Análisis del crecimiento del terreno y evaluación de anomalías basados ​​en imágenes de teledetección de series temporales.

Antecedentes del caso

En Lanzhou, provincia de Gansu, algunas parcelas de tierra recientemente recuperadas en la Nueva Área de Lanzhou mostraron diferencias significativas en el rendimiento durante el cuarto trimestre de 2024. Algunas parcelas presentaron un crecimiento considerablemente menor, a pesar de que la variedad, la densidad de siembra, la pendiente y la fuente de agua de riego eran las mismas. Por lo tanto, la granja espera utilizar la teledetección para analizar el crecimiento de las diferentes parcelas y evaluar las razones de estas diferencias, con el fin de mejorar la gestión posterior.

Este terreno se ubica en la parte oriental de la Nueva Área de Lanzhou y abarca una superficie aproximada de 2900 mu (unas 193 hectáreas). Tras su nivelación, se acondicionarán las terrazas y se sembrará maíz a partir de la temporada de 2024. Los periodos fenológicos específicos son los siguientes:

Métodos de seguimiento y evaluación

Para el análisis comparativo, se seleccionaron tres parcelas: la parcela 1 era la que presentaba anomalías, la parcela 2 era otra parcela de reciente construcción en dirección sureste, y la parcela 3 era un terreno que había sido cultivado durante muchos años por un pueblo cercano.

El análisis de series temporales del índice de vegetación se realizó utilizando datos de teledetección de múltiples fuentes, abarcando desde principios de 2023, antes de la nivelación del terreno, hasta finales de 2024, después de la plantación.

Basándose en los periodos fenológicos extraídos de las curvas de cambio del índice de vegetación, se determinó que el cultivo plantado en las tres parcelas era maíz.

Al comparar áreas con diferencias significativas en el crecimiento, se evalúa si dichas diferencias presentan características de distribución espacial. Asimismo, a partir de parcelas de referencia, se evalúa la intensidad de las diferencias de crecimiento. Se combinan las condiciones meteorológicas, edáficas y otras variables para un análisis integral que permita determinar las causas de las diferencias de crecimiento.

Resultados de la evaluación

Figura 1. Distribución del índice de vegetación antes de la nivelación del terreno.

Figura 2. Distribución del índice de vegetación después de la nivelación del terreno.

La Figura 1 es un mapa compuesto que muestra los valores máximos de NDVI durante la temporada de cultivo antes de la nivelación del terreno en 2023. La Figura 1 muestra que el área era montañosa antes de la recuperación de tierras, y los cultivos se plantaron en parcelas planas a ambos lados de la carretera, y los cultivos crecieron normalmente (área azul en la figura).

La Figura 2 muestra el mapa de distribución del índice de vegetación tras la nivelación del terreno en 2024. Se observa un cambio significativo en el tipo de cobertura vegetal, con grandes áreas recuperadas para uso agrícola. La parcela de estudio se ubica en la parte central de la región y no difiere significativamente de las áreas circundantes en cuanto a topografía y pendiente, pero el crecimiento de la vegetación es notablemente escaso y está distribuido de forma desigual. Asimismo, la distribución del crecimiento de la vegetación presenta características espaciales evidentes, con diferencias significativas entre las parcelas.

Teniendo en cuenta que todas las parcelas fueron divididas artificialmente y se plantaron por primera vez, que los planes de manejo fueron los mismos y que los períodos fenológicos fueron similares, se descartaron las diferencias entre las parcelas debidas a las labores agrícolas.

Al comparar la distribución de las tierras de cultivo antes y después de la recuperación, se observó que las nuevas tierras de cultivo con mejor crecimiento tras la recuperación presentan cierta similitud en la distribución espacial con las antiguas tierras de cultivo anteriores a la recuperación, es decir, se extienden de noroeste a sureste, y las nuevas parcelas de cultivo cercanas a las antiguas tierras de cultivo generalmente presentan un mejor crecimiento que otras parcelas.

Figura 3. Series temporales del índice de vegetación promedio para diferentes parcelas.

(Las curvas moradas y azules representan parcelas de terreno de reciente construcción, mientras que las curvas verdes representan parcelas que han sido cultivadas durante muchos años).

Figura 4. Mapa de distribución de diferentes parcelas

Al combinar las figuras 3 y 4, se observó que las parcelas recién construidas presentaban un crecimiento inferior al de las parcelas de referencia, lo que permitió determinar que el problema radicaba en el suelo. Tras comunicarse con el personal de la finca, se comprendieron los métodos de nivelación y cobertura del terreno: el suelo se cubrió in situ, utilizando el suelo original de la finca las zonas de mejor crecimiento, la capa superficial del suelo las parcelas con crecimiento medio y el subsuelo resultante de la nivelación para las zonas de peor crecimiento.

Mediante actividades agrícolas humanas a largo plazo, medidas como el laboreo y la fertilización han incrementado la materia orgánica del suelo, mejorado su estructura y aumentado su fertilidad. Simultáneamente, la actividad microbiana también promueve el proceso de maduración del suelo. Sin embargo, el suelo crudo, formado principalmente por rocas erosionadas y material parental depositado, suele tener una estructura y fertilidad deficientes, careciendo de materia orgánica y nutrientes. En condiciones naturales, el proceso de maduración del suelo crudo es muy lento.

Por lo tanto, se determinó que la causa de la diferencia en el crecimiento eran las condiciones del suelo. Si bien la fertilidad del suelo virgen es baja, puede transformarse gradualmente en suelo maduro mediante medidas de mejora y fertilización, lo que optimiza la eficiencia del uso de la tierra. Sin embargo, este proceso de mejora requiere una inversión significativa de recursos humanos y materiales.

A partir del mapa de distribución del índice de vegetación, es posible distinguir con precisión entre las áreas cubiertas por la capa superficial y el subsuelo, y estimar la proporción de ambos en función del valor relativo del índice de vegetación. Esto permite crear planes de mejora del suelo con diferentes gradientes para distintas áreas, implementando operaciones variables para la mejora del suelo y ahorrando costos de insumos agrícolas.

Además, la teledetección puede utilizarse para monitorear continuamente el crecimiento de los cultivos, evaluar la efectividad de la mejora del suelo y ajustar el esquema variable y el área de implementación año tras año para lograr una gestión científica y una utilización sostenible de los recursos de las tierras agrícolas.