Using temporal NDVI/MODIS profiles for inferences on the crop soybean calendar

Um dos maiores desafios para a modelagem de rendimentos de grãos, no contexto das estimativas de safras feitas de forma operacional para grandes áreas, está relacionado à identificação no tempo dos períodos em que as culturas anuais apresentam maior suscetibilidade a estresses ambientais. Para a cultura da soja, cultivada no período de primavera-verão no sul do Brasil, o principal fator de risco é a ocorrência de estresse hídrico no florescimento e enchimento de grãos. Esses subperíodos ocorrem em períodos distintos ao longo da região de produção como consequência de práticas de manejo diferenciadas dos produtores. Este trabalho teve como objetivo relacionar o calendário agrícola da cultura da soja a perfis temporais do índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI/MODIS), com intuito de apresentar/validar uma tecnologia de baixo custo e adequada acurácia para fins de monitoramento e previsão de safras. Para tanto, foram analisados os dados de calendário agrícola (subperíodos de floração, enchimento de grãos e maturação) da cultura da soja em regionais da EMATER (RS) e imagens NDVI do sensor MODIS. Os resultados mostraram que os perfis temporais de NDVI permitem acompanhar a evolução temporal da biomassa da cultura da soja e determinar a ocorrência dos subperíodos do ciclo. As diferenças no valor do NDVI entre safras, regionais e subperíodos do ciclo da cultura demonstram a sensibilidade deste índice em detectar as respostas das plantas de soja às condições ambientais. Como consequência dos dados de NDVI serem gerados a partir das imagens MODIS, é possível a espacialização da informação acerca dos subperíodos para todas as safras e em todo o Estado, o que permite maior detalhamento temporal e espacial comparativamente à atual disponibilidade dos dados.A major challenge for grain yield modeling in the context of estimates made operationally for large areas is related to the identification of periods in which annual crops show greater susceptibility to environmental stress. For soybean grown in the spring-summer period in southern Brazil, the main risk factor is the occurrence of water stress during flowering and grain filling. These subperiods occur at different times across the production region due to differences in management practices of each farmer. This study aimed to relate the soybean crop calendar to the temporal profiles of normalized difference vegetation index (NDVI/MODIS), in order to present/validate a low cost technology with adequate accuracy for crop monitoring and harvest prediction. Thus, we analyzed data from soybean crop calendar (subperiods of flowering, grain filling and maturation) from EMATER (RS) regions and NDVI MODIS images. The NDVI temporal profiles allow monitoring the development of the soybean crop biomass and determining the occurrence of subperiods. Differences in NDVI values between harvests, regions and subperiods demonstrate the sensitivity of this index in detecting the responses of soybean plants to environmental conditions. Because NDVI data are generated from MODIS images, it is possible to create maps with information about the subperiods for all harvests and throughout the State, which enables greater temporal and spatial details compared to data currently available

Correlations between spectral and biophysical data obtained in canola canopy cultivated in the subtropical region of Brazil

O objetivo deste trabalho foi a identificação das bandas espectrais, dos índices de vegetação e dos períodos do ciclo da canola em que a correlação entre os dados espectrais e os indicadores biofísicos (matéria seca total da parte aérea e rendimento de grãos) é mais significativa. Os experimentos foram conduzidos nas safras de 2013 e 2014, na Embrapa Trigo, no Estado do Rio Grande do Sul. Utilizou-se o delineamento experimental em blocos ao acaso, com quatro repetições, e os tratamentos foram cinco doses de nitrogênio em cobertura. Foram determinados a matéria seca das plantas, o rendimento de grãos e a fenologia. A resposta espectral da canola foi avaliada por medições de reflectância do dossel, com espectrorradiômetro, e, a partir desses dados, foram calculados os índices de vegetação SR, NDVI, EVI, SAVI e GNDVI. As correlações de Pearson entre as variáveis espectrais e biofísicas da canola mostraram que as melhores bandas para estimativa da matéria seca são as do vermelho (620 a 670 nm) e do infravermelho próximo (841 a 876 nm). O período vegetativo é o mais indicado para obtenção de correlações mais significativas para a canola. Todos os índices de vegetação utilizados são adequados para estimativas da matéria seca e do rendimento de grãos da canola.The objective of this work was to identify the spectral bands, vegetation indices, and periods of the canola crop season in which the correlation between spectral data and biophysical indicators (total shoot dry matter and grain yield) is most significant. The experiment was carried out during the 2013 and 2014 crop seasons at Embrapa Trigo, in the state of Rio Grande do Sul, Brazil. A randomized complete block design was used, with four replicates, and the treatments consisted of five doses of nitrogen topdressing. Plant dry matter, grain yield, and phenology were measured. The canola spectral response was evaluated by measuring the canola canopy reflectance using a spectroradiometer, and, with this data, the SR, NDVI, EVI, SAVI, and GNDVI vegetation indices were determined. Pearson’s correlations between the spectral and biophysical variables of canola showed that the red (620 to 670 nm) and near-infrared (841 to 876 nm) bands were the best to estimate the dry matter. The vegetative period is the most indicated to obtain the most significant correlations for canola. All the used vegetation indices are adequate for estimating the dry matter and grain yield of canola

