УДК 631

ОЦЕНКА ИНФОРМАТИВНОСТИ РАЗНЫХ ВЕГЕТАЦИОННЫХ ИНДЕКСОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЕКТИВНОГО ПОКРЫТИЯ ПАСТБИЩ

Бекмухамедов Н.Э.1, Муратова Н.Р.1
1Институт космических исследований имени академика У.М.Султангазина

Аннотация
Статья посвящена оценке информативности разных вегетационных индексов для определения проективного покрытия пастбищ.

Ключевые слова: вегетационные индексы, естественные пастбища, пастбищная дегрессия, проективное покрытие, спектральные характеристики


EVALUATION OF INFORMATIVENESS OF DIFFERENT VEGETATION INDICES TO DETERMINE THE PROJECTIVE COVER OF PASTURES

Bekmuhamedov N.E.1, Muratova N.R.1
1Institute for Space Research named after academician U.M. Sultangazin.

Abstract
The article is about evaluation of informativeness of different vegetation indices to determine the projective cover of pastures.

Рубрика: Общая рубрика

Библиографическая ссылка на статью:
Бекмухамедов Н.Э., Муратова Н.Р. Оценка информативности разных вегетационных индексов для определения проективного покрытия пастбищ // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2013. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2013/01/830 (дата обращения: 29.04.2017).

Разработка системы прогноза продуктивности естественных пастбищ по данным дистанционного зондирования основывается на выборе спутникового параметра, характеризующего состояние растительности, выделения участков пастбищ с низким проективным покрытием и продуктивностью, определении времени проведения наблюдений и прогноза. В период от начала вегетации до цветения основным фактором, влияющим на спектральные свойства растительности, является увеличение биомассы. При этом коэффициент спектрального отражения уменьшается в красном участке спектра и увеличивается в ближнем ИК-диапазоне, что приводит к изменениям значений вегетационного индекса. Эти особенности характерны для поздневесеннего и раннелетнего периода наблюдения, когда отмечается интенсивный рост эфемеров, эфемероидов и отрастание побегов многолетней травянистой и кустарниковой растительности. При усыхании надземной биомассы происходит обратное изменение вегетационного индекса. В таблице 1. приведены формулы расчетов и характеристики различных вегетационных индексов, которые предназначены как для оценки смешанного почвенно-растительного сигнала, так и для полного покрытия почвы растительным покровом.

                                                                                                                                      

Таблица 1. Формулы расчета вегетационных индексов 

RatioVegetationIndex

RVI= (NIR/Red), где NIR – значения коэффициента отражения в ближнем инфракрасном, Red – в красном диапазоне спектра. Для зеленой растительности значения RVI>1. С увеличением зеленой биомассы и сомкнутости растительности изменяется от 2 до 8.

NormalizedDifferenceVegetationIndex

NDVI= (NIR-Red)/ (NIR+Red). Значения индекса варьируют от -1 до 1. Для растительности индекс NDVI принимает положительные значения от 0.2 до 0.8.

InfraredPercentageVegetationIndex

IPVI=NIR/(NIR+Red). Индекс может принимать значения от 0 до 1. Для зеленой растительности характерны значения от 0.6 до 0.9.

DifferenceVegetationIndex

DVI=NIR-Red. Изовегетационные линии идут параллельно друг другу.

TransformedVegetationIndexTVI

; 0,5 прибавляется для исключения отрицательных значений под корнем.

Soil Adjusted Vegetation Index SAVI

SAVI=(1 + L)*(NIR – RED) / (NIR + RED + L),где L- [0;1] 0 – наибольшее проективное покрытие; 1- наименьшее. Значения изменяются от -1 до 1. Линия почв проходит через точку 0.

 

Цель использования растительного индекса – создание корректной системы линейного взвешивания: величина индекса – параметры растительности. Под параметрами растительности обычно понимают либо объем зеленой растительной биомассы, либо долю проективного листового покрытия почвы.

По результатам подспутниковых наблюдений, проведенных в Алматинской и Карагандинской областях весной и летом 2011 года, отмечено, что антропогенные нагрузки на пастбища проявляются в виде пастбищной дигрессии, которая в первую очередь сопровождается уменьшением проективного покрытия почвы растительностью. Исследуемая территория была представлена различными растительными ассоциациями. В структуре растительного покрова пастбищных угодий на полигоне «Бозой» преобладают полынные, терескеновые с участием эфемеров, кустарниковых сообществ на песках. Значительную роль в формировании растительного покрова Шетского полигона приобретают злаковые и полынные травостои при широком участии кустарников – спиреи и караганы. В ходе исследований проведен анализ функциональной зависимости проективного покрытия биоценозов от значений различных вегетационных индексов, вычисленных по данным спектрометрических измерений радиометром FieldSpec. На рисунке 1. приведены распределения вегетационных индексов в зависимости от ОПП.

