Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE
Diferenciação de cultivares de soja sensível e tolerante à seca por meio de medidas
horárias de índice de vegetação (NDVI) e temperatura do dossel em casa de vegetação.
Luís Guilherme Teixeira Crusiol1
Josirley de Fátima Corrêa Carvalho2
Rubson Natal Ribeiro Sibaldelli3
José Renato Bouças Farias4
1
Bolsista CNPq/PIBIC, Embrapa Soja
Caixa Postal 231- Londrina – PR, Brasil
[email protected]
2
Pós doutoranda/ CNPq, Embrapa Soja
Caixa Postal 231 - Londrina – PR, Brasil
[email protected]
3
Laboratório de Agrometeorologia, Embrapa Soja
Caixa Postal 231- Londrina – PR, Brasil
[email protected]
4
Pesquisador, Embrapa Soja
Caixa Postal 231- Londrina – PR, Brasil
[email protected]
ABSTRACT: Brazil plays a leading role as a global supplier of agribusiness products such as soybean.
However, environmental constrains such as water deficit may cause significant loss of productivity. Therefore
the identification and/or development of drought tolerant plants is highly sought by the scientific community. In
the present study, an attempt has been initiated to differentiate the cultivars BR 16 and Embrapa 48, considered
as drought sensitive and tolerant respectively, through the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and
temperature of the upper and lower surface of the leaf in glasshouse conditions. Soybean plants at the V2 stage
were evaluated under well watered conditions and two days after suspension of the irrigation. Air temperature in
the glasshouse was monitored using a Termo-Hygrograph. The results showed a decline in the NDVI values of
the plants under water deficit for both cultivars. A lower NDVI value, especially under well-watered conditions,
and higher leaf temperature during the warmer hours of the day was found for the cultivar Embrapa 48. It was
also observed that water stress reduced the NDVI and increased the leaf temperature. The remote sensing with
ground level sensors has proved to be a useful tool in the acquisition and interpretation of data for agricultural
research in soybean.
Palavras chave: Remote sensing, termal sensor, NDVI, soybean, glasshouse, water stress, tolerance,
sensoriamento remoto, sensor termal, NDVI, soja, casa de vegetação, déficit hídrico, tolerância.
1. Introdução
O agronegócio tem importante participação no PIB do Brasil, estando articulado a
diversos outros setores da economia. Para a safra 2011/2012 a estimativa de produção de
grãos é superior a 165 milhões de toneladas (Conab, 2012). Dentro do agronegócio, a cultura
da soja tem destaque como principal produto agrícola brasileiro. Também para a safra
2011/2012 a estimativa de produção de soja está acima dos 66 milhões de toneladas (Conab,
2012), representando, portanto, aproximadamente 40% da produção total brasileira de grãos.
Apesar da produção nacional de grãos na safra 2011/2012 ser superior em relação à safra
anterior, houve quebra na produção das culturas de verão, em algumas regiões, devido à seca
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intensa. Assim, devem-se priorizar pesquisas que buscam alternativas à produção de soja de
modo a evitar as constantes perdas em períodos de déficit hídrico.
Dada a importância da soja para o Brasil, justifica-se a aplicação de técnicas de
sensoriamento remoto para facilitar o monitoramento das lavouras, proporcionar a otimização
no uso de agrotóxicos e insumos, resultando em maior produtividade, maior renda para o
produtor e menor impacto ao meio ambiente. Além disso, na pesquisa, técnicas de
sensoriamento remoto trazem benefícios, pois métodos de coletas de dados não destrutivos
facilitam as análises ao relacionar as características de interação radiação-planta a diversos
fatores biofísicos.
Diversos trabalhos vêm sendo desenvolvidos objetivando-se conhecer a interação entre a
radiação e cultivos agrícolas, sobretudo com a intenção de diferenciar cultivares sensíveis e
tolerantes à seca, buscando melhor adaptação dessas aos mais diversos ambientes. Estudos
como o de Almeida et al. (2005), apontam para a utilização de índices de vegetação na
caracterização de cultivos agrícolas, que resultam da reflectância diferencial de dois ou mais
comprimentos de ondas. Dentre os índices de vegetação existentes, um dos mais utilizados é o
Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), proposto por Rouse et al. (1973).
De acordo com Antunes et al. (1993), Moreira (2003) e Asrar et al. (1985) os mais
diversos índices de vegetação relacionam-se com diferentes características fisiológicas e
biofísicas das plantas, como índice de área foliar, fitomassa, anomalias e produtividade.
