Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) pueden transportar diversos sensores de teledetección, lo que permite obtener información multidimensional y de alta precisión sobre terrenos agrícolas y realizar un monitoreo dinámico de múltiples tipos de información. Esta información incluye principalmente datos sobre la distribución espacial de los cultivos (localización de terrenos agrícolas, identificación de especies, estimación de superficie y monitoreo de cambios dinámicos, extracción de información sobre infraestructura agrícola), información sobre el crecimiento de los cultivos (parámetros fenotípicos, indicadores nutricionales, rendimiento) y la dinámica de los factores de estrés que afectan su crecimiento (humedad del suelo, plagas y enfermedades).
Información espacial de tierras agrícolas
La información espacial de las tierras agrícolas incluye las coordenadas geográficas de los campos y la clasificación de los cultivos, obtenidas mediante discriminación visual o reconocimiento automático. Los límites de los campos se pueden identificar mediante coordenadas geográficas, y también se puede estimar la superficie sembrada. El método tradicional de digitalización de mapas topográficos como mapa base para la planificación regional y la estimación de áreas presenta problemas de puntualidad, una gran discrepancia entre la ubicación de los límites y la situación real, y carece de intuición, lo que dificulta la implementación de la agricultura de precisión. La teledetección con vehículos aéreos no tripulados (VANT) permite obtener información espacial completa de las tierras agrícolas en tiempo real, con ventajas incomparables respecto a los métodos tradicionales. Las imágenes aéreas de cámaras digitales de alta definición permiten la identificación y determinación de la información espacial básica de las tierras agrícolas. El desarrollo de la tecnología de configuración espacial mejora la precisión y profundidad de la investigación sobre la información de ubicación de las tierras agrícolas, y aumenta la resolución espacial al incorporar información de elevación, lo que permite una monitorización más precisa de la información espacial de las tierras agrícolas.
Información sobre el crecimiento de los cultivos
El crecimiento de los cultivos se puede caracterizar mediante información sobre parámetros fenotípicos, indicadores nutricionales y rendimiento. Los parámetros fenotípicos incluyen la cobertura vegetal, el índice de área foliar, la biomasa, la altura de la planta, etc. Estos parámetros están interrelacionados y, en conjunto, caracterizan el crecimiento del cultivo y están directamente relacionados con el rendimiento final. Son fundamentales en la investigación sobre el monitoreo de información agrícola y se han realizado numerosos estudios al respecto.
1) Parámetros fenotípicos del cultivo
El índice de área foliar (IAF) es la suma del área foliar verde unilateral por unidad de superficie, lo que permite caracterizar mejor la absorción y utilización de la energía lumínica por parte del cultivo y está estrechamente relacionado con la acumulación de materia orgánica y el rendimiento final. El IAF es uno de los principales parámetros de crecimiento de los cultivos que se monitorean actualmente mediante teledetección con vehículos aéreos no tripulados (VANT). El cálculo de índices de vegetación (índice de vegetación de razón, índice de vegetación normalizado, índice de vegetación de acondicionamiento del suelo, índice de vegetación de diferencia, etc.) con datos multiespectrales y el establecimiento de modelos de regresión con datos de campo constituyen un método más consolidado para la evaluación de parámetros fenotípicos.
La biomasa aérea en la etapa final de crecimiento de los cultivos está estrechamente relacionada tanto con el rendimiento como con la calidad. Actualmente, la estimación de biomasa mediante teledetección con vehículos aéreos no tripulados (VANT) en la agricultura todavía utiliza principalmente datos multiespectrales, extrae parámetros espectrales y calcula índices de vegetación para la modelización; la tecnología de configuración espacial presenta ciertas ventajas en la estimación de biomasa.
2) Indicadores nutricionales de los cultivos
El monitoreo tradicional del estado nutricional de los cultivos requiere muestreo de campo y análisis químico en laboratorio para diagnosticar el contenido de nutrientes o indicadores (clorofila, nitrógeno, etc.), mientras que la teledetección con drones se basa en las características específicas de reflectancia-absorción espectral de diferentes sustancias para su diagnóstico. La clorofila se monitorea debido a que presenta dos regiones de fuerte absorción en el espectro visible: la región roja (640-663 nm) y la región azul-violeta (430-460 nm), con una absorción débil a 550 nm. El color y la textura de las hojas cambian cuando los cultivos presentan deficiencias, y descubrir las características estadísticas de color y textura correspondientes a diferentes deficiencias y propiedades relacionadas es clave para el monitoreo de nutrientes. Al igual que en el monitoreo de parámetros de crecimiento, la selección de bandas características, índices de vegetación y modelos de predicción sigue siendo el aspecto principal del estudio.
