Szennyvíziszap kihelyezés rövidtávú következményeinek értékelési lehetősége Sentinel-2 alapú szántóföldi vegetációmonitoring alapján

Ferenc Kovács; Zsuzsanna Ladányi

doi:10.1556/0088.2021.00073

Agrokémia és Talajtan

Volume/Issue:: Volume 70: Issue 1

Szennyvíziszap kihelyezés rövidtávú következményeinek értékelési lehetősége Sentinel-2 alapú szántóföldi vegetációmonitoring alapján

Authors:

Ferenc Kovács

Ferenc Kovács Szegedi Tudományegyetem, Geoinformatikai, Természet- és Környezetföldrajzi Tanszék, Szeged

Search for other papers by Ferenc Kovács in
Current site
Google Scholar
PubMed

kovacsf@geo.u-szeged.hu

and

Zsuzsanna Ladányi

Zsuzsanna Ladányi Szegedi Tudományegyetem, Geoinformatikai, Természet- és Környezetföldrajzi Tanszék, Szeged

Search for other papers by Zsuzsanna Ladányi in
Current site
Google Scholar
PubMed

View More View Less

Pages:: 25–43

Online Publication Date:: 31 May 2021

Publication Date:: 31 May 2021

Article Category:: Research Article

DOI:: https://doi.org/10.1556/0088.2021.00073

Keywords:: sewage sludge; plant cultivation; monitoring; Sentinel-2; spectral index;

Keywords (Hungarian):: szennyvíziszap; növénytermelés; monitoring; Sentinel-2; spektrális index;

Open access

Download PDF

Az iszapkihelyezések rövidtávú hatásainak megfigyelésére és igazolására több évre kiterjedő, nagy időfelbontású monitoringot terveztünk dél-alföldi, csernozjom talajokon folyamatosan művelt, gyakran évről-évre különböző növényzettel fedett szántóföldi parcellákon. A 14 db 50 m x 50 m-es kvadráton, a Sentinel-2 műholdfelvételezés alapú adatgyűjtést a legnagyobb idő- és térbeli felbontásban alkalmaztuk. Atmoszférikus korrekcióval előfeldolgozott, közel 100 db felhőmentes képből álló adatbázist LANDSAT OLI (Operational Land Imager) felvételekkel kiegészítve, vegetációs indexekkel (EVI, NDVI) értékeltük a nyári félév fotoszintetikus aktivitását és biomassza-produkció változásait térben és időben.

A spektrális index alapú vegetációs ciklus különbségek alapján meghatározhatók a területen termelt változatos növényfajok, a felszínfedettség különbségek és a területhasználati változások. A vizsgálatainkkal párhuzamosan, LADÁNYI et al., (2020) szerint értékelt talajtani eredményekhez hasonlóan az iszapkihelyezés által érintett, illetve nem érintett területek között kimutatható, EVI és NDVI-vel mért statisztikai és térbeli különbségek rövidtávon általánosan nem szignifikánsak. A vizsgált négy termény közül a napraforgó, kukorica biomassza produktuma esetén láthatók index különbségek, amelyek az iszapkihelyezés 1–3 éven belül tapasztalható hatásaként értékelhetők, de ennek igazolására folyamatos monitoring vizsgálat szükséges. A repce és az őszi búza esetén a rendelkezésre álló adatok alapján nem tapasztaltunk hasonlót, sőt esetenként a kihelyezés előtti VI értékek magasabbak. A parcellákat jellemző térbeli heterogenitáson – melyet a kvadrátok jól mintáznak – a szennyvíziszap kihelyezések a vizsgált időszakban nem változtattak.

A két különböző vegetációs index együttes alkalmazása hasznos. Az EVI általános előnyei mellett kiemelhető a dús vegetációs időszak értékelésének pontossága, az összehasonlító elemzésben tapasztalható alkalmazhatósága, míg az NDVI a csekélyebb vegetáció dinamikájában, a vegetációtípusok megkülönböztetésében, vagy a dús vegetációt jellemző változékonyság megfigyelésében lehet érzékenyebb. Érdekes, hogy az NDVI és EVI közötti különbség a szennyvíziszappal kezelt területeken kisebb. A várakozásnak megfelelően, a nagy felbontást igénylő vizsgálatban a LANDSAT adatok, a Sentinel alapú indexértékekkel általánosan szoros statisztikai kapcsolatban vannak és igazolják az értékelés eredményeit, de a parcellákon, adott időkben tapasztalt jelentős eltérések miatt önmagukban nem tudják kiegészíteni a vizsgálatot.

