تحليل نمو الأراضي وتقييم الشذوذات بناءً على صور الاستشعار عن بعد المتسلسلة زمنياً

خلفية القضية

في مدينة لانتشو بمقاطعة قانسو، أظهرت بعض قطع الأراضي المستصلحة حديثًا في منطقة لانتشو الجديدة اختلافاتٍ ملحوظة في المحصول خلال الربع الأخير من عام 2024، حيث شهدت بعض القطع نموًا أضعف بكثير، على الرغم من تطابق الصنف ومعدل البذر والانحدار ومصدر مياه الري. ولذلك، تأمل المزرعة في استخدام تقنيات الاستشعار عن بُعد لتحليل نمو القطع المختلفة وتقييم أسباب هذا التباين بهدف تحسين الإدارة اللاحقة.

تقع هذه الأرض في الجزء الشرقي من منطقة لانتشو الجديدة، وتغطي مساحة تقارب 2900 مو (حوالي 193 هكتارًا). بعد تسويتها، سيتم تحويلها إلى مدرجات زراعية، وسيُزرع فيها الذرة بدءًا من موسم 2024. وفيما يلي المراحل الفينولوجية المحددة:

أساليب الرصد والتقييم

ولإجراء التحليل المقارن، تم اختيار ثلاث قطع أرض: القطعة رقم 1 هي القطعة التي أظهرت تشوهات، والقطعة رقم 2 هي قطعة أرض أخرى تم بناؤها حديثًا في الاتجاه الجنوبي الشرقي، والقطعة رقم 3 هي قطعة أرض تمت زراعتها لسنوات عديدة من قبل قرية مجاورة.

تم إجراء تحليل السلاسل الزمنية لمؤشر الغطاء النباتي باستخدام بيانات الاستشعار عن بعد متعددة المصادر، حيث تمتد البيانات من بداية عام 2023 قبل تسوية الأرض إلى نهاية عام 2024 بعد الزراعة.

وبناءً على الفترات الفينولوجية المستخرجة من منحنيات تغير مؤشر الغطاء النباتي، تم تحديد أن المحصول المزروع في القطع الثلاث كان الذرة.

بمقارنة المناطق ذات الاختلافات الملحوظة في النمو، يتم تقييم ما إذا كانت هذه الاختلافات تتسم بخصائص توزيع مكاني. وفي الوقت نفسه، وبالاستناد إلى قطع أرضية مرجعية، يتم تقييم شدة هذه الاختلافات. يُجرى تحليل شامل يجمع بين الظروف المناخية والتربة وغيرها لتحديد أسباب هذه الاختلافات.

نتائج التقييم

الشكل 1. توزيع مؤشر الغطاء النباتي قبل تسوية الأرض

الشكل 2. توزيع مؤشر الغطاء النباتي بعد تسوية الأرض

الشكل 1 عبارة عن خريطة مركبة توضح قيم NDVI القصوى خلال موسم النمو قبل تسوية الأرض في عام 2023. يوضح الشكل 1 أن المنطقة كانت جبلية قبل الاستصلاح، وتم زراعة المحاصيل على قطع أرض مسطحة على جانبي الطريق، وكانت المحاصيل تنمو بشكل طبيعي (المنطقة الزرقاء في الشكل).

يوضح الشكل 2 خريطة توزيع مؤشر الغطاء النباتي بعد تسوية الأرض في عام 2024. ويتضح أن نوع الغطاء الأرضي قد تغير بشكل ملحوظ، حيث تم استصلاح مساحات واسعة وتحويلها إلى أراضٍ زراعية. تقع قطعة الأرض المستهدفة في الجزء الأوسط من المنطقة، ولا تختلف اختلافًا كبيرًا عن المناطق المحيطة بها من حيث التضاريس والانحدار، إلا أن نمو الغطاء النباتي فيها ضعيف بشكل ملحوظ وغير متجانس. في الوقت نفسه، يتميز توزيع نمو الغطاء النباتي بخصائص مكانية واضحة، مع وجود اختلافات كبيرة بين قطع الأراضي.

