Xác định khu vực quản lý bằng cách sử dụng kỹ thuật phân cụm mờ trong vườn nho

Springer Science and Business Media LLC - Tập 14 - Trang 18-39 - 2012
A. Tagarakis1,2, V. Liakos1, S. Fountas1, S. Koundouras3, T. A. Gemtos1
1Laboratory of Farm Mechanization, Crop Production and Rural Environment, Department of Agriculture, University of Thessaly, N. Ionia, Greece
2Centre for Research and Technology-Thessaly (CE.RE.TE.TH), Vólos, Greece
3Laboratory of Viticulture, School of Agriculture, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloníki, Greece

Tóm tắt

Nông nghiệp chính xác nhằm quản lý các vườn nho ở quy mô tiểu điền theo nhu cầu thực sự của từng phần của cánh đồng. Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc xác định các khu vực quản lý bằng cách sử dụng kỹ thuật phân cụm mờ và phát triển một phương pháp đơn giản để so sánh các bản đồ khu vực. Nghiên cứu được thực hiện tại một vườn nho thương mại 1.0 ha ở Trung Greece trong các năm 2009 và 2010. Biến đổi của các đặc tính đất trong cánh đồng được đo lường ban đầu thông qua điện trở suất, độ sâu của đất và địa hình. Để ước lượng các đặc tính mái vòm của cây nho, NDVI được đo ở các giai đoạn khác nhau trong chu kỳ phát triển của cây nho. Bản đồ sản lượng và thành phần nho (nồng độ đường trong nước nho và tổng độ axit) đã được thực hiện trong quá trình thu hoạch. Các đặc tính của đất, sản lượng và các thông số thành phần nho cho thấy sự biến đổi không gian cao. Tất cả dữ liệu được đo lường được chuyển đổi thành lưới 48 ô (10 × 20 m) và bản đồ của hai khu vực quản lý được sản xuất bằng phần mềm MZA. So sánh pixel theo pixel giữa các bản đồ điện trở suất, độ cao, độ dốc, độ sâu đất và NDVI với bản đồ sản lượng và thành phần nho, được đặt làm tham số tham khảo, cho phép tính toán mức độ đồng thuận, tức là tỷ lệ phần trăm các pixel thuộc về cùng một khu vực. Mức độ đồng thuận được sử dụng để chọn các tham số phù hợp nhất cho việc xác định khu vực quản lý cuối cùng. Đối với năm 2009, độ sâu đất, NDVI đầu mùa và giữa mùa được sử dụng cho các khu vực quản lý dựa trên sản lượng trong khi cho các khu vực quản lý dựa trên chất lượng ECa, NDVI đầu mùa và giữa mùa được sử dụng. Đối với năm 2010, ECa, độ cao và NDVI thu được trong quá trình ra hoa và chín màu được sử dụng để xác định các khu vực quản lý dựa trên sản lượng trong khi cho các khu vực quản lý dựa trên chất lượng ECa và NDVI thu được trong quá trình ra hoa và thu hoạch được sử dụng. Kết quả được trình bày ở đây có thể là cơ sở cho việc xác định khu vực quản lý đơn giản và cải thiện quản lý vườn nho.

Từ khóa

#Nông nghiệp chính xác #phân cụm mờ #quản lý khu vực #vườn nho

Tài liệu tham khảo

Acevedo-Opazo, C., Tisseyre, B., Guillaume, S., & Ojeda, H. (2008). The potential of high spatial resolution information to define within-vineyard zones related to vine water status. Precision Agriculture, 9, 285–302.

Arnó, J., Bordes, X., Ribes-Dasi, M., Blanco, R., Rosell, J. R., & Esteve, J. (2005). Obtaining grape yield maps and analysis of within-field variability in Raimat (Spain). In J. V. Stafford (Ed.), Proceedings of the fifth European conference on precision agriculture (pp. 899–906). Wageningen: Wageningen Academic Publishers.

Best, S., León, L., & Claret, M. (2005). Use of precision viticulture tools to optimize the harvest of high quality grapes. In Proceedings of the fruits and nuts and vegetable production engineering TIC (Frutic05) (pp. 249–258), Montpellier.

Boydell, B., & McBratney, A. B. (1999). Identifying potential within field management zones from cotton yield estimates. In: J. V. Stafford (Ed.), Proceedings of the second European conference on precision agriculture (pp. 331–341).

