Результаты статистического и геостатистического анализа связей внутри полевой урожайности посева орошаемой кукурузы с плотностью посадки, локальными поливными нормами и значениями NDVI высокого разрешения (Planet Lab)

Полевая урожайность (ПУ) сельскохозяйственных посевов складывается из локальных ПУ квазиоднородных контуров. Распределение величины ПУ контуров зависит от целого ряда природных и антропогенных факторов и условий вегетации. Среди первых основную роль играет рельеф земной поверхности с тесно связанными с ним характеристиками почвенного покрова. В условиях ведения орошения основную роль играет распределение поливных норм во времени и по пространству орошаемого посева, а также плотность посадки.
В докладе представлены результаты оценок достоверности линейной корреляционной связи геодатасета внутриполевой БУ, полученного в результате картирования урожайности орошаемого дождеванием посева кукурузы (площадь 34,3 га, средне полевая урожайность 102,3 ц/га) при уборке комбайном (ширина захвата 6,0 м), оборудованного специализированным сенсором, с геодатасетами нормализованного вегетационного индекса (NDVI), полученными в результате съемок высокого пространственного разрешения (порядка 4 м) кубсатами группировки Planet Lab на 23 даты в течении вегетационного периода 2025 г., а также величин их сумм, охватывающих ряда периодов вегетации. Соответствующие данные были любезно предоставлены компаниями, соответственно, Field Connect и Planet Lab. Первый из упомянутых геодатасетов включал 22 227 строк с записями ряда параметров ведения уборки, включая время и координаты точек фиксации. При этом среднее расстояние между парами соседними по направлению уборки точками фиксации локальных БУ (ЛБУ) составляло 2,4 м.
Для формирования точечных геодатасетов NDVI_ЛБУ, соответствующих координатам записей ЛБУ, была использована специально разработанная процедура расчета по характеристикам пикселей кубсатов, попавших на соответствующий ЛБУ. Анализ сформированных геодатасетов ЛБУ и NDVI_ЛБУ на наличие у них бимодальности показал, что для всех дат съемок значения соответствующего коэффициента Карне были значимо ниже соответствующего порогового значения 0,555.
Для проверки наличия на пространстве посева орошаемой кукурузы контуров со значимо отличными распределениями ЛБУ был проведен геокластерный анализ геодатасета ЛПУ с использованием инструмента Оптимизированного анализа горячих и холодных точек ПО ArcGIS Pro 2.6. В результате проведенных расчетов каждой точке геодатасета ЛПУ было присвоено значений метрики Gi_Bin, соответствующей одному из семи классов. Визуальный анализ соответствующей картограммы позволил оценить распределение соответствующих классов ЛПУ по пространству посева, а также формированием из них контуров с разнообразными характеристиками.
Было отмечено, что контур, группирующий местоположения ЛПУ с G_Bin=3 (среднее значение ЛПУ=12,7 т/га на площади, составляющей 18,3 % от площади поля), достаточно компактно расположен в юго-восточной части поля. В тоже самое время практически непрерывный контур, соответствующий ЛПУ с G_Bin=0 (среднее значение ЛПУ=10,6 т/га на площади, составляющей 49,2 % от площади поля), занимает пространство в центре поля и вблизи его восточной исеверной границ. Северную и северо-восточную часть занимают отдельно-расположенные, небольшие по площади контура, рандомизированно группирующие местоположения ЛБУ со значениями G_Bin, варьирующими от 2 до -2. Местоположения контуров с G_Bin=-3 (среднее значение ЛПУ=77,5 т/га на площади, составляющей 14,8 % от площади поля) формируют, как кластеры с достаточно сложной геометрией, так и кластеры с со строгой геометрией вдоль треков посадки.
С целью нахождения оценок достоверности линейной статистической корреляционной связи между геодатасетом ЛБУ и геодатасетами NDVI_ЛБУ был использован коэффициентов корреляции Пирсона для вариантов расчетов с использованием, как геодатасетов NDVI_ЛБУ на отдельные даты вегетации, так и как сумм NDVI_ЛБУ, начало которых варьировала от начала стадии цветения до стадии формирования урожая, а окончание – последней датой перед уборкой. Полученные при этом значения коэффициентов Пирсона лежали в диапазоне близким к нулю.
В докладе обсуждаются возможные причины таких низких значений коэффициента Пирсона, основными из которых является пространственное варьирование плотности посадки, а также пространственно-временное варьирование поливных норм в процессе орошения.