Crusiol et al. (2012), destacam a boa eficiência do NDVI na diferenciação do
comportamento espectral de diferentes cultivares de soja sob déficit hídrico. Os referidos
autores mostram que plantas irrigadas apresentam NDVI muito superior às não irrigadas.
Para obter informações e padrões espectrais de culturas agrícolas sob diferentes condições
hídricas Epiphanio et al. (1984), destacam a diferença de interação radiação-planta na faixa do
infravermelho termal, verificando que plantas de soja sob déficit hídrico apresentam, em
geral, temperaturas mais elevadas se comparadas àquelas com boa disponibilidade hídrica.
Ramana Rao (1985), trabalhando com plantas de soja sob déficit hídrico encontrou diferenças
de até 8°C se comparada àquelas irrigadas. Sabe-se que plantas em condição de boa
disponibilidade hídrica apresentam temperatura do dossel inferior à temperatura do ar. Por
outro lado, plantas submetidas ao déficit hídrico tendem a apresentar temperaturas do dossel
superiores à temperatura do ar.
Crusiol et al. (2012) destacam variações de NDVI para a cultura da soja ao longo do dia,
podendo o referido índice ter variação de até 25% neste período. Contudo, não há relato na
literatura que tratem da variação de NDVI e de temperatura do dossel para a cultura da soja ao
longo do dia, para duas cultivares de diferente comportamento frente ao déficit hídrico.
O objetivo do presente trabalho foi diferenciar cultivares de soja, consideradas tolerante e
sensível à seca por meio de técnicas de sensoriamento remoto (NDVI e temperatura do
dossel) e verificar a utilidade dessas técnicas em condições de casa de vegetação.
2. Metodologia de trabalho
O trabalho foi desenvolvido em casa de vegetação, nos meses de agosto e setembro de
2012. Para tanto, utilizou-se duas cultivares de soja: BR 16 e Embrapa 48, sensível e tolerante
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à seca, respectivamente. As cultivares foram semeadas em vasos, de modo a obter dez vasos
para cada cultivar. As plantas foram mantidas em condições bem irrigadas até o estádio V2,
quando os vasos foram então saturados com água (dia 09/09). No dia seguinte, após a perda
do excesso de água, os vasos foram colocados dentro de sacolas plásticas para evitar a
evaporação diretamente da superfície do solo. Suspendeu-se então a irrigação dando início ao
déficit hídrico e medições.
As leituras de NDVI em cada um dos vasos, foram feitas com a utilização do aparelho
GreenSeeker® 505 Handheld Sensor, fabricado pela Ntech Industries, Inc, as quais são
calculadas de acordo com a equação NDVI= (ρivp−ρv)/ (ρivp+ρv), onde ρivp é a reflectância
no infravermelho próximo (0,725-1,1 µm) e ρv é a reflectância no vermelho (0,58-0,68µm).
Seus valores variam de -1 a 1 de modo que, quanto mais próximo de 1 mais sadia encontra-se
a vegetação. As medições foram realizadas a uma altura de 80 a 120 cm do dossel da planta,
seguindo a recomendação do fabricante do equipamento.
O sensor utilizado na obtenção do NDVI faz leituras em forma de varredura. Porém,
como advertido por Novo (1998), a reflectância das áreas adjacentes pode interferir nas
leituras, mascarando os resultados obtidos. Desse modo, utilizou-se sempre o valor de NDVI
máximo obtido, o qual corresponde à reflectância das plantas, de modo a eliminar leituras
resultantes da reflectância das áreas adjacentes.
A medida de temperatura do dossel foi realizada com a utilização do sensor termal
infravermelho InfraPro® fabricado pela Oakton® sempre o folíolo central do primeiro
trifólio totalmente expandido. A temperatura do ar foi monitorada com a utilização de um
termohigrógrafo, modelo U14-002, fabricado pela Hobo®. As datas de coleta foram
10/09/2012 (condição irrigada) e 12/09/2012 (déficit hídrico). As medições foram realizadas
em intervalos de uma hora, de 09:00 às16:00 horas.
3. Resultados e discussão
Houve variação de NDVI ao longo do dia (Figura 1), como verificado por Crusiol et al.
(2012). Isso ocorre devido a alguns fatores de variação, tais como conteúdo de água das
plantas e movimento das folhas buscando menor interceptação da luz solar
(paraheliotropismo).
0,45
0,45
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0,4
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0,35
0,3
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BR 16
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EMB 48
EMB 48
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B 10
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HORA
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16
Figura 1. NDVI máximo médio para as duas cultivares de soja no dia 10/09 (condição
bem irrigada) (A) e 12/09 (déficit hídrico) (B). As barras de erro referem-se ao erro padrão da
média.
