2.5.1 Enquadramento
Nos últimos 100 anos a aplicação de técnicas de deteção remota na gestão agrícola sofreu um incremento muito grande, o desenvolvimento de sensores que medem a refletância espectral e emissividade da superfície terrestre introduzem a crescente possibilidade de descrever e quantificar os parâmetros agronómicos associados ao desenvolvimento cultural, introduzindo assim novas metodologias de gestão em agricultura.
Uma publicação recente agrupou um conjunto de artigos em “Engenharia Fotogramétrica e Deteção Remota” (Photogrammetric Engineering and Remote Sensing) (volume 69), a qual faz referência aos principais avanços na utilização de técnicas de deteção remota em agricultura: Barnes et al. (2003) descreve os principais sensores, Kustas et al. (2003) as aplicações hidrometeorologicas, Pinter et al. (2003) as aplicações na gestão agrícola, Doraiswamy et al. (2003) a estimativa de rendimento das culturas, Hunt et al. (2003) as aplicações de gestão da terra, Ritchie et al. (2003) a qualidade da água, Moran et al. (2003) o desenvolvimento de sensores e metodologias de correção. E ainda o desenvolvimento de técnicas de deteção remota na gestão de culturas em sequeiro por Hatfield et al. (2004).
A utilização de técnicas de deteção remota na avaliação dos parâmetros agronómicos associados à atividade agrícola, passa inevitavelmente pelo conhecimento de todo o processo de refletância de energia a partir da superfície foliar, isto é, o processo de transformação radiação solar incidente e energia emitida pela cultura. Este processo está inevitavelmente ligado ao vigor das plantas, isto é, à pigmentação da superfície foliar, sendo a mesma traduzida pela quantidade de clorofila existente, sendo este componente o responsável pela quantidade de energia absorvida pela superfície foliar.
Os Índices de Vegetação (IV), traduzem a quantidade de energia refletida (refletância da superfície) pela superfície cultural, nos diferentes comprimentos de onda do espectro eletromagnético, em função das características agronómicas (arquitetura da cobertura, infestantes, etc) e ambientais (condições que influenciam a radiação solar, p.e. ângulo inclinação solar). Tirar partido desta informação possibilitará uma melhor condução e gestão da atividade agrícola.
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2.5.2 Principais Aplicações Agronómicas da Teledeteção
A aplicabilidade da informação remota na gestão agrícola faz uso de metodologias de tratamento e análise da informação obtida, mais ou menos complexas e diretas, podendo aqui incluir-se a estimativa dos índices de vegetação (IV). O índice de vegetação mais utilizado é o NDVI (Normalized Difference
Vegetative Índex) introduzido por Derrin (1978), o qual mostrou possuir boas potencialidades na tradução
da quantidade de energia intercetada pela cultura, sendo o ponto de partida para a estimativa de outros índices. Este índice apresenta no entanto uma fragilidade, a forte interferência que sofre pela refletividade do solo, muito especialmente nos estados de desenvolvimento em que a fração de cobertura do solo é reduzida.
No entanto, existem alguns índices que reduzem a intensidade do efeito do solo: o Índice de Vegetação Perpendicular (PVI, Perpendicular Vegetative Índex), desenvolvido por Richardson e Wiegand (1977), utilizando uma abordagem estatística; outros índices em que são efetuados ajustamentos, mediante a utilização de coeficientes empíricos - o Índice de Vegetação Ajustado ao Solo (SAVI, Soil-Adjusted
Vegetative Índex), descrito por Huete (1988); o Índice de Vegetação Ajustado ao Solo Otimizado
(OSAVI, Optimized SAVI), proposto por Rondeaux et al. (1996), onde o termo “I” (coeficiente de ajustamento à refletância do solo) será igual a 0,16; o Índice de Vegetação Ajustado ao Solo Transformado (TSAVI,Transformed Soil Ajusted Vegeative Index), proposto por Baret et al. (1989), entre outros.
A partir dos índices de vegetação anteriormente mencionados, foram desenvolvidos algoritmos de cálculo para estimar as características biofísicas das culturas: fração cobertura da vegetação (fc), fração da radiação fotossinteticamente ativa (fAPAR), índice de área foliar (LAI), índice de biomassa vegetal,
clorofila total e índices de produtividade (Wiegand e Richardson, 1984; Wiegand et al., 1979; Shanahan
et al., 2002; Gitelson et al., 2003, 2005, 2006). Outra potencialidade introduzida por Campbell (2007), foi
a possibilidade de quantificar, a partir dos índices de refletância na banda do infravermelho próximo, infravermelho térmico e visível, índices de stress das culturas (Crop Water Stress Index, CWSI; Photochemical Reflectance Index, PRI), tendo sugerido também a introdução do controlo da fluorescência.
