Гиперспектралдык өсүмдүктөр индексине негизделген өсүмдүктөрдүн стрессин талдоо

Өсүмдүктөрдүн атрибуттары, адатта, чагылдыруу спектрлерин бир сандык мааниге же өсүмдүктөр индексине айландыруу менен өлчөнөт. Гиперспектралдык же тар тилкелүү өсүмдүктөр индекстери гиперспектралдык аспаптар менен гана кармала турган тар тилкелүү өсүмдүктөрдүн мүнөздөмөлөрүн жана толкун узундугу жөнүндө маалыматты камтыйт.

Гиперспектралдык өсүмдүктөр индекстери менен аныкталган өсүмдүктөрдүн касиеттерин үч негизги категорияга бөлүүгө болот: 1. Түзүлүшү; 2. Биохимиялык касиеттери; 3. Өсүмдүктөрдүн физиологиясы/стресси.

Өлчөнгөн структуралык касиеттерге өсүмдүктөрдүн каптамасы, жалбырактардын биомассасы, жалбырактардын аянт индекси (ЖАИ), картаюучу жалбырактардын биомассасы жана фотосинтетикалык активдүү нурланууну сиңирүү катышы (ФСР) кирет. Учурда структуралык анализ үчүн колдонулган индекстердин көпчүлүгү кең тилкелүү системаларда курулат, ал эми тар тилкелүү гиперспектралдык индекстер да бар.

Биохимиялык касиеттерге суунун курамы, пигменттер (хлорофилл, каротиноиддер жана антоцианиндер), азотко бай башка аралашмалар (белоктор сыяктуу) жана өсүмдүктүн структуралык материалдары (лигнин жана целлюлоза) кирет. Физиологиялык жана стресс индекстери ксантофиллдин абалындагы, хлорофиллдин курамындагы, флуоресценция эффекттериндеги же жалбырактын нымдуулугундагы стресстен улам пайда болгон өзгөрүүлөр сыяктуу факторлордон келип чыккан майда өзгөрүүлөрдү өлчөө үчүн колдонулат. Жалпысынан алганда, биохимиялык касиеттер жана физиологиялык/стресс индекстери көбүнчө лабораториялык жана талаа аспаптарын өлчөө (спектрдик үлгү алуу интервалдары ≤10 нм) аркылуу түзүлөт жана өтө спецификалык спектрдик мүнөздөмөлөр болуп саналат. Ошондуктан, бул индекстер катуу гиперспектралдык индекстер болуп саналат.

Кең тилкелүү өсүмдүктөр индекстерине салыштырмалуу, гиперспектралдык өсүмдүктөр индекстеринде кең тилкелүү системаларда үлгү алынбаган тилкелер жана белгилүү бир тилке борборлору бар, бул аларга бир кыйла тымызын сиңирүү өзгөчөлүктөрүн аныктоого жана бөлүп алууга, ошону менен өсүмдүктөрдүн мүнөздөмөлөрүн жакшыраак баалоого мүмкүндүк берет.

Чекиттик спектрдик өлчөөлөргө салыштырмалуу, гиперспектралдык сүрөттөр так дыйканчылык үчүн абдан маанилүү болгон мейкиндик өлчөмү жөнүндө маалыматты кошот. Ал так дыйканчылыкта кеңири колдонулган аналитикалык ыкмаларды, мисалы, топурак жана өсүмдүктөрдү кластерлөө, ысык чекиттерди жана четтөөчү анализдерди колдой алат жана өсүмдүктөрдүн атрибуттарын баалоого жардам берүү үчүн ар кандай деңгээлдерде мейкиндик маалыматын киргизе алат. Ал өсүмдүктөрдүн атрибуттарынын мейкиндик бөлүштүрүү схемаларын жана мүнөздөмөлөрүн чекиттен бетке чейин ачып бере алат, бул так дыйканчылыктын инженердик практикасы үчүн күчтүү куралды камсыз кылат.

Методдор жана принциптер

Биз ар кандай гиперспектралдык өсүмдүктөрдүн индекстерин эсептөө үчүн Сиань аймагынын 2025-жылдын 6-апрелинде Сигуан-1 05 спутниги тарабынан тартылган гиперспектралдык сүрөттөрүн колдондук. Индекстерге туура келген структуралык/биохимиялык/физиологиялык көрсөткүчтөрдүн негизинде, биз 2024-2025-жылдардагы сезондо Сианьдагы күздүк буудайдын муундаштыруу этабында түшүмүнүн ден соолугун жана стресстик анализ жүргүздүк жана потенциалдуу стресске дуушар болгон аймактарды аныктадык.

1-сүрөт. Маалыматтарды киргизүү

процесс:

Радиацияны калибрлөө:Көрүнүп турган нурлануу маалыматтарын алуу үчүн баштапкы DN маанисинин маалыматтары радиометриялык калибрлөө коэффициенттерин колдонуу менен радиометриялык түрдө оңдолот.

