Phân tích sự phát triển đất đai và đánh giá các bất thường dựa trên ảnh viễn thám theo chuỗi thời gian

Bối cảnh vụ án

Tại Lan Châu, tỉnh Cam Túc, một số thửa đất mới được cải tạo ở Khu vực mới Lan Châu cho thấy sự khác biệt đáng kể về năng suất trong quý IV năm 2024, với một số thửa đất có tốc độ sinh trưởng kém hơn rõ rệt, mặc dù giống cây trồng, mật độ gieo trồng, độ dốc và nguồn nước tưới đều giống nhau. Do đó, trang trại hy vọng sử dụng viễn thám để phân tích sự sinh trưởng của các thửa đất khác nhau và đánh giá nguyên nhân của sự khác biệt về sinh trưởng nhằm cải thiện công tác quản lý trong tương lai.

Khu đất này nằm ở phía đông Khu vực mới Lan Châu, có diện tích khoảng 2.900 mẫu (khoảng 193 ha). Sau khi được san phẳng, đất sẽ được làm bậc thang và trồng ngô, bắt đầu từ mùa vụ năm 2024. Các giai đoạn sinh trưởng cụ thể như sau:

Phương pháp giám sát và đánh giá

Để phân tích so sánh, ba thửa đất đã được chọn: Thửa đất 1 là thửa đất có biểu hiện bất thường, Thửa đất 2 là một thửa đất mới xây dựng khác ở hướng đông nam, và Thửa đất 3 là một thửa đất đã được canh tác nhiều năm bởi một làng lân cận.

Phân tích chuỗi thời gian chỉ số thực vật được thực hiện bằng cách sử dụng dữ liệu viễn thám đa nguồn, với dữ liệu trải dài từ đầu năm 2023 trước khi san lấp mặt bằng đến cuối năm 2024 sau khi trồng trọt.

Dựa trên các giai đoạn sinh trưởng được trích xuất từ ​​đường cong thay đổi chỉ số thực vật, người ta xác định rằng cây trồng trong ba ô thí nghiệm là ngô.

Bằng cách so sánh các khu vực có sự khác biệt đáng kể về tốc độ tăng trưởng, hãy đánh giá xem sự khác biệt về tốc độ tăng trưởng có đặc điểm phân bố không gian hay không. Đồng thời, dựa trên các ô mẫu tham khảo, hãy đánh giá cường độ của sự khác biệt về tốc độ tăng trưởng. Kết hợp các điều kiện khí tượng, thổ nhưỡng và các điều kiện khác để phân tích toàn diện nhằm xác định nguyên nhân của sự khác biệt về tốc độ tăng trưởng.

Kết quả đánh giá

Hình 1. Phân bố chỉ số thực vật trước khi san phẳng đất.

Hình 2. Phân bố chỉ số thực vật sau khi san phẳng mặt đất.

Hình 1 là bản đồ tổng hợp thể hiện giá trị NDVI tối đa trong suốt mùa vụ trước khi san lấp mặt bằng vào năm 2023. Hình 1 cho thấy khu vực này trước khi cải tạo là vùng núi, và cây trồng được gieo trên các thửa đất bằng phẳng ở hai bên đường, và cây trồng phát triển bình thường (vùng màu xanh lam trong hình).

Hình 2 thể hiện bản đồ phân bố chỉ số thảm thực vật sau khi san lấp mặt bằng năm 2024. Có thể thấy rằng loại hình sử dụng đất đã thay đổi đáng kể, với diện tích lớn được chuyển đổi thành đất nông nghiệp. Khu vực nghiên cứu nằm ở trung tâm vùng và không khác biệt đáng kể so với các khu vực xung quanh về địa hình và độ dốc, nhưng thảm thực vật phát triển kém và phân bố không đồng đều. Đồng thời, sự phân bố thảm thực vật có đặc điểm không gian rõ rệt, với sự khác biệt đáng kể giữa các khu vực nghiên cứu.