3) Rendimiento de los cultivos
El principal objetivo de la actividad agrícola es incrementar el rendimiento de los cultivos, y la estimación precisa del mismo resulta fundamental tanto para la producción agrícola como para la toma de decisiones en la gestión. Numerosos investigadores han intentado establecer modelos de estimación del rendimiento con mayor precisión predictiva mediante análisis multifactorial.
Humedad agrícola
La humedad de los terrenos agrícolas se suele monitorizar mediante métodos infrarrojos térmicos. En zonas con alta cobertura vegetal, el cierre de los estomas reduce la pérdida de agua por transpiración, lo que disminuye el flujo de calor latente en la superficie y aumenta el flujo de calor sensible. Esto, a su vez, provoca un aumento de la temperatura del dosel vegetal, que se considera la temperatura de la cubierta vegetal. Dado que el índice de estrés hídrico refleja el balance energético del cultivo y cuantifica la relación entre el contenido de agua del cultivo y la temperatura del dosel, la temperatura del dosel obtenida mediante el sensor infrarrojo térmico puede reflejar el estado de humedad del terreno agrícola. En suelos desnudos o con poca cobertura vegetal, se puede utilizar la temperatura del subsuelo para inducir indirectamente la humedad del suelo. Esto se basa en el principio de que, dado que el calor específico del agua es elevado, su temperatura varía lentamente, por lo que la distribución espacial de la temperatura del subsuelo durante el día se refleja indirectamente en la distribución de la humedad del suelo. Por lo tanto, la distribución espacial de la temperatura del subsuelo durante el día puede reflejar indirectamente la distribución de la humedad del suelo. En el monitoreo de la temperatura del dosel vegetal, el suelo desnudo representa un importante factor de interferencia. Algunos investigadores han estudiado la relación entre la temperatura del suelo desnudo y la cobertura vegetal, aclarando la discrepancia entre las mediciones de temperatura del dosel causada por el suelo desnudo y el valor real. Además, han utilizado los resultados corregidos en el monitoreo de la humedad del suelo para mejorar la precisión de los resultados. En la gestión real de la producción agrícola, la fuga de humedad en el campo también es un aspecto crucial. Se han realizado estudios que utilizan cámaras termográficas para monitorear la fuga de humedad en los canales de riego, con una precisión que alcanza el 93%.
Plagas y enfermedades
El uso del monitoreo de reflectancia espectral en el infrarrojo cercano para plagas y enfermedades de las plantas se basa en: el control de la reflexión de las hojas en la región del infrarrojo cercano por el tejido esponjoso y el tejido de barrera; en plantas sanas, estos dos tejidos, con sus espacios llenos de humedad y expansión, son buenos reflectores de diversas radiaciones; cuando la planta está dañada, la hoja se daña, el tejido se marchita, el agua se reduce y la reflexión infrarroja disminuye hasta perderse.
El monitoreo térmico infrarrojo es un indicador importante de plagas y enfermedades en los cultivos. Las plantas sanas regulan su temperatura principalmente mediante el control de la apertura y cierre de los estomas, que regulan la transpiración. En caso de enfermedad, se producen cambios patológicos. La interacción entre el patógeno y la planta, especialmente en lo que respecta a la transpiración, determina las fluctuaciones de temperatura en la zona afectada. En general, la percepción de la enfermedad por parte de la planta conlleva una desregulación de la apertura estomática, lo que resulta en una mayor transpiración en la zona enferma que en la sana. Esta transpiración excesiva provoca una disminución de la temperatura en la zona infectada y una mayor diferencia de temperatura en la superficie de la hoja que en una hoja sana, hasta que aparecen manchas necróticas. Las células en la zona necrótica mueren por completo, la transpiración se interrumpe y la temperatura comienza a subir. Sin embargo, dado que el resto de la hoja se infecta, la diferencia de temperatura en la superficie de la hoja siempre es mayor que en una planta sana.
Otra información
En el ámbito del monitoreo de información agrícola, los datos de teledetección obtenidos con drones (UAV) tienen un amplio abanico de aplicaciones. Por ejemplo, se pueden utilizar para determinar la superficie de maíz caída mediante el análisis de múltiples características de textura, reflejar el nivel de madurez de las hojas durante la etapa de maduración del algodón utilizando el índice NDVI y generar mapas de prescripción para la aplicación de ácido abscísico, lo que permite guiar eficazmente la pulverización de este herbicida en el algodón y evitar el uso excesivo de pesticidas. En función de las necesidades de monitoreo y gestión agrícola, la exploración continua de la información proporcionada por los datos de teledetección de drones y la ampliación de sus campos de aplicación constituyen una tendencia inevitable para el desarrollo futuro de la agricultura informatizada y digitalizada.
Fecha de publicación: 24 de diciembre de 2024