Analisis pertumbuhan lahan dan penilaian anomali berdasarkan citra penginderaan jauh deret waktu.

Latar Belakang Kasus

Di Lanzhou, Provinsi Gansu, beberapa lahan reklamasi baru di Kawasan Baru Lanzhou menunjukkan perbedaan hasil panen yang signifikan pada kuartal keempat tahun 2024, dengan beberapa lahan menunjukkan pertumbuhan yang jauh lebih buruk, meskipun varietas, tingkat penanaman, kemiringan, dan sumber air irigasi semuanya sama. Oleh karena itu, pihak pertanian berharap dapat menggunakan penginderaan jauh untuk menganalisis pertumbuhan lahan yang berbeda dan menilai alasan perbedaan pertumbuhan tersebut guna melakukan perbaikan dalam pengelolaan selanjutnya.

Lahan ini terletak di bagian timur Kawasan Baru Lanzhou, meliputi area seluas kurang lebih 2.900 mu (sekitar 193 hektar). Setelah diratakan, lahan akan dibuat teras, dan jagung akan ditanam di sana, dimulai pada musim tanam 2024. Periode fenologi spesifiknya adalah sebagai berikut:

Metode pemantauan dan evaluasi

Untuk analisis perbandingan, tiga petak lahan dipilih: Petak 1 adalah petak lahan yang menunjukkan anomali, Petak 2 adalah petak lahan baru lainnya yang dibangun di arah tenggara, dan Petak 3 adalah petak lahan yang telah digarap selama bertahun-tahun oleh sebuah desa di dekatnya.

Analisis deret waktu indeks vegetasi dilakukan menggunakan data penginderaan jauh multi-sumber, dengan data yang mencakup periode dari awal tahun 2023 sebelum perataan lahan hingga akhir tahun 2024 setelah penanaman.

Berdasarkan periode fenologis yang diekstrak dari kurva perubahan indeks vegetasi, ditentukan bahwa tanaman yang ditanam di ketiga petak tersebut adalah jagung.

Dengan membandingkan area-area dengan perbedaan pertumbuhan yang signifikan, nilai apakah perbedaan pertumbuhan tersebut memiliki karakteristik distribusi spasial. Pada saat yang sama, berdasarkan plot referensi, nilai intensitas perbedaan pertumbuhan tersebut. Gabungkan kondisi meteorologi, tanah, dan kondisi lainnya untuk analisis komprehensif guna menentukan penyebab perbedaan pertumbuhan tersebut.

Hasil evaluasi

Gambar 1. Distribusi indeks vegetasi sebelum perataan lahan

Gambar 2. Distribusi indeks vegetasi setelah perataan lahan

Gambar 1 adalah peta komposit yang menunjukkan nilai NDVI maksimum selama musim tanam sebelum perataan lahan pada tahun 2023. Gambar 1 menunjukkan bahwa area tersebut bergunung-gunung sebelum reklamasi, dan tanaman ditanam di lahan datar di kedua sisi jalan, dan tanaman tumbuh normal (area biru pada gambar).

Gambar 2 menunjukkan peta distribusi indeks vegetasi setelah perataan lahan pada tahun 2024. Terlihat bahwa tipe tutupan lahan telah berubah secara signifikan, dengan area yang luas direklamasi menjadi lahan pertanian. Petak sasaran terletak di bagian tengah wilayah dan tidak berbeda secara signifikan dari daerah sekitarnya dalam hal topografi dan kemiringan, tetapi pertumbuhan vegetasinya sangat buruk dan tidak merata. Pada saat yang sama, distribusi pertumbuhan vegetasi memiliki karakteristik spasial yang jelas, dengan perbedaan yang signifikan antar petak.

Mengingat bahwa semua petak dibagi secara artifisial dan ditanami untuk pertama kalinya, serta rencana pengelolaannya sama dan periode fenologisnya serupa, perbedaan antar petak akibat operasi pertanian dapat dikesampingkan.

Dengan membandingkan persebaran lahan pertanian sebelum dan sesudah reklamasi, ditemukan bahwa lahan pertanian baru dengan pertumbuhan yang lebih baik setelah reklamasi memiliki kesamaan tertentu dalam persebaran spasial dengan lahan pertanian lama sebelum reklamasi, yaitu membentang dari barat laut ke tenggara, dan petak lahan pertanian baru yang berdekatan dengan lahan pertanian lama umumnya memiliki pertumbuhan yang lebih baik daripada petak lainnya.

Gambar 3. Deret waktu indeks vegetasi rata-rata untuk berbagai petak.

(Garis lengkung ungu dan biru mewakili lahan yang baru dibangun, sedangkan garis lengkung hijau mewakili lahan yang telah digarap selama bertahun-tahun.)

Gambar 4. Peta persebaran berbagai lahan.

Dengan menggabungkan Gambar 3 dan 4, ditemukan bahwa lahan yang baru dibangun tumbuh lebih buruk daripada lahan referensi, sehingga pada dasarnya disimpulkan bahwa masalahnya terletak pada tanah. Setelah berkomunikasi lebih lanjut dengan personel pengelola pertanian, metode perataan dan penutupan lahan dipahami: tanah pada dasarnya ditutup di tempat, dengan area pertumbuhan terbaik menggunakan tanah pertanian asli, lahan lain dengan pertumbuhan rata-rata juga menggunakan lapisan tanah atas untuk penutupan, dan area pertumbuhan terburuk menggunakan lapisan tanah bawah dari perataan lahan.

Melalui aktivitas produksi pertanian manusia jangka panjang, tindakan seperti pengolahan tanah dan pemupukan telah meningkatkan bahan organik dalam tanah, memperbaiki strukturnya, dan meningkatkan kesuburannya. Secara bersamaan, aktivitas mikroba juga mendorong proses pematangan tanah. Namun, tanah mentah, yang sebagian besar terbentuk dari batuan lapuk dan material induk yang diendapkan, biasanya memiliki struktur dan kesuburan yang buruk, kekurangan bahan organik dan nutrisi. Dalam kondisi alami, proses pematangan tanah mentah sangat lambat.

Oleh karena itu, penyebab perbedaan pertumbuhan tersebut ditentukan sebagai kondisi tanah. Meskipun kesuburan tanah mentah rendah, tanah tersebut dapat secara bertahap diubah menjadi tanah yang subur melalui tindakan perbaikan dan pemupukan, sehingga meningkatkan efisiensi penggunaan lahan. Namun, proses perbaikan ini membutuhkan investasi sumber daya manusia dan material yang signifikan.

Berdasarkan peta distribusi indeks vegetasi, dimungkinkan untuk membedakan secara akurat antara area yang tertutup lapisan tanah atas dan lapisan tanah bawah, serta memperkirakan rasio pencampuran lapisan tanah bawah dan lapisan tanah atas pada saat itu berdasarkan nilai relatif indeks vegetasi. Hal ini memungkinkan pembuatan rencana perbaikan tanah dengan gradien berbeda untuk area yang berbeda, mewujudkan operasi perbaikan tanah yang bervariasi dan menghemat biaya input pertanian.

Selain itu, penginderaan jauh dapat digunakan untuk memantau pertumbuhan tanaman secara terus menerus, menilai efektivitas perbaikan tanah, dan menyesuaikan skema variabel serta area implementasi dari tahun ke tahun untuk mencapai pengelolaan ilmiah dan pemanfaatan sumber daya lahan pertanian secara berkelanjutan.