Documento 798354

2.3. Validación en campo de metodologías
de escenarios de riesgo fitosanitario por
región epidemiológica (Casos específicos).
Utilización de Espectro radiómetro híper espectral en la determinación de la
respuesta espectral de cultivos de interés económico
La aplicación de la percepción remota en la
discriminación de cultivos sanos o enfermos
es una innovación que nos permite analizar
con visión espacial la sanidad en cultivos de
interés agrícola; ya que los sistemas híperespectrales nos permiten la clasificación más
precisa a través de las características
espectrales del objeto de estudio.
El objetivo primordial fue realizar una
evaluación de las diversas respuestas
espectrales, por medio de la medición de
reflectancia de cultivos de interés económico
en la región huasteca del estado de San Luis
Potosí; Caña de azúcar Saccharum
officinarum y Soya Glycine max; para
conocer si es posible detectar el daño de
plagas o enfermedades en dichos cultivos.
El equipo utilizado en el trabajo de campo:
-
GPS (Garmin 60CSx)
Lap top DELL
Espectroradiómetro
híperespectral
GER-1500
Mapa Móvil Trimble
Equipo Compac PRESARIO
Cámara fotográfica y de video
objetivo de colectar, procesar y reconocer si
es preciso discriminar las diferencias entre
muestras de cultivos sanos y cultivos con
alguna deficiencia sea por enfermedad o el
ataque de plagas, por lo que la verificación
en campo consistió en el levantamiento de
muestras en 17 sitios en las zonas antes
mencionadas (con un total de 160 muestras
de respuesta espectral):
Los primeros 13 puntos de muestreo se
realizaron en Caña de azúcar; iniciando la
toma de muestras a partir la localidad de
Agua buena perteneciente al municipio de
Tamasopo
San
Luis
Potosí;
para
posteriormente continuar la ruta rumbo a la
Hincada en el municipio de El Naranjo y de
ahí terminar con el muestreo en caña rumbo
a Ciudad Valles S.L.P; en este trayecto se
llevo a cabo de la muestra numero 1 a la 13.
Para el levantamiento de muestras en
cultivos de soya; se realizo un recorrido en la
porción soyera del estado entre los
municipios de Ébano y Tamuín en San Luis
Potosí; para terminar este segundo trayecto
con el levantamiento de muestras en el
municipio de San Vicente Tancuaylab.
Se realizo un recorrido por las principales
zonas productoras de caña de azúcar y soya
en la región Huasteca del estado de San Luis
Potosí.
Para el levantamiento en campo de las
respuestas espectrales se utilizo el espectro
radiómetro GER 1500; instrumento de
obtención
de
firmas
espectrales
proporcionado de manera temporal por el
Instituto de Geografía (IG-UNAM); con el
De acuerdo con Alonso et;al (1999); la
lectura del radiómetro calculada es
proporcional a la radiancia del blanco
observado, es decir a la intensidad de la
radiación en la dirección de observación y
por unidad de superficie aparente del blanco
(lectura base). Si la superficie observada por
el radiómetro es homogénea, el resultado de
la medida es independiente de la distancia
del radiómetro a la superficie (entre 30 y 40
cm) y de las dimensiones del campo de
observación. Por ello, la radiancia es una
magnitud fundamental en teledetección.
En este caso se realizo un muestreo
discrecional “A criterio del equipo en campo
donde los elementos a muestrear fueron
elegidos sobre lo que se considero pudiese
existir un aporte al estudio” para este caso se
los criterios fueron:
o resoca”; variedad, presencia de
plagas o enfermedades en la.
La experiencia profesional del equipo en
campo.
El trabajo de campo se dividió en dos etapas
la primera de 10 am a 2 pm enfocada a la
toma de muestras en caña de azúcar y la
segunda de 3:00 pm a 6:00 pm en la cual se
realizo el muestro sobre cultivos de soya
Sitios de muestreo de cultivos de iteres.
Ambas sesiones se llevaron a cabo bajo
condiciones de cielo despejado, predios
cuidadosamente seleccionados de acuerdo a
los criterios antes mencionados.
-
Predios con alta densidad de cultivos
(caña de azúcar y soya)
La presencia de agricultores en el
predio exclusivo para caña (para
obtener información precisa sobre el
cultivo como: etapa fenológica “soca
Como resultado del trabajo de campo se
obtuvieron un total de 160 respuestas
espectrales de las cuales se dejaron de lado
las que presentaban cierto ruido para
posteriormente generar las respuestas
promediadas en esta fase de prueba; del
total de muestra se hace un selección para
los cultivos de interés caña de azúcar y soya.
Las mediciones se llevaron a cabo en plantas
en pie o cortes estratégicos de cultivos recién
cortados en campo.
ahí que cada material presenta su propia
curva de reflectancia espectral (pasto,
concreto, asfalto, etc.). Estas curvas están
definidas por la variación de porcentaje de
reflectancia. Por ejemplo, un objeto verde
reflejará más en la porción de verde del
espectro, pero muy bajo en rojo y azul. Por lo
tanto las gráficas de curvas (firmas o trazas)
de reflectancia espectral nos ayudan a
entender mejor la naturaleza y composición
de la reflectancia de un objeto.
http://www.uabcs.mx/geologia/geo_bajamx/pr
/pr_lab_02.pdf
Espectro electromagnético mostrando las regiones utilizadas en percepción remota
Análisis de reflectancia en
percepción remota
De acuerdo con equipo lector de firmas
espectrales (espectro radiómetro GER 1
500), nos permite obtener el dato espectral
de las longitudes de onda que el ojo humano
es capaz de ver que corresponden al
espectro visible (0.4 μm a 0.7 μm).
Esta luz o longitud de onda que es reflejada
por un objeto puede ser analizada a través
de su curva de reflectancia espectral. De
Para este caso se utiliza el método de
obtención de estas curvas de
reflectancia es a través de la medición
directa
utilizando
un
espectroradiómetro GERZ 1 500; ya
que este dispositivo mide la energía de
la longitud de onda proveniente del
objeto; el cual nos permite obtener la
respuesta espectral de los cultivos en
un rango de espectro visible (0.4 μm a
0.7 μm), que de acuerdo a literatura
científica podemos observar
siguientes características:
las
espectrales, y las características del
objeto observado.
De esta forma los diferentes tipos de
coberturas terrestres incluidos los
cultivos; tienen la potencialidad de que
reflejan y emiten energía; estos
“espectros” en percepción remota nos
sirven para caracterizar el tipo de
cubierta observada a través de su firma
espectral; ya que de acuerdo con
Pinilla, 1995 (en Alonso et; al 1999) a
partir de dichas medidas es posible
determinar la relación entre esas
1: 0.45 a
0.52 μm
(azul)
2: 0.52 a
0.60 μm
(verde)
3: 0.63 a
0.69 μm
(rojo)
Características Espectrales
Proporciona
penetración
en
cuerpos de agua, así como
también apoyo en el análisis de
características de uso de suelo,
suelo, y vegetación.
Esta banda se extiende entre las
bandas de la región de azul y
absorción de clorofila, por lo
tanto
corresponde
a
la
reflectancia del verde para
vegetación saludable.
Esta es la banda de absorción
del rojo clorofila de vegetación
verde saludable y representa
una de las bandas más
importantes
para
la
discriminación de vegetación.
También es útil para la
delineación de límites entre
suelos y unidades geológicas.
Esta banda puede mostrar
mayor contraste que las bandas
1 y 2 debido a su efecto
reducido
de
atenuación
atmosférica. El límite de 0.69 μm
es
significativo
porque
representa el inicio de una
región espectral de 0.68 a 0.75
μm donde la reflectancia de la
vegetación puede reducir la
precisión de investigaciones
enfocadas a la vegetación.
curvas de referencia, que son la firmas
De acuerdo con Campbell, 2002; Elachi y
Van, 2006; Sims y Gamon, 2002; Chuvieco,
2002 y Alonso et;al 1999; los factores
dominantes que controlan la reflectividad de
las hojas se debe al contenido de pigmentos
fotosintéticos que proporcionan información
valiosa sobre el rendimiento fisiológico de la
hoja, siendo los elementos que controlan la
reflectividad en las hojas: Clorofilas (AyB) y
los carotenos (beta carotenos).
En este sentido en la región del visible (entre
400 y 700nm), la respuesta espectral de la
vegetación está caracterizada por el papel
fundamental que desempeñan los pigmentos
de la hoja en la absorción de la energía.
Mientras que las propiedades de la superficie
de la hoja son, en parte, responsables de la
reflectancia en dicha superficie, la absorción
está gobernada principalmente por la
estructura interna, esto es, composición,
concentración y distribución de los pigmentos
(la clorofila, el caroteno y la xantofila).
De esta forma Alonso et;al (1999): establece
las siguientes franjas en la región del visible:
-
400 – 500 nm: se produce una fuerte
absorción por la clorofila, el caroteno
y la xantofila.
