Indices de vegetacion en agricultura de precision

Hoy vamos a hablar de una pequeñisima parte de este mundo tecnologico aplicado al mundo agro: los indices de vegetacion.

En primer lugar debemos hablar de donde viene este termino y cuando se empezo a calcular de forma masiva. Normalmente, cuando se habla de estos indices, solemos referirnos dentro del mundo de la teledeteccion. Desde los primitivos satelites de observacion de la tierra alla por los años 70 con el lanzamiento del primer LANDSAT hasta los mas modernos y precisos como el worldview-4 lanzado recientemente y sin olvidarnos de los famosos drones, el mundo de la teledeteccion esta en aumento.

La teledeteccion es el termino traducido del ingles

“remote sensing”. Es la tecnica que consiste en captar

imagenes de la tierra a distancia en diferentes bandas

del espectro electromagnetico y luego proceder a su

procesado, analisis e interpretacion.

Satelites? Drones? Bandas? Espectro electromagnetico? Pero no estabamos hablando de agricultura?

Paciencia. Ya llegaremos a eso. Por ahora hay que asentar unas pequeñas bases.

Un poco de teoria del electromagnetismo

No tenemos intencion de dar una clase de fisica de primero de carrera pero si refrescar minimamente en que consiste el espectro electromagnetico y como la teledeteccion y en especial los indices de vegetacion se basan en todo esto.

El espectro electromagnetico no es mas que una division o estratificacion de rangos de longitudes de onda con comportamientos similares. Recordemos que una onda electromagnetica se define por:

* Su amplitud: distancia entre el punto mas alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio.

* Su longitud de onda: distancia entre dos picos sucesivos de una onda.

* Su frecuencia: numero de ciclos pasando por un mismo punto en una unidad de tiempo.

Como podemos ver en el esquema anterior se han ido agrupando los distintos rangos en las ondas de radio, las microondas, el infrarrojo, el visible (unica porcion del espectro que el ojo humano puede captar), los ultravioletas…

De toda esta ensalada de ondas electromagneticas, para los indices de vegetacion nos interesan desde el infrarrojo termico hasta el espectro visible principalmente para el calculo de los mismos ya que las cubiertas vegetales, en general, responden de maneras muy especificas en estos rangos que nos son utiles para saber su estado.

Que es un indice de vegetacion?

Un indice de vegetacion normalmente es el resultado de una formula que utiliza una o varias bandas del espectro electromagnetico. La relacion entre estas bandas tiene detras un estudio empirico que demuestra la relacion directa entre el valor numerico captado por el sensor y la variable de la planta a medir (normalamente biomasa o vigor vegetal).

En que consiste y como se calculan?

Aqui es donde esta toda la esencia del asunto. Normalmente, las camaras que se utilizan para calcular estos indices, tanto si estan embarcadas en satelites, como en aviones o drones, son camaras un tanto especiales llamadas multiespectrales. Su nombre lo indica, captan varios espectros. Para los indices de vegetacion, normalmente captan el espectro del verde, el azul el rojo (lo que llamamos RGB) y el infrarrojo cercano. La banda azul en estos casos no es muy utilizada y se suele sustituir por el llamado rojo cercano.

Camara multiespectral para drones

Cuando la camara capta una foto en estas bandas, posteriormente se deben introducir en un programa de ordenador y jugar con las formulas de los diferentes indices para sacar valores que nos digan algo y poder actuar en consecuencia sobre nuestros cultivos.

Cuantos indices de vegetacion hay?

Unos cuantos, y en constante evolucion. Las empresas, universidades y cientificos del mundo estan continuamente estudiando nuevos indices de vegetacion, modificando los ya existentes para hacerlos mas precisos. Hay todo un mundo por hacer, desarrollar y descubrir. De momento vamos a mencionar algunos que se estan utilizando en la actualidad para agricultura de precision empezando por el famoso y archiconocido NDVI.

NDVI

Son las siglas de Normalized Difference Vegetacion Index. De los indices de vegetacion hasta ahora conocidos es de los mas importantes y usados. Utiliza las bandas del rojo y el infrarrojo cercano y nos permite calcular el vigor de una planta en un estado fenologico concreto. Este vigor nos indica el estado del cultivo. Si esta por debajo de lo normal, el indice nos dira que la planta esta sufriendo (o no esta en su punto optimo) y tendremos que averiguar por que. Puede ser por estres hidrico, por una plaga o enfermedad, por falta de nutrientes… Las causas pueden ser muchas pero lo que el indice nos dice de forma prematura es que a la planta le esta ocurriendo algo para que podamos llegar a tiempo y corregirlo.

Mapa de color de NDVI donde se ven las zonas de cultivo con mas y menos vigor

GNDVI

Esta es una variacion del NDVI que utiliza la banda del verde en vez del rojopara sus calculos. Hay cultivos que responden mejor a unas bandas que a otras y en cultivos de arroz o en maiz, en ocasiones este indice da mejores resultados, por ejemplo, en la prediccion del rendimiento de cosecha en funcion del vigor calculado por este metodo.

SAVI y MSAVI

Son las siglas de Soil Adjusted Vegetation Index. Cuando se trata de calcular vigor vegetativo, hay que tener en cuenta el tipo y estado de cultivo. Si la cobertura vegetal es muy pobre (marcos de plantacion amplios o fases tempranas del cultivo) los indices de reflectancia del suelo afectan al valor final y este “efecto suelo” descompensa los valores de NDVI o GNDVI. Por ellos los indices SAVI o MSAVI (el segundo es una modificacion del otro) consiguen compensar el efecto suelo en estos casos.

EVI y EVI2

Son las siglas de Enhanced Vegetation Index. Estos indices de vegetacion (el EVI2 es una evolucion del EVI) se estudiaron para teledeteccion satelital y utilizan ademas la banda azul (ademas del rojo e infrarrojo cercano) para compensar los errores derivados de las distorsiones atmosfericas. Recordemos que la energia que capta el sensor multiespectral de un satelite tiene que viajar atravesando la atmosfera unos 800km que es donde orbitan este tipo de satelites. El EVI2 es una modificacion para evitar tener que hacer calculos con la banda del azul, por lo que se podria trabajar con sensores de camaras embarcadas en drones (que pueden carecen de la banda azul).

CWSI

De los indices de vegetacion hasta ahora vistos este difiere un poco del resto. Este indice se calcula no con imagen multiespectral si no con un sensor termografico que nos da la temperatura superficial del cultivo. Existen estudios que demuestran la relacion directa en la temperatura del cultivo y el potencial hidrico foliar. Esta ultima magnitud mide de forma directa el estres hidrico del cultivo. Consiguiendo establecer estas relaciones, es posible calcular si la planta esta sufriendo por falta de agua o no.

Nos hemos dejado unos cuantos por el camino. Sin embargo, ya que este articulo pretendia ser no mas que una introduccion a estos indices, hablaremos de los demas en un futuro no muy lejano.

universidadagricola.com

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