Thermal imaging to monitor soil and canopy temperature under mulching and natural soil cover conditions

Mestrado em Engenharia de Viticultura e Enologia. Universidade de Lisboa, Instituto Superior de Agronomia. Universidade do Porto, Faculdade de CiênciasThe Mediterranean viticulture is increasingly exposed to more severe and frequent heat waves and droughts. Therefore, short to medium-term adaptation strategies are needed to minimize risks and losses. The use of organic mulching can be a potential a short-term adaptation strategy as well as a tool to control soil water loss and decrease soil and canopy temperature. Meanwhile, imaging technologies are becoming more affordable and can be used to support crop and soil monitoring. However, low-cost thermal imaging and low-cost image analysis need still optimization to be applied in modern viticulture. In this study, we evaluated the impact of organic mulching, by analysing its effects on the temperature of the ground surface and of vine’s canopy using low-cost thermography. A preliminary study was carried out at the Instituto Superior de Agronomia to optimise the use of two low to medium-cost thermal cameras (Flir One Pro LT and Flir A35) and further image analysis and processing, to assess their potential use for field monitoring and in order to implement simple protocols to support ground-based thermal imaging analysis. Three treatments were monitored: 1) Control – natural soil vegetation 2) Eucalyptus leaves and branches mulching 3) Rice straw mulching. Visible RGB and thermal images were done from the soil (sunlit and shadow) and from the sunlit side of the canopies along the season, on 9 June, (Flowering) 1 July (Veraison) and 12 August (pre-harvest) at 9-10.30h and 15-16.30h. Thermal data was complemented by leaf gas exchange and chlorophyll fluorescence at veraison and at pre-harvest. The Flir tools software (FLIR Systems) was used for image acquisition, while the Fiji (ImageJ distribution) adapted with a ThermimageJ plug was used for further image analysis. The output of the Flir A35 revealed to be much superior to the one of Flir One. The A35 was able to detect canopy temperature differences such that thermal indices were constructed. The output of A35 output showed that mulching resulted in lower surface temperature than the control and smaller diurnal variation of the ground surface. The upper part of the canopy remained cooler than the lower part, independently of the mulch treatment. Using the Fiji software, it was possible to standardise the analysis process, but the protocols still require additional work to increase accuracy and precision.A viticultura mediterrânica enfrenta situações cada vez mais frequentes de ondas de calor e de seca extrema pelo que são necessárias estratégias de adaptação de curto a médio prazo para minimizar os riscos e as perdas. O uso de coberturas mortas orgânicas para limitar a perda de água e diminuir a temperatura do solo e da sebe são possíveis estratégias de adaptação. Entretanto, as tecnologias de imagem estão a tornar-se mais acessíveis e podem ser utilizadas para apoiar a monitorização das culturas e do solo. Nesse sentido avaliamos o impacto do mulching orgânico, uma estratégia de adaptação a curto prazo, analisando os seus efeitos na superfície do solo e na temperatura da sebe. O uso de sistemas de imagem térmica de baixo custo e de softwares de análise de imagem de baixo custo necessitam ainda de otimização para serem aplicadas na viticultura moderna. Assim foi realizado um ensaio preliminar no Instituto Superior de Agronomia para testar três tratamentos do solo: 1) Testemunha - solo com vegetação natural 2) Mulch com folhas de Eucalipto folhas e ramos e 3) Mulch com palha de arroz. Testou-se também o uso de duas câmaras térmicas de baixo a médio custo (Flir One Pro LT e Flir A35). Foram feitas imagens térmicas e no visível RGB do solo (lado exposto ao sol e sombra) e da sebe (lado exposto) ao longo do ensaio: - 9 Junho, (Floração) 1 Julho (Veraison) e 12 Agosto (pré-colheita). As medições foram feitas de manhã (9-10,30h) e á tarde (15-16,30h). Os dados térmicos foram complementados com a medição das trocas gasosas e fluorescência de clorofila ao pintor e na pré-colheita. Os resultados obtidos pela Flir A35 foram superiores aos da Flir One Pro LT. A FlirA435 mostrou diferenças de temperatura no solo e na sebe e permitiu calcular índices térmicos (CWSI). Os resultados obtidos com a Flir A35 mostraram que mulching resultou numa temperatura superficial mais baixa que a da testemunha e que a parte superior da sebe estava mais fresca que a inferior (zona dos cachos), independentemente dos tratamentos. Utilizando o software de Fiji, foi possível padronizar o processo de análise de imagem, mas é ainda necessário otimizar o protocolo de campo para se obter dados térmicos mais precisos e de uma forma mais eficienteN/