وبالنظر إلى أن جميع قطع الأرض تم تقسيمها بشكل مصطنع وتم زراعتها لأول مرة، وأن خطط الإدارة كانت جميعها متشابهة وأن الفترات الفينولوجية كانت متشابهة، فقد تم استبعاد الاختلافات بين قطع الأرض بسبب العمليات الزراعية.

من خلال مقارنة توزيع الأراضي الزراعية قبل وبعد الاستصلاح، تبين أن الأراضي الزراعية الجديدة ذات النمو الأفضل بعد الاستصلاح لها تشابه معين في التوزيع المكاني مع الأراضي الزراعية القديمة قبل الاستصلاح، أي أنها تمتد من الشمال الغربي إلى الجنوب الشرقي، وأن قطع الأراضي الزراعية الجديدة القريبة من الأراضي الزراعية القديمة تتمتع عمومًا بنمو أفضل من القطع الأخرى.

الشكل 3. السلاسل الزمنية لمتوسط ​​مؤشر الغطاء النباتي لقطع أرض مختلفة

(تمثل المنحنيات الأرجوانية والزرقاء قطع الأراضي المبنية حديثًا، بينما تمثل المنحنيات الخضراء قطع الأراضي التي تمت زراعتها لسنوات عديدة.)

الشكل 4. خريطة توزيع قطع الأراضي المختلفة

بدمج الشكلين 3 و4، تبيّن أن قطع الأراضي المُنشأة حديثًا كانت تنمو بشكل أسوأ من قطع الأراضي المرجعية، ما رجّح أن المشكلة تكمن في التربة. وبعد مزيد من التواصل مع القائمين على إنشاء المزرعة، تم فهم أساليب تسوية الأرض وتغطيتها: حيث غُطيت التربة في مكانها، واستُخدمت تربة الأرض الزراعية الأصلية في المناطق ذات النمو الأفضل، بينما استُخدمت التربة السطحية في قطع الأراضي الأخرى ذات النمو المتوسط، أما المناطق ذات النمو الأسوأ فاستُخدمت فيها التربة التحتية الناتجة عن تسوية الأرض.

من خلال أنشطة الإنتاج الزراعي البشري طويلة الأمد، ساهمت إجراءات مثل الحراثة والتسميد في زيادة المادة العضوية في التربة، وتحسين بنيتها، وتعزيز خصوبتها. وفي الوقت نفسه، يعزز النشاط الميكروبي عملية نضج التربة. ومع ذلك، فإن التربة الخام، المتكونة أساسًا من الصخور المتجوّية والمواد الأم المترسبة، عادةً ما تكون ذات بنية ضعيفة وخصوبة منخفضة، وتفتقر إلى المادة العضوية والمغذيات. وفي الظروف الطبيعية، تكون عملية نضج التربة الخام بطيئة للغاية.

لذا، تبيّن أن سبب اختلاف النمو هو حالة التربة. ورغم انخفاض خصوبة التربة الخام، إلا أنه يمكن تحويلها تدريجياً إلى تربة ناضجة من خلال تحسينها وتسميدها، مما يُحسّن كفاءة استخدام الأراضي. مع ذلك، تتطلب عملية التحسين هذه استثماراً كبيراً في الموارد البشرية والمادية.

استنادًا إلى خريطة توزيع مؤشر الغطاء النباتي، يُمكن التمييز بدقة بين المناطق المغطاة بالتربة السطحية والتربة التحتية، وتقدير نسبة اختلاط التربة التحتية والسطحية في ذلك الوقت بناءً على القيمة النسبية لمؤشر الغطاء النباتي. وهذا يُتيح وضع خطط لتحسين التربة بدرجات متفاوتة لمناطق مختلفة، مما يُتيح تنفيذ عمليات متنوعة لتحسين التربة وتوفير تكاليف المدخلات الزراعية.

علاوة على ذلك، يمكن استخدام الاستشعار عن بعد لمراقبة نمو المحاصيل بشكل مستمر، وتقييم فعالية تحسين التربة، وتعديل المخطط المتغير ومنطقة التنفيذ عامًا بعد عام لتحقيق الإدارة العلمية والاستخدام المستدام لموارد الأراضي الزراعية.