Nitrogen management in wheat based on the normalized difference vegetation index (NDVI) / Manejo do nitrogênio em trigo baseado no índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI)

ABSTRACT: Biomass production and nitrogen (N) accumulated in wheat shoots may be used for quantifying optimal topdressing nitrogen doses. The objective of this study was to develop and validate models for estimating the amount of biomass and nitrogen accumulated in shoots and the N topdressing dose of maximum technical efficiency in wheat using the normalized difference vegetation index (NDVI) measured by an active optical canopy sensor. Field experiments were carried out in two years and treatments consisted of N doses applied at plant emergence and as topdressing. NDVI, shoot biomass and N accumulated in shoots at the growth stage of six fully expanded leaves and grain yield were evaluated, being determined the topdressing N dose of maximum technical efficiency (DMTE). The NDVI was positively correlated to shoot biomass and N content in shoots and models for the relationship between these variables were developed and validated. The DMTE was negatively correlated with the NDVI value evaluated at the moment of N topdressing application. Thus, NDVI evaluation by an active optical canopy sensor can be used for nitrogen fertilization in variable rate, allowing the adjustment of applied N doses in different areas within a field.

RESUMO: A produção de biomassa e o conteúdo de nitrogênio (N) acumulado na parte aérea de trigo podem ser utilizados na quantificação da dose ótima de N em cobertura. O objetivo deste estudo foi desenvolver e validar modelos para a estimativa das quantidades de biomassa e nitrogênio acumulado na parte aérea e a dose de máxima eficiência técnica de N em cobertura em trigo utilizando o Índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI) medido por sensor óptico ativo de dossel. Experimentos foram conduzidos a campo, em dois anos, e os tratamentos constaram de doses de N aplicadas na emergência das plantas e em cobertura. Foram avaliados o NDVI, a biomassa e a quantidade de N acumulada na parte aérea no estádio de seis folhas completamente expandidas e o rendimento de grãos, sendo determinada a dose de máxima eficiência técnica de N em cobertura (DMET). O NDVI apresentou correlação positiva com a biomassa e quantidade de N acumulada na parte aérea e modelos para as relações entre estas variáveis foram propostos e validados. A DMET correlacionou-se negativamente com o valor de NDVI avaliado no momento da aplicação de nitrogênio em cobertura. Assim, a avaliação do NDVI por sensor óptico ativo de dossel pode ser utilizada para a adubação nitrogenada em taxa variável, permitindo o ajuste da dose de N aplicada em diferentes locais da lavoura.

Normalized difference vegetation index obtained by ground-based remote sensing to characterize vine cycle in Rio Grande do Sul, Brazil / Índice de vegetação por diferença normalizada obtido por sensor remoto de superfície para caracterização do ciclo de videiras no Rio Grande do Sul, Brasil

ABSTRACT The normalized difference vegetation index (NDVI) obtained by remote sensing is widely used to monitor annual crops but few studies have investigated its use in perennial fruit crops. The aim of this study was to determine the temporal NDVI profile during grapevine cycle in vineyards established in horizontal training systems. NDVI data were obtained by the ground-based remote sensing Greenseeker in Chardonnay and Cabernet Sauvignon vineyards located in the Serra Gaúcha region, Rio Grande do Sul, Brazil, from September to June in the 2014/2015 and 2015/2016 vegetative seasons. The grapevine canopies were managed in horizontal training systems (T-trellis and Y-trellis). The results indicated that the temporal NDVI values varied during the grapevine cycle (0.33 to 0.85), reflecting the changing in vigor and biomass accumulation that resulted from the phenological stages and management practices. The temporal NDVI profiles were similar to both horizontal training systems. The NDVI values were higher throughout the cycle for Cabernet Sauvignon compared to Chardonnay indicating Cabernet Sauvignon as the cultivar with greater vegetative vigor. The NDVI obtained by ground-based remote sensing is a fast and non-destructive tool to monitor and characterize the canopy in real time, compiling into a single data several parameters related to vine development, like meteorological conditions and management practices that are difficult to be quantified together.

RESUMO O índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), obtido por sensoriamento remoto, tem sido amplamente empregado no monitoramento de culturas agrícolas produtoras de grãos, porém poucos são os estudos em fruticultura. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a evolução temporal do NDVI obtido por sensor remoto de superfície ao longo do ciclo de videiras em sistemas horizontais de condução do dossel vegetativo. Dados de NDVI foram obtidos com sensor remoto Greenseeker em vinhedos na região da Serra Gaúcha, Rio Grande do Sul, Brasil, de setembro a junho nas safras 2014/2015 e 2015/2016. Os vinhedos das cultivares Chardonnay e Cabernet Sauvignon eram conduzidos em sistema horizontal (latada e lira). Os resultados indicaram que houve variabilidade temporal do NDVI ao longo do ciclo (de 0,33 a 0,85), a qual refletiu as alterações no acúmulo de biomassa e vigor vegetativo decorrentes das principais etapas fenológicas e práticas de manejo. A evolução temporal do NDVI foi semelhante nos sistemas latada e lira, ambos caracterizados pela condução horizontal do dossel vegetativo. Os valores de NDVI para 'Cabernet Sauvignon' foram superiores aos de 'Chardonnay' ao longo do ciclo, independe da safra avaliada e do sistema de condução, indicando 'Cabernet Sauvignon' como a cultivar de maior vigor vegetativo. O NDVI, obtido por sensor remoto de superfície, é uma forma rápida e não destrutiva de monitoramento e caracterização do dossel vegetativo em tempo real, compilando em uma única informação o desenvolvimento da videira, o qual é resultado de diversos fatores, edafo-climáticos e de manejo, dificilmente quantificados conjuntamente.

Estimativa do potencial produtivo em trigo utilizando sensor óptico ativo para adubação nitrogenada em taxa variável / Wheat yield potential estimation using active optical sensor for site-specific nitrogen fertilization

A adubação nitrogenada em trigo é baseada no potencial produtivo da cultura, teor de matéria orgânica do solo e cultura antecessora. A definição do potencial produtivo é complexa, pois este varia com as condições meteorológicas de cada ano específico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a relação entre o índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), medido por sensor óptico ativo e o rendimento de grãos em quatro cultivares de trigo, visando a desenvolver procedimentos para a adubação nitrogenada em cobertura em taxa variável. O experimento foi realizado em campo em 2009. Foram avaliados o NDVI em diferentes estádios de desenvolvimento e o rendimento de grãos. As leituras do NDVI ao longo do ciclo ativo foram eficientes em identificar variações de produtividade do trigo. Assim, o potencial de produtividade pode ser estimado através de medições desse índice durante a ontogenia da planta. Pode-se adotar um modelo único para descrever a relação entre NDVI e potencial produtivo para as cultivares testadas neste trabalho.

Nitrogen fertilization in spring wheat is based on yield potential, soil organic matter content and previous crop. Yield potential definition is difficult, since it is affected by weather conditions. The objective of this research was to evaluate the relationship between Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) measured by an active sensor and grain yield of four wheat cultivars. The experiment was carried out at field conditions in 2009. NDVI in different growth stages and grain yield were evaluated. NDVI measured was efficient to detect growth variability generated by N availability and correlated well with grain yield for all cultivars tested, indicating that yield potential can be estimated by NDVI evaluations during crop ontogeny. One single model for the relationship between NDVI and yield potential can be used considering cultivars used in this research.