Xét thấy tất cả các thửa ruộng đều được phân chia nhân tạo và được trồng lần đầu tiên, cùng với kế hoạch quản lý giống nhau và chu kỳ sinh trưởng tương tự, sự khác biệt giữa các thửa ruộng do các hoạt động nông nghiệp gây ra đã bị loại trừ.

Bằng cách so sánh sự phân bố đất nông nghiệp trước và sau khi cải tạo, người ta nhận thấy rằng đất nông nghiệp mới có tốc độ sinh trưởng tốt hơn sau khi cải tạo có sự tương đồng nhất định về phân bố không gian với đất nông nghiệp cũ trước khi cải tạo, tức là trải dài từ tây bắc đến đông nam, và các thửa đất nông nghiệp mới gần đất nông nghiệp cũ nhìn chung có tốc độ sinh trưởng tốt hơn các thửa đất khác.

Hình 3. Chuỗi thời gian của chỉ số thực vật trung bình cho các ô thí nghiệm khác nhau.

(Các đường cong màu tím và xanh lam biểu thị các thửa đất mới xây dựng, trong khi các đường cong màu xanh lá cây biểu thị các thửa đất đã được canh tác trong nhiều năm.)

Hình 4. Bản đồ phân bố các ô đất khác nhau

Kết hợp Hình 3 và 4, người ta nhận thấy các thửa ruộng mới xây dựng phát triển kém hơn các thửa ruộng đối chứng, do đó về cơ bản đã xác định được vấn đề nằm ở đất. Sau khi trao đổi thêm với nhân viên phụ trách trang trại, phương pháp san lấp và phủ đất đã được hiểu rõ: đất về cơ bản được phủ tại chỗ, với các khu vực phát triển tốt nhất sử dụng đất nông nghiệp ban đầu, các thửa ruộng khác có tốc độ sinh trưởng trung bình cũng sử dụng lớp đất mặt để phủ, và các khu vực phát triển kém nhất sử dụng lớp đất dưới từ quá trình san lấp.

Thông qua các hoạt động sản xuất nông nghiệp lâu dài của con người, các biện pháp như cày xới và bón phân đã làm tăng chất hữu cơ trong đất, cải thiện cấu trúc và nâng cao độ phì nhiêu của đất. Đồng thời, hoạt động của vi sinh vật cũng thúc đẩy quá trình trưởng thành của đất. Tuy nhiên, đất thô, chủ yếu hình thành từ đá phong hóa và vật liệu gốc lắng đọng, thường có cấu trúc và độ phì nhiêu kém, thiếu chất hữu cơ và chất dinh dưỡng. Trong điều kiện tự nhiên, quá trình trưởng thành của đất thô diễn ra rất chậm.

Do đó, nguyên nhân của sự khác biệt về tốc độ tăng trưởng được xác định là do điều kiện đất đai. Mặc dù độ phì nhiêu của đất thô thấp, nhưng nó có thể được cải tạo dần thành đất màu mỡ thông qua các biện pháp cải thiện và bón phân, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng đất. Tuy nhiên, quá trình cải tạo này đòi hỏi một khoản đầu tư đáng kể về nguồn nhân lực và vật lực.

Dựa trên bản đồ phân bố chỉ số thực vật, có thể phân biệt chính xác giữa các khu vực được bao phủ bởi lớp đất mặt và lớp đất dưới, và ước tính tỷ lệ pha trộn giữa lớp đất dưới và lớp đất mặt tại thời điểm đó dựa trên giá trị tương đối của chỉ số thực vật. Điều này cho phép xây dựng các kế hoạch cải tạo đất với các mức độ khác nhau cho các khu vực khác nhau, thực hiện các hoạt động cải tạo đất đa dạng và tiết kiệm chi phí đầu vào nông nghiệp.

Hơn nữa, viễn thám có thể được sử dụng để liên tục theo dõi sự phát triển của cây trồng, đánh giá hiệu quả cải tạo đất và điều chỉnh phương án canh tác cũng như diện tích thực hiện hàng năm nhằm đạt được quản lý khoa học và sử dụng bền vững tài nguyên đất nông nghiệp.