Indicii de vegetație NDRE, MSAVI, NDMI și NDVI sunt instrumente puternice pentru monitorizarea stării vegetației în agricultură. În acest articol veți afla ce înseamnă acestea, cum se calculează și cum sunt utilizate pentru evaluarea sănătății culturilor. Acest lucru va fi util fermierilor care doresc să-și îmbunătățească eficiența gestionării câmpurilor folosind tehnologii digitale.
Ce sunt indicii de vegetație
NDRE, MSAVI, NDMI și NDVI sunt indicatori care se calculează pe baza datelor de teledetecție și permit evaluarea stării covorului vegetal. Aceștia iau în considerare capacitatea de reflecție a plantelor în diferite intervale ale spectrului electromagnetic, în special în zonele vizibile și infraroșu apropiat.
Utilizarea indicatorilor permite:
- identificarea zonelor problematice ale câmpului;
- optimizarea utilizării resurselor (îngrășăminte, apă, pesticide);
- prognozarea recoltei;
- planificarea recoltării.
Calculul indicilor de vegetație se bazează pe faptul că vegetația sănătoasă are caracteristici specifice de reflecție în diferite intervale spectrale. Frunzele verzi conțin pigmenți (clorofilă, carotenoizi, xantofile) care absorb lumina predominant în zona albastră și roșie a spectrului pentru fotosinteză. În același timp, intervalul infraroșu apropiat este reflectat activ de covor, ceea ce este legat de caracteristicile structurii interne a frunzei.
Când plantele suferă de stres (cum ar fi seceta, deficiența de nutrienți, boli, dăunători), conținutul de clorofilă scade și covorul începe să reflecte mai multă lumină roșie. În consecință, absorbția în zonele roșii și albastre scade și crește reflecția în zonele verzi și infraroșu apropiat ale spectrului. Aceste modificări pot fi detectate folosind imagini satelitare și utilizate pentru calcul.
Există mulți indici de vegetație diferiți, fiecare având avantajele și limitările sale. Să analizăm în detaliu caracteristicile celor patru principale.
Citiți și: Teledetecția Pământului: tipuri și perspective
Indicele de vegetație NDVI
NDVI este indicele de vegetație normalizat diferențial. Acest indicator evaluează cantitatea de biomasă fotosintetică activă. Vegetația sănătoasă absoarbe cea mai mare parte a luminii vizibile și reflectă o mare parte din radiația infraroșie apropiată. Indicatorul permite detectarea acestei diferențe.
Valoarea indicelui NDVI
NDVI este unul dintre cei mai comuni indici pentru monitorizarea vegetației. Avantajul său este că minimizează impactul factorilor precum iluminarea, pantele, expunerea și altele. Indicatorul poate fi utilizat pentru evaluarea stării plantelor în aproape toate etapele de vegetație.
Principalul motiv al popularității acestui indicator este universalitatea sa. Indicele de Vegetație cu Diferență Normalizată poate fi aplicat atât în analiza unui singur câmp, cât și a unei întregi regiuni. Permite nu doar evaluarea situației curente, ci și urmărirea dinamicii schimbărilor pe parcursul sezonului sau mai multor ani.
Cu ajutorul Indicelui de Vegetație cu Diferență Normalizată se pot rezolva multe sarcini practice ale agriculturii de precizie, cum ar fi:
- determinarea zonelor cu productivitate diferită în interiorul câmpului;
- identificarea zonelor care necesită investigații suplimentare;
- optimizarea prelevării probelor de sol;
- detectarea timpurie a problemelor în câmp (boli, dăunători, buruieni);
- crearea hărților pentru însămânțarea diferențiată și aplicarea îngrășămintelor;
- evaluarea eficienței măsurilor agrotehnice.
Indicele de vegetație NDVI a devenit un standard în industria agriculturii de precizie datorită fiabilității, simplității de interpretare și disponibilității datelor necesare. Majoritatea sateliților gratuiți (Landsat, Sentinel) și comerciali au senzori care suportă calculul indicatorului.
Calculul NDVI
Formula NDVI: (NIR — RED) / (NIR + RED), unde NIR — reflecția în intervalul infraroșu apropiat, RED — reflecția în intervalul roșu.
