Las condiciones climáticas adversas cada vez más recurrentes y extremas resultan en frecuentes periodos de sequía que presentan importantes desafíos a los viticultores. En España, donde aproximadamente el 41% de la superficie de viñedo es de regadío, esto supone un desafío en cuanto a la gestión del agua. Es por ello que el uso de herramientas de la agricultura de precisión que permitan conocer el estado hídrico de la vid y desarrollar un uso más eficiente del agua de riego, es de vital importancia. La gestión eficiente del riego debe tener en cuenta la variabilidad existente en los viñedos, desde diferentes características de suelos, a condiciones climáticas y hasta diferencias en el manejo de poda de cada explotación.
En este contexto, el uso de herramientas de la teledetección, como vehículos aéreos no tripulados (UAV – Unmanned Aerial Vehicle), para mapear la variabilidad espacial del viñedo y conocer su estado hídrico, es de suma relevancia en este momento para el sector vitivinícola.
El presente estudio tuvo como objetivo general evaluar el potencial de los sensores térmicos a bordo de UAVs como herramientas para conocer el estado hídrico de la vid en su variabilidad temporal y espacial.
La variabilidad en la que se ha centrado este estudio ha sido la variabilidad de características de suelo que se pueden encontrar dentro de una misma explotación y la variabilidad que suponen dos manejos distintos de poda.
Se pretendió evaluar la capacidad de los índices térmicos calculados mediante información obtenida con UAVs para determinar el estado hídrico de las plantas de vid en estos dos escenarios agronómicos distintos: plantas de vid cultivadas en suelos diferentes y en plantas de vid sometidas a distintos regímenes de poda.
En sistemas de cultivo que llevan a cabo riegos deficitarios, las características del suelo son determinantes en el rendimiento, calidad de la vendimia y en el crecimiento vegetativo. Una de las características que puede aportar información más relevante sobre la capacidad del suelo de suministrar agua al cultivo en condiciones de sequía es la capacidad de retención de agua (CRA). Se estudiaron los parámetros de crecimiento vegetativo y otros indicadores fisiológicos de las cepas de dos suelos con características edafológicas distintas. Mediante el UAV equipado con sensores se obtuvieron imágenes térmicas y multiespectrales, con las cuales se calcularon diversos índices de estrés hídrico: CWSI (Índice de estrés hídrico del cultivo, siglas en inglés) según la metodología de Bellvert, CWSI según Möller y el indicador simple Tc-Ta (diferencia entre la temperatura de la copa y la temperatura del aire).
Paralelamente, se midieron los mismos parámetros, indicadores e índices térmicos que en el escenario agronómico anterior para dos zonas donde se llevaron a cabo dos manejos de poda distintos durante un periodo de más de 10 años. En una de las zonas se realizó una poda mínima y en la otra no se poda.
Se concluyó que en condiciones de estrés hídrico severo como las que tuvieron lugar en el verano de 2022, las características de suelo más favorables de una de las zonas no fueron suficientes para resultar en diferencias en los indicadores fisiológicos medidos ni en los índices de estrés hídrico calculados entre las cepas de ambos suelos. En relación con las cepas de zonas con diferentes manejo de poda, tampoco se observaron diferencias entre los indicadores fisiológicos medidos, ni en los índices de estrés hídrico calculados.
Otro de los objetivos específicos del estudio fue estudiar la aptitud de diferentes índices térmicos para explicar el estado hídrico del cultivo. Para ello, tomamos el potencial hídrico del tallo de la vid como indicador de referencia, basándonos en su reconocimiento por varios autores como buen indicador del estado hídrico de la planta.
Tras calcular los diferentes índices a partir de imágenes térmicas para diferentes horas del día (9h solares y 12h solares) y estudiar su relación con el potencial hídrico del tallo en las diferentes horas, se llegó a la conclusión de que CWSI según Bellvert fue el índice térmico que presentó una mayor robustez en los datos. El índice simplificado Tc-Ta obtuvo una correlación con el potencial hídrico elevada dada su simplicidad de cálculo. Otra conclusión hallado fue la de que la mejor hora para la toma de datos fue a las 12h solares.
