Analyse de la croissance des terres et évaluation des anomalies à partir d'images de télédétection en séries temporelles

Contexte de l'affaire

À Lanzhou, dans la province du Gansu, certaines parcelles de terre récemment aménagées dans la nouvelle zone de Lanzhou ont présenté des rendements très variables au quatrième trimestre 2024. Certaines parcelles ont affiché une croissance nettement inférieure, malgré des caractéristiques identiques en termes de variété, de densité de semis, de pente et de source d'irrigation. Par conséquent, l'exploitation agricole souhaite utiliser la télédétection pour analyser la croissance des différentes parcelles et identifier les causes de ces variations, afin d'optimiser les pratiques agricoles futures.

Ce terrain, situé dans la partie orientale de la nouvelle zone de Lanzhou, couvre une superficie d'environ 2 900 mu (environ 193 hectares). Après nivellement, il sera aménagé en terrasses et cultivé en maïs à partir de la saison 2024. Les périodes phénologiques spécifiques sont les suivantes :

méthodes de suivi et d'évaluation

Pour l'analyse comparative, trois parcelles ont été sélectionnées : la parcelle 1 était celle qui présentait des anomalies, la parcelle 2 était une autre parcelle nouvellement construite dans la direction sud-est et la parcelle 3 était une parcelle de terrain cultivée depuis de nombreuses années par un village voisin.

Une analyse de séries temporelles de l'indice de végétation a été réalisée à l'aide de données de télédétection multi-sources, les données couvrant la période allant du début de 2023 avant le nivellement du terrain à la fin de 2024 après la plantation.

D’après les périodes phénologiques extraites des courbes de changement de l’indice de végétation, il a été déterminé que la culture plantée dans les trois parcelles était du maïs.

En comparant les zones présentant des différences de croissance significatives, évaluez si ces différences présentent des caractéristiques de distribution spatiale. Parallèlement, à partir de parcelles de référence, évaluez l'intensité de ces différences. Combinez les conditions météorologiques, pédologiques et autres pour une analyse complète permettant de déterminer les causes de ces différences de croissance.

Résultats de l'évaluation

Figure 1. Répartition de l'indice de végétation avant nivellement du terrain

Figure 2. Répartition de l'indice de végétation après nivellement du terrain

La figure 1 est une carte composite montrant les valeurs maximales de NDVI pendant la saison de croissance avant le nivellement du terrain en 2023. La figure 1 montre que la zone était montagneuse avant la remise en état et que les cultures étaient plantées sur des parcelles plates des deux côtés de la route et que les cultures poussaient normalement (zone bleue sur la figure).

La figure 2 présente la carte de répartition de l'indice de végétation après le nivellement du terrain en 2024. On constate un changement significatif du type de couverture terrestre, avec de vastes superficies converties en terres agricoles. La parcelle d'étude, située au centre de la région, ne présente pas de différences notables de topographie et de pente par rapport aux zones environnantes, mais la végétation y est particulièrement pauvre et inégalement répartie. De plus, la répartition de la végétation présente des caractéristiques spatiales marquées, avec des différences significatives entre les parcelles.

Étant donné que les parcelles avaient toutes été divisées artificiellement et plantées pour la première fois, que les plans de gestion étaient tous identiques et que les périodes phénologiques étaient similaires, les différences entre les parcelles dues aux opérations agricoles ont été exclues.

En comparant la répartition des terres agricoles avant et après leur mise en valeur, on a constaté que les nouvelles terres agricoles présentant une meilleure croissance après leur mise en valeur ont une certaine similitude dans leur répartition spatiale avec les anciennes terres agricoles avant leur mise en valeur, c'est-à-dire qu'elles s'étendent du nord-ouest au sud-est, et que les nouvelles parcelles de terres agricoles proches des anciennes terres agricoles présentent généralement une meilleure croissance que les autres parcelles.

Figure 3. Séries temporelles de l'indice de végétation moyen pour différentes parcelles

(Les courbes violettes et bleues représentent des parcelles de terrain nouvellement aménagées, tandis que les courbes vertes représentent des parcelles cultivées depuis de nombreuses années.)

Figure 4. Carte de répartition des différentes parcelles

En combinant les figures 3 et 4, il est apparu que les parcelles nouvellement aménagées présentaient une croissance inférieure à celle des parcelles témoins. On a donc conclu que le problème provenait du sol. Après des échanges avec le personnel de l'exploitation, les méthodes de nivellement et de couverture des terres ont été comprises : le sol a été recouvert sur place, les zones les plus productives conservant la terre d'origine, les autres parcelles à croissance moyenne étant également recouvertes de terre végétale, et les zones les moins productives utilisant le sous-sol issu du nivellement.

Grâce à des activités agricoles humaines pratiquées sur le long terme, des mesures telles que le labour et la fertilisation ont augmenté la teneur en matière organique du sol, amélioré sa structure et accru sa fertilité. Parallèlement, l'activité microbienne favorise également la maturation du sol. Cependant, les sols bruts, principalement issus de l'altération des roches et du dépôt de matériaux parentaux, présentent généralement une structure et une fertilité médiocres, et sont pauvres en matière organique et en nutriments. Dans des conditions naturelles, la maturation des sols bruts est très lente.

Par conséquent, la différence de croissance s'explique par les conditions du sol. Bien que la fertilité du sol brut soit faible, il est possible de le transformer progressivement en sol mature grâce à des mesures d'amélioration et de fertilisation, ce qui accroît l'efficacité de l'utilisation des terres. Cependant, ce processus d'amélioration exige un investissement important en ressources humaines et matérielles.

À partir de la carte de répartition de l'indice de végétation, il est possible de distinguer précisément les zones couvertes de terre arable et de sous-sol, et d'estimer le rapport de mélange entre ces deux couches à un instant donné, en fonction de la valeur relative de l'indice de végétation. Ceci permet d'élaborer des plans d'amélioration des sols adaptés aux différentes zones, de moduler les interventions et de réduire les coûts des intrants agricoles.

De plus, la télédétection peut être utilisée pour surveiller en continu la croissance des cultures, évaluer l'efficacité de l'amélioration des sols et ajuster d'année en année le schéma variable et la zone de mise en œuvre afin de parvenir à une gestion scientifique et à une utilisation durable des ressources des terres agricoles.