Climatologia, variabilidade e tendências da precipitação pluvial em Veranópolis, Rio Grande do Sul, Brasil

The objective of this study was to characterize the rainfall climatology in Veranópolis, Rio Grande do Sul, Brazil, through analyses of means, variabilities related to El Niño Southern Oscillation (ENSO), and temporal trends, using a 60-year data series (1956-2015). Descriptive statistics of annual, monthly and seasonal rainfall were used to characterize the rainfall climatology. The differences between seasons, and influence of ENSO were evaluated using analysis of variance and the Duncan’s test. Rainfall trends were evaluated by the Mann Kendall test. The local average annual rainfall is 1,683 mm and the average monthly rainfall is 140 mm, varying from 109 (May) to 182 mm (September). The annual rainfall has high interannual (standard deviation of 327 mm), monthly (60-100 mm) and seasonal (124-183 mm) variabilities, which should be considered in non-irrigated agricultural systems using rainfall as the main source of water supply to plants. Although autumn presents lower average rainfall (346 mm) than the other seasons, its average percentages were similar to the total annual rainfall (21-28%), and the rainfalls are well-distributed in the seasons. Differences between ENSO events occurred in the spring; La Niña years showed lower rainfall (385 mm) than El Niño (549 mm) and neutral (481 mm) years. The annual rainfall tended to increase by 6.3 mm per year (p < 0.01), with increases of 2.5 mm in spring and 1.9 mm in winter (p < 0.10) in the period analyzed.Objetivou-se nesse trabalho caracterizar climaticamente a precipitação pluvial, analisar a influência de eventos El Niño Oscilação Sul (ENOS) e a tendência temporal na série de dados 1956-2015 de Veranópolis, Rio Grande do Sul, Brasil. Para caracterização climática foram definidas estatísticas descritivas da precipitação pluvial anual, mensal e estacional. Para identificação de diferenças entre estações e influência de eventos ENOS, os dados foram submetidos à análise de variância e teste de Duncan. Tendências foram avaliadas pelo teste de Mann Kendall. Os resultados indicaram que a precipitação pluvial anual média é de 1.683 mm e a mensal 140 mm, variando entre 109 (maio) e 182 mm (setembro). Há elevada variabilidade interanual na precipitação pluvial anual (desvio-padrão de 327 mm), mensal (60-100 mm) e estacional (124-183 mm), a qual deve ser considerada especialmente em sistemas agrícolas não irrigados nos quais a chuva é o principal mecanismo de aporte de água às plantas. Embora a precipitação pluvial média do outono (346 mm) seja inferior à das demais estações, os percentuais médios em relação ao total anual são semelhantes (21-28%) e a chuva é bem distribuída nas estações. Diferenças entre eventos ENOS ocorreram na primavera, sendo que chove menos em eventos La Niña (385 mm) do que em El Niño (549 mm) e neutros (481 mm). Há tendência climática de aumento da precipitação pluvial anual em 6,3 mm ao ano (p < 0,01), assim como na primavera (2,5 mm) e inverno (1,9 mm) (p < 0,10) na série analisada

Índice de vegetação por diferença normalizada obtido por sensor remoto de superfície para caracterização do ciclo de videiras no Rio Grande do Sul, Brasil