En todas los índices calculados mediante imágenes térmicas, se han aplicado dos correcciones distintas, ya que uno de los objetivos transversales del estudio fue evaluar cual de las correcciones es más adecuada para mejorar la representatividad de los datos.
Una de las correcciones utilizó las imágenes multiespectrales para calcular el índice NDVI y utilizarlo en el método de balance de energía y finalmente corregir las imágenes térmicas. El otro método de corrección se basó en la toma de temperaturas de referencia mediante un termómetro de infrarrojos para calcular los valores corregidos de temperatura.
Se concluyó que el primer método de corrección mejoró la robustez de los datos en todos los casos, mientras que el segundo método de corrección de imágenes térmicas no tuvo el mismo éxito, sino que distorsionó los valores de las imágenes térmicas.
ABSTRACT
Increasingly recurring and extreme adverse climatic conditions result in frequent droughts that pose significant challenges to winegrowers. In Spain, where approximately 41% of the vineyard area is irrigated, this poses a challenge in terms of water management. That is why the use of precision agriculture tools that allow knowing the water state of the vineyard and develop a more efficient use of irrigation water, is of vital importance. Efficient irrigation management must take into account the variability existing in the vineyards, from different soil characteristics, to climatic conditions, to differences in the pruning management of each land.
In this context, the use of remote detection tools, such as Unmanned Aerial Vehicle (UAV) to map the spatial variability of the vineyard and to know its water status, is of paramount relevance currently for the wine sector.
The general objective of the study was to evaluate the potential of thermal sensors on UAVs as tools to know the water state of the vine in its temporal and spatial variability.
The variability on which this study has focused has been the variability of soil characteristics that can be found within a single farm and the variabilities that involve two different ways of pruning.
It was intended to evaluate the capacity of the thermal indices calculated using UAV information to determine the water state of the vineyards in these two different agronomic scenarios: grapes grown on different soils and on grapes under different pruning regimes.
In farming systems that carry out deficit watering, soil characteristics are determining in yield, crop quality and vegetative growth. One of the features that can provide most relevant information about the soil’s ability to supply water to crops in drought conditions is the water retention capacity (CRA). Vegetative growth parameters and other physiological indicators of two soil strains with distinct edafological characteristics were studied. Thermal and multi-spectral images were obtained using the UAV equipped with sensors, with which various water stress indexes were calculated: CWSI (Culture Water Stress Index) according to Bellvert’s methodology, CWSI according to Möller and the simple indicator Tc-Ta (difference between canopy temperature and air temperature).
Simultaneously, all the same parameters, indicators and thermal indices were measured as in the previous agronomic scenario for two areas where two different pruning operations were carried out over a period of more than 10 years. In one of the areas a minimal cut was carried out and in the other no cut.
It was concluded that under conditions of severe water stress such as those that occurred in the summer of 2022, the more favourable soil characteristics of one area were not sufficient to result in differences in the measured physiological indicators or in the calculated water stress rates between the strains of both soils. In relation to strains of areas with different cutting handling, no differences were observed between the measured physiological indicators, nor in the calculated water stress indexes.
Another specific objective of the study was to study the suitability of different thermal indices to explain the water state of the crop. To do this, we took the water potential of the vine stem as a reference indicator, relying on its recognition by several authors as a good indicator of the water state of the plant.
After calculating the different indexes from thermal images for different hours of the day (9h solar and 12h solar) and studying their relationship with the water potential of the stem at different hours, it was concluded that CWSI according to Bellvert was the thermal index that presented a greater robustness in the data. The simplified Tc-Ta index obtained a high correlation with the water potential due to its simplicity of calculation. Another conclusion found was that the best time to take data was at 12 hours a.m.
For all indexes calculated using thermal imaging, two distinct corrections have been applied, as one of the cross-cutting objectives of the study was to assess which corrections are most appropriate to improve data representativity.
One of the corrections used the multi-spectral images to calculate the NDVI index and use it in the energy balance method and finally correct the thermal images. The other method of correction was based on taking reference temperatures using an infrared thermometer to calculate the corrected temperature values.
It was concluded that the first method of correction improved the data robustness in all cases, while the second method of thermal image correction did not have the same success but distorted the values of the thermal images.