Spectral response of canola over the cycle according to nitrogen fertilization

O objetivo da pesquisa foi caracterizar o padrão espectral da canola ao longo do ciclo em função de diferentes níveis de adubação nitrogenada. Para isto, foram instalados experimentos nas safras de 2013 e 2014, em área experimental pertencente a EMBRAPA Trigo, em Coxilha, RS. O delineamento experimental foi de blocos casualizados com quatro repetições, sendo os tratamentos cinco doses de adubação nitrogenada: 10, 20, 40, 80 160 kg ha-1 de N. O comportamento espectral foi caracterizado por meio de medições com espectrorradiômetro (sensoriamento remoto passivo) e com o sensor Greenseeker (sensoriamento remoto ativo). A partir das medições com espectrorradiômetro, foram calculados os índices de vegetação razão simples (SR), índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), índice de vegetação realçado (EVI), índice de vegetação ajustado ao solo (SAVI) e índice de vegetação por diferença normalizada verde (GNDVI). Também foram obtidos dados de matéria seca da parte aérea, índice de área foliar (IAF), fenologia e rendimento de grãos da canola. Por fim, foram estabelecidas correlações entre os dados espectrais, dados de matéria seca da parte aérea e rendimento de grãos de canola. Os resultados mostraram que a canola apresenta curvas de reflectância com padrão típico de culturas anuais: baixa reflectância no visível e alta no infravermelho, com variações de amplitude ao longo do ciclo associadas às mudanças estruturais do dossel. Os perfis temporais dos índices de vegetação apresentaram dois picos máximos, um antes e outro após o florescimento, o que pode ser usado para distinguir a canola de outras culturas anuais. A adubação nitrogenada em cobertura causou variações no IAF e no rendimento de grãos. Já o acúmulo de matéria seca da parte aérea, nas condições experimentais ocorridas, não variou em função das doses de adubação nitrogenada aplicadas em cobertura. Associado às variações no dossel, as diferentes doses de N causaram diferenças na reflectância do mesmo, as quais foram percebidas, principalmente, nos índices de vegetação SR, GNDVI e NDVI obtido com sensor Greenseeker. Entre as bandas do espectro eletromagnético estudadas, as que melhor se correlacionaram com a quantidade de matéria seca da parte aérea da canola, foram as bandas do vermelho e infravermelho próximo, durante o período vegetativo do ciclo de produção. Os índices com melhores respostas foram SR, EVI e SAVI também no período vegetativo. Para estudos do rendimento de grãos, os índices com melhores respostas foram o SAVI e o GNDVI.The objective of the research is to characterize the spectral pattern of Canola throughout the cycle by having different levels of nitrogen fertilization. To do so, some experiments are taken from the harvests of 2013 and 2014. These ones belong to an experimental area at EMBRAPA wheat (Brazilian company that researches agriculture) in Coxilha (a city in South of Brazil). Randomized block design is used with four replications and treatments with five doses of nitrogen fertilization: 10, 20, 40, 80 160 kg ha-1 of N. The spectral behavior is characterized by measurement with spectroradiometer (passive remote sensing) and the Greenseeker sensor (active remote sensing). From the measurements of spectroradiometer, the simple ratio (SR), the normalized difference vegetation index (NDVI), enhanced vegetation index (EVI), soil-adjusted vegetation index (SAVI) and green normalized difference vegetation index (GNDVI) were calculated. As another way of measurement, shoot dry matter data, leaf area index (LAI), phenology and yield of canola grain were obtained. As results, canola shows reflectance curves with the typical pattern of annual crops: low spectral reflectance and high spectral reflectance in infrared with variations in amplitude over the cycle associated with structural changes of the canopy. The temporal types of vegetation indices have two maximum peaks, one before and one after blossoming, which can be used to distinguish canola than the other annual crops. The nitrogen fertilization coverage causes variations in IAF and grain yield, wherein the highest yield is at a dose of 100 kg ha-1 of N. But the accumulation of shoot dry matter, that occurred in experimental conditions, did not vary according to nitrogen fertilization rates applied in coverage. Different levels of nitrogen cause differences in reflectance of the canopy and these ones are associated with its variations, which are perceived mainly in rates of SR vegetation, GNDVI and NDVI obtained with Greenseeker sensor. Between the bands of the electromagnetic spectrum studied, those that the best correlated with the amount of shoot dry matter of canola are the bands of red and near-infrared, during the growing season of the production cycle. Indexes with the best responses are SR, EVI, and SAVI also in the growing season. Considering the yield studies, the indices with the best responses are SAVI and GNDVI that use the method of sum of the index throughout the production cycle

