Hodnocení stavu porostů plodin na základě spektrálních měření a tvorba doporučení pro lokálně cílené hospodaření

Ing. Ing. Jiří Mezera

Doctoral thesis

Assessment of the condition of crop stands based on spectral measurements and creation of recommendations for locally targeted management

Anotácia:

Tato disertační práce se zabývá problematikou dostupných metod hodnocení stavu porostů pšenice ozimé na základě spektrálních měření s následným prováděním variabilní aplikace dusíkatých hnojiv. Data byla získána z různých lokalit v České republice během let 2017–2021. Pro hodnocení porostu byly využity metody pozemního senzorového měření, zastoupené ručním spektrálním měřením a plodinovými senzory, a dále metodami dálkového průzkumu. Při porovnávání ručních spektrálních přístrojů a výsledků z laboratorních rozborů odběrů rostlin vycházely vyšší korelační koeficienty pro senzor GreenSeeker oproti senzoru N-Tester. Z hodnocených indexů bylo nejvyšších hodnot korelací dosaženo u indexů REIP, GNDVI a NDRE. Při hodnocení vztahu mezi výživným stavem porostu a online senzory OptRx a ISARIA byly nalezeny středně silné až silné korelační koeficienty. V případě snímků UAV byl potvrzen vztah mezi biofyzikálními parametry porostu a všemi hodnocenými vegetačními indexy, kromě indexu NRERI. Nejvyšší citlivost byla zaznamenána u indexu RENDVI obsahující pásmo red-edge. Při hodnocení satelitních snímků bylo na všech lokalitách dosaženo nejlepších výsledků pro indexy obsahující pásmo red-edge. Porovnáním jednotlivých senzorových systémů bylo zjištěno, že mezi nimi není rozdíl z pohledu spektrální citlivosti k porostním parametrům. Pozitivní lineární závislosti potvrdily, že vegetační indexy z různých senzorů jsou schopny poskytnout podobné informace o stavu porostu pšenice ozimé v průběhu vegetační sezóny od fáze sloupkování až metání. Z nalezených středně silných až silných pozitivních korelací lze konstatovat, že senzory jsou schopné zachytit podobný trend ve vývoji porostu pšenice ozimé, tedy i jejich praktickou použitelnost pro diagnostiku výživného stavu rostlin a implementaci pro variabilní aplikaci dusíkatých hnojiv během vegetace. Rozdíl mezi senzory nastává v jejich praktické použitelnosti. Poslední část práce je věnována porovnání výnosů zrna při uniformní a variabilní aplikaci dusíkatých hnojiv za využití senzorů (satelitní snímky a online senzor). V případě variabilní aplikace N na základě satelitních snímků v roce 2018 byl prokázán pozitivní vliv na zvýšení výnosu zrna pšenice ozimé. Podobně realizované ověřování variabilní aplikace N na jiné lokalitě s využitím online senzorového systému naopak neprokázalo zvýšení výnosu zrna u variabilní varianty v porovnání s uniformní.

Abstract:

This dissertation thesis deals with the issue of available methods for assessing the stands of winter wheat based on spectral measurements and the subsequent implementation of variable rate application of nitrogen fertilizers. The data was obtained from various locations in the Czech Republic during the years 2017–2021. Hand-held spectral devices were compared with methods of whole-area spectral mapping of the state of the vegetation, which were then compared with each other using the values of vegetation indices. When comparing hand-held spectral devices and results from laboratory analyzes of plant samples, higher correlation coefficients were found for the GreenSeeker sensor compared to the N-Tester sensor. Of the evaluated indices, the highest correlation values were achieved with the REIP, GNDVI and NDRE indices. Moderate to strong correlation coefficients were found when assessing the relationship between plant nutritional status and the OptRx and ISARIA online sensors. In the case of UAV images, the relationship between the biophysical parameters of the stand and all the evaluated vegetation indices, except for the NRERI index, was confirmed. When evaluating satellite images, the best results were achieved for indices containing the red-edge band across all locations. By comparing the individual sensor systems, it was found that there is no difference between them in terms of spectral sensitivity to vegetation parameters. The positive linear dependences confirmed that the vegetation indices from different sensors are able to provide similar information about the stand of the winter wheat during the growing season from the tillering to sweeping vegetation phase, i.e. their practical applicability for diagnosing the nutritional status of stands and their implementation for variable rate application of nitrogen fertilizers during vegetation. The difference between the sensors comes in their practical applicability. The last part of the work is devoted to the comparison of grain yields with uniform and variable rate application of nitrogen fertilizers using sensors (satellite images and the online sensor). Variable N application based on satellite images in 2018 had a positive effect on increasing grain yield. When evaluating the variable application of N at another location based on the online sensor, no increase in grain yield was demonstrated in the VRA variant compared to UNI.

Kľúčové slová

dálkový průzkum, precizní zemědělství, senzorové snímání

Keywords

precision agriculture, sensing systems, remote sensing

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 8. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: doc. Ing. Vladimír Smutný, Ph.D.
• Oponent: Jakub Brom, externi, Jan Lukáš, externi, Tomáš Řezník, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / odbor:
Plant Production / General Plant Production