Las condiciones climáticas adversas cada vez más recurrentes y extremas resultan en frecuentes periodos de sequía que presentan importantes desafíos a los viticultores. En España, donde aproximadamente el 41% de la superficie de viñedo es de regadío, esto supone un desafío en cuanto a la gestión del agua. Es por ello que el uso de herramientas de la agricultura de precisión que permitan conocer el estado hídrico de la vid y desarrollar un uso más eficiente del agua de riego, es de vital importancia. La gestión eficiente del riego debe tener en cuenta la variabilidad existente en los viñedos, desde diferentes características de suelos, a condiciones climáticas y hasta diferencias en el manejo de poda de cada explotación.
En este contexto, el uso de herramientas de la teledetección, como vehículos aéreos no tripulados (UAV – Unmanned Aerial Vehicle), para mapear la variabilidad espacial del viñedo y conocer su estado hídrico, es de suma relevancia en este momento para el sector vitivinícola.
El presente estudio tuvo como objetivo general evaluar el potencial de los sensores térmicos a bordo de UAVs como herramientas para conocer el estado hídrico de la vid en su variabilidad temporal y espacial.
La variabilidad en la que se ha centrado este estudio ha sido la variabilidad de características de suelo que se pueden encontrar dentro de una misma explotación y la variabilidad que suponen dos manejos distintos de poda.
Se pretendió evaluar la capacidad de los índices térmicos calculados mediante información obtenida con UAVs para determinar el estado hídrico de las plantas de vid en estos dos escenarios agronómicos distintos: plantas de vid cultivadas en suelos diferentes y en plantas de vid sometidas a distintos regímenes de poda.
En sistemas de cultivo que llevan a cabo riegos deficitarios, las características del suelo son determinantes en el rendimiento, calidad de la vendimia y en el crecimiento vegetativo. Una de las características que puede aportar información más relevante sobre la capacidad del suelo de suministrar agua al cultivo en condiciones de sequía es la capacidad de retención de agua (CRA). Se estudiaron los parámetros de crecimiento vegetativo y otros indicadores fisiológicos de las cepas de dos suelos con características edafológicas distintas. Mediante el UAV equipado con sensores se obtuvieron imágenes térmicas y multiespectrales, con las cuales se calcularon diversos índices de estrés hídrico: CWSI (Índice de estrés hídrico del cultivo, siglas en inglés) según la metodología de Bellvert, CWSI según Möller y el indicador simple Tc-Ta (diferencia entre la temperatura de la copa y la temperatura del aire).
Paralelamente, se midieron los mismos parámetros, indicadores e índices térmicos que en el escenario agronómico anterior para dos zonas donde se llevaron a cabo dos manejos de poda distintos durante un periodo de más de 10 años. En una de las zonas se realizó una poda mínima y en la otra no se poda.
Se concluyó que en condiciones de estrés hídrico severo como las que tuvieron lugar en el verano de 2022, las características de suelo más favorables de una de las zonas no fueron suficientes para resultar en diferencias en los indicadores fisiológicos medidos ni en los índices de estrés hídrico calculados entre las cepas de ambos suelos. En relación con las cepas de zonas con diferentes manejo de poda, tampoco se observaron diferencias entre los indicadores fisiológicos medidos, ni en los índices de estrés hídrico calculados.
Otro de los objetivos específicos del estudio fue estudiar la aptitud de diferentes índices térmicos para explicar el estado hídrico del cultivo. Para ello, tomamos el potencial hídrico del tallo de la vid como indicador de referencia, basándonos en su reconocimiento por varios autores como buen indicador del estado hídrico de la planta.
Tras calcular los diferentes índices a partir de imágenes térmicas para diferentes horas del día (9h solares y 12h solares) y estudiar su relación con el potencial hídrico del tallo en las diferentes horas, se llegó a la conclusión de que CWSI según Bellvert fue el índice térmico que presentó una mayor robustez en los datos. El índice simplificado Tc-Ta obtuvo una correlación con el potencial hídrico elevada dada su simplicidad de cálculo. Otra conclusión hallado fue la de que la mejor hora para la toma de datos fue a las 12h solares.