Атмосфералык коррекция:Беттик чагылдыруу маалыматтарын алуу үчүн 6S моделин колдонуу менен атмосфералык коррекция жүргүзүлдү.

Спектрдик тегиздөө:Беттин чагылдыруу маалыматтарын тегиздөө үчүн Савицкий-Голай (SG) алгоритми колдонулган, бул спектрдик ызы-чууну азайтуу менен бирге кызыл четтин корреляция индексин эсептөөнүн ишенимдүүлүгүн жогорулаткан.

Сүрөттү каттоо:Андан кийин иштетилген маалыматтар базалык картанын негизинде географиялык жактан аныкталат.

Индексти эсептөө:Гиперспектралдык өсүмдүктөр индекси катталган маалыматтар боюнча эсептелген.

Өсүмдүктөр аянтын жаап-жашыруу/участокту бөлүп алуу:Эсептелген жарым-жартылай индекстерди колдонуу менен, өсүмдүктөрдүн аянтынын маскировкасы белгиленген босого ыкмасын колдонуу менен алынган. Сары дарыя бассейниндеги буудай өстүрүлүүчү участоктордун мурда толтурулган вектордук маалыматтар топтому да колдонулган.

Аймактык статистика:Жер участогунун векторунун негизинде ар бир индекс региондор боюнча статистикалык жактан талданат жана статистикалык ыкма орточо маани болуп саналат.

Көп индекстүү комплекстүү талдоо:Статистикалык векторлордун негизинде жана ар кандай индекстер менен көрсөтүлгөн физикалык мааниге кайрылып, айрым кубулуштарды түшүндүрүү үчүн ар кандай индекстердин бөлүштүрүлүшү талданат.

Төмөндөгү таблицада гиперспектралдык өсүмдүктөрдүн индекстери келтирилген, алар структуралык, биохимиялык (пигмент, хлорофилл, антоцианин, каротиноид, суу, лигнин жана целлюлоза, азот) жана физиологиялык (жарыкты колдонуунун натыйжалуулугу, стресс) болуп бөлүнгөн. Ар бир индекс өзүнүн кытайча аталышын, англисче кыскартуусун жана тар тилкелүү чагылдырууга негизделген формуланы камтыйт (Rλ толкун узундугу λ болгон чагылдырууну билдирет, нм менен).

1-таблица. Гиперспектралдык өсүмдүктөрдүн айрым индекстери жана эсептөө формулалары

Натыйжаларды баалоо

Чыныгы түстөгү курама сүрөт - Сигуан-1 05 спутниги (асман дал келүүсү) - 20250406

Ар кандай жер бетиндеги объектилердин чагылдыруу ийри сызыктары - чагылдыруу 10 000 эсе чоңойтулган - Сигуан-1 05 спутниги (Тяньсяньпэй) - 20250406

Нормалдаштырылган айырмачылык өсүмдүктөр индексинин (NDVI) бөлүштүрүү картасы - Сигуан № 1 05 спутниги (Тяньсяньпэйхао) - 20250406

Фотохимиялык чагылдыруу индексинин (PRI) бөлүштүрүү картасы - Сигуан-1 05 спутниги (Тяньсяньпей) - 20250406

Жакшыртылган нормалдаштырылган кызыл четтин индексинин бөлүштүрүү картасы - Сигуан-1 05 спутниги (Тяньсяньпей) - 20250406

Түзүлүшүнө сезгич эмес хлорофилл индексинин (SIPI) таралуу картасы - Сигуан №1 05 спутниги (Тяньсяньпэйхао) - 20250406

Vogelmann Red Edge Index 1VOG1 бөлүштүрүү картасы - Сигуан №1 05 спутниги (Тяньсяньпэйхао) - 20250406

Атмосфералык импеданс өсүмдүктөрүнүн индексинин (ARVI) таралыш картасы - Сигуан-1 05 спутниги (Тяньсяньпэйхао) - 20250406

Антоцианиндин чагылдырылышы 2ARI2 таралышынын картасы - Сигуан-1 05 спутниги (Тяньсяньпей) - 20250406

Каротиноиддердин чагылдыруу индекси 2CAI2 бөлүштүрүү картасы - Сигуан №1 05 спутниги (Тяньсяньпэйхао) - 20250406