Bramley, R. G. V. (2003). Smarter thinking on soils survey. Australian and New Zealand Wine Industry Journal, 18, 88–94.

Bramley, R. G. V. (2005). Understanding variability in winegrape production systems. 2. Within vineyard variation in quality over several vintages. Australian Journal of Grape and Wine Research, 11, 33–42.

Bramley, R. G. V. (2010). Precision viticulture: Mapping vineyard variability for improved quality outcomes. In A. G. Reynolds (Ed.), Managing wine quality (Vol. 1, pp. 445–480), Viticulture and wine quality Cambridge: Woodhead Publishing Limited.

Bramley, R. G. V., & Hamilton, R. P. (2004). Understanding variability in winegrape production systems. 1. Within vineyard variation in yield over several vintages. Australian Journal of Grape and Wine Research, 10, 32–45.

Bramley, R. G. V., & Hamilton, R. P. (2005). Hitting the zone—making viticulture more precise. In R. J. Blair, P. J. Williams, & I. S. Pretorius (Eds.), Proceedings of the 12th Australian wine industry technical conference (pp. 57–61). Adelaide: Winetitles.

Bramley, R., Pearse, B, & Chamberlain, P. (2003). Being profitable precisely—A case study of precision viticulture from Margaret River. Australian and New Zealand Grapegrower and Winemaker, 473(a), 84–87.

Bramley, R. G. V., & Proffitt, A. P. B. (1999). Managing variability in viticultural production. Australian and New Zealand Grapegrower and Winemaker, 427, 11–16.

Bramley, R. G. V., Trought, M. C. T., & Praat, J. P. (2011). Vineyard variability in Marlborough, New Zealand: Characterizing variation. Australian Journal of Grape and Wine Research, 17, 72–78.

Conde, C., Silva, P., Fontes, N., Dias, A. C. P., Tavares, R. M., Sousa, M. J., et al. (2007). Biochemical changes throughout grape berry development and fruit and wine quality. Food, 1, 1–22.

Corwin, D. L., & Plant, R. E. (2005). Editorial: Applications of apparent soil electrical conductivity in precision agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, 46, 1–10.

Dobermann, A., Ping, J. L., Adamchuk, V. I., Simbahan, G. C., & Ferguson, R. B. (2003). Classification of crop yield variability in irrigated production fields. Agronomy Journal, 95, 1105–1120.

Dokoozlian, N., & Kliewer, M. W. (1995). The light environment within grapevine canopies. I. Description and seasonal changes during fruit development. American Journal of Enology and Viticulture, 46, 209–218.

Duteau, J. (1990). Relations entre l’état de maturité des raisins (Merlot noir) et un indice climatique. Utilisation pour fixer la date des vendanges en année faiblement humide dans les crus de Bordelais. In P. Ribereau-Gayon & A. Lonvaud (Eds.), Actualités œnologiques 89 (pp. 7–12). Paris: Dunod.

El Nahry, A. H., Ali, R. R., & El Baroudy, A. A. (2011). An approach for precision farming under pivot irrigation system using remote sensing and GIS techniques. Agricultural Water Management, 98, 517–531.

Fraisse, C. W., Sudduth, K. A., & Kitchen, N. R. (2001). Delineation of site-specific management zones by unsupervised classification of topographic attributes and soil electrical conductivity. Transactions of the ASAE, 44(1), 155–166.

Fridgen, J. J., Kitchen, N. R., Sudduth, K. A., Drummond, S. T., Wiebold, W. J., & Fraisse, C. W. (2004). Management zone analyst (MZA): Software for subfield management zone delineation. Agronomy Journal, 96, 100–108.

Guastaferro, F., Castrignano, A., De Benedetto, D., Sollitto, D., Troccoli, A., & Cafarelli, B. (2010). A comparison of different algorithms for the delineation of management zones. Precision Agriculture, 11, 600–620.

Hall, A., Lamb, D. W., Holzapfel, B. P., & Louis, J. P. (2011). Within-season temporal variation in correlations between vineyard canopy and winegrape composition and yield. Precision Agriculture, 12, 103–117.

Hansen, P. M., & Schjoerring, J. K. (2003). Reflectance measurement of canopy biomass and nitrogen status in wheat crops using normalized difference vegetation indices and partial least squares regression. Remote Sensing Environment, 86, 542–553.

