Вегетационный индекс NDVI – реальная практика применения

Агрономы обсудили возможности, а также основные достоинства и недостатки индекса NDVI:

• Что такое NDVI?

🔷 NDVI – вегетационный индекс, который определяет фотосинтетическую активность растения. Он вычисляется по тому, как растения поглощают или отражают лучи инфракрасной зоны. Чем лучше развиты растения и имеют наибольшую зелёную массу в период вегетации, тем больше индекс NDVI.

🔷 Самое распространённое применение данного индекса — это отслеживание развития растений. Для удобства работы с данным индексом используют цветовую схему от светлых тонов до более тёмных, которые наносятся на карту полей. Чем темнее тон, тем больше индекс, у зерновых пик данного показателя достигается период колошения, а после идёт на убыль.

🔷 Соответственно, после облета дроном полей и формирования карт полей по полученным цветам можно видеть, какое поле уже подходит к уборке. Чем ниже индекс, тем суше зерно.

🔷 Благодаря индексу NDVI хорошо видны огрехи в работе механизаторов, а также развитие сорной растительности в период после посева, т.к. сорняки быстрее набирают зелёную массу и их видно на спектре.

🔷 При работе с NDVI необходимо ориентироваться не на абсолютные значения индекса, а на разницу (в разных местах на поле, или в разные сезоны для одной и той же фенофазы) и на прирост.

🔷 Не последнюю роль играет детальность съемки - что попадает в пиксель. В этом случае рекомендуют осуществлять съемку с дрона, нежели со спутника, т.к. снимки со спутника имеют 1 пиксель, очень большой по площади. Этот пиксель на полях со сложной конфигурацией как раз и будет захватывать как площадь поля, так и ее пределы. Программа присвоит какой-то средний индекс. И это даст в целом большую погрешность. Дрон снимает точнее, у него пиксель будет в десятки, а то и в сотни раз мельче. Это надо иметь ввиду, работая со снимками из космоса.

• Можно ли узнать фактическую урожайность?

🔶 В пик вегетации, по пиковой точке NDVI можно дать весьма неплохой прогноз. Диапазон отклонений прогноза от факта от 4 до 24%. Средняя (по многим годам) ошибка прогноза составляет не более 20 %. Казалось бы - чудовищная погрешность, но по факту — это нормально. Другими методами Вы можете более точно дать прогноз?

🔶 Гораздо более точный прогноз урожайности можно дать не по пиковой точке NDVI, а по сезонному ходу роста NDVI в сравнении со среднемноголетним, или хотя бы с прошлогодним. Такими прогнозами на региональном уровне давно и успешно занимается Институт космических исследований РАН, со своей программой ВЕГА-про.

🔶 Также можно примерно знать однородность поля к уборке, если вести учет всех снимков по вегетации. И к уборке составить некий план работ, т.е. с какого поля начинать и каким заканчивать.

🔶 Нужно еще учитывать различия по сортам. Например, сорт озимой пшеницы Синева характеризуется темно-зеленым окрасом листьев, но есть сорта и более урожайные.

• Определить, какие точно культуры возделывались на полях в предыдущие годы и какая растет сейчас?

🔷 Да, можно. Все алгоритмы уже отработаны для групп культур по кривым хода роста NDVI. Например, озимые поздней осенью показывают NDVI до 0,5, и весной начнут вегетацию со значения не ниже 0,3. По яровым и пропашным на тот момент еще будет голая почва. По длине вегетационного периода тоже группы культур различаются.

🔷 Ограничения: мы не можем отличить культуры внутри группы (озимые все будут одинаковы между собой, пропашные все одинаковы и т.п.). Должна быть калибровка вплоть до того, что по каждому сорту. Потому что по сортам внутри культуры очень различается окраска.

• Отличить сорняки от культурных растений?

🔶 Можно, только на ранних этапах развития культуры, а также на пропашных культурах, когда рядки не сомкнулись, а поле зеленое уже.

🔶 После смыкания рядков культуры – уже не определить, но в конце вегетации - снова да. Культура засыхает, NDVI падает, а сорняки (многолетние) вовсю вегетируют, NDVI высокий (в пятнах засоренности).

🔶 Однако ЭПВ по конкретному сорняку посчитать по NDVI не получится.

• Эффективно (точечно) применить азотные, фосфорные, калийные удобрения без агрохимического анализа?

🔷 По NDVI можно сформировать однородные по качеству участки поля, определить зоны, более-менее равномерные внутри, и отличающиеся друг от друга. И уж в этих зонах брать почву на анализ, и вносить согласно результатам анализа и с учетом планируемой урожайности. Так что NDVI помогает определить зоны, но не помогает определять дозы удобрений.

• Помогает ли он при идентификации болезней и вредителей своевременно?

🔶 Своевременная идентификация вредителей и болезней проводится в сроки, когда на растениях почти не видно явных повреждений. Так, для насекомых в тот момент, когда наступает фаза повреждения, заметная простым глазом, обработку инсектицидами уже поздно проводить.

• Например, капустную моль начинают обрабатывать инсектицидами при численности 1-2 гусеницы младшего возраста на растениях.

• Повреждения шведской мухой на зерновых культурах вообще можно заметить только по выпадению растений.

• Для болезней на зерновых культурах началом проведения защитных мероприятий считается, например, - для мучнистой росы развитие болезни 5-8% в фазу выхода в трубку или 10% в фазу колошения, для бурой листовой ржавчины – соответственно – 1-3% и 5%, а септориоза – 5% в колошение и 10% в фазу флаг-листа.

🔶 Такие повреждения можно заметить только в поле, и то если очень внимательно рассматривать растения.

🔶 Но тут на помощь приходят и другие данные - прогноз развития болезней и вредителей по сложившимся метеоусловиям ( NDVI для контроля наступления фенофаз).

• Где конкретно индекс NDVI полезен в работе агронома, а где бесполезен?

🔷 На культурах сплошного сева индекс помогает быстрее и четче узнать о наличии какой-то проблемы, показывает на какие участки уделить более пристальное внимание. Обычный снимок не уловит часто оттенки зеленого. А вот NDVI может поймать.

🔷 Но не выходит сделать по результатам облета таблицу, которую можно принести агроному и сказать - тут у тебя не досеяли, тут недовнесли, тут высокое засорение. Снимок надо внимательно изучить человеку, который понимает агрономическую кухню.

🔷 Так что это хороший инструмент дополнительный, но не основной. На культурах пропашных в первые фазы роста индекс обусловлен фоном земли. Пока растения затянут почву - уже ничего не сделаешь.

🔷 Количество вносимых удобрений, агрохимобследование, наличие вредителей и болезней определить с помощью этого индекса не представится возможным из- за большой доли получаемой погрешности, это все равно, что гадать на пальцах. Здесь только мониторинг агрономом поля, оценка текущей ситуации и принятие решения по конкретной ситуации.

• «Талант агронома ничем не заменить. NDVI для хорошего агронома – это подспорье, а для плохого агронома – бесполезный инструмент».