پایش خشکی کشاورزی در مقیاس مزرعه مبتنی بر تصاویر دورسنجی مایکروویو رطوبت خاک

آب و خاک

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 30 فروردین 1401  

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2022.73711.1118

نویسندگان

محمد فشائی ¹؛ سیدحسین ثنائی نژاد¹؛ مرجان قوچانیان²

¹گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

²مشهدگروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

وقوع خشکسالی در کشاورزی صرفا با اندازهگیری تغییرات بارش قابل رصد نیست بلکه متغیرهای دیگری همچون رطوبت خاک نیز در آن نقش دارند. در میان روشهای مختلف دورسنجی، طیف الکترومغناطیس مایکروویو محدودیت‏های فیزیکی سایر امواج رادیومتری در اندازه‏گیری رطوبت خاک را ندارد. با این تفاوت که داده‏های مایکروویو رطوبت خاک غالبا دارای ابعاد پیکسل بسیار بزرگ (بیش از 10 کیلومتر) هستند و این موضوع کاربرد آنها در مقیاس‏های کوچک را با مشکل مواجه می‏سازد. در این پژوهش به منظور محاسبه شاخص خشکی کشاورزی در مقیاس مزرعه، ابتدا با استفاده از داده‏های اندازه‏گیری میدانی رطوبت در محدوده دشت نیشابور طی سال‏های 1396 تا 1398، واسنجی داده‏های بازیابی رطوبت خاک سنجنده AMSR2 انجام شد. سپس با کمک تصاویر سنجنده مودیس روابط خطی ریزمقیاس نمایی تصاویر رطوبت خاک استخراج شده و ابعاد تصویر از 25 کیلومتر به 1000 متر کاهش یافت. در گام بعدی از شاخص خشکی کشاورزی SMADI که تلفیقی از خصوصیات پوشش گیاهی، رطوبت خاک و دمای سطح زمین است برای پایش خشکی کشاورزی در مقیاس مزرعه استفاده شد. به منظور ارزیابی نتایج، شاخص‏های آماری ضریب تعیین (R^2)، میانگین قدرمطلق خطا (MAE) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) در سه کاربری اراضی منتخب شامل زراعت دیم (R1)، مرتع متوسط (R2) و مرتع فقیر (R3) بررسی شد. شاخص‌های MAE و RMSE در بازه 1.6 تا 4 و شاخص R^2 در بازه 0.73 تا 0.84 قرار گرفت. نتایج نشان داد که الگوریتم استفاده شده در ریزمقیاس نمایی و همچنین برآورد شاخص خشکی کشاورزی SMADI به خوبی قادر به بازتاب اندرکنش‏های بین بارش، رطوبت خاک، پوشش گیاهی و تغییرات پروفیل دمایی کانوپی است و این ویژگی کاربرد آن را در تحلیل‏های هواشناسی کشاورزی توجیه و تقویت می‏کند.

کلیدواژه‌ها

دمای سطح زمین؛ مایکروویو غیرفعال؛ AMSR2؛ ریزمقیاس نمایی؛ کمبود آب گیاه