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Diseñan un sistema que combina imágenes térmicas aéreas y terrestres para estudiar la sequía en árboles

Investigadores del Instituto de Agricultura Sostenible (IAS-CSIC) participan en un estudio que contrasta fotografías tomadas desde el aire y directamente desde el terreno para cuantificar el grado de estrés en árboles. Estos indicadores también permiten al agricultor conocer la ubicación idónea para instalar sensores que midan la humedad del suelo.


Córdoba |
08 de noviembre de 2022

Un equipo de científicos del Instituto de Agricultura Sostenible (IAS-CSIC), el Centro de Investigaciones sobre Desertificación (CIDE-CSIC-UV-GV), el Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC) y la Universidad de Melbourne en Australia ha desarrollado un sistema que cuantifica el estado hídrico de los árboles a partir de la combinación de fotografías térmicas tomadas desde el aire y sobre el terreno. Además, esta información facilita al agricultor un manejo de riego más eficiente y un mayor conocimiento de las zonas más sensibles a la falta de agua en las que colocar sensores que alerten de esta situación.

melocotonero

En el estudio se analizó el estrés hídrico de los melocotoneros antes y después del riego.

Este método extrae datos térmicos a partir de imágenes realizadas en zonas acotadas del suelo y del dosel vegetal, es decir, la capa de ramas y hojas formada por las copas de árboles. En concreto, las cámaras toman imágenes que escanean la temperatura de ambas superficies. Las fotografías, transferidas a un ordenador, registran los diferentes niveles de calor que acumula cada parte del árbol y los muestra en una escala de colores: en la gama de azul las zonas más frías y en tonos amarillos, naranjas y rojos las más cálidas.

Así, estas imágenes térmicas permiten evaluar la temperatura de cada uno de los árboles dentro de una parcela y también del suelo. “Este indicador está asociado al grado de estrés, de modo que cuanto mayor es la temperatura de un árbol, más estresado está”, explica la investigadora del Instituto de Agricultura Sostenible Victoria González Dugo, coautora del estudio.

Victoria González Dugo, investigadora del IAS-CSIC y coautora del estudio.

Victoria González Dugo, investigadora del IAS-CSIC y coautora del estudio.

Con el objetivo de observar las zonas más sensibles a la escasez de agua, realizaron un primer vuelo sobre un campo de melocotoneros para tomar imágenes en condiciones de riego abundante y un segundo tras unos días sin regar la zona.

Imágenes desde el aire

Para recopilar la información necesaria de los árboles y el terreno emplearon cámaras térmicas y multiespectrales instaladas a bordo de una avioneta. “Este tipo de dispositivos dispone de sensores capaces de captar información en varias regiones del espectro de luz que nos permite calcular diferentes índices de vegetación relacionados con la salud y el bienestar de las plantas”, apunta a la Fundación Descubre el investigador del Centro de Investigaciones sobre Desertificación Juan Miguel Ramírez-Cuesta, uno de los responsables de este trabajo.

Juan Miguel Ramírez Cuesta, coautor del estudio.

Juan Miguel Ramírez Cuesta, coautor del estudio.

En concreto, estas imágenes aéreas reflejan el funcionamiento de los estomas de las hojas, poros en la superficie de las plantas. “Cuando se estresa, el árbol no transpira y se calienta. Ese calor se refleja en las imágenes aéreas concentrado en las copas de los árboles y en las fotografías de las hojas tomadas en el suelo ”, apunta Ramírez-Cuesta.

Los expertos comprobaron que la precisión de las imágenes aéreas permite identificar las copas de árboles individuales y separar el suelo de la vegetación. “Esto no es posible a partir de otro tipo de imágenes de peor resolución como las ofrecidas por muchos satélites. La información proporcionada por las imágenes realizadas desde el suelo es más precisa, pero es una medida puntual difícil de extrapolar a toda la parcela”, matiza Ramírez-Cuesta.

Los datos obtenidos a partir de imágenes aéreas térmicas se procesaron en el laboratorio de métodos cuantitativos de teledetección (Quantalab) del Instituto de Agricultura Sostenible, liderado por Pablo Zarco Tejada. Allí, los expertos generaron un mosaico con todas las imágenes adquiridas para poder analizar toda el área en su conjunto.

Avioneta

Avioneta empleada en el estudio para tomar imágenes multiespectrales desde el aire.

Información desde el suelo

Sobre el terreno, midieron el estado hídrico de las hojas con cámaras de presión. Para ello, aislaron la hoja de un árbol en una bolsa de aluminio. Tras una hora sin contacto con el exterior, es decir, ni luz solar ni temperatura ambiente, le hicieron unos cortes y la introdujeron en la cámara de presión. “En este punto se aplica presión hasta que el peciolo, apéndice que une la hoja y el tallo, expulsa una gota de agua. Cuanta más presión haya que ejercer para provocar la exudación de agua, más estrés experimenta la hoja”, detalla Ramírez-Cuesta.

Los resultados del estudio, titulado ‘Assessment of peach trees water status and leaf gas exchange using on-the-ground versus airborne-based thermal imagery’ y publicado en la revista Agricultural Water Management, revelaron que la información de las imágenes térmicas aéreas permite un seguimiento más preciso que las tomadas desde tierra. Sin embargo, el intercambio de gases de las hojas se captura mejor con las cámaras utilizadas sobre el terreno.

melocotón melocotonero

Fruto de uno de los melocotoneros controlados en el estudio.

En este sentido, los expertos abogan por una combinación de ambos tipos de imágenes. “Cada una aporta un valor concreto, por lo que el uso conjunto de ambas ofrece un resultado óptimo y más completo. Las cámaras térmicas portátiles pueden capturar las partes sombreadas y las expuestas al sol de la copa de manera independiente gracias a su vista lateral pero normalmente captan un único árbol por imagen. Sin embargo, las empleadas desde el aire abarcan toda la superficie permitiendo comparar diferentes zonas”, puntualiza Ramírez-Cuesta.

Estrategias de riego

Por otro lado, la información proporcionada por estas imágenes térmicas contribuye a detectar a qué zonas concretas de la parcela afecta más el estrés hídrico permitiendo establecer estrategias de riego más eficientes. “En base a ello, el agricultor podría decidir cuáles son los puntos más sensibles a la sequía y colocar ahí sensores que le sirvan de alerta de escasez de agua en el suelo.”, aclara Ramírez-Cuesta.

Este estudio forma parte del proyecto europeo IRIDA, centrado en la aplicación de sensores remotos y terrestres innovadores como apoyo en la toma de decisiones para la gestión del agua en la agricultura, ha contado con financiación de la Agencia Estatal de Investigación y Fondos FEDER.

Referencias

J.M. Ramírez Cuesta; M.F. Ortuño; V. Gonzalez Dugo; P.J. Zarco-Tejada; M. Parra; J.S. Rubio Asensio y D.S. Intrigliolo: ‘Assessment of peach trees water status and leaf gas exchange using on-the-ground versus airborne-based thermal imagery’. Agricultural Water Management. Volume 267, 1 June 2022, 107628

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