The normalized difference vegetation index (NDVI) obtained by remote sensing is widely used to monitor annual crops but few studies have investigated its use in perennial fruit crops. The aim of this study was to determine the temporal NDVI profile during grapevine cycle in vineyards established in horizontal training systems. NDVI data were obtained by the ground-based remote sensing Greenseeker in Chardonnay and Cabernet Sauvignon vineyards located in the Serra Gaúcha region, Rio Grande do Sul, Brazil, from September to June in the 2014/2015 and 2015/2016 vegetative seasons. The grapevine canopies were managed in horizontal training systems (T-trellis and Y-trellis). The results indicated that the temporal NDVI values varied during the grapevine cycle (0.33 to 0.85), reflecting the changing in vigor and biomass accumulation that resulted from the phenological stages and management practices. The temporal NDVI profiles were similar to both horizontal training systems. The NDVI values were higher throughout the cycle for Cabernet Sauvignon compared to Chardonnay indicating Cabernet Sauvignon as the cultivar with greater vegetative vigor. The NDVI obtained by ground-based remote sensing is a fast and non-destructive tool to monitor and characterize the canopy in real time, compiling into a single data several parameters related to vine development, like meteorological conditions and management practices that are difficult to be quantified together.O índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), obtido por sensoriamento remoto, tem sido amplamente empregado no monitoramento de culturas agrícolas produtoras de grãos, porém poucos são os estudos em fruticultura. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a evolução temporal do NDVI obtido por sensor remoto de superfície ao longo do ciclo de videiras em sistemas horizontais de condução do dossel vegetativo. Dados de NDVI foram obtidos com sensor remoto Greenseeker em vinhedos na região da Serra Gaúcha, Rio Grande do Sul, Brasil, de setembro a junho nas safras 2014/2015 e 2015/2016. Os vinhedos das cultivares Chardonnay e Cabernet Sauvignon eram conduzidos em sistema horizontal (latada e lira). Os resultados indicaram que houve variabilidade temporal do NDVI ao longo do ciclo (de 0,33 a 0,85), a qual refletiu as alterações no acúmulo de biomassa e vigor vegetativo decorrentes das principais etapas fenológicas e práticas de manejo. A evolução temporal do NDVI foi semelhante nos sistemas latada e lira, ambos caracterizados pela condução horizontal do dossel vegetativo. Os valores de NDVI para ‘Cabernet Sauvignon’ foram superiores aos de ‘Chardonnay’ ao longo do ciclo, independe da safra avaliada e do sistema de condução, indicando ‘Cabernet Sauvignon’ como a cultivar de maior vigor vegetativo. O NDVI, obtido por sensor remoto de superfície, é uma forma rápida e não destrutiva de monitoramento e caracterização do dossel vegetativo em tempo real, compilando em uma única informação o desenvolvimento da videira, o qual é resultado de diversos fatores, edafo-climáticos e de manejo, dificilmente quantificados conjuntamente

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

Detection of grapevine leaf stripe disease symptoms by hyperspectral sensor

Hyperspectral sensors can measure reflectance in a wide range of the electromagnetic spectrum. These can be used as an indirect method for detecting plant disease, by comparing the specific spectral signatures between symptomatic and asymptomatic vegetation. Grapevine Leaf Stripe Disease (GLSD), including the Esca complex, is a very important Grapevine Trunk Disease (GTD) worldwide. With the objective of developing an innovative method for quantitative and qualitative analyses of symptomatic plants using remote sensing, this study measured and characterized the spectral behaviour of GLSD asymptomatic and symptomatic grapevine leaves using a hyperspectral sensor. Asymptomatic, initial and final GLSD symptomatic leaves were collected in two stages of the phenological cycle (before and after harvest) from a ‘Merlot’ vineyard in Veranópolis, Rio Grande do Sul, Brazil. Reflectance measurements (350 to 2,500 nm) were performed using a spectroradiometer. The spectral behaviour of vine leaves with GLSD symptoms changed especially in the visible light range; reflectance increased in the green edge (520-550 nm) and red edge (700 nm) associated with reduced photosynthetic pigments (especially chlorophyll b). At near-infrared, reflectance decreased, especially in leaves with advanced GLSD, due to cell structure loss and toxin accumulation induced by pathogens. Even at different intensities, leaf reflectance changed in initial and final GLSD symptoms and at different stages of the cycle. These results showed that proximal, non-destructive sensing techniques may be useful tools for detecting the changing spectral behaviour of grapevine leaves with GLSD, which could be used for disease identification and detection

Spatial and temporal distribution of wheat crops in Rio Grande do Sul state, Brazil, and adjustment of agrometeorological-spectral model for grain yield estimations

