Estimación de radiación interceptada en cubiertas discontinuas mediante teledetección y modelos de transferencia radiativa

Abstract

The light energy absorbed by plant leaves drives fundamental physiological processes such as photosynthesis. The absorption of light occurs within the 400-700 nm spectral region, so it is called Photosynthetic Active Radiation, PAR. Thus, the fraction of intercepted PAR is called fIPAR. This thesis studies the estimation of fIPAR with high spatial resolution sensors and radiative transfer models in heterogeneous orchards. The objective is to obtain maps showing the spatial variability of fIPAR within the field. In previous works, relationships between spectral vegetation indices (SVI) and fIPAR have been obtained for homogeneous crops. However, studies were lacking where these kind of relationships were explored for heterogeneous orchards. The heterogeneous orchards are more structurally complex than homogeneous crops; therefore previous relationships might not be applicable in a general way. This work explored these relationships in heterogeneous canopies. This study required extensive field measurements of architecture of the canopy, fIPAR as well as analysis of airborne imagery acquired by a sensor on board and unmaned aerial vehicle (UAV). The different studied canopies were orange, peach, olive and vineyard orchards. Moreover, the use of radiativa transfer models allowed the evaluation of the influence of different parameters such as, solar geometry, row orientation on SVI, fIPAR as well as the relation between them.

La radiación solar interceptada por un cultivo es un factor determinante en numerosos procesos de importancia para la planta como lo es la fotosíntesis. La energía absorbida por el cultivo para tal es la comprendida en la región del espectro 400 – 700 nm, y se denomina radiación fotosintéticamente activa o de su traducción al inglés radiación PAR. Así, la fracción de radiación PAR interceptada es llamada fIPAR. En este trabajo se aborda la estimación de fIPAR en cultivos discontinuos, como árboles frutales, mediante sensores de alta resolución espacial y modelos de transferencia radiativa. El objetivo es crear mapas de variabilidad espacial de fIPAR útiles para el manejo del cultivo en agricultura de precisión. En trabajos previos se han obtenido índices de vegetación (IV) mediante teledetección demostrando su relación con fIPAR en cultivos homogéneos. Sin embargo no existen muchos trabajos donde se investiguen este tipo relaciones en cultivos heterogéneos, cuya estructura más compleja hace que relaciones obtenidas en estos trabajos anteriores, puedan no ser aplicables de forma general. Para estudiar estas relaciones en este tipo de cubiertas se llevaron a cabo medidas estructurales y de radiación interceptada en fincas de naranjo, melocotón, olivar y viñedo. Así como el procesamiento y análisis de imágenes obtenidas mediante métodos innovadores basados en vehículos aéreos no tripulados. Con el fin de evaluar la estimación de radiación interceptada se usaron modelos de transferencia radiativa. Estos modelos permitieron simular distintos escenarios de plantación y estudiar cómo parámetros, como la posición del sol, la orientación del cultivo o el tipo de suelo, influyen a la variación de índices de vegetación, fIPAR, y la relación entre ellos.