Spatio-temporal variability of biophysical parameters of irrigated maize using orbital remote sensing / Variabilidade espaço-temporal de parâmetros biofisícos do milho irrigado utilizando sensoriamento remoto orbital

This study proposes to estimate the actual crop evapotranspiration, using the SAFER model, as well as calculate the crop coefficient (Kc) as a function of the normalized difference vegetation index (NDVI) and determine the biomass of an irrigated maize crop using images from the Operational Land Imager (OLI) and Thermal Infrared (TIRS) sensors of the Landsat-8 satellite. Pivots 21 to 26 of a commercial farm located in the municipalities of Bom Jesus da Lapa and Serra do Ramalho, west of Bahia State, Brazil, were selected. Sowing dates for each pivot were arranged as North and South or East and West, with cultivation starting firstly in one of the orientations and subsequently in the other. The relationship between NDVI and the Kc values obtained in the FAO-56 report (KcFAO) revealed a high coefficient of determination (R2 = 0.7921), showing that the variance of KcFAO can be explained by NDVI in the maize crop. Considering the center pivots with different planting dates, the crop evapotranspiration (ETc ) pixel values ranged from 0.0 to 6.0 mm d-1 during the phenological cycle. The highest values were found at 199 days of the year (DOY), corresponding to around 100 days after sowing (DAS). The lowest BIO values occur at 135 DOY, at around 20 DAS. There is a relationship between ETc and BIO, where the DOY with the highest BIO are equivalent to the days with the highest ETc values. In addition to this relationship, BIO is strongly influenced by soil water availability.(AU)

Objetivou-se com o presente estudo estimar a evapotranspiração real da cultura por meio do modelo SAFER, calcular o Kc em função do NDVI e a biomassa da cultura do milho irrigado, utilizando para isso imagens dos sensores Operacional Land Imager (OLI) e Thermal Infrared Sensor (TIRS) do satélite Landsat-8. Foram selecionados os pivôs 21 ao 26 de uma fazenda comercial localizada nos municípios de Bom Jesus da Lapa e Serra do Ramalho, situadas no oeste do estado da Bahia, Brasil. As épocas de semeadura dentro dos pivôs são ordenadas em Norte e Sul ou Leste e Oeste, iniciando o cultivo primeiro em uma das orientações e posteriormente na outra. Verifica-se com base na relação entre NDVI e KcFAO, um alto valor do coeficiente de determinação (R2=0,7921), evidenciando que a variância do KcFAO pode ser explicada pelo NDVI na cultura do milho. Considerando-se os pivôs centrais com diferentes datas de plantio, os valores dos pixels da ETc variaram de 0,0 a 6,0 mm d-1 durante o ciclo fenológico. Os maiores valores foram encontrados para o DOY 199, correspondendo ao DAS em torno de 100 dias. Os valores mais baixos da BIO ocorrem aos 135 DOY em torno de 20 DAS. É observado que existe uma relação entre a ETc e BIO, os DOY mais elevados da BIO são equivalentes com os maiores valores de ETc . Além desta relação, a BIO é fortemente influenciada pela disponibilidade hídrica no solo.(AU)

Mapping of corn phenological stages using NDVI from OLI and MODIS sensors / Mapeamento dos estádios fenológicos da cultura do milho utilizando o NDVI derivado dos sensores OLI e MODIS

Crop phenology knowledge is relevant to a series of actions related to its management and can be accessed through vegetation indexes. Thus, this study aimed to evaluate the use of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), from images of OLI and MODIS sensors, to obtain phenological information from corn crops. To this end, we evaluated two corn cropping areas, irrigated by a central pivot, and located western Bahia state, Brazil. These areas were managed with high technology and had no record of biotic and abiotic stresses. NDVI showed a well-defined temporal pattern throughout the corn cycle, with a rapid increase at the beginning, stabilization at intermediate stages, and decreases at the end of the cycle. Excellent fits for polynomial equations were obtained to estimate NDVI as a function of days after sowing (DAS), with R² values of 0.96 and 0.95 for images of OLI and MODIS sensors, respectively. This demonstrates that both sensors could characterize corn canopy changes over time. NDVI ranges were correlated with the main phenological stages (PE), using the direct relationship between both variables (NDVI and PE) with days after sowing (DAS). For the beginning and end of each phenological stage, NDVI ranges were validated through model identity testing. NDVI proved to be a suitable parameter to assess corn phenology accurately and remotely. Finally, NDVI was also an important tool for detecting biotic and abiotic stresses throughout the crop cycle, and hence for decision making based on corn phenology.(AU)