Scala NDVI
Valorile indicatorului se află în intervalul de la -1 la 1. Interpretarea scalei NDVI:
| NDVI | Starea vegetației |
| <0 | Absența vegetației sau suprafață neviabilă, precum apa, zăpada, piatra |
| 0–0,2 | Vegetație moartă sau sol gol |
| 0,2–0,5 | Iarbă, arbuști |
| 0,5–1 | Vegetație densă, păduri |
Harta NDVI
Hărțile NDVI arată densitatea și starea vegetației. Culoarea verde corespunde vegetației dense, galben și verde deschis indică vegetație rară, maro și maro închis – sol gol. Valorile negative sunt afișate în albastru (apă, zăpadă).
Cum sunt utilizate datele NDVI în agricultură
Indicele de Vegetație cu Diferență Normalizată în agricultură este utilizat pentru:
- identificarea zonelor problematice în câmp;
- evaluarea stării vegetației și prognozarea recoltei;
- planificarea fertilizării plantelor;
- identificarea zonelor care necesită irigare;
- monitorizarea dezvoltării culturii pe parcursul sezonului.
NDVI este un instrument fiabil de monitorizare a câmpurilor, care permite producătorilor agricoli să ia decizii fundamentate. Integrarea sa în sistemele de agricultură de precizie ajută la creșterea eficienței fermei.
Utilizarea indicilor de vegetație devine și mai accesibilă datorită serviciului nostru WEAGRO, care permite achiziționarea echipamentelor și tehnologiilor necesare pentru monitorizarea câmpurilor cu plata amânată. Acest lucru este deosebit de relevant pentru fermele mici și mijlocii care doresc să implementeze inovații, dar au acces limitat la finanțare.
Indicele de vegetație NDRE
Indicele diferențial normalizat Red Edge (NDRE) ia în considerare reflecția în marginea roșie a spectrului, care este strâns legată de conținutul de clorofilă. NDRE este sensibil la modificările concentrației acesteia la densitate ridicată a vegetației.
Valoarea indicelui NDRE
Indicele NDRE ajută la evaluarea conținutului de azot din plante, deoarece există o legătură puternică între concentrația de clorofilă și azot. Spre deosebire de Indicele de Vegetație cu Diferență Normalizată, Indicele Normalizat de Diferență Red Edge își păstrează sensibilitatea la schimbările din plante chiar și la sfârșitul perioadei de vegetație.
Avantajele utilizării:
- o mai bună corelație cu conținutul de azot din plante comparativ cu NDVI;
- posibilitatea detectării timpurii a deficienței de azot;
- eficiență ridicată pentru culturile cu masă verde mare (rapiță de toamnă, grâu);
- menținerea sensibilității în stadiile târzii de vegetație;
- utilizarea în evaluarea calității producției (conținutul de proteine din cereale).
Principalul dezavantaj al NDRE este răspândirea mai redusă a indicatorului și costul mai ridicat al datelor. La calcul sunt necesare imagini cu marginea roșie a spectrului (Red Edge), care nu sunt disponibile la toți sateliții. Cele mai potrivite pentru aceasta sunt sateliții europeni Sentinel-2 și Worldview-2, 3. Datele gratuite Landsat nu sunt potrivite.
O altă nuanță a NDRE este necesitatea unei selecții mai precise a pixelilor pentru analiză. Dacă în imagine sunt nori, umbrele lor, corpuri de apă sau alte obiecte, acestea distorsionează mai puternic valorile NDRE decât NDVI. Prin urmare, pentru calcul este mai bine să se utilizeze măști care elimină pixelii nedoriți.
În general, NDRE este un indicator promițător pentru analiza aprofundată a stării plantelor, dar din cauza disponibilității limitate a datelor, este deocamdată mai rar utilizat în agricultura de precizie comparativ cu NDVI.
Calculul NDRE
Formula de calcul NDRE: (NIR — RE) / (NIR + RE), unde NIR — reflecția în intervalul infraroșu apropiat, RE — reflecția în marginea roșie a spectrului.