                                                                                                         RED

                                                                                                                                                 RVI

                                                                                                                           NIR

                                                                                                                                                           IPVI

                                                                                                                                               DVI

                                                                                                                                                     SAVI

                                                                                                                                                    TVI

                                                                                                                                               NDVI

 

Рисунок 1. – .Значение вегетационных индексов в зависимости

 от проективного покрытия

 

Как видно из рисунка вегетационные индексы по-разному реагируют на проективное покрытие почвы растительностью. Практически нет чувствительности вегетационных индексов к низким значениям проективного покрытия (до 20%), за исключением индекса RED, эквивалентного коэффициенту отражения в красном диапазоне спектра.

С увеличением проективного покрытия с 20-40% до 50-60% вегетационные индексы NIR, IPVI, DVI, TVI, RVI имеют зависимость нечеткого характера. Из тестируемых индексов наиболее информативным для средней густоты травостоя являются индексы NDVI и SAVI. Изменение густоты растительности естественных пастбищ с 60% и более практически все вегетационные индексы активно реагируют на изменение биомассы растений.

Таким образом, на основании наших исследований, можно отметить, что для распознавания участков пастбищ с низким проективным покрытием (0-20 %) и соответственно низкой продуктивностью целесообразно применять индекс RED в комбинации с индексом NDVI. Согласно полученным измерениям величина RED выше 0.15 указывает на низкую продуктивность, либо сбитость анализируемых участков пастбищ. Соотношение двух индексов – RED и NDVI дано на рисунке 2.

 

 Рисунок 2. Значения вегетационных индексов RED и NDVI при различном проективном покрытии почв по наземным данным.

 

Согласно полученной зависимости по данным наземных наблюдений построено решающее правило определения ОПП по спектральным характеристикам (таблица 2).           

                                                                                                   

Таблица 2. Решающее правило определения ОПП по наземным данным

ОПП, %

NDVI

RED

0-20

< 0,4

> 0.3

20-40

0.4-0.5

0.25-0.3

50-60

0.5-0.65

0.2-0.25

Выше 60

>0,65

<0.2

Анализ спутниковых данных. Определение зависимости величины индексов NDVI и SAVI по спутниковым данным проводился по космическим снимкам различного пространственного разрешения – NOAA (1000 м), MODIS (250 м) и LANDSAT (30 м). В работе использованы следующие космические снимки: NOAA/AVHRR за 15.06. 2011г., TERRA/MODIS за 18 и 22.06. 2011г., LANDSAT5/TM за 4.05 и 10.06 2011г.
Проведенный анализ рассчитанных индексов по спутниковым данным приведен на рисунках 3, 4 и 5. 

Рис. 3.  Вегетационные индексы пастбищ с различным проективным покрытием по снимку NOAA.


                                                                                              

 Рисунок 4.  Вегетационные индексы пастбищ с различным проективным покрытием

по снимкам MODIS.

Рисунок 5.  Вегетационные индексы пастбищ с различным проективным покрытием

по снимкам LANDSAT.

 

Исследования показали, что наиболее тесная корреляция между степенью проективного покрытия растениями почвы и вегетационными индексами, рассчитанными по спутниковым данным различного пространственного разрешения, выявлена для NDVI и SAVI по данным MODIS. Вследствие низкого пространственного разрешения спутниковые данные NOAA являются мало информативными.

Согласно полученной зависимости по спутниковым данным построено решающее правило определения ОПП по спектральным характеристикам (таблица 3).                                             

Таблица 3. Решающее правило определения ОПП по спутниковым данным

ОПП, %

NDVI

RED

0-20

< 0,45

> 0.3

20-40

0.45-0.55

 

50-60 и выше

> 0.6

 
Таким образом, для распознавания участков пастбищ с низким проективным покрытием (0-20 %), что характеризует низкую продуктивность или сбитость пастбищ, целесообразно применять пороговое значение 0,3 индекса RED; а для общей характеристики проективного покрытия почвы растительным покровом по спутниковым данным можно использовать вегетационные индексы NDVI и SAVI, рассчитанные по данным MODIS.


Библиографический список
  1. Бедарева О.М. Дистанционное определение продуктивности пастбищной растительности Казахстана по спектрам отражения / О.М. Бедарева // Информационный бюллетень службы НТИ Казлеспроекта. – Алма-Ата,1988. – №6. – С. 1-8.
  2.  Байтулин И.О. Выделение продуцирующей площади пустынных пастбищ с использованием материалов космосъемки/ И.О. Байтулин, О.М. Бедарева// Известия национальной академии наук Республики Казахстан.- Сер. Биологическая и медицинская. – 2007. – № (259).– С.33-37.


Все статьи автора «Бекмухамедов Н.Э.»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: