I+D+i

Determinación del estado hídrico del almendro mediante cámara térmica de infrarrojos de bajo coste

Determinación del estado hídrico del almendro mediante cámara térmica de infrarrojos de bajo coste

La termografía de infrarrojos supone un avance importante para mejorar la gestión del agua y el seguimiento del estado fisiológico de los cultivos. Al tratarse de una herramienta relativamente novedosa, cuenta con algunas limitaciones relacionadas con la metodología para la toma de imágenes, su análisis y el cálculo de índices térmicos. Este trabajo evalúa el potencial y eficiencia de una nueva cámara térmica de bajo coste conectada a un smartphone y las aplicaciones relacionadas, para evaluar el estado hídrico de los cultivos.

I.F. García-Tejero1, J.M. Moreno1, C.J. Ortega-Arévalo1, M. Iglesias1, F.L. Souza1,2, V.H Durán-Zuazo1. 1Instituto Andaluz de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA) – Centro Las Torres-Tomejil. Alcalá del Río (Sevilla). 2Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF). Campos dos Goytacazes, RJ, Brasil.

Foto 1. Vista de la parcela experimental.

El agua es el recurso natural más limitante para la agricultura me­di­terránea de regadío, debido prin­cipalmente a la escasez e irre­gu­la­ridad de las precipitaciones, que junto al escenario actual de cambio climá­ti­co, di­fi­culta en gran medida el desarrollo óptimo de numerosos cultivos (IPCC, 2014).

Las estrategias de riego deficitario (RD) se han utilizado tradicionalmente en mu­chas zonas áridas y semiáridas de los países mediterráneos, debido a que, en numerosas ocasiones, los recursos hídricos disponibles no permiten cubrir la de­manda de agua por parte de los cultivos. Sin embargo, para poder aplicar con éxito dichas estrategias, es necesario conocer el estado fisiológico de la planta, con el ob­jetivo de asegurar el desarrollo correcto del cultivo sin comprometer el rendimiento final, especialmente cuando la aplicación del estrés hídrico se realiza en diferentes periodos fenológicos (García-Te­je­ro et al., 2014).

Foto 2. Toma de datos del potencial hídrico (A) y conductancia estomática (B).

Tradicionalmente, la monitorización del estado hídrico de los cultivos se ha realizado mediante medidas de potencial hí­drico de tallo o de hoja (Ψtallo y Ψhoja); al mediodía o al ama­ne­cer (Shackel, 2011; Nortes et al., 2005); o mediante la medición de los parámetros de intercambio gaseoso como la transpiración, la conductancia estomática (gS) o la tasa fotosintética neta (Gomes-Laranjo et al., 2006).

La termografía de infrarrojos es una técnica novedosa que puede ser implementada para el seguimiento del estado fisiológico de las plantas (García-Tejero et al., 2016). La temperatura foliar está muy re­lacionada con la tasa de transpiración de los cultivos. Así, junto con la pérdida de vapor de agua a través de los estomas, se produce un proceso de enfriamiento que promueve una reducción de la temperatura foliar (González-Dugo et al., 2006). Por el contrario, cuando un cultivo es sometido a una situación de estrés hídrico, se produce un descenso de la tasa de transpiración, debido al cierre estomático, produciéndose un aumento de la temperatura foliar y muchas veces una reducción significativa de la actividad fotosintética (Jones, 2004).

Foto 3. Toma de datos con cámaras termográficas modelos Flir SC660 y Flir One, y sus respectivas imágenes térmicas.

El objetivo del presente trabajo fue evaluar la aplicabilidad de una nueva cámara térmica de bajo coste (Flir One) conectada a un smartphone para el seguimiento del estado hídrico del cultivo del almendro; comparando esta información con otra obtenida mediante una cámara térmica convencional (Flir SC660). Además, se definieron las líneas base para el cultivo de almendro y las principales relaciones con los valores de conductancia estomática y potencial hídrico en hoja.

Material y métodos

Localización del ensayo experimental

El ensayo se llevó a cabo en 2017 (152 – 212 DDA, día del año) en una parcela experimental de almendros adultos (Prunus dulcis Mill. cv. Guara, injertada sobre patrón GF677), localizada en el término municipal de Alcalá del Río (Sevilla) (37o 30’ 47’’ N; 5o 58’ 2’’ O) (foto 1).