Scala NDRE
Scala Indicelui Normalizat de Diferență Red Edge este similară cu scala Indicelui de Vegetație cu Diferență Normalizată și se află în intervalul de la -1 la 1. Interpretarea tipică a valorilor:
| NDRE | Starea vegetației |
| <0 | Sol, fără vegetație |
| 0–0,3 | Vegetație rară, stadii timpurii de dezvoltare a culturii |
| 0,3–0,6 | Densitate medie a vegetației |
| 0,6–1 | Densitate ridicată a vegetației, stadii târzii de vegetație |
Hărți și grafice NDRE
Harta NDRE permite evaluarea vizuală a variabilității conținutului de azot în interiorul câmpului. Graficul poate urmări dinamica conținutului de clorofilă pe parcursul sezonului și identifica perioadele când plantele suferă de stres.
Cum sunt utilizate datele NDRE în agricultură
NDRE este utilizat pentru:
- evaluarea aprovizionării plantelor cu azot;
- crearea hărților pentru aplicarea diferențiată a îngrășămintelor cu azot;
- monitorizarea maturării culturilor;
- monitorizarea culturilor cu frunziș dens (floarea-soarelui, porumb).
Implementarea tehnologiilor de analiză a indicilor de vegetație necesită investiții, dar datorită soluțiilor financiare moderne, precum serviciul nostru WEAGRO, fermierii pot obține echipamentele necesare fără o presiune semnificativă asupra capitalului circulant. Serviciul online oferă procesare rapidă a plăților amânate pentru agricultură fără documente suplimentare, făcând tehnologiile agriculturii de precizie mai accesibile.
Indicele de vegetație MSAVI
MSAVI (Modified Soil Adjusted Vegetation Index) — indicele de vegetație modificat ajustat la sol. Este util în etapele inițiale de dezvoltare a plantelor, când o mare parte din suprafață este ocupată de sol descoperit.
MSAVI permite analiza stării vegetației chiar și în stadiile timpurii de vegetație, când acoperirea proiectivă este încă nesemnificativă. Prin corectarea influenței solului, indicatorul evaluează mai precis activitatea fotosintetică comparativ cu NDVI.
Avantaje:
- reducerea zgomotului legat de reflecția solului;
- creșterea contrastului între sol și vegetație;
- creșterea intervalului de valori comparativ cu Indicele de Vegetație cu Diferență Normalizată;
- posibilitatea de a lucra la acoperire proiectivă scăzută (< 40 %);
- eficiență pentru analiza culturilor în stadiile timpurii de dezvoltare.
Datorită acestor caracteristici, MSAVI este utilizat cu succes în monitorizarea culturilor, livezilor și viilor, în special în regiunile cu acoperire vegetală insuficientă. Este, de asemenea, util în analiza răsăririi culturilor, evaluarea eficienței semănătorilor, controlul buruienilor.
Cu toate acestea, există și dezavantaje:
- sunt necesare imagini cu rezoluție înaltă (<10 m);
- sensibilitate mai redusă în stadiile târzii de dezvoltare a culturilor;
- popularitate mai scăzută comparativ cu NDVI, NDRE.
Din cauza acestor factori, MSAVI este mai rar utilizat în sistemele comerciale de agromonitorizare. Dar pentru scopuri științifice și sarcini specifice care necesită eliminarea influenței solului, rămâne relevant.
Calculul MSAVI
Formula de calcul: MSAVI = (2 х NIR + 1 — sqrt((2 х NIR + 1)^2 — 8 ⋅ (NIR — RED))) / 2, unde:
- NIR — reflecția în intervalul infraroșu apropiat;
- RED — reflecția în intervalul roșu;
- sqrt — rădăcină pătrată;
- ^ — ridicare la putere.
Scala MSAVI
Pe scala MSAVI de la -1 la 1 valorile sunt interpretate astfel:
| MSAVI | Starea vegetației |
| -1–0,2 | Sol fără vegetație |
| 0,2–0,4 | Acoperire vegetală foarte rară, răsărire |
| 0,4–0,6 | Acoperire proiectivă moderată, vegetație timpurie |
| > 0,6 | Acoperire vegetală densă, pentru analiză este mai bun NDVI |
Hărți și grafice MSAVI
Harta MSAVI permite identificarea zonelor câmpului unde răsărirea este neuniformă sau inhibată. Graficele arată dinamica dezvoltării culturilor în etapele inițiale de vegetație.
