تطبيق تقنية التصوير الطيفي الفائق في رصد الجفاف الزراعي

الجفاف كارثة طبيعية محتملة طويلة الأمد، تتسم بنقص حاد وغير طبيعي في المياه. وله تأثير بالغ على الاقتصاد والبيئة، ولا سيما الإنتاج الزراعي. لذا، يُعدّ رصد حالة المياه في المحاصيل والمؤشرات الفسيولوجية المرتبطة بها أمراً بالغ الأهمية لتحسين غلة المحاصيل وترشيد استخدام موارد المياه.

مؤشر الجفاف الشائع

تُعدّ مؤشرات الجفاف من أهمّ المؤشرات لقياس شدّة الجفاف. ومن المؤشرات الشائعة الاستخدام: مؤشر الغطاء النباتي الطبيعي (NDVI)، ومؤشر الماء الطبيعي (NDWI)، ومؤشر جفاف التربة (TVDI). يعكس مؤشر NDVI حالة نموّ الغطاء النباتي من خلال حساب انعكاس الضوء عن سطح الأرض، ويمكنه أن يعكس بدقة درجة الجفاف. أما مؤشر NDWI، فيعكس حالة الرطوبة من خلال حساب نسبة انعكاس الضوء عن المسطحات المائية والغطاء النباتي، ويمكن استخدامه لرصد محتوى رطوبة التربة السطحية. بينما يعكس مؤشر TVDI درجة الجفاف من خلال قياس الفرق بين درجة حرارة سطح الأرض ودرجة حرارة الغطاء النباتي.

ومن بين هذه المؤشرات، تعتبر رطوبة التربة ونمو النباتات أهم المؤشرات المباشرة للجفاف، كما أن تفسير الخصائص الطيفية للنباتات والتربة عامل مهم في الحكم على درجة الجفاف.

مؤشر الجفاف الشائع

يمكن أن يؤدي الجفاف إلى تغيير الغطاء الأرضي، ورطوبة التربة، وخشونة السطح، مما يؤثر على تبادل الطاقة والمياه بين النباتات والتربة والغلاف الجوي. لذا، فإن التغيرات في العوامل الفيزيائية الحيوية الأساسية (مثل مؤشر الغطاء النباتي، والبياض، ودرجة حرارة سطح الأرض) قد تؤثر على توازن الإشعاع والحرارة والرطوبة للسطح. عمومًا، كلما اشتد الجفاف، انخفض مؤشر الغطاء النباتي (NDVI)، وارتفع البياض ودرجة حرارة السطح. حتى لو بقيت العوامل الأخرى مستقرة نسبيًا، فإن رطوبة التربة ستنخفض. ويمكن استخدام مؤشر الجفاف الرأسي (PDI) لرصد حدوث الجفاف.

شركة تشونغكه شيغوانغ للفضاء - مراقبة جفاف المحاصيل

باستخدام الطائرات المسيّرة لجمع بيانات الضوء المرئي والبيانات متعددة الأطياف، وبعد دمج الصور الجوية وحساب المؤشر، يمكن عرض توزيع المحاصيل في قطع أرض واسعة النطاق بشكل واضح. الشكل 1 هو صورة التقطتها طائرة مسيّرة في 19 مارس 2024، قبل إنبات القمح. الشكل 2 هو خريطة توزيع محتوى الكلوروفيل وفقًا لمؤشر GCI بعد إزالة المباني والطرق. كلما انخفض مؤشر GCI، انخفض الغطاء النباتي، وكلما ارتفع مؤشر GCI، زاد الغطاء النباتي. الشكل 3 هو خريطة توزيع رطوبة سطح التربة العارية. كلما انخفض مؤشر الجفاف الرأسي، زادت رطوبة التربة، وكلما ارتفع مؤشر الجفاف الرأسي، انخفضت رطوبة التربة.

نتائج البحث وتطبيقاته

لقد حققت أساليب رصد الجفاف القائمة على الاستشعار عن بُعد تقدماً ملحوظاً. ومع استمرار تطور وتحسين مؤشرات كل نوع من أنواع المحاصيل، والعناصر الغذائية، وخصائص التربة، يواصل التصوير الطيفي الفائق، الذي توفره أجهزة محمولة منخفضة التكلفة، تقديم بيانات عالية الجودة ودقيقة، ليصبح أداةً بالغة الأهمية للباحثين والمزارعين. وتُبشّر قدرات الرصد المُحسّنة والدورية لهذه الأجهزة بنموذج جديد للكفاءة الزراعية.