Los almendros fueron plantados en 2009, con un marco de plantación de 6×7 m y con riego localizado mediante dos ramales con goteros autocompensantes de 2,3 l h-1 y a 0,75 m de distancia entre gotero.

Figura 1. Dinámica temporal del potencial hídrico foliar (Ψhoja); conductancia estomática (gS), lecturas de la temperatura foliar con la cámara convencional (TCAM); y con la cámara de bajo coste conectada a un smartphone (TSMPH).

La climatología en el área de estudio es típicamente mediterránea, con una tasa anual de evapotranspiración potencial (ET0) de 1.400 mm y precipitaciones anuales acumuladas de 540 mm, distribuidas principalmente de octubre a abril. La precipitación total y la evapotranspiración del cultivo registradas durante el pe­ríodo experimental fueron de 0,4 y 387 mm, respectivamente, con unas temperaturas durante los momentos de toma de datos que oscilaron entre 25,3 y 37,5oC, y unos valores humedad relativa entre 26,2 y 54,9%.

Descripción de los tratamientos de riego

Se definieron tres tratamientos de riego:

– Un tratamiento control, regado al 100% de la evapotranspiración del cultivo (ETC) (Control) durante todo el periodo de riego.

– Un tratamiento de riego de déficit sostenido (RDS50), aplicando el 100% de la ETC, excepto durante el período de llenado del grano, que fue regado aproximadamente al 50% ETC de sus necesidades hí­dricas.

– Un tratamiento de riego deficitario de baja frecuencia (RDBF), el cual recibió el 100% de la ETC durante todo el período de riego, excepto durante la fase de llenado del grano, cuando dicho tratamiento fue sometido a ciclos de riego-restriccióndefinidos en función de los valores de potencial hídrico foliar al mediodía.

Medidas en planta

Figura 2a) Relación lineal entre los valores de temperatura foliar obtenidos mediante el uso de la cámara convencional (TCAM); la cámara de bajo coste conectada a un smartphone (TSMPH).

Las lecturas fueron realizadas en intervalos de 7 a 10 días, entre las 12:00 y 13:30 h, durante el periodo de llenado de grano.  Se realizaron medidas de Ψhoja utilizando una cámara de presión foliar (Soil Moisture Equipment Corp., Sta. Barbara, CA, EE.UU.) en 12 árboles por tratamiento de riego, en la cara norte del árbol en hojas adultas y sombreadas, a 1,5 metros de altura, aproximadamente (foto 2).

En estos mismos árboles se midió gs con un porómetro SC-1 (Decagon Devices, INC, WA, EE.UU), en una hoja por árbol, madura, a una altura aproximada de 1,5 m y plenamente soleada (foto 2).

La temperatura de la copa (TC) se midió a partir de imágenes térmicas (foto 3) tomadas en la cara soleada del árbol, a una distancia aproximada de 2 m y usando para ello dos cámaras diferentes:

– Una cámara termográfica convencional (Flir SC660, Flir Systems, EE.UU, 7-13 μm, 640 x 480 píxeles), con una emisividad (ε) ajustada en 0,95.

– Una cámara termográfica de bajo coste conectada a un smartphone (Flir One, Flir Systems, EE.UU.), la cual está compuesta por un sensor térmico (8-14 μm, 80 x 60 píxeles) y un sensor digital (1.440 x 1.080 píxeles), utilizándose la misma emisividad que la cámara anteriormente descrita.

Las imágenes fueron analizadas utilizando dos métodos distintos. En el caso de las imágenes tomadas con la cámara térmica convencional, éstas se analizaron mediante el software Flir Research Pro, que permite seleccionar diferentes áreas de la imagen. Por el contrario, para el caso de las imágenes tomadas con la cámara de bajo coste, éstas fueron tomadas mediante la aplicación gratuita Flir One para Android; y posteriormente, analizadas mediante la aplicación Flir Tools, para Android (foto 3).

Se calcularon dos índices térmicos diferentes teniendo en cuenta los valores de TC obtenidos:

Figura 2b) Líneas base que relacionan el déficit de presión de vapor (DPV) y la diferencia entre la temperatura foliar y temperatura del aire para ambas cámaras (ΔTSMPH y ΔTCAM).

Donde TC y Taire se corresponden con los valores de temperatura de la copa y del aire en el momento de la medida; ΔTseco – ΔTregado se corresponden con la diferencia entre la temperatura foliar y la temperatura del aire cuando los estomas están completamente cerrados y abiertos respectivamente.

