بررسي تاثير ريزگردها در بازتابندگي طيفي تاج‌پوشش گندم

Analysis of Dust Storm Effects on Reflectance Spectra of Wheat Canopy

فراواني و شدت وقوع پديده طوفان‌هاي گردوغبار طي چند سال اخير در منطقه غرب آسيا و به‌ويژه در كشور ايران، افزايش پيدا كرده است. تاكنون آثار زيانبار اين پديده در مراحل گوناگون زندگي گياهي، جانوري و انساني بررسي شده است. در اين پژوهش، تاثير اين پديده در بازتابندگي طيفي گياه گندم كه مهم‌ترين گونه كشاورزي كشور به‌شمار مي‌رود، بررسي و باندهاي بهينه براي هريك از شاخص‌هاي باريك‌باند در مطالعه تاثير اين پديده در گندم تعيين شده است. دو رقم از گندم (Triticum aestivum L.) در محيط گلخانه و در شرايط كنترل‌شده پرورش داده شد و با استفاده از دستگاه تونل باد در طول روزهاي متفاوت، بدون گردوغبار، دو، چهار و شش روز، و دو دوره رشد متفاوت، سه‌برگي شدن و خوشه‌دهي، درمعرض گردوغبار قرار گرفتند. اندازه‌گيري طيفي با استفاده از دستگاه طيف‌سنج Fieldspec-3-ASD با محدوده طيفي كامل انجام شد. چهار شاخص باريك‌باند طيفي جديد شامل NDVI، RVI، SAVI و PVI براي كل نمونه‌ها و همچنين، براي نمونه‌هاي مراحل سه‌برگي‌شده و خوشه‌دهي به‌طور جداگانه محاسبه و همبستگي بين اين شاخص‌ها و تعداد روزهاي گردوغباري بررسي شد. دقت نتايج تخمين تعداد روزهاي گردوغباري با استفاده از R2 و RMSE و روش اعتبار متقابل سنجيده شد. فقط باندهاي بهينه انتخاب‌شده در شاخص SAVI2 محاسبه‌شده براي داده‌هاي مرحله خوشه‌دهي در محدوده طيفي SWIR قرار داشت. نتايج نشان دادند كه در كل سه حالت، شاخص PVI ارتباط قوي‌تري (70/0 =RMSE،80/0=R2) به‌نسبت ديگر شاخص‌ها، با تعداد روزهاي گردوغباري نشان مي‌دهد. همچنين، شاخص‌ها قابليت بهتري در تخمين تعداد روزهاي گردوغباري در داده‌هاي مرحله سه‌برگي شدن (77/0??RMSE?_CV?67/0 و 80/0??R^2?_CV?63/0)، درقياس با داده‌هاي مرحله خوشه‌دهي (91/0??RMSE?_CV?73/0 و 71/0??R^2?_CV?62/0) نشان دادند. بنابراين، تعداد روزهاي گردوغباري با استفاده از روش شاخص‌هاي باريك باند در مراحل ابتداي رشد گياه با دقت بالاتري تخمين زده مي‌شود.

In recent years, dust storm has become a common phenomenon in West Asia and especially Iran. This phenomenon is affecting almost all aspects of life including fauna and flora as well as human life. This research aimed to investigate the effects of dust storms on the wheat canopy, that are the most important agricultural species, reflectance and best band for selected narrow band indices to discriminating wheat canopies which are under dust stress in different growing stages. Two wheat (Triticum aestivum L.) varieties, Aflak and Pishtaz, were grown in pots under controlled conditions. The treated samples were exposed to simulated dust storm, in the wind tunnel, at two growth stages including Tillering and Heading stages. In each stage the treatments were exposed in 2, 4 and 6 days. Field spectroscopy measurements were carried out at canopy level using a full range spectro-radiometer Fieldspec-3-ASD. New narrow-band vegetation indices from NDVI, RVI, PVI and SAVI2 indices were computed from the all measured canopy spectra, Tillering and Heading stage separately. To assess the performance of the indices, the RMSE, R2 and cross-validation method were used. For most indices, the selected optimum narrow bands are very close to one another and located in visible and NIR spectral domains. The result showed that the PVI index performed the best for considering the dust effect on wheat crops. The result also show that the selected indices have better performance in the Tillering stage (0.67??RMSE?_CV? 0.77; 0.63??R^2?_CV?0.80) for estimating the dusty days, compared with Heading stage (0.73??RMSE?_CV? 0.91; 0.62??R^2?_CV?0.71). Therefore, determining the dusty days by narrow band indices could be done precisely in the early stage of wheat growing. Keywords: Dust storm, Wheat, Narrow-band vegetation indices, Spectral reflectance.