Índices de vegetación en agricultura de precisión

Hace pocas semanas comenzamos una nueva sección sobre agricultura de precisión y dimos unas pinceladas de lo que nos puede ayudar en la agricultura moderna este tipo de tecnología. Hoy vamos a hablar de una pequeñísima parte de este mundo tecnológico aplicado al mundo agro: los índices de vegetación.

En primer lugar debemos hablar de dónde viene este término y cuándo se empezó a calcular de forma masiva. Normalmente, cuando se habla de estos índices, solemos referirnos dentro del mundo de la teledetección. Desde los primitivos satélites de observación de la tierra allá por los años 70 con el lanzamiento del primer LANDSAT hasta los más modernos y precisos como el worldview-4 lanzado recientemente y sin olvidarnos de los famosos drones, el mundo de la teledetección está en aumento.

La teledetección es el término traducido del inglés “remote sensing”. Es la técnica que consiste en captar imágenes de la tierra a distancia en diferentes bandas del espectro electromagnético y luego proceder a su procesado, análisis e interpretación.

La teledetección es el término traducido del inglés "remote sensing". Es la técnica que consiste en captar imágenes de la tierra a distancia en diferentes bandas del espectro electromagnético y luego proceder a su procesado, análisis e interpretación.

¿Satélites? ¿Drones? ¿Bandas? ¿Espectro electromagnético? ¿Pero no estábamos hablando de agricultura?

Paciencia. Ya llegaremos a eso. Por ahora hay que asentar unas pequeñas bases.

Un poco de teoría del electromagnetismo

No tenemos intención de dar una clase de física de primero de carrera pero sí refrescar mínimamente en qué consiste el espectro electromagnético y cómo la teledetección y en especial los índices de vegetación se basan en todo esto.

El espectro electromagnético no es más que una división o estratificación de rangos de longitudes de onda con comportamientos similares. Recordemos que una onda electromagnética se define por:

  • Su amplitud: distancia entre el punto más alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio.
  • Su longitud de onda: distancia entre dos picos sucesivos de una onda.
  • Su frecuencia: número de ciclos pasando por un mismo punto en una unidad de tiempo.

Como podemos ver en el esquema anterior se han ido agrupando los distintos rangos en las ondas de radio, las microondas, el infrarrojo, el visible (única porción del espectro que el ojo humano puede captar), los ultravioletas…

De toda esta ensalada de ondas electromagnéticas, para los índices de vegetación nos interesan desde el infrarrojo térmico hasta el espectro visible principalmente para el cálculo de los mismos ya que las cubiertas vegetales, en general, responden de maneras muy específicas en estos rangos que nos son útiles para saber su estado.

¿Qué es un índice de vegetación?

Un índice de vegetación normalmente es el resultado de una fórmula que utiliza una o varias bandas del espectro electromagnético. La relación entre estas bandas tiene detrás un estudio empírico que demuestra la relación directa entre el valor numérico captado por el sensor y la variable de la planta a medir (normalamente biomasa o vigor vegetal).

¿En qué consiste y cómo se calculan?

Aquí es donde está toda la esencia del asunto. Normalmente, las cámaras que se utilizan para calcular estos índices, tanto si están embarcadas en satélites, como en aviones o drones, son cámaras un tanto especiales llamadas multiespectrales. Su nombre lo indica, captan varios espectros. Para los índices de vegetación, normalmente captan el espectro del verde, el azul el rojo (lo que llamamos RGB) y el infrarrojo cercano. La banda azul en estos casos no es muy utilizada y se suele sustituir por el llamado rojo cercano.

índices de vegetación - cámara multiespectral

Cámara multiespectral para drones

Cuando la cámara capta una foto en estas bandas, posteriormente se deben introducir en un programa de ordenador y jugar con las fórmulas de los diferentes índices para sacar valores que nos digan algo y poder actuar en consecuencia sobre nuestros cultivos.

¿Cuántos índices de vegetación hay?

Unos cuantos, y en constante evolución. Las empresas, universidades y científicos del mundo están continuamente estudiando nuevos índices de vegetación, modificando los ya existentes para hacerlos más precisos. Hay todo un mundo por hacer, desarrollar y descubrir. De momento vamos a mencionar algunos que se están utilizando en la actualidad para agricultura de precisión empezando por el famoso y archiconocido NDVI.

NDVI

Son las siglas de Normalized Difference Vegetacion Index. De los índices de vegetación hasta ahora conocidos es de los más importantes y usados. Utiliza las bandas del rojo y el infrarrojo cercano y nos permite calcular el vigor de una planta en un estado fenológico concreto. Este vigor nos indica el estado del cultivo. Si está por debajo de lo normal, el índice nos dirá que la planta está sufriendo (o no está en su punto óptimo) y tendremos que averiguar por qué. Puede ser por estrés hídrico, por una plaga o enfermedad, por falta de nutrientes… Las causas pueden ser muchas pero lo que el índice nos dice de forma prematura es que a la planta le está ocurriendo algo para que podamos llegar a tiempo y corregirlo.

índices de vegetación - NDVI

Mapa de color de NDVI donde se ven las zonas de cultivo con más y menos vigor

GNDVI

Esta es una variación del NDVI que utiliza la banda del verde en vez del rojo para sus cálculos. Hay cultivos que responden mejor a unas bandas que a otras y en cultivos de arroz o en maíz, en ocasiones este índice da mejores resultados, por ejemplo, en la predicción del rendimiento de cosecha en función del vigor calculado por este método.

SAVI y MSAVI

Son las siglas de Soil Adjusted Vegetation Index. Cuando se trata de calcular vigor vegetativo, hay que tener en cuenta el tipo y estado de cultivo. Si la cobertura vegetal es muy pobre (marcos de plantación amplios o fases tempranas del cultivo) los índices de reflectancia del suelo afectan al valor final y este “efecto suelo” descompensa los valores de NDVI o GNDVI. Por ellos los índices SAVI o MSAVI (el segundo es una modificación del otro) consiguen compensar el efecto suelo en estos casos.

EVI y EVI2

Son las siglas de Enhanced Vegetation Index. Estos índices de vegetación (el EVI2 es una evolución del EVI) se estudiaron para teledetección satelital y utilizan además la banda azul (además del rojo e infrarrojo cercano) para compensar los errores derivados de las distorsiones atmosféricas. Recordemos que la energía que capta el sensor multiespectral de un satélite tiene que viajar atravesando la atmósfera unos 800km que es donde orbitan este tipo de satélites. El EVI2 es una modificación para evitar tener que hacer cálculos con la banda del azul, por lo que se podría trabajar con sensores de cámaras embarcadas en drones (que pueden carecen de la banda azul).

CWSI

De los índices de vegetación hasta ahora vistos este difiere un poco del resto. Este índice se calcula no con imagen multiespectral si no con un sensor termográfico que nos da la temperatura superficial del cultivo. Existen estudios que demuestran la relación directa en la temperatura del cultivo y el potencial hídrico foliar. Esta última magnitud mide de forma directa el estrés hídrico del cultivo. Consiguiendo establecer estas relaciones, es posible calcular si la planta está sufriendo por falta de agua o no.

Nos hemos dejado unos cuantos por el camino. Sin embargo, ya que este artículo pretendía ser no más que una introducción a estos índices, hablaremos de los demás en un futuro no muy lejano. En posteriores post iremos desgranando las características de cada uno de ellos y sus aplicaciones. ¡No te los pierdas!

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