Δείκτες βλάστησης εφαρμοσμένοι σε υποτροχιακές πολυφασματικές εικόνες υγιούς καφέ και καφέ μολυσμένου από φυλλορύκτη φυτών καφέ

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 21:04, 23 Μαρτίου 2022

Δείκτες βλάστησης εφαρμοσμένοι σε υποτροχιακές πολυφασματικές εικόνες υγιούς καφέ και καφέ μολυσμένου από φυλλορύκτη φυτών καφέ

Vegetation Indices Applied to Suborbital Multispectral Images of Healthy Coffee and Coffee Infested with Coffee Leaf Miner

Luana Mendes dos Santos, Gabriel Araújo e Silva Ferraz, Diego Bedin Marin, Milene Alves de Figueiredo Carvalho, Jessica Ellen Lima Dias, Ademilson de Oliveira Alecrim and Mirian de Lourdes Oliveira e Silva. AgriEngineering 4 (2022): 311-319.

Πηγή: [1]

1. Εισαγωγή

Η Βραζιλία αποτελεί τον μεγαλύτερο εξαγωγέα καφέ στον κόσμο με το 55% της παραγωγής της το 2019 να προέρχεται από την περιφέρεια Gerais, ενώ παγκοσμίως σημειώνεται αύξηση στην κατανάλωση καφέ με τη φετινή να υπολογίζεται στο 1.5%. Αυτή η αύξηση παραγωγής μετατρέπει τα φυτά καφέ σε σημαντική εστία πλήθους αρθροπόδων που θεωρούνται παράσιτα με πολλαπλών μορφών ζημιές. Το Leucoptera coffeella είναι από τους σημαντικότερους φυλλορύκτες που προσβάλλει τα φυτά όλο το χρόνο και ιδιαίτερα τις καυτές ξηρές εποχές και οδηγεί σε μείωση της φωτοσυνθετικής επιφάνειας των φύλλων, μειώνοντας την παραγωγή σπόρων και την απόδοση της παραγωγής. Η χρήση διαφορετικών οπτικών αισθητήρων και των διαφορετικών καναλιών τους για τον υπολογισμό του δείκτη βλάστησης γίνεται για τον χαρακτηρισμό τριών πρόσφατα φυτεμένων ποικιλιών καφέ, την εύρεση της επίδρασης της βροχής και της ξηρασίας στην ανάπτυξη και τα βιοφυσικά χαρακτηριστικά. Οι δείκτες βλάστησης συνήθως χρησιμοποιούνται στην αγροτική παρακολούθηση, εξ αιτίας της δυνατότητάς τους να εντοπίζουν τα εσωτερικά χαρακτηριστικά της βλάστησης και βοηθούν στην έγκαιρη ανίχνευση παράσιτων και ασθενειών. Η συγκεκριμένη μελέτη επιδιώκει να εκτιμήσει την αξία των δεικτών βλάστησης από πολυφασματικές εικόνες υγιών και μολυσμένων φύλλων πρόσφατα φυτεμένων φυτών για την ανίχνευση και διαφοροποίηση προσβολής από παράσιτα.

2. Υλικά και Μέθοδοι

Τα υγιή φύλλα καφέ προέρχονται από φυτά ενός μήνα στο θερμοκήπιο του Πανεπιστημίου Lavras, ενώ τα μολυσμένα φύλλα καφέ προέρχονται από φυτά οκτώ μηνών στη φάρμα Cafua. Το κλίμα της περιοχής θεωρείται υγρό υποτροπικό κλίμα ξηρών χειμώνων και βροχερών καλοκαιρών. Για τη λήψη των εικόνων χρησιμοποιήθηκε πολυφασματική κάμερα με τέσσερις φασματικούς δέκτες ανάλυσης 1.2MP, ενώ υπήρχε και αισθητήρα GPS για τον υπολογισμό απόστασης και προσανατολισμού κατά τη λήψη των εικόνων. Η πτήση για τις εικόνες έγινε σε ύψος 3 μέτρων από τα μολυσμένα φυτά, ενώ στο θερμοκήπιο οι εικόνες τραβήχτηκαν χειροκίνητα σε ύψος 0.5 μέτρων. Στη συνέχεια, η επεξεργασία των εικόνων έγινε στο λογισμικό QGIS και για τις αριθμητικές πράξεις των δεικτών χρησιμοποιήθηκε το Raster Calculator. Για την επεξεργασία επιλέχθηκαν τυχαία 25 σημεία από υγιή φύλλα και 25 σημεία μολυσμένων φύλλων, καθώς επίσης 41 σημεία στα σημεία με παράσιτα. Φυτά με 20% έως 30% άθικτα φύλλα στο μέσο και άνω μέρος θεωρούνται μολυσμένα. Για τα αποτελέσματα των δεικτών βλάστησης στα εικονοστοιχεία των δειγματοληπτικών σημείων χρησιμοποιήθηκε το plugin Point Sampling Tools και από τις τιμές των δεικτών βλάστησης έγινε στατιστική ανάλυση στα αποτελέσματα από το τεστ κανονικότητας Shapiro-Wilk.

