Evaluación del nivel de estrés hídrico de la vegetación a partir de imágenes térmicas
La evaluación del estrés hídrico de la vegetación a partir de su temperatura es un método no invasivo de resultados fiables y precisos. Su principal ventaja radica en que se trata de una medida directa que nos permite conocer el estado hídrico para cada planta, incluso en grandes extensiones.
¿Cómo es posible evaluar el nivel de estrés hídrico a partir de la temperatura de la planta?
Durante el proceso de transpiración de las plantas, el agua evaporada por los estomas funciona al mismo tiempo como un estabilizador de la temperatura de las hojas ante la demanda evapotranspirativa de la atmósfera. Cuando el cultivo se encuentra en estrés hídrico, los estomas se cierran, la transpiración decrece y la temperatura de la hoja aumenta.
Por otro lado, la temperatura de las hojas depende de las condiciones atmosféricas. Tanto la temperatura ambiental como la humedad relativa del aire influyen de manera directa. Si analizamos un cultivo concreto, donde las condiciones ambientales sean homogéneas, a mayor temperatura de la hoja, mayor será el nivel de estrés hídrico de la planta.
¿Qué resultados se pueden obtener a partir de imágenes térmicas?
Partiendo de las imágenes térmicas, y aplicando una correcta segmentación de píxeles puros de vegetación, podemos obtener la temperatura media de cada uno de los individuos que componen el cultivo. Calculando la diferencia entre la temperatura del cultivo (Tc) y la temperatura del aire (Ta) podemos realizar un primer diagnóstico sobre la variabilidad del estado hídrico en la parcela.
En las imágenes de ejemplo se puede observar el mosaico térmico de una parcela de olivar (imagen de la izquierda) y el resultado del cálculo de Tc-Ta (imagen de la derecha) como indicador de la variabilidad del estado hídrico de los olivos.
Los individuos con una temperatura inferior a la temperatura del aire (Tc < Ta) son aquellos que presentan menor nivel de estrés hídrico. Por el contrario, los individuos con temperatura por encima de la temperatura del aire (Tc > Ta) presentan mayores niveles de estrés hídrico.
CARACTERIZACIÓN DE LA VARIABILIDAD ESPACIAL
En algunos casos, este diagnóstico será suficiente, por ejemplo si el objetivo es comprobar la homogeneidad del nivel de estrés hídrico en un sector de riego concreto. Frecuentemente los sectores de riego son dimensionados teniendo en cuenta parámetros indirectos relacionados con las propiedades edafológicas, climatología, relieve, etc.
Sin embargo, la medición de la temperatura de las plantas es un parámetro directo que nos informa sobre cómo está aprovechando una planta la disponibilidad de agua y cómo afecta a su fisiología, independientemente de las características del suelo sobre el que se desarrolla.
En el siguiente ejemplo (viñedo), se pueden observar las diferencias entre tres sectores de riego contiguos. A partir del mosaico térmico (izquierda) se ha realizado un procesamiento de segmentación de la imagen, se ha calculado Tc-Ta y se ha establecido la zonificación (derecha). Se observa que el sector situado en la zona inferior se encuentra en un estado de estrés hídrico bajo y, además, hay una alta homogeneidad dentro del sector. El sector situado en el centro muestra menos homogeneidad, con zonas algo más estresadas, y el sector situado en la zona superior presenta mayores niveles de estrés y una gran variabilidad.
MONITORIZACIÓN DEL ESTRÉS HÍDRICO
Pero si nuestro objetivo va más allá y lo que necesitamos es contar con una medida del nivel de estrés hídrico que nos permita tomar decisiones sobre dosis de riego, debemos realizar un análisis más avanzado. Para ello, empleamos el índice CWSI (Crop Water Stress Index), el cual tiene en cuenta varios factores:
- Condiciones atmosféricas (Temperatura del aire y Humedad relativa)
- Temperatura de cultivo
- Líneas base que determinan los límites inferior y superior del nivel de estrés de una planta
El CWSI es un índice normalizado que aporta valores en la escala de 0 a 1. Los valores más próximos a 0 son los propios de un bajo nivel de estrés hídrico y los valores más próximos a 1 indican un alto nivel de estrés hídrico. Desde el punto de vista de la gestión del riego, el CWSI nos permite calcular la dosis necesaria para llevar a la planta al nivel de estrés deseado en cada fase durante el desarrollo del cultivo.
ENSAYOS DE PLANT PHENOTYPING
Interesante también es el potencial del CWSI para el análisis comparativo de resistencia al estrés hídrico en un ensayo en el que se someten las plantas a diferentes dosis de riego.
En el siguiente ejemplo se puede observar en el mosaico térmico las diferencias de temperatura que se presentan en un ensayo en el que dos variedades de soja son sometidas a cuatro dosis de riego diferentes. Se aprecia, por un lado, una alta correlación entre la dosis de riego y el valor de CWSI y, por otro lado, que la variedad 2 presenta menores niveles de estrés hídrico en comparación con la variedad 1 para unas mismas dosis de riego.
Conclusiones
El análisis de imágenes térmicas es una potente herramienta para la monitorización del estado hídrico de las plantas. Como principales aplicaciones podemos destacar, entre otras, las siguientes:
- Análisis de la eficiencia y variabilidad en sectores de riego.
- Toma de decisiones sobre dosis de riego a partir de datos directos referidos al estado de la planta, en lugar de parámetros indirectos (suelo, climatología, etc), para el uso eficiente del agua en la agricultura. Especialmente interesante en prácticas de riego deficitario, donde es necesario controlar la situación de déficit hídrico a la que se somete a las plantas.
- Caracterización de la resistencia al estrés hídrico de diferentes variedades en ensayos de fenotipado.