-
500 – 600 nm: el nivel de absorción
es menor y, por tanto, la reflectancia
es algo mayor que en las regiones
azul
y
roja
adyacentes.
La
reflectancia en esta zona es
responsable del color verde que
percibimos en las plantas.
-
600 – 700 nm: se produce una fuerte
absorción por la clorofila, que es
inferior por la parte del envés y aún
menor en la vegetación seca.
-
700 – 800 nm: se produce la
transición entre la zona de absorción
de la clorofila y los altos niveles de
reflectancia que comienzan hacia los
750 nm.
-
Por último, en la región del infrarrojo
próximo (entre 800 y 1100 nm) el
factor decisivo es la estructura
interna de la hoja. Concretamente el
mesófilo
esponjoso,
es
el
responsable
de
la
elevada
reflectancia.
Firmas Espectrales de Cultivos de
Interés Económico
La agricultura de precisión(AP) (concepto
agronómico) se basa en el reconocimiento de
la variabilidad espacial y temporal de la
producción agrícola, hace referencia a la
buena gestión de áreas agrícolas, con el
objetivo de aumentar la eficiencia y la
productividad,
y reducir
los
riesgos
ambientales.
Características
como
la
densidad óptima de siembra, estimación de
fertilizantes, rentabilidad de cultivo, control de
plagas y predicción de la producción de
cultivos se pueden lograr con la aplicación de
la AP.
El origen de la AP se basa en el uso de
tecnologías de la información geográfica:
Sistemas de posicionamiento global (GPS),
sistemas de información geográficas (SIG),
sensores ópticos y remotos e imágenes de
satélite y aéreas.
Sin embargo el análisis de firmas espectrales
de cultivos de interés agrícola se aborda
desde la percepción remota a partir del uso
de espectroscopia de campo; es un término
para referirse a la adquisición de curvas o
firmas espectrales in situ, el cual se basa en
la utilización de aparatos hiperespectrales
portables llamados espectroradiómetros; los
cuales pueden capturar cientos de bandas
espectrales, de un ancho de hasta 1 nm, su
importancia radica en lo angosto de las
bandas y su disposición contigua, no el
número de bandas.
Los valores bajos de reflectancia en el
infrarrojo próximo pueden indicar una
vegetación enferma (línea roja “caña con
presencia de roya café”).
Además la caña de azúcar en fase fenológica
inicial (plantilla “línea azul”) presenta un poco
más elevados los valores en la banda roja y
con ello disminución la reflectancia en la
porción del infrarrojo cercano lo que indica
actividad fotosintética alta o una falta
importante de humedad en suelos.
Para de esta forma obtener la respuesta
espectral de la caña de azúcar:
Tradicionalmente la firma espectral de la
vegetación verde se caracteriza por
presentar un claro contraste entre las
regiones del espectro correspondientes al
rojo del visible y al infrarrojo cercano (Lobo,
1995).
La caña de azúcar es un cultivo perenne por
lo que en la región visible los pigmentos de
las hojas absorben la mayor parte de la luz
que reciben; por esta razón la caña
sana(línea verde) ofrece baja reflectividad en
la banda roja del espectro(entre los 600 y
700 nm) y alta en la porción del infrarrojo
cercano que el radiómetro nos permitió
evaluar arriba de los 800 nm ya que empieza
a causar cierto ruido en nuestra grafica de
comportamiento espectral; de tal manera que
cuando mayor sea el “vigor de la caña”,
mayor será el contraste entre los valores de
reflectancia captados en ambas bandas.
Comportamiento espectral de la caña de azúcar
Finalmente es posible que algunas de las
respuestas espectrales obtenidas presenten
irregularidades (ruido), que puede ser
causado por elementos inherentes al
ambiente como la insolación, la forma de
tomar la lectura o errores propios del
espectro radiómetro para lo cual de acuerdo
con (Zomer & Ustin, 1999 en resendez et,al; )
se debe considerar que la firma espectral no
debe quedar fuera de intervalo de ± 3 σ de la
media con más de 40 mediciones de la
misma muestra.
Bibliografía:
Alonso C., Moreno V. y Rodríguez E. (1999).
Determinación experimental de la firma
espectral de la vegetación. una sencilla
práctica de introducción a la teledetección.
Departamento de Teledetección, INDRA
Espacio. C/ Mar Egeo, nº 4. 28850 San
Fernando de Henares, MADRID.