O objetivo deste trabalho foi descrever o cultivo de trigo na porção norte do Estado do Rio Grande do Sul em relação ao ciclo da cultura e à evolução temporal do índice de vegetação (NDVI) e ajustar modelos agrometeorológicos-espectrais de estimativa de rendimento de grãos. A área de estudo abrangeu as regionais da EMATER/RS Caxias do Sul, Erechim, Passo Fundo, Ijuí e Santa Rosa. Foram analisados dados anuais de rendimento de grãos de trigo (LSPA/IBGE), dados meteorológicos (FEPAGRO e 8o DISME/INMET) e imagens NDVI do sensor MODIS, de abril a dezembro, de 2000 a 2008. Os resultados indicaram que houve variação dos rendimentos regionais de grãos de trigo no sentido leste-oeste, concordando com o sentido do gradiente do quociente fototermal no Estado. A variação interanual dos rendimentos regionais de grãos de trigo foi atribuída, sobretudo, às condições meteorológicas, dada ausência de tendência tecnológica no período. Os calendários agrícolas indicaram a evolução temporal das principais etapas do ciclo e foi possível relacioná-los aos perfis temporais de NDVI/MODIS. Estes perfis podem ser empregados no monitoramento do ciclo de cereais de estação fria produtores de grãos estabelecidos na região de estudo. O índice de geadas e a precipitação pluvial, critérios de riscos climáticos considerados no zoneamento da cultura do trigo no Estado, foram as variáveis meteorológicas inseridas nos modelos de estimativa de rendimento de grãos. As variáveis espectrais corresponderam aos valores de NDVI das etapas em que as lavouras se encontravam no final do crescimento vegetativo e no florescimento, na maior parte da área cultivada de trigo. Os modelos agrometeorológicos-espectrais ajustados apresentaram resultados adequados à estimativa de rendimento de grãos em caráter regional. Os modelos geraram estimativas condizentes com a distribuição espacial e temporal da produção de trigo na região e podem ser inseridos em sistemas de previsão de safra, aos quais conferem as características de baixo custo, facilidade de processamento e objetividade nas estimativas.This study aimed to describe the wheat crop distribution in Rio Grande do Sul State, Brazil, in terms of crop cycle and vegetation index temporal evolution, and to adjust agrometeorological-spectral models for grain yield estimations. The study area comprised the EMATER/RS regions: Caxias do Sul, Erechim, Passo Fundo, Ijuí, and Santa Rosa. A data set of annual wheat grain yields (LSPA/IBGE), meteorological data (FEPAGRO and 8oDISME/INMET) and MODIS NDVI images was analyzed from April to December of the 2000-2008 series. The results indicated a variation in the regional wheat grain yields from East to West, in accordance with the photothermal quotient gradient in the State. The interannual variation in regional wheat yields was attributed to mainly the meteorological conditions, since technological trend wasn’t observed. The wheat cropping calendars indicated the temporal evolution of the main developmental stages and could be related to temporal NDVI/MODIS profiles. These profiles can be used to monitor the cycle of winter cereals for grain production in the study region. Frost index and rainfall, which are considered climate risks criteria in wheat zoning, were the meteorological parameters included in models for estimating grain yields. The spectral variables (NDVI values) were obtained at the end of the vegetative growing and flowering, in most of the wheat crop area. Adjusted agrometeorological-spectral models had an adequate performance for estimating grain yields in a regional scale. The estimations were consistent with the spatial and temporal wheat production distribution. The adjusted agrometeorological-spectral models can be inserted into crop forecasting systems, giving them characteristics of low cost, easy processing and objectivity

