Évaluation des degrés de couverture du sol en dehors de la saison de croissance à l’aide d’images satellitaires multitemporelles et de techniques de démixage spectral
Citation
Laamrani, A., Joosse, P., McNairn, H., Berg, A.A., Hagerman, J., Powell, K., Berry, M. (2020). Assessing soil cover levels during the non-growing season using multitemporal satellite imagery and spectral unmixing techniques, 12(9), http://dx.doi.org/10.3390/rs12091397
Résumé en langage clair
La production de cultures de couverture ou d’hiver et la rétention des résidus de culture sur les terres agricoles sont considérées comme des pratiques de gestion bénéfiques pour la santé des sols et la qualité de l’eau. La télédétection est un outil précieux pour l’évaluation et la cartographie des résidus de culture et des cultures de couverture sur de grandes superficies. La présente étude visait à mettre à l’essai la technique de télédétection du démixage spectral pour mesurer simultanément le pourcentage de couverture de résidus de culture non vivants et le pourcentage de couverture de plantes vertes vivantes dans les champs à partir d’images satellites. L’étude a été réalisée en dehors de la saison de croissance (de novembre à mai) dans deux comtés du bassin canadien du lac Érié, car c’est durant cette période que le paysage est le plus sensible à l’érosion du sol et au ruissellement des éléments nutritifs des terres agricoles, et que ces pratiques sont donc les plus nécessaires. Nous avons pris des photographies de la couverture du sol dans les champs et analysé le pourcentage de résidus et la couverture végétale durant les périodes suivant la récolte, avant l’ensemencement et après l’ensemencement. La comparaison des données mesurées au champ avec les estimations de résidus et de couverture végétale obtenues par satellite au moyen du démixage spectral a révélé une relation étroite entre les deux. Les résultats de l’étude appuient l’utilisation de la télédétection et du démixage spectral comme techniques prometteuses pour recueillir rapidement des fractions de couverture du sol sur des pixels individuels pour de grandes superficies. Ces valeurs de pixels peuvent être agrégées avec de plus grandes zones géographiques à des fins de modélisation et de production de rapports dans le cadre d’initiatives gouvernementales, comme le Plan d’action Canada-Ontario pour le lac Érié.
Résumé
© 2020 par les auteurs. La production de cultures de couverture ou d’hiver et la rétention des résidus de culture sur les terres agricoles sont considérées comme des pratiques de gestion bénéfiques pour la santé des sols et la qualité de l’eau. La télédétection est un outil précieux pour l’évaluation et la cartographie des résidus de culture et des cultures de couverture. L’objectif de la présente étude est d’évaluer la performance du démixage spectral linéaire pour l’estimation de la couverture du sol en dehors de la saison de croissance (novembre-mai) dans le bassin canadien du lac Érié à l’aide d’images satellitaires saisonnières multitemporelles. Des mesures de la couverture du sol et des images multispectrales Landsat-8 ont été acquises pour deux zones tout au long de la saison morte de 2015-2016. Des photographies de la couverture verticale du sol ont été prises dans jusqu’à 40 champs de résidus et 30 champs de cultures de couverture pour chaque zone (sites d’Elgin et d’Essex) lorsque les conditions de récolte, de couverture nuageuse et de neige le permettaient. Les images et les données ont été examinées et compilées pour représenter une couverture complète du bassin pour trois périodes (post-récolte, pré-ensemencement et post-ensemencement). Nous avons évalué les corrélations entre la couverture de sol mesurée sur le terrain et celle estimée par imagerie satellitaire (p. ex., résidus et couverture végétale) au moyen du coefficient de détermination (R2) et de l’erreur quadratique moyenne (EQM). Dans l’ensemble, le démixage spectral de l’imagerie satellitaire convient bien à l’estimation de la couverture du sol en dehors de la saison de croissance. Le démixage spectral à l’aide de trois paramètres (résidus de maïs-sol-couverture végétale; résidus de soja-sol-couverture végétale) présentait des corrélations plus élevées avec la couverture du sol mesurée sur le terrain que le démixage spectral à deux ou quatre paramètres. Pour les neuf images analysées en dehors des saisons de croissance, les fractions de résidus et de couverture végétale obtenues par démixage spectral linéaire au moyen de paramètres résidus de maïs-sol-couverture végétale présentaient une forte corrélation avec les données mesurées au champ (R2 moyen de 0,70 et 0,86, respectivement). Les résultats de la présente étude appuient l’utilisation de la télédétection et des techniques de démixage spectral pour surveiller les paramètres de rendement des initiatives gouvernementales, comme le Plan d’action Canada-Ontario pour le lac Érié, et comme données d’entrée pour les indicateurs de durabilité qui nécessitent des connaissances sur la gestion des terres en dehors de la saison de croissance pour un vaste territoire.