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ÍNDICES DE VEGETACIÓN COMPLEMENTARIOS DEL NDVI: GNDVI

El índice de vigorosidad o NDVI, es uno de los índices de vegetación más conocidos y utilizados en la monitorización de nuestros cultivos. Las principales características del NDVI, han sido ya abordadas previamente. Una de las más  importantes es que nos permite conocer el nivel de vigorosidad o de salud de nuestros cultivos en tiempo real, cada cinco días, durante todas las etapas del ciclo de cultivo y con una visión detallada de nuestras parcelas de 10 metros.

Si bien el NDVI es uno de los índices de vegetación más utilizados, presenta ciertas limitaciones en su uso, es por eso que se recomienda utilizar de manera complementaria otros índices de vegetación como son el GNDVI, NDRE y MSAVI.

En Visual, estos índices se han sido construidos utilizando el mismo rango de valores (de 0 a 1) y la misma escala de colores y así comparar su funcionalidad.

Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada Verde (GNDVI):

El GNDVI, por sus características físicas, es hasta cinco veces más sensible que el NDVI en la detección de la concentración de clorofila. Es importante destacar que el contenido de clorofila dependerá de la etapa del ciclo fenológico en la cual se encuentren nuestros cultivos. El uso del GNDVI se recomienda especialmente en la etapa de máxima vigorosidad de las plantas, cuando el valor del NDVI está próximo a 1, o al valor máximo del NDVI especializado por cultivos.

¿Por qué se recomienda su uso en esta etapa? Porque es en este momento cuando los valores del NDVI se “saturan”, lo que se traduce en un mapa con valores de NDVI prácticamente iguales, siendo muy difícil distinguir variaciones de vigorosidad dentro del cultivo.

Comparación del uso del NDVI y GNDVI. Caso1:

En la Figura 1, se muestra una parcela cultivada con cereal de secano de invierno. Su ciclo de cultivo es de seis meses, alcanzando su máxima vigorosidad y una gran cantidad de biomasa durante los meses tres a cuatro. En el mapa NDVI, se observa como en estos meses, cuando el NDVI tiene valores próximos a 0.9, la parcela se ve prácticamente homogénea, esto es la saturación del NDVI. Sin embargo, cuando la misma parcela, Figura 2, es representada en las mismas fechas mediante el índice GNDVI, esa saturación desaparece. El índice GNDVI es capaz de distinguir tres rangos de valores (0.7, 0.8 y 0.9) distribuidos en toda la parcela, representando de manera más adecuada las variaciones de vigorosidad imperceptibles para el NDVI.

Comparación del uso del NDVI y GNDVI. Caso 2:

En la Figura 3, se representa una parcela cultivada con maíz de ciclo corto. Su ciclo fenológico es de cuatro meses. Aproximadamente, a los 45 días, el maíz se encuentra en la etapa reproductiva, próximo a la etapa de floración. El maíz presenta una rápida formación de hojas, la planta acelera el crecimiento vertical y es cuando el cultivo alcanza su máxima vigorosidad con valores de NDVI de 0.9.  En la Figura 3, se observa como el NDVI se satura, al igual que en el Caso 1. Se ve que la parcela presenta de manera casi homogénea, el mismo tono de verde y el mismo valor máximo.

En la Figura 4, la misma parcela de maíz es mapeada en las mismas fechas, pero aplicando el índice GNDVI. Si bien este índice también representa esa máxima vigorosidad (verde oscuro), el GNDVI permite diferenciar dos zonas dentro de la parcela: una más vigorosa en la parte norte y otra de menor vigor en la parte sur. De esta manera la información que nos proporciona el GNDVI es muy valiosa ya que ante la saturación del NDVI, permite detectar esas variaciones en el vigor y así convertirse en una herramienta de gran ayuda a la hora de gestionar de manera eficiente el manejo de nuestros cultivos.