En todas los índices calculados mediante imágenes térmicas, se han aplicado dos correcciones distintas, ya que uno de los objetivos transversales del estudio fue evaluar cual de las correcciones es más adecuada para mejorar la representatividad de los datos.
Una de las correcciones utilizó las imágenes multiespectrales para calcular el índice NDVI y utilizarlo en el método de balance de energía y finalmente corregir las imágenes térmicas. El otro método de corrección se basó en la toma de temperaturas de referencia mediante un termómetro de infrarrojos para calcular los valores corregidos de temperatura.
Se concluyó que el primer método de corrección mejoró la robustez de los datos en todos los casos, mientras que el segundo método de corrección de imágenes térmicas no tuvo el mismo éxito, sino que distorsionó los valores de las imágenes térmicas.
ABSTRACT
Increasingly recurring and extreme adverse climatic conditions result in frequent droughts that pose significant challenges to winegrowers. In Spain, where approximately 41% of the vineyard area is irrigated, this poses a challenge in terms of water management. That is why the use of precision agriculture tools that allow knowing the water state of the vineyard and develop a more efficient use of irrigation water, is of vital importance. Efficient irrigation management must take into account the variability existing in the vineyards, from different soil characteristics, to climatic conditions, to differences in the pruning management of each land.
In this context, the use of remote detection tools, such as Unmanned Aerial Vehicle (UAV) to map the spatial variability of the vineyard and to know its water status, is of paramount relevance currently for the wine sector.
The general objective of the study was to evaluate the potential of thermal sensors on UAVs as tools to know the water state of the vine in its temporal and spatial variability.
The variability on which this study has focused has been the variability of soil characteristics that can be found within a single farm and the variabilities that involve two different ways of pruning.
It was intended to evaluate the capacity of the thermal indices calculated using UAV information to determine the water state of the vineyards in these two different agronomic scenarios: grapes grown on different soils and on grapes under different pruning regimes.
In farming systems that carry out deficit watering, soil characteristics are determining in yield, crop quality and vegetative growth. One of the features that can provide most relevant information about the soil’s ability to supply water to crops in drought conditions is the water retention capacity (CRA). Vegetative growth parameters and other physiological indicators of two soil strains with distinct edafological characteristics were studied. Thermal and multi-spectral images were obtained using the UAV equipped with sensors, with which various water stress indexes were calculated: CWSI (Culture Water Stress Index) according to Bellvert’s methodology, CWSI according to Möller and the simple indicator Tc-Ta (difference between canopy temperature and air temperature).
Simultaneously, all the same parameters, indicators and thermal indices were measured as in the previous agronomic scenario for two areas where two different pruning operations were carried out over a period of more than 10 years. In one of the areas a minimal cut was carried out and in the other no cut.
It was concluded that under conditions of severe water stress such as those that occurred in the summer of 2022, the more favourable soil characteristics of one area were not sufficient to result in differences in the measured physiological indicators or in the calculated water stress rates between the strains of both soils. In relation to strains of areas with different cutting handling, no differences were observed between the measured physiological indicators, nor in the calculated water stress indexes.
Another specific objective of the study was to study the suitability of different thermal indices to explain the water state of the crop. To do this, we took the water potential of the vine stem as a reference indicator, relying on its recognition by several authors as a good indicator of the water state of the plant.
After calculating the different indexes from thermal images for different hours of the day (9h solar and 12h solar) and studying their relationship with the water potential of the stem at different hours, it was concluded that CWSI according to Bellvert was the thermal index that presented a greater robustness in the data. The simplified Tc-Ta index obtained a high correlation with the water potential due to its simplicity of calculation. Another conclusion found was that the best time to take data was at 12 hours a.m.
For all indexes calculated using thermal imaging, two distinct corrections have been applied, as one of the cross-cutting objectives of the study was to assess which corrections are most appropriate to improve data representativity.
One of the corrections used the multi-spectral images to calculate the NDVI index and use it in the energy balance method and finally correct the thermal images. The other method of correction was based on taking reference temperatures using an infrared thermometer to calculate the corrected temperature values.
It was concluded that the first method of correction improved the data robustness in all cases, while the second method of thermal image correction did not have the same success but distorted the values of the thermal images. Read More
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