Жогоруда айтылган гиперспектралдык өсүмдүктөрдүн индекстеринин көпчүлүгү ар кандай тилкелердин ортосундагы сиңирүү/чагылуу айырмачылыктарына негизделген. Бирок, салттуу кең тилкелүү индекстерге (мисалы, NDVI) салыштырмалуу, алар белгилүү бир пигменттердин концентрациясын жана таралышын сезгичтик менен чагылдыра алат, бул өсүмдүктөрдү классификациялоонун, фенологиялык стадияны аныктоонун, өсүмдүктөрдүн физиологиялык жана биохимиялык индекстеринин инверсиясынын жана өсүмдүктөрдүн стрессин баалоонун тактыгын жогорулатат. Мисалы, күздүк буудай үчүн антоцианиндер акырындык менен жер семирткич стадиясынан бышканга чейин топтолот, ошондуктан өсүмдүктөрдүн учурдагы фенологиялык стадиясын антоцианин индекси менен аныктоого болот. Айлана-чөйрөнүн стрессине дуушар болгондо, антоцианин биосинтезине байланыштуу гендердин (мисалы, CHS, CHI жана F3H) экспрессиясы индукцияланат, бул антоцианиндин курамынын көбөйүшүнө алып келет. Ошол эле учурда, кызыл четтин абалы да кыска толкун узундуктарына карай жылышат. Ошондуктан, комплекстүү стрессти баалоо бир нече фотохимиялык индекстер жана кызыл четтин морфологиясы аркылуу жүргүзүлүшү мүмкүн.

График деңгээлиндеги антоцианиндин чагылдыруу индекси 2ARI2нин таралыш картасы - Сигуан №1 05 спутниги (Тяньсяньпэйхао) - 20250406

Жер тилкесинин деңгээлиндеги кызыл четтин жайгашкан жеринин индекси (REPI) бөлүштүрүү картасы - Сигуан № 1 05 жылдыз (асмандагы дал келүү номери) - 20250406

Жер участокторунун чек ара векторлорун айкалыштыруу менен, жер участокторунун деңгээлиндеги так талдоо жүргүзүүгө болот, ошону менен көйгөйлүү аймактарды жана тиешелүү жер участокторун аныктоого, андан кийин деталдуу статистикалык талдоо жүргүзүүгө болот.

Жергиликтүү Кызыл Чет Өсүмдүктөрүнүн Индексинин (RENDVI) Таралуу Картасы - Сигуан № 1 05 (Тяньсяньпэйхао) - 20250406

Каротиноиддердин чагылдыруу индексинин (CRI2) локалдаштырылган бөлүштүрүү картасы - Сигуан-1-05 спутниги (Тяньсяньпэйхао) - 20250406

Жергиликтүү антоцианиндин чагылдырылышы 2ARI2 таралышынын картасы - Сигуан-1 05 спутниги (Тяньсяньпей) - 20250406

Жергиликтүү фотохимиялык чагылдыруу индексинин (PRI) бөлүштүрүү картасы - Сигуан-1 05 спутниги (Тяньсяньпей) - 20250406

Жогоруда жергиликтүү график деңгээлиндеги индекстин бөлүштүрүү картасы көрсөтүлгөн. Картанын борбордук аймагында кызыл четиндеги өсүмдүктөр индекси (RENDVI), каротиноид индекси (2CRI2) жана фотохимиялык чагылдыруу индекси (PRI) салыштырмалуу жогору, ал эми батыш аймагында төмөн. Бул батыш аймагында пигменттин курамы да салыштырмалуу төмөн экенин көрсөтүп турат. Бирок, антоцианин индексинин (2ARI2) бөлүштүрүү картасында батыш аймагы борбордук аймакка окшош жана жогору, бул аймак ошол эле стресске дуушар болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат, бирок стресс борбордук аймакка салыштырмалуу азыраак таасир этет, бул, балким, борбордук аймактагы каротиноиддердин концентрациясынын жогорулашы менен байланыштуу. Каротиноиддер фотосинтетикалык биргелешкен пигменттер болуп саналат жана антиоксиданттар катары реактивдүү кычкылтек түрлөрүн (ROS, мисалы, супероксид аниону жана суутек перекиси) жок кыла алат, клетка мембраналарын жана фотосинтетикалык структураларды кычкылдануу стрессинен коргойт, ошентип хлорофиллдин концентрациясынын төмөндөшүнө алып келбейт. Бирок, батыш аймагы үчүн каротиноиддердин чагылдыруу индексинин олуттуу жогорулашы байкалган жок, бул стресстин бул түрү көбүрөөк таасир этээрин көрсөтүп турат.

Бир нече гиперспектралдык өсүмдүктөрдүн индекстерин комплекстүү талдоо жана аларды өсүмдүктөрдүн капталынын жана топурактын нымдуулугунун бөлүштүрүү карталары менен айкалыштыруу менен, биз стресстин түрүн жана анын таасирин андан ары аныктай алабыз, бул ири масштабдуу отургузуу системаларынын экологиялык туруктуулугун жакшыртуу жана дандын түшүмдүүлүгүнүн жана сапатынын туруктуулугун камсыз кылуу үчүн айыл чарба кийлигишүүлөрүн эртерээк жүргүзүүгө мүмкүндүк берет.