوند. در روش اول تمرکز بر روی مدل های رشد گیاه است که این مدل ها نیازمند داده های اگرونومیکی و هواشناسی می باشند که معمولا به راحتی قابل دسترس نبوده و در مقیاس های مکانی دلخواه موجود نمی باشند. در روش دوم تخمین عملکرد گیاه بر اساس شاخص های گیاهی امکان پذیر می گردد.
در بسیاری از تحقیقات شواهدی از همبستگی بالا بین عملکرد ذرت و محصول سویا و شاخص NDVI ارائه شده است . همچنین نتایج تحقیقات نیز نشان می دهد که با محاسبه NDVI در مرحله پر شدن دانه می توان به بهترین شکل عملکرد گیاهان خانواده غلات را تخمین زد .
دریسدیل و همکاران نشان دادند که ترکیب نتایج حاصل از مشاهدات و اندازه گیری های مزرعه ای با داده های سنجش از دور می تواند نقشه های به هنگام خصوصیات محصولات را ارائه نماید که در اعمال کشاورزی دقیق بسیار ارزشمند است
رابطه بین NDVI و پوشش گیاهی می تواند بر اساس پراکنش پوشش گیاهی که به صورت ضعیف و پراکنده یا به صورت متراکم باشد بنا شود به این معنی که در مناطقی که پوشش گیاهی پراکنده است و یا در دوره زمانی پس از کشت که گیاهان در مراحل ابتدایی رشد بوده و شاخص LAI کمتر از 3 باشد، NDVI به شدت تحت تاثیر انعکاس خاک قرار می گیرد. بنابراین در این مناطق، کاربرد شاخص تعدیل یا اصلاح شده پوشش گیاهی، SAVI به جای NDVI پیشنهاد شده است. این شاخص به یک کالیبراسیون محلی نیازمند است زیرا پیش بینی اثرات خاک در مناطقی با مقیاس های بزرگ که مجموعه ای از خاک ها و پوشش های گیاهی متفاوتی را دارند بسیار مشکل است
شاخص NDVI به شدت تحت تأثیر متغیرهای روشنایی خاک در زمینه تاج پوشش گیاهی قرار می گیرد و این مساله شناسایی تفاوتهای موجود بین پوششهای گیاهی را مشکل می سازد. مشکلات ویژه ای نیز در هنگامی که هدف استخراج خصوصیات خاک از روی اطلاعات پوشش گیاهی باشد وجود دارد
EVI شاخصی بهینه سازی شده به منظور افزایش سیگنال پوشش گیاهی با حساسیتی بهبود یافته در مناطقی با زیست توده بالا است و به منظور ارتقا و بهبود شاخص NDVI بر پوشش گیاهی از طریق یک جفت سیگنال پس زمینه پوشش تاج و کاهش تأثیرات جوی بکار میرود. در حالیکه NDVI به کلروفیل حساس است، EVI بیشتر پاسخگوبه تغییرات ساختاری تاج پوشش میباشد که از آن جمله میتوان به شاخص سطح برگ - LAI - ، نوع و ساختار تاج اشاره کرد. شاخص GNDVI نیز مانند NDVI قادر به بارزسازی پوشش گیاهی سبز است با این تفاوت که باند طیفی سبز بجای باند طیفی قرمز قرار گرفته است
تحقیق حاضر با هدف بررسی شاخصهای مختلف پوشش گیاهی با هدف یافتن روشی سریع همراه با دقتی قابل قبول برای شناسایی و رده بندی انواع پوشش گیاهی و پیش بینی عملکرد گیاه یونجه با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 8 در برخی از مزارع منتخب دشت جایدر شهرستان پلدختر استان لرستان می باشد.
روش پژوهش:
منطقه مورد مطالعه موسوم به جایدر به مساحت 3864 هکتار می باشد که عمدتا در غرب و جنوب غرب شهرستان پلدختر واقع در استان لرستان گسترش دارد. این منطقه بین 47 درجه و 37 دقیقه تا 47 درجه و 44 درجه طول شرقی و 33 درجه و 6 دقیقه تا 33 درجه و 10 دقیقه عرض شمالی واقع شده است . حد شمالی آن را رودخانه کشکان که از سرشاخه های رودخانه کرخه می باشد و از شرق به غرب جریان دارد، حد شرق آن را ارتفاعات کنی کوش و حد جنوبی و غربی را ارتفاعات کوه چول در بر می گیرد. جاده آسفالته اندیمشک به خرم آباد از شرق و جاده پلدختر به ایلام از حوالی جنوب آن می گذرد. شیب اراضی از شرق به غرب و از شمال به جنوب کاهش یافته، بلندترین نقطه آن به ارتفاع 730 متر در 500 متری جنوب روستای چم حالکه و پست ترین نقطه آن در 2 کیلومتری غرب سراب حمام است که 685 متر از سطح دریا ارتفاع دارد.