O conhecimento da fenologia das culturas é relevante para uma série de ações relacionadas ao seu manejo e pode ser acessada por meio de índices de vegetação. Portanto, objetivou-se com este trabalho avaliar o potencial do uso do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), calculado a partir de imagens dos sensores OLI e MODIS para obter informações fenológicas da cultura do milho. Para tanto, foram utilizadas duas áreas de cultivo de milho irrigadas por sistema de pivô central na região oeste do estado da Bahia, Brasil. Estas áreas foram manejadas com alta tecnologia e sem registro de ocorrência de estresses bióticos e abióticos. O NDVI apresentou um padrão temporal bem definido ao longo do ciclo de desenvolvimento, com rápido incremento no início do desenvolvimento, estabilização nos estádios intermediários, e decréscimos na parte final do ciclo. Excelentes ajustes para as equações polinomiais foram obtidos para estimar o NDVI em função dos dias após a semeadura (DAS), com R² de 0,96 e 0,95 para as imagens do sensor OLI e MODIS, respectivamente, demonstrando que os sensores são capazes de caracterizar temporalmente as modificações do dossel da cultura do milho ao longo do ciclo. Intervalos de valores de NDVI foram correlacionados com os principais estádios fenológicos (EF) da cultura do milho, utilizando a relação direta de ambas as variáveis (NDVI e EF) com os dias após a semeadura (DAS). Os intervalos de valores de NDVI para o início e final de cada estádio fenológico foram validados através do teste de identidade do modelo, tornando o NDVI uma variável adequada para ser utilizada no acesso a fenologia do milho com precisão de maneira remota. Por fim, esses valores também são uma importante ferramenta para detecção de problemas bióticos e abióticos ao longo do ciclo de cultivo e para tomadas de decisão baseadas na fenologia da cultura.(AU)

Remote sensing as a tool to determine biophysical parameters of irrigated seed corn crop / Sensoriamento remoto como ferramenta para determinação de parâmetros biofísicos da cultura do milho semente irrigado

In recent years, many studies have been conducted combining orbital remote sensing data and crop growth models for vegetation monitoring, evapotranspiration estimation and quantification of biophysical parameters, e.g., NDVI, surface temperature, albedo, and biomass. The aim of the present study was to estimate evapotranspiration (ETr), biomass (BIO), and water productivity (WP) for irrigated seed corn crop using the SAFER algorithm and Landsat 8 satellite images. For this, eight cloud-free images were acquired at different phenological stages over the interest area on the United States Geological Survey website and meteorological data. ETr was estimated by the SAFER algorithm, BIO by the Monteith model, and WP by the BIO/ETr ratio. ETr values ranged from 0 to 6 mm d-1, with the highest values coinciding with the period of high vegetative crop vigor, while the lowest values were found at the sowing season. The highest biomass values were observed from images at 46 and 62 days after sowing (DAS), corresponding to 286 and 289 kg ha-1 d-1, respectively. The highest mean of water productivity was observed at 62 DAS, with 6.9 kg m-3 of water, corresponding to the period of maximum vegetative crop vigor. The application of the SAFER model together with Landsat 8 satellite images was an alternative to identifying the spatial and temporal variation of biophysical parameters of the corn crop. It could assist in the management of water in irrigated agriculture and decision making in large-sized farms.(AU)