He, Y., Guo, X., & Wilmshurst, J. (2006). Studying mixed grassland ecosystems I: suitable hyperspectral vegetation indices. Canadian Journal of Remote Sensing, 32, 98–107.

Johnson, L. F., Roczen, D. E., Youkhana, S. K., Nemani, R. R., & Bosch, D. F. (2003). Mapping vineyard leaf area with multispectral satellite imagery. Computers and Electronics in Agriculture, 38, 33–44.

Kazmierski, M., Glemas, P., Rousseau, J., & Tisseyre, B. (2011). Temporal stability of within field patterns of NDVI in non irrigated Mediterranean vineyards. Journal International des Sciences de la Vigne et du Vin, 45, 61–73.

Kitchen, N. R., Sudduth, K. A., Myers, D. B., Drummond, S. T., & Hong, S. Y. (2005). Delineating productivity zones on claypan soil fields apparent soil electrical conductivity. Computers and Electronics in Agriculture, 46, 285–308.

Koundouras, S., Marinos, V., Gkoulioti, A., Kotseridis, Y., & Van Leeuwen, C. (2006). Influence of vineyard location and vine water status on fruit maturation of nonirrigated cv. Agiorgitiko (Vitis vinifera L.). Effects on wine phenolic and aroma components. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54, 5077–5086.

Kuhn, J., Brenning, A., Wehrhan, M., Koszinski, S., & Sommer, M. (2009). Interpretation of electrical conductivity patterns by soil properties and geological maps for precision agriculture. Precision Agriculture, 10, 490–507.

Kyaw, T., Ferguson, R. B., Adamchuk, V. I., Marx, D. B., Tarkalson, D. D., & McCallister, D. L. (2008). Delineating site-specific management zones for pH-induced iron chlorosis. Precision Agriculture, 9, 71–84.

Lamb, D. W., Weedon, M. M., & Bramley, R. G. V. (2004). Using remote sensing to predict phenolics and colour at harvest in a Cabernet Sauvignon vineyard: Timing observations against vine phenology and optimising image resolution. Australian Journal of Grape and Wine Research, 10, 46–54.

Lark, R. M., & Stafford, J. V. (1997). Classification as a first step in the interpretation of temporal and spatial variation of crop yield. Annals of Applied Biology, 130, 111–121.

Liu, J., Pattey, E., Nolin, M. C., Miller, J. R., & Ka, O. (2008). Mapping within-field soil drainage using remote sensing. DEM and apparent soil electrical conductivity. Geoderma, 143, 261–272.

McCutcheon, M. C., Farahani, H. J., Stednick, J. D., Buchleiter, G. W., & Green, T. R. (2006). Effect of soil water on apparent soil electrical conductivity and texture relationships in a dryland field. Biosystems Engineering, 94(1), 19–32.

Molin, J. P., & Castro, C. N. (2008). Establishing management zones using soil electrical conductivity and other soil properties by the fuzzy clustering technique. Scientia Agricola, 65(6), 567–573.

Moral, F. J., Terrón, J. M., & Marques da Silva, J. R. (2010). Delineation of management zones using mobile measurements of soil apparent electrical conductivity and multivariate geostatistical techniques. Soil and Tillage Research, 106(2), 335–343.

Odeh, I. O. A., McBratney, A. B., & Chittleborough, D. J. (1992). Soil pattern recognition with fuzzy-c-means: Application to classification and soil–landform interrelationships. Soil Science Society of America Journal, 56, 505–516.

Ortega, R. A., Esser, A., & Santibanez, O. (2003). Spatial variability of wine grape yield and quality in Chilean vineyards: economic and environmental impacts. In J. V. Stafford & A. Werner (Eds.), Proceedings of the fourth European conference on precision agriculture (pp. 499–506). Wageningen: Wageningen Academic Publishers.

Ping, J. L., Green, C. J., Bronson, K. F., Zartman, R. E., & Dobermann, A. (2005). Delineating potential management zones for cotton based on yields and soil properties. Soil Science, 170(5), 371–385.

Schepers, A. R., Shanahan, J. F., Liebig, M. A., Schepers, J. S., Johnson, S. H., & Luchiari, A. (2004). Appropriateness of management zones for characterizing spatial variability of soil properties and irrigated corn yields across years. Agronomy Journal, 96, 195–203.

