Jak používat NDVI k analýze polí

Jednoduše řečeno, vysvětlíme, co je vegetační index NDVI a jak ho používat při analýze vašich polí.

Jak světlo odhaluje zdraví rostlin

NDVI (Normalizovaný diferenční vegetační index) je numerický ukazatel kvality a kvantity vegetace na poli. Vypočítává se pomocí satelitních snímků a závisí na tom, jak rostliny odrážejí a absorbují světelné vlny různých délek.

Například rostliny jsou pro naše oči zelené, protože pigment chlorofyl dobře odráží zelené vlny. Chlorofyl také absorbuje červené vlny: díky tomu dochází k fotosyntéze, tj. kultura roste a vyvíjí se. A buněčná struktura rostliny odráží blízké infračervené vlny. Ukazuje se, že zdravá rostlina, která má hodně chlorofylu a dobrou buněčnou strukturu, aktivně absorbuje červené světlo a odráží blízké infračervené záření. Nemocná rostlina je přesně naopak.

Abyste pochopili zdravotní stav rostliny, musíte vypočítat poměr mezi rozdílem intenzit odraženého světla v červeném (Red) a infračerveném (Nir) rozsahu a jejich součtem. Toto je NDVI.

Index se „normalizoval“ v roce 1973, kdy skupina vědců z Texas A&M University začala počítat nejen poměr infračerveného světla k červenému, ale i poměr jejich rozdílu k součtu. To umožnilo všechny hodnoty indexu uvést do rozsahu od -1 do 1, tj. „normalizovat“ pro snadnější vzájemné srovnání. Hodnoty NDVI od -1 do 0 jsou neživé objekty a infrastruktura – sníh, voda, písek, kameny, domy, silnice atd. Hodnoty pro rostliny jsou v rozsahu od 0 do 1.

Co vám NDVI může říct v různých fázích sezóny

Je důležité si uvědomit, že NDVI je indikátor zdraví rostlin, který nic neříká o příčinách konkrétní situace. Je to spíše nápověda o tom, co se děje na poli. Zvažme tři scénáře použití vegetačního indexu NDVI – na začátku, uprostřed a na konci zemědělské sezóny.

Na začátku sezóny Index NDVI lze použít k pochopení toho, jak rostlina přezimovala. Logika je zpravidla následující:

Pokud NDVI pod 0,15 — pravděpodobně všechny rostliny na pozemku uhynuly. Tyto ukazatele obvykle odpovídají zorané půdě bez vegetace.

0,15-0,2 — je také nízký ukazatel. To může naznačovat, že rostliny vstoupily do zimy v rané fenologické fázi, před odnožováním.

0,2-0,3 — relativně dobrý ukazatel. Rostliny pravděpodobně dosáhly fáze odnožování a obnovují vegetaci.

0,3-0,5 — dobrý ukazatel. Mějte na paměti, že vysoké hodnoty NDVI mohou naznačovat, že rostliny přešly do hibernace v pozdní fázi vývoje. Pokud byl satelitní snímek pořízen před obnovením vegetace, bude nutné po zahájení období růstu a vývoje rostlin znovu analyzovat stav lokality.

Nad 0,5 – abnormální ukazatel po zimování. Je lepší tuto oblast zkontrolovat sami.

Závěr je tento: pokud vidíte abnormální hodnoty NDVI, tedy takové, které se výrazně liší od ukazatelů celého pole, pak je třeba tuto oblast zkontrolovat. NDVI pro svá pole si můžete zjistit, sledovat je a zanechávat poznámky zdarma – pomocí mobilní aplikace OneSoil Scouting nebo webové aplikace OneSoil. Za bezmračného počasí se snímky aktualizují každé 3–5 dní.

Takto se NDVI zobrazuje na webové platformě OneSoil
a skutečný stav rostlin na poli

Střední sezóna Index NDVI lze použít k pochopení vývoje rostlin na poli. Pokud jsou hodnoty indexu průměrné a vysoké (0,5–0,85), pak je s největší pravděpodobností v oblasti vše v pořádku. Pokud je index nízký, zdá se, že rostlinám v oblasti něco chybí, například vláha nebo živiny. Je lepší si takovou oblast zkontrolovat sami.

Na základě indexu NDVI, reliéfu a dalších ukazatelů vytváříme mapy pro diferencovanou aplikaci dusíkatých hnojiv. Identifikujeme zóny s vysokou, střední a nízkou produktivitou a následně si zemědělec samostatně stanoví dávku hnojiva. Optimální schéma aplikace dusíku je podle našich zkušeností následující:

Pokud je index vegetace na lokalitě vysoký, pak by se dávka hnojiva měla snížit o 10-30 % průměrné dávky.

Jestliže průměrný, pak jej zvyšte maximálně o 20-25 % průměrné normy.
Jestliže nízký, pak je nejprve třeba zjistit důvod špatného stavu lokality.

Index NDVI také používáme k modelování relativního výnosu pole. Na základě těchto informací vytváříme mapy pro diferencovaný výsev a hnojení.

Na konci sezóny Index NDVI lze použít k určení, která pole jsou připravena ke sklizni – čím nižší je index, tím blíže je daná část pole zralosti. Optimální hodnota indexu je v tomto případě pod 0,25.

Výhody a nevýhody NDVI

Existuje mnoho vegetačních indexů, které jsou si do značné míry podobné. NDVI je však nejoblíbenější a nejrozšířenější a má také jednu důležitou výhodu: vysoké rozlišení obrazu, pokud se používají data ze satelitu Sentinel-2. V tomto případě se k výpočtu indexu NDVI používají kanály s rozlišením 10 metrů – tj. 1 pixel je 10 x 10 metrů. Indexy, které používají další světelné kanály (hlavně ty extrémně červené), mají rozlišení 20 metrů – tj. 1 pixel je 20 x 20 metrů. V OneSoil používáme pouze vesmírné snímky ze satelitu Sentinel-2, které poskytuje program Copernicus.

Jednou z nevýhod NDVI je, že když je dosaženo určitého prahu vývoje rostliny, index ztrácí citlivost. Jinými slovy, pokud se rostlina vyvíjí velmi aktivně, pak NDVI nelze použít k rozlišení abnormálně zelené rostliny od „normální“ zelené. A stejně jako u všech ostatních indexů závisí jejich přesnost na počasí: pokud se nad polem dlouho zatahují mraky, satelitní snímek bude nepřesný. Proto k řešení některých problémů – například k rozpoznávání plodin – v OneSoil používáme radarové snímkování ze satelitu Sentintel-1.