A gazdálkodásváltás ellenére kitűzött cél, a szignifikáns különbségek kimutatása indokolja az aktuális évek adatainak további vizsgálatba való bevonását, amely segít az adathiányos időszakok leszűkítésében is; 2020. év megfigyelése folyamatban van.

The agricultural use of sewage sludge is one of the means of refilling the soil nutrients and an effective tool for sustainable environmental management. In order to monitor and verify the short-term effects of sludge disposal (in parallel with other soil observations) we planned a multi-year, high-resolution data collection for monitoring the effects of disposal in some arable land parcels on 14 pieces of 50 m x 50 m quadrates in southeastern Hungary. Using free Sentinel-2, pre-processed satellite imagery, data acquisition was applied at the highest temporal and spatial resolution supplemented with LANDSAT-8 recordings, evaluating the vegetation period from 2016 to 2019 (almost 100 images). We evaluated the photosynthetic activity of the summer season and the changes in biomass production in space and time based on vegetation index (EVI, NDVI).

The difference in the vegetation cycle of the plants on the arable land and the difference in the land use and land cover (LU/LC) are clearly visible in the values of EVI and NDVI. The statistical and spatial index differences between the affected and non-affected areas of sludge disposal are generally not significant in the short term. It can be seen differences in the case of the sunflower and maize biomass products. These can be assessed as the effect of sludge disposal within 1–3 years, but continuous monitoring is required to verify this. In the case of colza and winter wheat (based on the available data) we did not find similar effects, and in some cases the pre-placement EVI/NDVI values were higher.

Vegetation indices heterogeneity among the parcels is also well patterned spatially in the quadrates. The spatial heterogeneity characteristic of the quadrates was not changed by the sewage sludge disposal over the study period. Geometric resolution and monitoring can be used to map a former alluvial form, which is an important factor in understanding parcel yield changes.

We can emphasize the accuracy of EVI evaluation in the dense vegetation period and its applicability in a comparative analysis. NDVI may be more sensitive in the dynamics of smaller or sparse vegetation, or sometimes in the observation of variability characteristic of rich vegetation. It is interesting, that the difference between NDVI and EVI is smaller in areas treated with sewage sludge. LANDSAT data are generally closely related to the Sentinel-based indices values and confirm the results of their evaluation, but they cannot supplement the study on their own due to the significant differences on the parcels at certain times.

In addition to the change of agricultural management, in the detection of significant differences, it is appropriate to measure the data for the following years, that can help to narrow down the data deficient periods; monitoring for 2020 is in progress.

ProCite

RefWorks

Reference Manager

BibTeX

Zotero

EndNote

Save
Cite
Email this content

Share Link

Copy this link, or click below to email it to a friend
Email this content
or copy the link directly:

https://akjournals.com/view/journals/0088/70/1/article-p25.xml
The link was not copied. Your current browser may not support copying via this button.

Link copied successfully

Collapse
Expand

Agrokémia és Talajtan

Print ISSN:: 0002-1873

Online ISSN:: 1588-2713

Section Editors

Filep, Tibor (Csillagászati és Földtudományi Központ, Földrajztudományi Intézet, Budapest) - soil chemistry, soil pollution
Makó, András (Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet, Budapest) - soil physics
Pásztor, László (Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet, Budapest) - soil mapping, spatial and spectral modelling
Ragályi, Péter (Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet, Budapest) - agrochemistry and plant nutrition
Rajkai, Kálmán (Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet, Budapest) - soil water flow modelling
Szili-Kovács Tibor (Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet, Budapest) - soil biology and biochemistry