Índice de estrés hídrico – NDWI

La escasez de agua tiene un alto impacto económico ya que puede desencadenar pérdidas económicas directas, principalmente para los agricultores. En 2014, los datos de la Agencia Europea del Medio Ambiente sobre el uso del agua por sector, indicaron que el riego en la agricultura representó el 51% del agua usada anualmente, siendo el doble que el uso destinado a abastecer a los hogares (24%) (European Environment Agency).

Para realizar un uso eficiente del agua en la gestión de la irrigación, es indispensable determinar el contenido de agua en la planta. Las temperaturas extremas y la reducción de las precipitaciones son algunos de los fenómenos naturales que afectan, cada vez y con mayor frecuencia a las zonas agrícolas.

La falta o disminución del contenido de agua da lugar al «estrés hídrico». En situaciones de estrés, la planta produce cambios en su estructura interna. Con el fin de usar eficientemente sus recursos ante el estrés, la planta puede reducir su área foliar y el tamaño de sus hojas. Si el estrés se prolonga en el tiempo, puede afectar al proceso de fotosíntesis, el crecimiento y finalmente la productividad.

En plantaciones como los cítricos y las uvas, el estrés hídrico puede determinar la concentración del azúcar y la acidez, comprometiendo seriamente la calidad de la fruta. En el maíz, el estrés hídrico en la etapa reproductiva, puede producir una importante reducción en su rendimiento.

Mediante sistemas de teledetección remota (imágenes de los satélites, imágenes de dron) es posible obtener el índice de estrés hídrico o NDWI. Este indicador nos permite conocer el estado hídrico o contenido de agua de las plantas.

En Visual, a partir de las imágenes Sentinel-2 elaboramos el índice NDWI. La disponibilidad de imágenes cada 5 días, en cualquier parte del mundo nos permite hacer seguimientos temporales, y en cualquier etapa del ciclo fenológico. En Visual hemos actualizado el NDWI tradicional a un índice NDWI de 6 categorías con un rango de valores ajustados y con una nueva gama de colores. Los valores negativos cercanos a -1 corresponden a suelo desnudo (rojos). Valores alrededor de 0 (de -0.2 a +0.24) suelen indicar el estrés hídrico en diferentes niveles (de emergente a severo) y valores de +0.4 a 1 sin estrés hídrico (azules).

En los siguientes mapas de NDWI, se destaca al NE de la parcela, una zona de colores naranjas y amarillos. Estos colores representan la presencia de estrés hídrico de nivel moderado a severo. Los mapas de NDWI son herramientas que permiten detectar, incluso dentro de una misma parcela, áreas que requieren de un tratamiento especial, en este caso ha permitido optimizar la cantidad y la localización del riego dentro de la parcela.

La siguiente gráfica representa la evolución desde el 01/11/21 al 11/11/21 de la humedad del suelo medido con nuestro sensor. Se observa que en las fechas de los mapas NDWI (01/11/21 y 06/11/21), el sensor ha detectado que el porcentaje de la humedad del suelo era muy baja (7.5%) coincidiendo con el elevado estrés hídrico detectado en los mapas NDWI.

De esta forma, con el propósito de mejorar la planificación y las estrategias de riego, recomendamos el uso en conjunto de los mapas NDWI con los sensores de Visual. 

VISUAL y la teledetección agrícola

En VISUAL trabajamos con las últimas tecnologías en Teledetección agrícola. Las imágenes Sentinel-2 (L2A), nos permiten desarrollar productos de gran valor para la agricultura como es el NDVI (Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada).

Nuestro producto de NDVI general, en el tradicional rango de valores de -1 a 1, está siendo ampliado, pasando de las actuales cinco categorías (muy bajo, bajo, medio-bajo, medio-alto, alto) a diez categorías en una gama de colores que está acorde a la vigorosidad de la vegetación (de rojos a verdes). Este incremento proporcionará una mayor discriminación sobre el estado fenológico de los cultivos gracias a la excelente resolución espacial de 10 metros de Sentinel-2. Perfeccionar nuestros productos nos permite ofrecer productos con gran detalle a nuestros clientes.

