nuevas aplicaciones de teledetección para estimar el...

IRTA – Programa Uso Eficiente del Agua en Agricultura

Joaquim Bellvertjoaquim.bellvert@irta.cat

León, 13 Febrero 2019

Nuevas aplicaciones de Teledetección para estimar el consumo de agua de los cultivos

Transpiración (T)

Evaporación (E)

Riego + Precipitación

Ascensocapilar

Escorrentia

Drenaje

Intentamos responder a “Cuánta agua es usada/se necessita”?

Kc = ETc / ETo

Agua suelo

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Evapotranspiració (mm)

Pro

du

cció

(tm

/ha)

blat de moro

Funciones de Producción

Evapotranspiración (mm)

Pro

du

cció

n (

tm/h

a)

Maíz

Evapotranspiración de referencia o potencial (ETo)

Evapotranspiración potencial de un cultivo (ETp)

Evapotranspiración real de un cultivo (ETr)

Evapotranspiración potencial / màxima que puede tener el cultivo cuando NO está bajo estrés hídrico.

La tasa de evapotranspiración de una superficie de referencia, que ocurre sin restricciones de agua, se conoce como evapotranspiración del cultivo de referencia, y se denomina ETo. La superficie de referencia corresponde a un cultivo hipotético de pasto con características específicas.

- Penman-Monteith (FAO) → Estaciones climáticas

Evapotranspiración real que tiene el cultivo / estado hídrico

- Coeficientes de cultivo; relaciones LAI vs. Kc- Shuttleworth and Wallace -> LAI

- Ratio entre ETr/ETp- Crop Water Stress Index (CWSI) -> empírico i balance energético

Fotogrametría

- Fotogrametria y imágenes multiespectrales a alta resolución- Técnicas de segmentación de objetos

Parámetros biofísicos de la vegetación

Índice Área Foliar (LAI) / Fracción de Radiación Interceptada por el cultivo (FIPAR)

Fotogrametría

- Fotogrametria y imágenes multiespectrales a alta resolución- Técnicas de segmentación de objetos

Parámetros biofísicos de la vegetación

Índice Área Foliar (LAI) / Fracción de Radiación Interceptada por el cultivo (FIPAR)

ÁREA COPA ÁRBOLALTURA NDVI

Fotogrametría

- Fotogrametria y imágenes multiespectrales a alta resolución- Técnicas de segmentación de objetos

Parámetros biofísicos de la vegetación

Índice Área Foliar (LAI) / Fracción de Radiación Interceptada por el cultivo (FIPAR)

ÁREA COPA ÁRBOLALTURA NDVI

Fraction crown area x NDVI

0.0 0.2 0.4 0.6

Daily

fIP

AR

(%

)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Pistachio

Descargar imágenes Índice de Área Foliar (LAI)

Temperatura hoja como indicador de estrés hídrico

• Cierre estomático → Disminución

de la tasa transpiratoria y de

absorción de CO2

• Disminución de la fotosíntesis

• Estrés hídrico

Aumento de temperatura

(Tanner, 1963; Fuchs & Tanner, 1966; Idso et al., 1978; Idso et al., 1981; Jackson et al., 1977a; Jackson et al.,

1977b; Jackson et al., 1981; Jackson, 1982)-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Tc –

Ta (

ºC)

Sin Estrés

Estrés

Píxels puro de vegetación

Mosaicos térmicos

20-30 cm de píxel

Relaciones entre CWSI y Potencial hídrico hoja

Fase II Fase III Post-cosecha

CWSI

Po

ten

cial

híd

rco

ho

ja (

MP

a)

Bellvert et al. 2014, 2016

Relaciones entre CWSI y Potencial hídrico hoja

f (Tc, Ta, DPV)

Ytallo

Definir estrategia de riego

Cultivo, variedad ...

