Teledetección: un gran aliado en la agricultura de precisión

La teledetección es la ciencia o técnica de obtención de datos de la superficie terrestre desde sensores instalados en plataformas espaciales, es decir, mediante dispositivos aéreos (tripulados o no tripulados) y satélites.

Que la tecnología ha llegado al mundo de la agricultura ya no es una sopresa para nadie. La agricultura de precisión es una realidad; desde los cereales en zonas secas y áridas como el interior de Cádiz hasta los frutales de la zona norte de la península ibérica, cada vez son más los caso de éxito que la tecnología consigue, llegando ésta hasta el agricultor y sus propias explotaciones.
La teledetección o imágenes de satélite se ha posicionado como una de las herramientas más importantes dentro del espectro de tecnologías incipientes, ya que nos permite observar fácilmente datos vitales sobre nuestras parcelas, y así planificar nuestra campaña, lo que nos lleva a aumentar la productividad, sostenibilidad y optimizar los recursos materiales y humanos. Para ello, nos ayudamos de diferentes índices que nos permiten ver el estado de nuestros cultivos, la humedad del terreno o la actividad fotosintética, entre otros.

Teledetección: nuestro mayor aliado en la Agricultura
Color Natural, NIR y Elevación del Terreno por satélite – NOAA’s National Ocean Service

Índices de Vegetación por Teledetección

NDVI

El NDVI o índice de vegetación de diferencia normalizada, también denominado índice de VIGOR, es el índice más popular y utilizado, con el que podemos estimar la cantidad, calidad y desarrollo vegetativo de un cultivo en base a la radiación que refleja.

Este índice espectral que obtiene la información en base a la radiación que se refleja en la superficie terrestre. Su cálculo se realiza según la expresión:

NDVI = (NIR – ROJO) / (NIR + ROJO)

Una planta sana tiene baja reflectividad en el espectro visible (RGB). Gracias a la clorofila, tiene un pico en el color verde y una reflectividad muy alta en el infrarrojo cercano (NIR). Además, cuando el contenido de agua aumenta, disminuye la reflectividad ya que el agua absorbe la radiación. Por tanto, con el NDVI somos capaces de conocer si nuestro cultivo está estresado, enfermo o tiene algún problema.

El VIGOR nos aporta valores desde -1 a 1. Una zona con NDVI negativo o 0, muestra que la vegetación está muerta, es inexistente o que existen zonas con agua o nieve. En nuestros cultivos encontraremos valores positivos. Valores pequeños, es decir, entre 0 y 0.3, indican que la planta sufre algún tipo de estrés o enfermedad, no obstante, en el caso de una cubierta dispersa también obtendremos valores pequeños. En una cubierta vegetal densa y saludable debemos tener valores por encima de 0.5, de lo contrario podríamos estar ante un problema para nuestros cultivos. En estos casos será conveniente ir a comprobar nuestra parcela y la plantación. Hablamos con mayor profundidad de este índice en nuestra entrada de blog: NDVI – ¿Qué es y cómo me beneficio aplicándolo?

Índice NDVI en parcela de 122 hectáreas, con distintos cultivos plantados en zona de pívot

OSAVI

El índice de Vigor Normalizado u OSAVI (índice de vegetación ajustado al suelo optimizado) es una alternativa al NDVI que tiene en cuenta los valores del fondo suelo. Nos servirá para estimar la cantidad, calidad y desarrollo de un cultivo en base a la radiación que refleja, indicando cuales son las zonas de nuestra parcela con deficiencias, estrés y/o enfermedades.

Para su cálculo modificamos la expresión del NDVI para que el índice tenga en cuenta la radiación reflejada por el suelo, resultando en: 

OSAVI = (NIR – ROJO) / (NIR + ROJO + 0.16)

Dicha expresión aporta valores parejos al NDVI, es decir, su rango es desde -1 a 1. Los valores negativos muestran que la vegetación está muerta o inexistente. Valores entre 0 y 0.3 indican que la planta sufre algún tipo de estrés o enfermedad, y valores por encima de 0.5 indican que la vegetación objetivo está sana.

GNDVI

El GNDVI o índice de vegetación de diferencia normalizada verde es un indicador de la actividad fotosintética de la vegetación, determina la captación de agua y nitrógeno del cultivo. Este índice es un complemento del NDVI, donde el índice de vigor es más eficiente en las primeras etapas del cultivo, el GNDVI nos es útil en etapas desarrolladas del cultivo. Su cálculo se realiza con la siguiente expresión:

GNDVI = (NIR – VERDE) / (NDVI + VERDE)

Devuelve valores entre -1 y 1. Los valores negativos están asociados a la presencia de agua libre o suelo desnudo. Y los positivos a vegetación, siguiendo la misma tendencia que otros índices donde valores cercanos a 1 indican mejor estado sanitario y nutritivo. Y valores cercanos a 0 indican que las plantas sufren algún tipo de estrés.

