農業の需要が高まるにつれて、放牧地の管理者は、より大規模で複雑な事業を管理する任務を負っています。しかし、多くの放牧地 (特にテキサス州のような主に畜産農業州) は広すぎてアクセスできないことが多く、植生の健康状態を手作業で評価および監視することはできません。ここ数十年で、衛星画像が定期的に利用できるようになって以来、放牧地の管理者は、植物のバイオマスと健康状態を監視する遠隔感知方法に目を向けてきました。
地球の表面に到達する太陽光は、さまざまな波長の光のスペクトルとして到達します。人間は全光スペクトルのごく一部しか見ることができないため、太陽光が当たる物質 (木の葉など) の吸収または反射によって色が認識されます (図 1)。たとえば、植物の光合成物質であるクロロフィルは、可視スペクトルの赤と青の光のほとんどを吸収するため、植物は緑色に見えます。
植生指数は、衛星画像の定義されたスペクトル波長範囲 (またはバンド) の反射率比を使用して、ある場所の植生バイオマス (葉面積指数 [LAI] など) の指数を提供します。植生指数 (VI) は、放牧地の管理者に、比較的少ない労力で、広大な地域またはアクセスできない地域全体の植物バイオマス、植物の健康状態、および景観規模の変化の正確な推定値を提供します。
正規化植生指数 (NDVI) は、陸生システムの植生バイオマスを表すために最も一般的に使用される植生指数です。この指標は、クロロフィルが光合成に必要な光エネルギーの大部分を吸収する近赤外線 (NIR) および赤色の波長範囲での表面反射率の値を使用します。ただし、乾燥および半乾燥の放牧地のむき出しの土壌のため、NDVI の推定値は、背景の土壌反射率の干渉により、精度が低くなることがよくあります。まばらな植生と組み合わされた乾燥した砂質の土壌を持つ地域は、高い表面反射率値を生成し、植生のバイオマスと被覆率の偏った推定値を生成します。新しい VI である Optimized Soil Adjusted Vegetation Index (OSAVI) は、高い土壌反射率に対応し、背景反射率定数を組み込むことで NIR と赤色反射率の比率を調整します。
テキサス州南部の半乾燥した放牧地における NDVI と OSAVI の植物バイオマスと被覆率 (裸地、草本、木本) の推定値の精度を評価しました。 Coloraditas Grazing Research and Demonstration Area (CGRDA) は、East Foundation の San Antonio Viejo Ranch (SAV) の北端に位置する 7684 ヘクタールの牧草地です (図 2)。これは、野生生物の保護や、牛の放牧や私有地の管理によるその他の公共の利益を支援するために共同で管理されているイースト財団の 6 つの施設の 1 つです。この特性は、半乾燥したテキサス州南部の放牧地の大部分を代表するものであり、成長の遅い木本植物、まばらな草本植生、密集した低木 (例:ハニー メスキート、キャットクロー アカシア、トゲのあるエノキ、テキサス スネークウッド、ホワイト ブラッシュ、テキサス ランタナ) が優勢です。 ) とサボテン (テキサスのウチワ サボテン、クリスマス サボテン)。
2015 年と 2016 年の夏に取得したリモート センシング画像 (Landsat 8-OLI) を NDVI または OSAVI と共に分類して、各植物被覆クラスの推定値を生成しました (図 3)。これらの期間は、牛の放牧実験 (2015 年 12 月) の開始と一致し、CGRDA の各牧草地がさまざまな放牧強度 (すなわち、動物の放牧率) で処理されました。これらのリモートで得られた推定値を、従来の地上植生調査によって提供された推定値と比較しました。また、NDVI または OSAVI と重ね合わせた画像の分類精度 (最尤法) と、2 年間 (牛の放牧開始前後) の土地被覆 (%) の変化を比較しました。
両方の年で、OSAVI でスタックされた画像は、NDVI でスタックされた画像よりも全体的に (すべての植物被覆クラス) 分類精度が高くなりました。草本および木本植生の OSAVI から導出された推定値は、2015 年の地上調査 (放牧前) からの NDVI から導出された推定値よりもはるかに類似していました。 2016 年 (放牧後) には、OSAVI から導き出された 3 つの植物被覆タイプすべての推定値は、NDVI から導き出された推定値よりも地上調査からの推定値にかなり類似していました。
私たちの結果は、OSAVI が、テキサス州南部などの半乾燥放牧地における緑のバイオマスと植生被覆率のより適切な VI ベースの指標であることを示しています。どちらの指標も、裸地のカバレッジ クラスでは最も正確ではありませんでした。表面に有機質のゴミや老朽化した植物が存在するため、裸地をスペクトルで特定することは困難な場合があります。
ただし、草本または木本植生の変化を監視することは、通常、放牧地の管理者にとって優先事項です。自由に使用できるタイムリーな衛星データは広く利用可能であり、リモート センシング製品 (植生指数など) は、放牧地管理者に、放牧地の健全性と植生範囲を経時的に監視するための従来の地上調査方法に代わる強力で費用対効果の高い代替手段を提供できます。 OSAVI は、放牧地の生態学者が牛の放牧や干ばつなどの気候変動などのさまざまな管理慣行の下で管理に情報を提供し、植生の変化を監視するための、信頼性が高く、正確で、時間と費用対効果の高いツールとなります。
これらの調査結果は、ジャーナル Ecological Indicators に最近掲載された半乾燥放牧地における緑のバイオマスと被覆率の推定値としての NDVI と OSAVI の適合性というタイトルの記事で説明されています。 この作業は、テキサス A&M 大学の レイチェル R. ファーン、 エリオット A. フォックスリー、 マイケル L. モリソン、および イースト財団の アンドレア ブルーノによって実施されました。
