Ứng dụng công nghệ siêu phổ trong giám sát hạn hán nông nghiệp

Hạn hán là một thảm họa thiên nhiên tiềm tàng kéo dài, đặc trưng bởi tình trạng thiếu nước bất thường và kéo dài. Nó gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nền kinh tế, môi trường sinh thái và đặc biệt là sản xuất nông nghiệp. Do đó, việc theo dõi tình trạng nước của cây trồng và các thông số sinh lý liên quan là rất quan trọng để cải thiện năng suất cây trồng và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước.

Chỉ số hạn hán phổ biến

Các chỉ số hạn hán là những chỉ báo quan trọng để đo lường mức độ nghiêm trọng của hạn hán. Các chỉ số hạn hán thường được sử dụng bao gồm chỉ số NDVI, NDWI và TVDI. Chỉ số NDVI phản ánh trạng thái sinh trưởng của thảm thực vật bằng cách tính toán độ phản xạ của thảm thực vật xanh trên bề mặt, và có thể phản ánh chính xác mức độ hạn hán. Chỉ số NDWI phản ánh điều kiện độ ẩm bằng cách tính toán tỷ lệ độ phản xạ của các vùng nước và thảm thực vật, và có thể được sử dụng để theo dõi hàm lượng độ ẩm của đất bề mặt. Chỉ số TVDI phản ánh mức độ hạn hán bằng cách đo sự khác biệt giữa nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ của thảm thực vật.

Trong số đó, độ ẩm đất và sự phát triển của thảm thực vật là những chỉ số quan trọng và trực tiếp nhất về tình trạng hạn hán, và việc giải thích các đặc điểm quang phổ của thảm thực vật và đất là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá mức độ hạn hán.

Chỉ số hạn hán phổ biến

Hạn hán có thể làm thay đổi lớp phủ đất, độ ẩm đất và độ nhám bề mặt, từ đó ảnh hưởng đến sự trao đổi năng lượng và nước giữa thảm thực vật, đất và khí quyển. Do đó, những thay đổi trong các yếu tố sinh vật lý cơ bản (như chỉ số thực vật, suất phản xạ và nhiệt độ bề mặt đất) có thể ảnh hưởng đến sự cân bằng bức xạ, nhiệt và độ ẩm của bề mặt bên dưới. Nói chung, hạn hán càng nghiêm trọng thì chỉ số NDVI càng thấp, suất phản xạ và nhiệt độ bề mặt càng cao. Ngay cả khi các yếu tố khác vẫn tương đối ổn định, độ ẩm đất sẽ giảm. Chỉ số hạn hán theo chiều dọc (PDI) có thể được sử dụng để theo dõi sự xuất hiện của hạn hán.

Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CAS Aerospace Science and Technology Group Co.,LTD - Giám sát hạn hán mùa màng

Sử dụng máy bay không người lái để thu thập dữ liệu ánh sáng nhìn thấy và đa phổ, sau đó ghép ảnh chỉnh hình và tính toán chỉ số, có thể hiển thị trực quan sự phân bố cây trồng trên các thửa ruộng quy mô lớn. Hình 1 là ảnh chụp từ máy bay không người lái vào ngày 19 tháng 3 năm 2024, trước khi lúa mì nảy mầm. Hình 2 là bản đồ phân bố hàm lượng diệp lục GCI sau khi loại bỏ các công trình xây dựng và đường sá. Chỉ số GCI càng thấp, độ che phủ thực vật càng thấp, và chỉ số GCI càng cao, độ che phủ thực vật càng cao. Hình 3 là bản đồ phân bố độ ẩm bề mặt của đất trống. Chỉ số hạn hán theo chiều dọc càng thấp, độ ẩm đất càng cao, và chỉ số hạn hán theo chiều dọc càng cao, độ ẩm đất càng thấp.

Kết luận và ứng dụng của nghiên cứu

Hiện nay, các phương pháp giám sát hạn hán dựa trên viễn thám đã đạt được những tiến bộ đáng kể. Khi các chỉ số cho từng loài, chất dinh dưỡng hoặc đặc điểm đất tiếp tục được phát triển và cải thiện, hình ảnh siêu phổ, được cung cấp bởi các thiết bị di động giá rẻ, tiếp tục cung cấp dữ liệu chất lượng cao, chính xác và đã trở thành một công cụ quan trọng cho các nhà nghiên cứu và nông dân. Khả năng giám sát thường xuyên và được nâng cao của các thiết bị này hứa hẹn sẽ tạo ra một mô hình mới cho hiệu quả nông nghiệp.