3. Αποτελέσματα

Οι τιμές δεικτών βλάστησης είναι λίγο υψηλότερες στα υγιή φύλλα του θερμοκηπίου, χωρίς όμως σημαντική διαφορά, καθώς η προσβολή των παράσιτων στη φάρμα ήταν σε αρχικό στάδιο χωρίς έντονες ζημιές ακόμα. Τα μολυσμένα φυτά είναι φυτά με υψηλότερη βλαστική ζωτικότητα που προτιμούνται για την ωοτοκία των παράσιτων και γι’ αυτό η μικρή διαφοροποίηση στις τιμές των δεικτών βλάστησης μεταξύ μολυσμένων και υγιών φυτών. Όσο μεγαλύτερη είναι η βλαστική ζωτικότητα, τόσο χαμηλότερη είναι η ανάκλαση στα ορατά κανάλια και υψηλότερη στα εγγύς υπέρυθρα, ενώ τα φυτά έχουν υψηλότερη περιεκτικότητα σε βιομάζα και θρεπτικά συστατικά που δείχνουν υψηλότερες τιμές δεικτών βλάστησης. Υπάρχει άμεση και θετική συσχέτιση των μολυσμένων φύλλων καφέ με τον δείκτη βλάστησης, στα αρχικά στάδια της προσβολής από το παράσιτο με αποτέλεσμα η προσβολή να μπορεί να ανιχνευθεί με χρήση δεικτών βλάστησης ακόμα και στην αρχή της. Όταν πρόκειται για προσβολή στις αρχές της περιόδου, οι εικόνες ίσως δεν έχουν πλεονεκτήματα στην αναγνώριση του παράσιτου καθώς πιθανόν αναμειγνύονται εικονοστοιχεία μολυσμένων και υγειών φυτών που καταλήγουν σε κοντινές μέσες τιμές των δεικτών βλάστησης. Όταν η προσβολή γίνεται έντονα, το παράσιτο μειώνει την ικανότητα φωτοσύνθεσης του φυτού με καταστροφή και πέσιμο των φύλλων και κατ’ επέκταση μειώνονται και οι τιμές των δεικτών βλάστησης.

Ο δείκτης GNDVI στα υγιή φύλλα δεν δείχνει την κανονική κατανομή και γι’ αυτό έχει εξαιρεθεί από τις συγκρίσεις. Oι NormNIR και GRNDVI εντοπίζουν σημαντικές διαφοροποιήσεις μεταξύ υγιών και μολυσμένων φυτών. Οπτικά, ο GRNDVI ήταν ο δείκτης βλάστησης που διαφοροποίησε καλύτερα τα υγιή από τα μολυσμένα φυτά. Τα θηλυκά παράσιτα των φύλλων ωοτοκούν στο πάνω μέρος των φύλλων όπου εκκολάπτονται και διαπερνούν την επιδερμίδα των φύλλων.

4. Συμπεράσματα

Γενικά, τα υγιή φυτά φέρουν υψηλότερες τιμές δεικτών βλάστησης σε σχέση με τα μολυσμένα φυτά. Επιπλέον, ο δείκτης βλάστησης GRNDVI διαφοροποιεί τα υγιή με τα μολυσμένα φυτά με καλύτερο τρόπο σε σχέση με άλλους δείκτες βλάστησης.