Cum sunt utilizate datele MSAVI în agricultură
MSAVI este utilizat pentru:
- analiza răsăririi culturilor;
- identificarea zonelor cu răsărire neuniformă;
- monitorizarea influenței solului asupra dezvoltării plantelor;
- prognozarea timpurie a recoltei.
Indicele de vegetație NDMI
NDMI (Normalized Difference Moisture Index) — indicele de umiditate diferențial normalizat. Este sensibil la modificările conținutului de apă din țesuturile plantelor și sol.
Valoarea indicelui NDMI
NDMI ajută la detectarea stresului hidric al plantelor. Spre deosebire de NDVI, NDMI utilizează intervalele infraroșu apropiat și mediu. Acest lucru permite evaluarea conținutului de apă din frunză, iar rezultatul depinde mai puțin de compoziția speciilor de vegetație.
Avantajele utilizării NDMI:
- sensibilitate ridicată la modificările conținutului de apă din plante;
- posibilitatea detectării timpurii a stresului hidric;
- dependență slabă de caracteristicile specifice ale culturilor;
- eficiență în evaluarea necesității irigării;
- aplicare în analiza riscurilor de incendiu, secetă.
Printre dezavantajele NDMI se numără sensibilitatea la perturbațiile atmosferice, în special nori și ceață. Pentru calculul precis al NDMI este necesară o corecție atmosferică de calitate a imaginilor. De asemenea, NDMI nu poate întotdeauna să distingă între umiditatea solului și cea a plantelor, ceea ce reduce precizia în cazul acoperirii rare.
În general, NDMI este un indice promițător pentru regiunile cu regim de umiditate variabil, predispuse la secetă și deficit de umiditate. Completează informațiile obținute prin NDVI și NDRE, permițând un control mai bun al aprovizionării cu apă a culturilor.
Citiți și: Drone pentru agricultură: pentru ce sunt și cum să le alegeți
Calculul NDMI
Formula de calcul: NDMI = (NIR — SWIR) / (NIR + SWIR), unde NIR — reflecția în intervalul infraroșu apropiat, SWIR — reflecția în intervalul infraroșu mediu.
Scala NDMI
Scala se află în intervalul de la -1 la 1. Valori tipice:
| NDMI | Starea umidității |
| < -0,1 | Umiditate foarte scăzută, posibil sol fără plante |
| -0,1–0,1 | Umiditate scăzută, stres hidric moderat |
| 0,1–0,3 | Umiditate medie, plantele nu suferă de stres |
| 0,3–0,5 | Umiditate ridicată, posibilă supraîncărcare cu apă |
| > 0,5 | Umiditate foarte ridicată, suprafață de apă liberă |
Hărți și grafice NDMI
Harta indicelui NDMI arată distribuția spațială a conținutului de apă în covorul vegetal. Graficul NDMI ilustrează cum s-a modificat umiditatea pe parcursul vegetației. Acest lucru permite să se vadă în ce perioade plantele au suferit de stres hidric.
Cum sunt utilizate datele NDMI în agricultură
NDMI este utilizat pentru:
- detectarea stresului hidric;
- optimizarea irigării;
- identificarea zonelor suprasaturate;
- monitorizarea secetei;
- evaluarea pericolului de incendiu.
NDMI completează alți indici de vegetație și permite caracterizarea mai completă a stării culturilor, luând în considerare aprovizionarea cu apă.
Concluzie
Indicii de vegetație sunt instrumente puternice pentru monitorizarea la distanță a culturilor. Acestea permit evaluarea stării vegetației, conținutului de clorofilă, azot și apă din frunze pe baza imaginilor satelitare.
Fiecare dintre indici are caracteristicile și avantajele sale:
- NDVI — cel mai universal și răspândit;
- NDRE — mai potrivit pentru evaluarea conținutului de azot;
- MSAVI — caracterizează mai precis vegetația în etapele timpurii de dezvoltare;
- NDMI — permite diagnosticarea stresului hidric.
Cu ajutorul serviciului nostru financiar WEAGRO, fermierii ucraineni pot implementa mai eficient sisteme de monitorizare a culturilor. Posibilitatea de a achiziționa echipamentele necesare cu plata amânată fără garanții și documente suplimentare permite fermelor de orice dimensiune să utilizeze avantajele indicilor de vegetație pentru a-și crește eficiența producției.