A diferencia del NDVI general, el rango de valores del NDVI especializado, se ajusta a un rango de valores, cuyos mínimos y máximos, son determinados a partir una investigación minuciosa llevada a cabo por nuestros especialistas en teledetección agrícola.

De esta forma ofrecemos una monitorización más precisa de los cultivos de cada uno de nuestros clientes que estará disponible cada cinco días.  

Esta especialización del NDVI será una herramienta muy útil en la toma de decisiones de los agricultores, ya que permitirá a nuestros clientes realizar una mejora en la planificación y gestión de sus cultivos.

Las siguientes imágenes corresponden a un ejemplo del NDVI especializado en parcelas de cultivo de uva de vinificación. Se trata de una serie temporal en la que se puede observar como va cambiando el NDVI a lo largo de un año, comenzando en junio de 2019 y finalizando en julio de 2020. Con la ampliación de categorías y la nueva gama de colores, es posible asociar la mayor vigorosidad de los cultivos con los verdes más oscuros.

¿De dónde vienen las imágenes satélite que incluye VISUAL? Copernicus, ESA y Sentinel

VISUAL incorpora imágenes por satélite procedentes del programa Copernicus ESA para facilitar el seguimiento preciso de cultivos, con histórico e informes de evolución por parcela. ¿Quieres saber más?

El programa Copernicus de la ESA (Agencia Espacial Europea) es uno de los programas de observación de la Tierra más ambiciosos a nivel europeo.

Este programa ha sido diseñado para proporcionar información precisa, actualizada, y de fácil acceso para los usuarios, con el fin de mejorar la gestión del medio ambiente y con aplicaciones más que interesantes para la agricultura de precisión.

Los Sentinel (1, 2, 3, 4, 5, 5p) forman parte de las misiones espaciales desarrolladas por la ESA para atender las diversas necesidades de Copernicus tales como la monitorización de la atmósfera, océano y la superficie terrestre. Sentinel-2 es una misión que fue puesta en órbita a finales de 2015.

Cuenta con dos satélites Sentinel 2A y Sentinel 2B diseñados para monitorizar la superficie de la Tierra cada 5 días: cubierta vegetal, cuerpos de agua, usos del suelo y zonas costeras.

Sentinel-2 posee cámaras multiespectrales de alta resolución radiométrica, con 13 bandas espectrales centradas en el rango visible e infrarrojo y que, gracias a su alta resolución espacial de 10, 20 y 60 metros, provee información de gran precisión.

Cada imagen Sentinel-2 cubre un área de 290 km. Entre las ventajas de las imágenes Sentinel es que son de fácil acceso, libres y gratuitas.

La importancia de la teledetección agrícola

El incremento de la población de las últimas décadas ha ejercido una mayor presión sobre el sector agrícola, lo cual se traduce en una mayor demanda de alimentos de gran calidad.

De acuerdo a las estimaciones de la FAO (Organización para la Alimentación y la Agricultura), la producción agrícola actual debe aumentar un 70 % para 2050.

Para alcanzar este objetivo, es imprescindible contar con herramientas que nos permitan conocer el estado actual en el cual se encuentra el sector agrícola.

La Teledetección agrícola, u observación satelital, es una herramienta que nos permite observar los cultivos de a gran escala de manera sinóptica, remota y no destructiva.

Gracias a la periodicidad de las imágenes satelitales, en el caso de las imágenes Sentinel-2 cada cinco días, es posible obtener series temporales que nos permiten hacer un seguimiento del estado fenológico de los cultivos, detectar patrones de crecimiento, anomalías como plagas y enfermedades, requerimientos de agua y demás factores que determinarán su producción.

¿Quieres aprovechar todas las posibilidades de la teledetección agrícola con VISUAL?

Si quieres comenzar ya a aprovechar todas las posibilidades de la teledetección agrícola con VISUAL o tienes cualquier duda, contacta con nosotros.