Para obtener los valores de referencia de ΔTregado, se estimaron las líneas base (ΔT = a + b * VPD) según la metodología propuesta por Idso et al. (1981), utilizando un valor de ΔTseco igual a 50oC tal como fue propuesto por Jackson et al. (1981). Para el cálculo de dichas líneas base se utilizaron los datos de temperatura foliar obtenidos en los árboles completamente irrigados, y los valores de déficit de presión de vapor obtenidos en el mismo instante de los muestreos.

 

Resultados

Durante el periodo de estudio, las condiciones climáticas registradas se caracterizaron por los valores elevados de temperatura y evapotranspiración potencial, unido a valores significativamente bajos de humedad relativa, lo que provocó que, durante gran parte de los días de muestreo, los valores de déficit de presión de vapor fueran especialmente elevados. El tratamiento Control recibió durante el periodo de llenado de grano 355 mm, mientras que los tratamientos SDI50 y el LFDI recibieron 148 mm, representando un ahorro de agua del 58% con respecto al tratamiento Control.

En cuanto a las medidas relativas al estado fisiológico del cultivo bajo las diferentes dotaciones hídricas ensayadas (figura 1), al comienzo del experimento todos los ar­bo­les controlados presentaban valores de Ψhoja similares (~-1,3 MPa) al igual que para el caso de gs (~170 mmol m-2 s-1). A me­dida que se avanzaba en el periodo de monitorización, los diferentes parámetros fisiológicos fueron variando según las dotaciones hídricas y estrategias planteadas en cada tratamiento.

Figura 3. Relaciones entre los diferentes parámetros térmicos de la cámara térmica de bajo coste conectada a un smartphone (TSMPH; ΔTSMPH) y el índice de estrés hídrico del cultivo (CWSI) con el potencial hídrico de la hoja (Ψhoja).

Con respecto a lo datos de temperatura foliar tomados por la cámara convencional (TCAM) y con la cámara de bajo coste (TSMPH), éstos mostraron tendencias similares, aunque TSMPH registró valores entre 0,5 y 2oC por encima de los obtenidos con la cámara convencional. A pesar de ello se observó una relación altamente significativa (p<0,01) entre TCAM y TSMPH (R2 = 0,90), los que nos da una idea de que los resultados obtenidos a partir de ambas cámaras son adecuados para conocer el estado hídrico en el cultivo (figura 2a).

A partir de los valores de temperatura registrados y DPV durante el periodo de estudio, se obtuvieron las líneas base, que definen la relación entre dichos valores y la diferencia entre la temperatura foliar y la temperatura del aire (figura 2b). Para el caso de TSMPH (ΔTSMPH) se obtuvo un ajuste lineal con un R2 de 0,96; mientras que para el caso de la función definida a partir de los valores de TCAM los valores del coeficiente de determinación lineal fueron algo inferiores (R2 = 0,81).

Los valores obtenidos por el sensor Flir One fueron suficientemente representativos y semejantes a los valores obtenidos por la cámara convencional; así como la relación entre ΔTSMPH y VPD. Se obtuvieron las relaciones entre diferentes índices térmicos obtenidos a partir de los valores de TC registrados con la cámara de bajo coste (TSMPH y ΔTSMPH y CWSI)y las variables fisiológicas estudiadas (Ψhoja y gs), con el objetivo de definir cuál de ellos podría ser el más representativo a la hora de definir el estado hídrico del cultivo (figura 3).

En este sentido, no se obtuvo una relación significativa entre los índices térmicos y gs (datos no mostrados) debido a la elevada variabilidad de este último. Es destacable mencionar que se obtuvieron mejores resultados para el caso de TSMPH en comparación con ΔTSMPH y CSWI, aunque, CSWI mejoró los resultados obtenidos en la relación a ΔTSMPH.

 

Conclusiones

De acuerdo, con los resultados obtenidos en este trabajo, la cámara térmica de bajo coste (Flir One) conectada a un smartphone permitió obtener información adecuada, muy similar a la obtenida por la cámara térmica convencional (Flir SC660) empleada en muchos otros trabajos.

Asimismo, considerando las relaciones obtenidas, CSWI sería el índice térmico más adecuado para monitorear el estado hídrico en el cultivo de almendro.

 

(Visited 744 times, 1 visits today)