Agrometeorológical-spectral model to estimate wheat yeld in Rio Grande do Sul

Modelos agrometeorológicos são ferramentas importantes em vários setores da agricultura, por permitirem estimativas de rendimento antecedentes à data de colheita. Em modelos agrometeorológico-espectrais, o componente agrometeorológico expressa condições meteorológicas e o espectral expressa, além destas, diferenças de práticas de manejo, cultivares e demais estresses não incluídos no componente agrometeorológico. O objetivo deste trabalho foi elaborar um modelo agrometeorológico-espectral de estimativa de rendimento de trigo, para treze municípios localizados ao norte do Estado do Rio Grande do Sul, pertencentes à região de atuação da Cooperativa Tritícola Mista Alto Jacui Ltda (Cotrijal). Para isso, foram utilizados dados meteorológicos e de rendimento médio anual de trigo (de 1990 a 2006); e espectrais (valor médio do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada – NDVI, obtido de imagens MODIS), de 2000 a 2006. A partir deste conjunto de dados, foi analisada a tendência tecnológica, escolhidos os indicadores agrometeorológicos e espectrais do rendimento e realizado o ajuste do modelo. Os resultados mostraram que, na região da Cotrijal, as tecnologias de cultivo estão consolidadas, não existindo tendência tecnológica significativa. São considerados indicadores agrometeorológicos do rendimento de trigo: soma térmica (acumulada de maio a outubro); precipitação pluvial (na etapa final de desenvolvimento dos grãos e na colheita); e ocorrência de eventos extremos de temperaturas mínimas do ar (geadas por ocasião do florescimento). A integração do NDVI, ocorrido ao longo do ciclo da cultura, é um importante indicador espectral do rendimento de trigo, pois caracteriza o processo dinâmico de desenvolvimento da cultura. Os modelos de estimativa de rendimento de trigo ajustados, construídos a partir de indicadores agrometeorológicos e espectrais, apresentam características de precisão, fácil execução e baixo custo.Agrometeorological models are important tools in various sectors of the agriculture activity by allowing making estimates before the harvest. In the agrometeorological-spectral models, the agrometeorological component express weather conditions; and the spectral component express, besides these, differences in farming practices, cultivars and other constraints and stresses not included in the agrometeorological component. The objective of this research was to create an agrometeorological-spectral model to estimate wheat yield for thirteen shires located to the north of the state of Rio Grande do Sul, belonging to the Cooperativa Tritícola Mista Alto Jacui Ltda (Cotrijal) area. Therefore, we used official data, the average annual wheat yield, and meteorological data for the period from 1990 to 2006, and spectral data (average value of the Normalized Difference of Vegetation Index - NDVI, obtained from MODIS images), from 2000 to 2006. From this data set, the technological trend was analyzed, the spectral and the agrometeorological indicators were chosen and the wheat yield model was adjusted. The results showed that in the Cotrijal region, the farming technologies are consolidated, with no significant technological trend. The heat units (accumulated from May to October), the rainfall (in the final grain stage of development and harvest), and the occurrence of extreme minimum air temperatures events (frosts at the flowering) are considered agrometeorological indicators of wheat yield. The NDVI, integrated during the crop season, is an important spectral indicator of the wheat yield because characterizes the dynamic process of the crop development. The adjusted wheat yield models, build from agrometeorological and spectral indicators, have characteristics of precision, easy use and low cost

Agrometeorológical-spectral model to estimate wheat yeld in Rio Grande do Sul

Modelos agrometeorológicos são ferramentas importantes em vários setores da agricultura, por permitirem estimativas de rendimento antecedentes à data de colheita. Em modelos agrometeorológico-espectrais, o componente agrometeorológico expressa condições meteorológicas e o espectral expressa, além destas, diferenças de práticas de manejo, cultivares e demais estresses não incluídos no componente agrometeorológico. O objetivo deste trabalho foi elaborar um modelo agrometeorológico-espectral de estimativa de rendimento de trigo, para treze municípios localizados ao norte do Estado do Rio Grande do Sul, pertencentes à região de atuação da Cooperativa Tritícola Mista Alto Jacui Ltda (Cotrijal). Para isso, foram utilizados dados meteorológicos e de rendimento médio anual de trigo (de 1990 a 2006); e espectrais (valor médio do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada – NDVI, obtido de imagens MODIS), de 2000 a 2006. A partir deste conjunto de dados, foi analisada a tendência tecnológica, escolhidos os indicadores agrometeorológicos e espectrais do rendimento e realizado o ajuste do modelo. Os resultados mostraram que, na região da Cotrijal, as tecnologias de cultivo estão consolidadas, não existindo tendência tecnológica significativa. São considerados indicadores agrometeorológicos do rendimento de trigo: soma térmica (acumulada de maio a outubro); precipitação pluvial (na etapa final de desenvolvimento dos grãos e na colheita); e ocorrência de eventos extremos de temperaturas mínimas do ar (geadas por ocasião do florescimento). A integração do NDVI, ocorrido ao longo do ciclo da cultura, é um importante indicador espectral do rendimento de trigo, pois caracteriza o processo dinâmico de desenvolvimento da cultura. Os modelos de estimativa de rendimento de trigo ajustados, construídos a partir de indicadores agrometeorológicos e espectrais, apresentam características de precisão, fácil execução e baixo custo.Agrometeorological models are important tools in various sectors of the agriculture activity by allowing making estimates before the harvest. In the agrometeorological-spectral models, the agrometeorological component express weather conditions; and the spectral component express, besides these, differences in farming practices, cultivars and other constraints and stresses not included in the agrometeorological component. The objective of this research was to create an agrometeorological-spectral model to estimate wheat yield for thirteen shires located to the north of the state of Rio Grande do Sul, belonging to the Cooperativa Tritícola Mista Alto Jacui Ltda (Cotrijal) area. Therefore, we used official data, the average annual wheat yield, and meteorological data for the period from 1990 to 2006, and spectral data (average value of the Normalized Difference of Vegetation Index - NDVI, obtained from MODIS images), from 2000 to 2006. From this data set, the technological trend was analyzed, the spectral and the agrometeorological indicators were chosen and the wheat yield model was adjusted. The results showed that in the Cotrijal region, the farming technologies are consolidated, with no significant technological trend. The heat units (accumulated from May to October), the rainfall (in the final grain stage of development and harvest), and the occurrence of extreme minimum air temperatures events (frosts at the flowering) are considered agrometeorological indicators of wheat yield. The NDVI, integrated during the crop season, is an important spectral indicator of the wheat yield because characterizes the dynamic process of the crop development. The adjusted wheat yield models, build from agrometeorological and spectral indicators, have characteristics of precision, easy use and low cost