Editorial Board

Bidló, András (Soproni Egyetem, Erdőmérnöki Kar, Környezet- és Földtudományi Intézet, Sopron)
Blaskó, Lajos (Debreceni Egyetem, Agrár Kutatóintézetek és Tangazdaság, Karcagi Kutatóintézet, Karcag)
Buzás, István (Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Georgikon Campus, Keszthely)
Dobos, Endre (Miskolci Egyetem, Természetföldrajz-Környezettan Tanszék, Miskolc)
Fodor, Nándor (Agrártudományi Kutatóközpont, Mezőgazdasági Intézet, Martonvásár)
Győri, Zoltán (Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Debrecen)
Imréné Takács Tünde (Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet, Budapest)
Jolánkai, Márton (Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Növénytermesztési-tudományok Intézet, Gödöllő)
Kátai, János (Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Debrecen)
Lehoczky, Éva (Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet, Gödöllő)
Michéli, Erika (Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Környezettudományi Intézet, Gödöllő)
Rékási, Márk (Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet, Budapest)
Schmidt, Rezső (Széchenyi István Egyetem, Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar, Mosonmagyaróvár)
Tamás, János (Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Debrecen)
Tóth, Gergely (Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet, Budapest)
Tóth, Tibor (Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet, Budapest)
Tóth, Zoltán (Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Georgikon Campus, Keszthely)

International Editorial Board

Blum, Winfried E. H. (Institute for Soil Research, University of Natural Resources and Life Sciences (BOKU), Wien, Austria)
Hofman, Georges (Department of Soil Management, Ghent University, Gent, Belgium)
Horn, Rainer (Institute of Plant Nutrition and Soil Science, Christian Albrechts University, Kiel, Germany)
Inubushi, Kazuyuki (Graduate School of Horticulture, Chiba University, Japan)
Kätterer, Thomas (Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Sweden)
Lichner, Ljubomir (Institute of Hydrology, Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovak Republic)
Nemes, Attila (Norwegian Institute of Bioeconomy Research, Ås, Norway)
Pachepsky, Yakov (Environmental Microbial and Food Safety Lab USDA, Beltsville, MD, USA)
Simota, Catalin Cristian (The Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Bucharest, Romania)
Stolte, Jannes (Norwegian Institute of Bioeconomy Research, Ås, Norway)
Wendroth, Ole (Department of Plant and Soil Sciences, College of Agriculture, Food and Environment, University of Kentucky, USA)

Szili-Kovács, Tibor
ATK Talajtani Intézet
Herman Ottó út 15., H-1022 Budapest, Hungary
Phone: (+36 1) 212 2265
Fax: (+36 1) 485 5217
E-mail: editorial.agrokemia@atk.hu

Indexing and Abstracting Services:

CAB Abstracts
CABELLS Journalytics
CABI
EMBiology
Global Health
SCOPUS

2023
Scopus
CiteScore	0.4
CiteScore rank	Q4 (Agronomy and Crop Science)
SNIP	0.105
Scimago
SJR index	0.151
SJR Q rank	Q4

Agrokémia és Talajtan
Publication Model	Hybrid Online only
Submission Fee	none
Article Processing Charge	900 EUR/article (only for OA publications)
Printed Color Illustrations	40 EUR (or 10 000 HUF) + VAT / piece
Regional discounts on country of the funding agency	World Bank Lower-middle-income economies: 50% World Bank Low-income economies: 100%
Further Discounts	Editorial Board / Advisory Board members: 50% Corresponding authors, affiliated to an EISZ member institution subscribing to the journal package of Akadémiai Kiadó: 100%
Subscription fee 2025	Online subsscription: 172 EUR / 198 USD (Online only)
Subscription Information	Online subscribers are entitled access to all back issues published by Akadémiai Kiadó for each title for the duration of the subscription, as well as Online First content for the subscribed content.
Purchase per Title	Individual articles are sold on the displayed price.

Agrokémia és Talajtan
Language	Hungarian, English
Size	B5
Year of Foundation	1951
Volumes per Year	1
Issues per Year	2
Founder	Magyar Tudományos Akadémia
Founder's Address	H-1051 Budapest, Hungary, Széchenyi István tér 9.
Publisher	Akadémiai Kiadó
Publisher's Address	H-1117 Budapest, Hungary 1516 Budapest, PO Box 245.
Responsible Publisher	Chief Executive Officer, Akadémiai Kiadó
ISSN	0002-1873 (Print)
ISSN	1588-2713 (Online)