Spectral response of canola over the cycle according to nitrogen fertilization

O objetivo da pesquisa foi caracterizar o padrão espectral da canola ao longo do ciclo em função de diferentes níveis de adubação nitrogenada. Para isto, foram instalados experimentos nas safras de 2013 e 2014, em área experimental pertencente a EMBRAPA Trigo, em Coxilha, RS. O delineamento experimental foi de blocos casualizados com quatro repetições, sendo os tratamentos cinco doses de adubação nitrogenada: 10, 20, 40, 80 160 kg ha-1 de N. O comportamento espectral foi caracterizado por meio de medições com espectrorradiômetro (sensoriamento remoto passivo) e com o sensor Greenseeker (sensoriamento remoto ativo). A partir das medições com espectrorradiômetro, foram calculados os índices de vegetação razão simples (SR), índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), índice de vegetação realçado (EVI), índice de vegetação ajustado ao solo (SAVI) e índice de vegetação por diferença normalizada verde (GNDVI). Também foram obtidos dados de matéria seca da parte aérea, índice de área foliar (IAF), fenologia e rendimento de grãos da canola. Por fim, foram estabelecidas correlações entre os dados espectrais, dados de matéria seca da parte aérea e rendimento de grãos de canola. Os resultados mostraram que a canola apresenta curvas de reflectância com padrão típico de culturas anuais: baixa reflectância no visível e alta no infravermelho, com variações de amplitude ao longo do ciclo associadas às mudanças estruturais do dossel. Os perfis temporais dos índices de vegetação apresentaram dois picos máximos, um antes e outro após o florescimento, o que pode ser usado para distinguir a canola de outras culturas anuais. A adubação nitrogenada em cobertura causou variações no IAF e no rendimento de grãos. Já o acúmulo de matéria seca da parte aérea, nas condições experimentais ocorridas, não variou em função das doses de adubação nitrogenada aplicadas em cobertura. Associado às variações no dossel, as diferentes doses de N causaram diferenças na reflectância do mesmo, as quais foram percebidas, principalmente, nos índices de vegetação SR, GNDVI e NDVI obtido com sensor Greenseeker. Entre as bandas do espectro eletromagnético estudadas, as que melhor se correlacionaram com a quantidade de matéria seca da parte aérea da canola, foram as bandas do vermelho e infravermelho próximo, durante o período vegetativo do ciclo de produção. Os índices com melhores respostas foram SR, EVI e SAVI também no período vegetativo. Para estudos do rendimento de grãos, os índices com melhores respostas foram o SAVI e o GNDVI.The objective of the research is to characterize the spectral pattern of Canola throughout the cycle by having different levels of nitrogen fertilization. To do so, some experiments are taken from the harvests of 2013 and 2014. These ones belong to an experimental area at EMBRAPA wheat (Brazilian company that researches agriculture) in Coxilha (a city in South of Brazil). Randomized block design is used with four replications and treatments with five doses of nitrogen fertilization: 10, 20, 40, 80 160 kg ha-1 of N. The spectral behavior is characterized by measurement with spectroradiometer (passive remote sensing) and the Greenseeker sensor (active remote sensing). From the measurements of spectroradiometer, the simple ratio (SR), the normalized difference vegetation index (NDVI), enhanced vegetation index (EVI), soil-adjusted vegetation index (SAVI) and green normalized difference vegetation index (GNDVI) were calculated. As another way of measurement, shoot dry matter data, leaf area index (LAI), phenology and yield of canola grain were obtained. As results, canola shows reflectance curves with the typical pattern of annual crops: low spectral reflectance and high spectral reflectance in infrared with variations in amplitude over the cycle associated with structural changes of the canopy. The temporal types of vegetation indices have two maximum peaks, one before and one after blossoming, which can be used to distinguish canola than the other annual crops. The nitrogen fertilization coverage causes variations in IAF and grain yield, wherein the highest yield is at a dose of 100 kg ha-1 of N. But the accumulation of shoot dry matter, that occurred in experimental conditions, did not vary according to nitrogen fertilization rates applied in coverage. Different levels of nitrogen cause differences in reflectance of the canopy and these ones are associated with its variations, which are perceived mainly in rates of SR vegetation, GNDVI and NDVI obtained with Greenseeker sensor. Between the bands of the electromagnetic spectrum studied, those that the best correlated with the amount of shoot dry matter of canola are the bands of red and near-infrared, during the growing season of the production cycle. Indexes with the best responses are SR, EVI, and SAVI also in the growing season. Considering the yield studies, the indices with the best responses are SAVI and GNDVI that use the method of sum of the index throughout the production cycle