Использование датчика NDVI для оценки содержания азота в покровных культурах

Покровные культуры играют важную роль в регулировании азотного питания в сельскохозяйственных системах. В настоящее время разрабатываются новые инструменты для принятия решений, учитывающие количество азота, поступающего или связываемого покровными культурами. Одним из важных факторов в этих инструментах является количество азота, содержащегося в биомассе надземных частей покровных культур. Классический метод определения содержания азота в покровных культурах основывается на срезке образцов биомассы с известного участка, последующей сушке, взвешивании и отправке высушенной ткани в лабораторию для измерения концентрации азота. Этот метод характеризуется высокой точностью, однако требует значительных затрат времени и денег. В целях упрощения этого процесса, программу по управлению плодородием почвы и питательными веществами Penn State Extension разработала метод использования датчика NDVI для сканирования покровных культур и определения содержания азота в их биомассе.

Датчики NDVI (Normalized Difference Vegetation Index, в переводе "нормализованный относительный индекс растительности") измеряют соотношение красного и ближнего инфракрасного света, отражаемого растительным покровом. Шкала NDVI находится в диапазоне от 0 до 1, причем значения, близкие к 1, указывают на большее количество хлорофилла, поглощающего красный свет в листьях растений. Первоначально эти датчики были разработаны для определения степени N-статуса зерновых культур, что позволяет более точно определить потребность в азотных удобрениях. 

Существуют два типа датчиков NDVI, предназначенные для использования в сельском хозяйстве: датчик, устанавливаемый на транспортное средство или опрыскивающую стрелу (рисунок 2-3) и портативный датчик, который можно перемещать по полю (рисунок 4-6). Оба типа датчиков выпускаются компанией Trimble под маркой Greenseeker. Портативный датчик позволяет получить показания NDVI в определенной точке или среднее значение в разрезе. При использовании датчика, установленного на транспортное средство, можно записывать данные с помощью GPS, строить карту NDVI на определенной территории или изменять норму внесения удобрений в соответствии с показаниями NDVI. Также возможно измерение NDVI с помощью многоспектральной камеры коптера или спутниковых изображений.

В этой статье речь пойдет о том, как использовать портативный датчик Greenseeker для получения измерения NDVI покровных культур в определенной точке или вдоль узкой прямоугольной площадки (трансекты) и использовать его для прогнозирования содержания азота в этих культурах.

1.     Держите датчик Greenseeker сбоку от корпуса на расстоянии вытянутой руки, примерно в трех футах (90 см) над верхушкой покровных культур. Направьте датчик так, чтобы нос был направлен вперед, а светодиодные фонари и датчик отражения были направлены прямо вниз, на покровные культуры.

2.     Нажмите на курок на рукоятке, и датчик начнет мигать красными и инфракрасными светодиодными лампами на покровных культурах. После нажатия на курок, среднее значение NDVI, полученное в момент нажатия, будет отображаться в течение нескольких секунд. Сохраните или запишите это число, так как оно будет недоступно после выключения дисплея.

3.    Если вы хотите произвести точечное измерение, удерживайте датчик над интересующей вас точкой и нажимайте на курок в течение нескольких секунд. Отпустите курок, чтобы получить среднее значение NDVI. Если вам нужно измерить показания на трансекте, удерживайте кнопку нажатой при движении вдоль разреза. После отпускания кнопки на экране будет показано среднее значение NDVI на трансекте. Датчик усредняет только измерения, выполненные в первые 60 секунд нажатия на курок. При движении следите за тем, чтобы датчик находился на расстоянии от вашего тела, чтобы он не считывал информацию с одежды или частей тела.

4.     Преобразуйте показания NDVI, используя данные из таблицы. В таблице представлены значения NDVI, измеренные датчиком, в строках, а в 5 столбцах приведены прогнозы содержания азота в покровных культурах, в зависимости от типа культур и сезона.

Дополнительные рекомендации по использованию портативного Greenseeker:

• Датчик Greenseeker является «активным датчиком», что означает, что он обладает собственным источником красного и ближнего инфракрасного света. Таким образом, данный датчик позволяет использовать его в любых условиях освещенности и в любое время суток, включая полуденное солнце, полную тень, облачность и переменную облачность. Кроме того, по результатам нашего опыта, наличие росы на листьях растений не оказывает влияния на показания датчиков.
  
  
• Связь между индексом NDVI и содержанием азота в покровных культурах зависит от способности датчика видеть зеленые листья без препятствий над растительным покровом. Всё, что затеняет зеленые листья или имеет иной цвет растений, включая цветки покровных культур, колосья зерновых и перезимовавшие остатки, окажет влияние на показания датчика и приведет к неточному прогнозу содержания азота в покровных культурах.
  
  
• Погрешность датчика в прогнозировании содержания азота в покровных культурах увеличивается с возрастанием значения индекса NDVI. При самых высоких значениях NDVI фактическое содержание азота в покровных культурах будет отличаться от прогнозируемого значения в 75% случаев. Более того, калибровка датчика с большей вероятностью занижает содержание азота, чем завышает его.
  
  
• Иногда на дисплее датчика отображается код ошибки, а не NDVI. Это чаще всего происходит из-за того, что датчик находится либо слишком близко, либо слишком далеко от растительного покрова. В случае появления кода ошибки рекомендуется отрегулировать расстояние между датчиком и растительным покровом на уровне двух-четырех футов. Если этот шаг не устраняет проблему, рекомендуется обратиться к руководству пользователя, чтобы выяснить, вызвана ли ошибка другими неполадками.