Nos últimos anos, tem sido realizado muitos estudos que associam dados de sensoriamento remoto orbital e modelos de crescimento de cultura para fins de monitoramento da vegetação, estimativa de evapotranspiração e quantificação de parâmetros biofísicos, por exemplo o NDVI, temperatura da superfície, albedo, biomassa. O objetivo do presente estudo foi estimar a evapotranspiração (ETr), a biomassa (BIO) e a produtividade de água (PA) para a cultura do milho semente irrigado utilizando-se o algoritmo SAFER e imagens do satélite Landsat 8. Para tal, foram adquiridas oito imagens, em diferentes fases fenológica, livre de nuvem sobre a área de interesse no site United States Geological Survey e dados meteorológicos. A ETr foi estimada por meio do algoritmo SAFER, a BIO pelo modelo de Monteith e a PA pela razão BIO/ETr. A ETr apresentou valores variando entre 0 e 6 mm d-1, sendo os maiores valores coincidentes com o período de maior vigor vegetativo da cultura e os menores com a época de semeadura. Os maiores valores de biomassa são notados nas imagens aos 46 e 62 dias após a semeadura (DAS), correspondendo a 286 e 289 kg ha-1 d-1, respectivamente. A maior média da produtividade da água é observado aos 62 DAS, com 6,9 kg m-3 de água, correspondente ao período de máximo vigor vegetativo da cultura. A aplicação do modelo SAFER juntamente com imagens do Satélite Landsat 8 mostrou-se uma alternativa na identificação da variação espacial e temporal dos parâmetros biofísicos da cultura do milho, podendo auxiliar no manejo da água na agricultura irrigada e na tomada de decisão em propriedades agrícolas de grande porte.(AU)

Remote sensing as a tool to determine biophysical parameters of irrigated seed corn crop / Sensoriamento remoto como ferramenta para determinação de parâmetros biofísicos da cultura do milho semente irrigado

In recent years, many studies have been conducted combining orbital remote sensing data and crop growth models for vegetation monitoring, evapotranspiration estimation and quantification of biophysical parameters, e.g., NDVI, surface temperature, albedo, and biomass. The aim of the present study was to estimate evapotranspiration (ETr), biomass (BIO), and water productivity (WP) for irrigated seed corn crop using the SAFER algorithm and Landsat 8 satellite images. For this, eight cloud-free images were acquired at different phenological stages over the interest area on the United States Geological Survey website and meteorological data. ETr was estimated by the SAFER algorithm, BIO by the Monteith model, and WP by the BIO/ETr ratio. ETr values ranged from 0 to 6 mm d-1, with the highest values coinciding with the period of high vegetative crop vigor, while the lowest values were found at the sowing season. The highest biomass values were observed from images at 46 and 62 days after sowing (DAS), corresponding to 286 and 289 kg ha-1 d-1, respectively. The highest mean of water productivity was observed at 62 DAS, with 6.9 kg m-3 of water, corresponding to the period of maximum vegetative crop vigor. The application of the SAFER model together with Landsat 8 satellite images was an alternative to identifying the spatial and temporal variation of biophysical parameters of the corn crop. It could assist in the management of water in irrigated agriculture and decision making in large-sized farms.

Nos últimos anos, tem sido realizado muitos estudos que associam dados de sensoriamento remoto orbital e modelos de crescimento de cultura para fins de monitoramento da vegetação, estimativa de evapotranspiração e quantificação de parâmetros biofísicos, por exemplo o NDVI, temperatura da superfície, albedo, biomassa. O objetivo do presente estudo foi estimar a evapotranspiração (ETr), a biomassa (BIO) e a produtividade de água (PA) para a cultura do milho semente irrigado utilizando-se o algoritmo SAFER e imagens do satélite Landsat 8. Para tal, foram adquiridas oito imagens, em diferentes fases fenológica, livre de nuvem sobre a área de interesse no site United States Geological Survey e dados meteorológicos. A ETr foi estimada por meio do algoritmo SAFER, a BIO pelo modelo de Monteith e a PA pela razão BIO/ETr. A ETr apresentou valores variando entre 0 e 6 mm d-1, sendo os maiores valores coincidentes com o período de maior vigor vegetativo da cultura e os menores com a época de semeadura. Os maiores valores de biomassa são notados nas imagens aos 46 e 62 dias após a semeadura (DAS), correspondendo a 286 e 289 kg ha-1 d-1, respectivamente. A maior média da produtividade da água é observado aos 62 DAS, com 6,9 kg m-3 de água, correspondente ao período de máximo vigor vegetativo da cultura. A aplicação do modelo SAFER juntamente com imagens do Satélite Landsat 8 mostrou-se uma alternativa na identificação da variação espacial e temporal dos parâmetros biofísicos da cultura do milho, podendo auxiliar no manejo da água na agricultura irrigada e na tomada de decisão em propriedades agrícolas de grande porte.