Shaner, D. L., Khosla, R., Brodahl, M. K., Buchleiter, G. W., & Farahani, H. J. (2008). How well does zone sampling based on soil electrical conductivity maps represent soil variability. Agronomy Journal, 100(5), 1472–1480.

Sheets, K. R., & Hendrickx, J. M. H. (1995). Noninvasive soil water content measurement using electromagnetic induction. Water Resources Research, 31(10), 2401–2409.

Smart, R. E. (1974). Photosynthesis by grapevine canopies. Journal of Applied Ecology, 11, 997–1006.

Stamatiadis, S., Taskos, D., Tsalida, E., Christoforides, C., Tsalidas, C., & Schepers, J. S. (2010). Comparison of passive and active canopy sensors for the estimation of vine biomass production. Precision Agriculture, 11, 306–315.

Stamatiadis, S., Taskos, D., Tsalidas, C., Christoforides, C., Tsalida, E., & Schepers, J. S. (2006). Relation of ground-sensor canopy reflectance to biomass production and grape color in two merlot vineyards. American Journal of Enology and Viticulture, 57, 415–422.

Sudduth, K. A., Drummond, S. T., & Kitchen, N. R. (2001). Accuracy issues in electromagnetic induction sensing of soil electrical conductivity for precision agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, 31, 239–264.

Tagarakis, A., Liakos, V., Fountas, S., Koundouras, S., Aggelopoulou, K., & Gemtos, T. (2011). Management zones delineation using fuzzy clustering techniques in vines. In J. V. Stafford (Ed.), Proceedings of the 8th European conference on precision agriculture (pp.191–200). Wageningen: Wageningen Academic Publishers.

Tagarakis, A., Xatzinikos, A., Fountas, S., & Gemtos, T. (2006). Delineation of management zones in precision viticulture. In N. Dalezios, M. Salampasis, & S. Tzortzios (Eds.), Proceedings of the international conference HAICTA (information systems in sustainable agriculture, agroenvironment and food technology) (pp. 547–554). Greece: Volos.

Tardaguila, J., Baluja, J., Arpon, L., Balda, P., & Oliveira, M. (2011). Variations in soil properties affect the vegetative growth and yield components of “Tempranillo” grapevines. Precision Agriculture, 12, 762–773.

Tisseyre, B., Mazzoni, C., Ardoin, N., & Clipet, C. (2001). Yield and harvest quality measurement in precision viticulture—Application for a selective vintage. In G. Grenier & S. Blackmore (Eds.), Proceedings of the third European conference on precision agriculture (pp.133–138).

Tisseyre, B., Mazzoni, C., & Fonta, H. (2008). Within-field temporal stability of some parameters in viticulture: Potential toward a site specific management. Journal International des Sciences de la Vigne et du Vin, 42, 27–39.

Vanden Heuvel, J. E., Leonardos, E. D., Proctor, J. T. A., Fisher, K. H., & Sullivan, J. A. (2002). Translocation and partitioning patterns of 14C photoassimilate from light- and shade- adapted shoots in greenhouse-grown ‘Chardonnay’ grapevines (Vitis vinifera L.). Journal of the American Society for Horticultural Science, 127, 912–918.

Vina, A., Gitelson, A. A., Rundquist, D. C., Keydan, G., Leavitt, B., & Schepers, J. S. (2004). Monitoring maize (Zea mays L.) phenology with remote sensing. Agronomy Journal, 96, 1139–1147.

Wample, R. L., Mills, L., & Davenport, J. R. (1999). Use of precision farming practices in grape production. In P. Robert, R. H. Rust & W. E. Larson (Eds.), Proceedings of the IV international conference on precision agriculture (pp. 897–905). Minneapolis.

Yan, L., Zhou, S., Cifang, W., Hongyi, L., & Feng, L. (2007). Classification of management zones for precision farming in saline soil based on multi-data sources to characterize spatial variability of soil properties. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 23(8), 84–89.

Zhang, X., Shi, L., Jia, X., Seielstad, G., & Helgason, C. (2010). Zone mapping application for precision-farming: a decision support tool for variable rate application. Precision Agriculture, 11, 103–114.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Tập 14

18-39

Thông tin tác giả