Este índice es un complemento del NDVI, donde el índice de vigor es más eficiente en las primeras etapas del cultivo, el GNDVI nos es útil en etapas desarrolladas del cultivo.

Índice GNDVI en parcela de 122 hectáreas con distintos cultivos en pívot. Comparación 11 de Mayo vs. 10 de Julio 2022

NDRE

El NDRE o índice de diferencia normalizada de borde rojo es otro de los índices espectrales utilizados pero mucho más sensible en fases en las que el cultivo tiene un estado de maduración o desarrollo medio-alto. Su utilización es combinada y apoyada por el NDVI para la realización de mapas de necesidades de fertilizantes nitrogenados, esto se debe a que es un indicador de clorofila, la cual está directamente relacionada con el nitrógeno. Su cálculo se realiza mediante la siguiente expresión:

NDRE = (NIR – ROJO EDGE) / (NIR + ROJO EDGE)

Utiliza las bandas espectrales NIR y RED EDGE, aportando valores y rangos similares al NDVI. 1 indica una masa vegetal en perfecto estado. Tendiendo al cero va decayendo el estado sanitario del cultivo y entre 0 y -1 es suelo desnudo o vegetación muerta.

MSAVI2

El índice de vegetación ajustado al suelo modificado, en inglés y abreviado MSAVI2, es otra de las variantes del NDVI. Se especializa en masas vegetales con gran proporción de suelo desnudo, es decir, en épocas tempranas como la emergencia del cultivo. Su cálculo se estima con la siguiente fórmula, siguiendo los rangos similares al NDVI.

MSAVI2 = (2 x NIR + 1 – SQRT((2 x NIR + 1) – 8 x (NIR – ROJO))) / 2

NDWI

La Humedad superficial o NDWI (índice de agua de diferencia normalizada) nos permite identificar masas de agua y con ello la hidratación de la vegetación. Permite así localizar zonas húmedas en el territorio, evaluar superficies afectadas por inundaciones, cuantificar descensos y movimientos de masas de agua o visualizar zonas de regadío. La localización de parcelas con estrés por déficit de agua es una de las principales funcionalidades.

Para su cálculo, han sido tres autores los que han propuesto diferentes expresiones:

 NDWI = (VERDE – NIR) / (VERDE + NIR)

NDWI = (VERDE – SWIR) / (VERDE + SWIR)

NDWI = (NIR – SWIR) / (NIR + SWIR)

Devuelve valores entre -1 y 1. Los cuales valores entre – 1 y 0 indican superficies sin vegetación o agua, es decir, en sequía. Los valores positivos y negativos cercanos a 0 indican zonas con baja cobertura vegetal o alto estrés hídrico. Valores entre 0 y 0.5 indican zonas con cobertura e hidratación creciente. Por último, valores superiores a 0.5 indican zonas encharcadas, inundadas o masas de agua como ríos o lagos, entre otros.

Por otro lado, este índice posee otros usos que nos puede servir de ayuda indirectamente en nuestra parcela. Uno de ellos es la demostración de inundaciones en seguros agrarios. También es un índice muy útil en los cultivos de arroz donde el riego es por inundación.

LCI

El índice de clorofila (LCI del inglés Leaf Chlorophyll Index) como su propio nombre indica mide la cantidad de clorofila foliar de nuestros cultivos. Su cálculo se realiza mediante la siguiente expresión, aportando valores entre 0 y 1, siendo 1 la mayor concentración de clorofila y 0 inexistente:

LCI = (NIR – ROJO EDGE) / (NIR + ROJO)

Gráfica de evolución temporal del índice LCI para los años 2020 y 2021

Como podemos observar en la imagen, este índice es muy útil en cultivos como los cereales, donde nos muestra el estado fenológico de nuestra parcela. Con este índice somos capaces de detectar el momento en que los cereales acaban su ciclo y comienzan a perder humedad y clorofila, eligiendo así el momento ideal para cosechar. Por otro lado, nos permite ver el estado nutritivo y sanitario de nuestros cultivos, ya que el estrés reduce el contenido de clorofila en la hoja, el cual será detectado por dicho índice.

Si has llegado hasta aquí, te dejamos con dos guías muy completas sobre la Teledetección en la Agricultura y los índices de vegetación:

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