Marco plantación

Umbrales estacionales de potencial hídrico

Interfície web

RDC 1

RDC 2

CONTROL 1

CONTROL 2

Definición Estrategia de Riego

Fenología

Programación de riego en teledetección térmica

Ejemplo en melocotonero

03/07 16/07 31/07 12/08

-0.94

-0.91

-0.96

-1.08

-0.89

-0.93

-0.93

-1.00

-1.70

-1.30

-1.26

-1.74

-1.45

-1.08

-1.10

-1.48

07/05 13/05 04/06 11/06 25/06

-0.89

-0.86

-0.95

-0.91

-0.78

-0.70

-0.65

-0.64

-1.20

-1.11

-1.07

-1.19

-1.23

-1.21

-1.19

-1.29

-1.35

-0.98

-1.22

-1.02

Fase IIFase I

Post-cosecha

Fase III

Sentinel 2 Sentinel 3 Landsat 8

Resolución (m) 10-20 1000 30-100

Frecuencia (d) 5 1 16

Información VisibleInfrarrojo

VisibleInfrarrojoTérmico

VisibleInfrarrojoTérmico

Productosintermedios

LAI/FAPARAlbedoClorofila

Temperaturaterrestre

LAI/FAPARAlbedoTemperatura

Producto final ET potencial ET realStress hídrico

ET potencialET realStress hídrico

Satélites (Open source)

Sentinel 3 vs. Landsat 8Temperatura Superficie

Sentinel 31 km

Landsat 8100 m

Modelización de la Evapotranspiración

Rn

Flujo de calor en el suelo

GHRE ne −−ET intenta responder a “Cuántaagua es usada/se necesita?”

•Propiedades biofísicas del cultivo (LAI, albedo, rugosidad, etc.) determinanla ET potencial

•Tranporte de calor realizadopor un gradiente de temperatura -> stress hídrico

Calor latente => ET

G

ET Transpiración Evaporación

W m

-2

El modelo permite estimar ET potencial, ET real y separar la evaporación del suelo de la transpiración de la planta

SENTINELS FOR EVAPOTRANSPIRATIONhttp://www.esa-sen4et.org/

Guzinski and Nieto (2019)

Modelosde Balance Energético (TSEB)

Fusionado Sentinel 2+3, para tener mayor resolución de ET

Sentinel 3. Térmico1 Km / diario

Sentinel 2. Multispectral20 m / cada 5 dias

Estimación ET20 m / diario

• INDICE DE AREA FOLIAR

Frecuencia 5 días

Resolucion 20 m

Definición Superficie foliar por unidad superficial de terreno

Unidades m2 / m2

Utilidad Vigor vegetativoDesarrollo fenológicoConsumo potencial de agua

• EVAPOTRANSPIRACIÓN

Frecuencia 5 días

Resolución 20 m

Definición Agua evaporada y transpirada por la superficie

Unidades mm / día

Utilidad Consumo real de agua

• ESTRÉS HÍDRICO DEL CULTIVO

Frecuencia 5 días

Resolucion 20 m

Definición Cociente entre la transpiración y la transpiración potencial

Unidades -

Utilidad Valores cercanos a 0 indican estrés. Valores entorno a 1 indican condiciones óptimas

• RELACION ET real y ET potencial

Frecuencia 5 días

Resolucion 20 m

Definición Cociente entre la ET y la ET potencial

Unidades -

Utilidad 0 → estrés1 → óptimo> 1 → exceso de agua consumida:consultar mapa de eficiencia de riego

• EFICIENCIA DEL RIEGO

Frecuencia 5 días

Resolucion 20 m

Definición Cociente entre la transpiración y la evapotranspiración

Unidades 0 – 1

Utilidad Evaluación de la eficiencia de riego:Cuanto más cerca de 1 menos agua por evaporación del suelo es perdida

Perspectivas de futuro para el riego de precisión

Predicciones de demanda de agua

IRTA – Programa Uso Eficiente del Agua en Agricultura

Joaquim Bellvertjoaquim.bellvert@irta.cat

León, 13 Febrero 2019

Nuevas aplicacions de Teledetección para estimar el consumo de agua de los cultivos

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