Algumas aplicações da teledetecção na gestão agrícola (Hatfield, et al., 2008):
Monitorização do estado nutritivo da cultura, quantidades nitrogénio e fósforo na planta, para posterior aplicação optimizada de fertilizantes, mediante o conhecimento dos índices de refletância da cultura que posteriormente se traduzem no estado nutritivo das plantas. Este tipo de utilização poderá reduzir os custos com a aplicação de fertilizantes e também o impacto ambiental que muitas vezes esta operação agrícola poderá ocasionar. Um trabalho desenvolvido por Bausch e Duke (1996), mediante a utilização do índice de refletância do Nitrogénio (NRI,Nitrogen Reflectance Índex), que relaciona a quantidade de energia refletida na gama do verde e do infravermelho próximo, estimando assim a quantidade de nitrogénio disponível numa cultura de milho em regadio, será possível otimizar a sua aplicação à cultura, tendo verificado
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27 uma redução na sua aplicação na ordem dos 39 Kg de N/ ha, sem que ocorram quebras produtivas. Relativamente ao fósforo, a sua deficiência traduz-se na alteração da coloração das plantas e na acumulação de biomassa, verificando-se uma elevada correlação entre os níveis de fósforo disponíveis e a quantidade de energia refletida (refletância) na banda do infravermelho próximo e azul (Osborne et al., 2004).
Monitorização do desenvolvimento cultural, estando integrada a estimativa de alguns parâmetros que traduzem esse desenvolvimento: duração dos estádios de desenvolvimento, índice de área foliar, fração de cobertura do solo, produção de biomassa, evapotranspiração (Bausch, 1993), índices de produtividade (Pinter, 1993). O recurso às técnicas de deteção remota permite avaliar a variabilidade espacial e temporal associada a estes parâmetros, podendo assim identificar antecipadamente estratégias de gestão eficazes. Uma vez que um dos objetivos específicos da presente tese de doutoramento é avaliar a aplicabilidade das imagens multiespectrais de elevada/alta resolução, obtidas por satélite ou por câmaras aerotransportadas em avião não tripulado, na gestão da água em agricultura de regadio, como indicadores reais das necessidades hídricas das culturas, este aspeto merece um desenvolvimento particular no ponto 2.6 deste capítulo.
Identificação de doenças, pragas e infestantes numa superfície cultural extensa (Brown e Steckler, 1995), permitindo assim atuar em tempo útil, identificando a causa atempadamente e delineando estratégias de atuação.
A monitorização da variabilidade das características pedológicas e quantidade de água no solo é sem dúvida em fator de importância relevante em decisões agrícolas. A aplicação de técnicas de deteção remota nesta vertente tem tido inúmeros avanços, o desenvolvimento de sensores com sistemas de micro-ondas tem tido bastante relevo, apresentando no entanto algumas limitações na sua utilização, causadas por vários fatores: interferência da vegetação, rugosidade e temperatura do solo, propriedades do solo e emissividade, etc. Podem citar-se alguns estudos neste sentido: Jackson et al. (1999), propôs o uso de NDVI no ajustamento de emissão de micro- ondas a partir da densidade da cultura, ainda Jackson et al. (2004), comparou o uso do índice NDVI com o outro índice, o NDWI (Normalized Difference Water Index), definido por: (RNIR- RSWIR)/(RNIR+RSWIR), tendo concluído que o índice NDWI apresenta uma maior robustez na tradução do quantidade de água disponível na planta, do que o índice NDVI.
Estimativa de Índices de Stress das Culturas em função da energia emitida pela superfície cultural, isto é, a temperatura da superfície cultural na banda do infravermelho térmico (8-14 µm). Este tipo de utilização já tem um historial de trabalhos bastante vasto, tendo sofrido avanços técnicos e metodológicos bastante significativos. Podem enunciar-se alguns índices de stress que daí resultaram: Graus de Stress Dia (SDD, Stress Degree Day), Índice de Stress Hídrico (CWSI, Crop Water Stress Index), Limite Inferior de Stress (Non-Water –Stressed
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28 com maior pormenor. É de referir que estes índices surgiram na sequência dos desenvolvimentos tecnológicos dos termómetros de infravermelhos, os quais medem de forma indireta a temperatura da superfície cultural.