Nota-se que entre os dias 10 e 12, entre um e três dias após a saturação hídrica dos vasos
e suspensão da irrigação, houve considerável redução nos valores de NDVI para as duas
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cultivares. Isso pode ser explicado pelo fato de que plantas sob déficit hídrico tendem
absorver radiação de forma mais acentuada na faixa do infravermelho próximo e menos na
faixa do vermelho, reduzindo assim o referido índice (Poelking et al. 2007).
Outro apontamento importante na diferenciação das duas cultivares é que BR16 apresenta
NDVI, no estádio V2 de desenvolvimento, superior ao da Embrapa 48, podendo indicar
menor consumo de água pela Embrapa 48, mesmo em condições de boa disponibilidade
hídrica. Vale ressaltar que a diferença de NDVI entre as duas cultivares é maior no dia 10 de
setembro (condição bem irrigada) e menor no dia 12 (condição de déficit hídrico).
Observou-se que sob maior disponibilidade hídrica o comportamento ao longo do dia da
temperatura das folhas é similar ao da temperatura do ar. Porém, quando sob menor
disponibilidade hídrica tal comportamento é alterado (Figura 2).
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A EMBRAPA 48
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EMBRAPA 48
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BR 16
B BR 16
9
C 42
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36
34
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26
24
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BR 16
10
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HORA
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16
Figura 2. Temperatura (°C) do ar e da parte adaxial das folhas para as duas cultivares no
dia 10/09 (condição irrigada) (A) e no dia 12/09 (déficit hídrico) (B) e temperatura (°C) do ar
e da parte abaxial das folhas para as duas cultivares no dia 10/09 (C) e 12/09 (D). As barras de
erro referem-se ao erro padrão da média.
Sob déficit hídrico houve aumento da temperatura das folhas, para as duas cultivares,
tanto para a parte adaxial quanto para a abaxial. Ao comparar a temperatura das folhas frente
à temperatura do ar, no dia 10, sob boa condição hídrica, a temperatura das folhas foi inferior
à do ar. Contudo, no dia 12, já sob a suspensão da irrigação, a temperatura das folhas foi
superior à do ar no intervalo de tempo entre 11 e 14 horas, que corresponde às horas mais
quentes do dia. Tais valores indicam a indução de déficit hídrico, onde, de acordo com Novo
(1998), o estado hídrico da planta pode variar rapidamente ao longo do dia. Plantas sob boa
disponibilidade de água apresentam temperatura foliar inferior à do ar e aquelas sob
deficiência hídrica apresentam temperatura superior à do ar (Epiphanio et al. 1984).
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É possível observar que, para as duas cultivares, a temperatura adaxial da folha (lado
superior) é sempre superior à abaxial (lado inferior). Isso ocorre devido à maior concentração
de estômatos, que são responsáveis pela transpiração, na parte abaxial, realizando desse modo
maior troca de energia com o meio. De acordo com Leal-Costa et al. (2008) a folha de soja
possui estômatos em ambas as faces (anfiestomática), mas com maior frequência na face
abaxial.
No dia 10 de setembro, nos horários de maior temperatura do ar, a cultivar Embrapa 48
apresentou temperatura superior em relação à BR16 na parte abaxial das folhas. Esse
comportamento térmico pode indicar menor transpiração por parte da primeira, resultando em
menor atividade interna e menor consumo de água. Tal fator pode contribuir para a primeira
cultivar mostrar-se mais tolerante à falta de água.
No dia 12 de setembro, a cultivar Embrapa 48 apresentou temperatura da folha, para as
partes adaxial e abaxial, superior à BR16 até entre 9:00 e 11:00 horas. Além disso, as
máximas térmicas da face adaxial das folhas da Embrapa 48 foram superiores às máximas
térmicas da BR16. Assim, destaca-se novamente o melhor funcionamento dos mecanismos de
adaptabilidade da primeira cultivar em relação à segunda.
4. Conclusões
Conclui-se com o presente trabalho que tanto NDVI quanto temperatura da folha são
análises úteis na diferenciação de cultivares de soja com diferente comportamento frente à
disponibilidade hídrica.
Além disso, o sensoriamento remoto por meio do uso do Greenseeker e sensor termal
mostraram-se como ferramentas possíveis de serem usados em estudos em casa de vegetação.
Agradecimentos
Ao CNPq, pelo financiamento da bolsa PIBIC; à Embrapa Soja, equipes de Ecofisiologia
e Agrometeorologia.
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