Spatial and temporal distribution of wheat crops in Rio Grande do Sul state, Brazil, and adjustment of agrometeorological-spectral model for grain yield estimations

O objetivo deste trabalho foi descrever o cultivo de trigo na porção norte do Estado do Rio Grande do Sul em relação ao ciclo da cultura e à evolução temporal do índice de vegetação (NDVI) e ajustar modelos agrometeorológicos-espectrais de estimativa de rendimento de grãos. A área de estudo abrangeu as regionais da EMATER/RS Caxias do Sul, Erechim, Passo Fundo, Ijuí e Santa Rosa. Foram analisados dados anuais de rendimento de grãos de trigo (LSPA/IBGE), dados meteorológicos (FEPAGRO e 8o DISME/INMET) e imagens NDVI do sensor MODIS, de abril a dezembro, de 2000 a 2008. Os resultados indicaram que houve variação dos rendimentos regionais de grãos de trigo no sentido leste-oeste, concordando com o sentido do gradiente do quociente fototermal no Estado. A variação interanual dos rendimentos regionais de grãos de trigo foi atribuída, sobretudo, às condições meteorológicas, dada ausência de tendência tecnológica no período. Os calendários agrícolas indicaram a evolução temporal das principais etapas do ciclo e foi possível relacioná-los aos perfis temporais de NDVI/MODIS. Estes perfis podem ser empregados no monitoramento do ciclo de cereais de estação fria produtores de grãos estabelecidos na região de estudo. O índice de geadas e a precipitação pluvial, critérios de riscos climáticos considerados no zoneamento da cultura do trigo no Estado, foram as variáveis meteorológicas inseridas nos modelos de estimativa de rendimento de grãos. As variáveis espectrais corresponderam aos valores de NDVI das etapas em que as lavouras se encontravam no final do crescimento vegetativo e no florescimento, na maior parte da área cultivada de trigo. Os modelos agrometeorológicos-espectrais ajustados apresentaram resultados adequados à estimativa de rendimento de grãos em caráter regional. Os modelos geraram estimativas condizentes com a distribuição espacial e temporal da produção de trigo na região e podem ser inseridos em sistemas de previsão de safra, aos quais conferem as características de baixo custo, facilidade de processamento e objetividade nas estimativas.This study aimed to describe the wheat crop distribution in Rio Grande do Sul State, Brazil, in terms of crop cycle and vegetation index temporal evolution, and to adjust agrometeorological-spectral models for grain yield estimations. The study area comprised the EMATER/RS regions: Caxias do Sul, Erechim, Passo Fundo, Ijuí, and Santa Rosa. A data set of annual wheat grain yields (LSPA/IBGE), meteorological data (FEPAGRO and 8oDISME/INMET) and MODIS NDVI images was analyzed from April to December of the 2000-2008 series. The results indicated a variation in the regional wheat grain yields from East to West, in accordance with the photothermal quotient gradient in the State. The interannual variation in regional wheat yields was attributed to mainly the meteorological conditions, since technological trend wasn’t observed. The wheat cropping calendars indicated the temporal evolution of the main developmental stages and could be related to temporal NDVI/MODIS profiles. These profiles can be used to monitor the cycle of winter cereals for grain production in the study region. Frost index and rainfall, which are considered climate risks criteria in wheat zoning, were the meteorological parameters included in models for estimating grain yields. The spectral variables (NDVI values) were obtained at the end of the vegetative growing and flowering, in most of the wheat crop area. Adjusted agrometeorological-spectral models had an adequate performance for estimating grain yields in a regional scale. The estimations were consistent with the spatial and temporal wheat production distribution. The adjusted agrometeorological-spectral models can be inserted into crop forecasting systems, giving them characteristics of low cost, easy processing and objectivity