Agronomic and spectral characteristics for wheat and bean remote sensing

O entendimento detalhado quanto às relações entre variáveis espectrais e variáveis agronômicas de uma cultura tem sido uma das mais perseguidas metas do sensoriamento remoto multiespectral agrícola nos últimos vinte anos. Isto porque, a partir deste conhecimento, poder-se-á estimar, via dados multiespectrais, os parâmetros das culturas relacionados com as suas condições; estes dados, por sua vez, poderão, subseqüentemente, servir como dados de entrada para modelos de crescimento e de produtividade agrícola já existentes. Este trabalho objetivou trazer subsídios e respostas para questões referentes ao estabelecimento das relações entre os parâmetros espectrais e os agronômicos; em que nível de significância tais relações ocorrem; quais são os fundamentos físicos e fisiológicos para elas e quais são as faixas espectrais portadoras do maior conteúdo de informações agronômicas, entre outros aspectos. As culturas estudadas foram o trigo (Triticum aestivum, L.) e o feijão (Phaseolus vulgaris, L.); os parâmetros agronômicos foram: a Altura Média (AM), o Número de Folhas Verdes/Planta (FV), o Peso de Matéria Seca/Planta (PS), a Porcentagem de Cobertura Vegetal (COV), o Teor de Umidade (TU), o Índice de Área Foliar (IAF), a Fitomassa (FIT), o Rendimento Estimado (RE) e o Rendimento Declarado (RD), cujos dados foram coletados durante o ciclo de inverno de 1987 de 55 áreas irrigadas de trigo e de feijão na região de Barretos/Guaíra (SP); as variáveis espectrais foram obtidas em dois níveis de coleta: (a) no nível de satélite, foram extraídos os níveis de cinza das seis bandas refletivas (duas datas de passagem) do TM/Landsat, os quais foram transformados para valores de reflectâncias - com os dados das bandas TM3 (vermelho) e TM4 (infravermelho próximo) foram obtidos três índices espectrais de vegetação: a Razão Simples (RRS), a Diferença Normalizada (RND) e o Índice de Vegetação Transformado (RTV); (b) no nível de campo, foram executadas campanhas de espectroscopia "in situ" (400 a 1100 nm), cujos dados de reflectância permitiram a simulação das quatro primeiras bandas do TM/Landsat-5 e, a partir delas, foram obtidas os mesmos três índices espectrais de vegetação (RRS, RND e RTV). Assim, inicialmente foram realizadas análises gráficas em que se verificam os comportamentos de sete variáveis agronômicas e das variáveis espectrais obtidas via satélite e via espectroscopia de campo, durante os ciclos agrícolas das duas culturas; em seguida, são executadas análises estatísticas de correlação e de regressão, segundo os modelas linear, logarítmico e exponencial, visando verificar o tipo, a intensidade e a significância das relações entre os dois tipas de variáveis estudadas. Entre as conclusões obtidas, as principais foram as seguintes: (a) os padrões de resposta espectral associados às características agronômicas dos dosséis do trigo e do feijão seguem tendências significativamente interrelacionadas; (b) as bandas espectrais do vermelho e do infravermelho próximo são as que portam maior conteúdo de informações acerca das condições agronômicas dos dosséis vegetais do trigo e do feijão, sendo que os três índices de vegetação foram também excelentes descritores daquelas condições; (c) existem fases do ciclo agrícola em que as relações entre as variáveis agronômicas e as espectrais são significativamente maiores, devendo localizarem-se após o evento da emergência espectral e indo até antes da senescência foliar: (d) os tipos de relacionamentos entre as variáveis agronômicas e as espectrais apresentaram predomínio das relações curvilineares descritas por modelos logarítmicos e exponenciais; (e) houve marcada colinearidade entre os três índices de vegetação utilizados, o que faz com que não se indique a sua utilização conjunta; (f) no caso do feijão, não houve relação entre RE/RD e variáveis espectrais; no caso do trigo, as bandas TM3 e TM4, bem como os índices RND e RTV apresentaram correlações significativas com o Rendimento Declarado, porém nenhuma correlação com o Rendimento Estimado. Dadas as potencialidades e as vantagens do entendimento das relações pesquisadas, recomenda-se que seja dada continuidade a esta linha de pesquisas, tendo-se indicado algumas sugestões para futuras investigações.The detailed understanding about the relationships between agronomic and spectral variables of some main crops has been one of the most pursued goals of agricultural remote sensing in the last 20 years. From this knowledge, one would be able to estimate crop variables and crop conditions; in the other hand those variables would be input for growth/yield existing models. In this way, the objectives of this work were to give subsidies and responses to some questions such as: how are the relationships between some agronomic and spectral parameters?, which is the significance level of these relationships? what are the physical and physiological bases for these relationships? what are the spectral bands with more agricultural information content? and so on. The studied cultures were wheat (Triticum aestivum, L.) and bean (Phaseolus vulgaris, L.); the agronomic parameters were: Average Height; Number of Green Leafs/plant; Dry Matter Weight/plant; Percent Soil Cover; Moisture Content; Green Leaf Area Index; Phytomass; Estimated Yield and Declared Yield. These data were collected in 1987 winter cycle from 55 irrigated areas of wheat and bean at Barretos/Guaíra region (São Paulo State); spectral data were collected in two levels: (a) the satellite level - the digital numbers from the six reflective TM/Landsat bands (two passages dates) were extracted and transformed to reflectance values; TM3 (red) and TM4 (near infrared) values were rationed to obtain three spectral vegetation indices: Simple Ratio (RRS), Normalized Difference (RND) and Transformed Vegetation Index (RTV); (b) the "in situ" level- field spectroscopy (400 to 1100 nm) provided reflectance data which enabled TM1, 2, 3, 4 bands simulation and the obtainment of RRS, RND and RTV spectral vegetation indices. Initially graphic analyses showed the behavior of seven agronomic and nine spectral variables during wheat and bean biologic cycles; after this, correlation and regression statistical analyses (linear, logarithmic and exponential models) were made to verify the intensity and the significance of the agronomic x spectral variables relationships. Some of the main conclusions were: (a) there are significative interrelationships between spectral and agronomic response patterns (for both wheat and bean); (b) red and infrared bands, and the vegetation indices (RRS, RND, RTV) were the spectral parameters with more canopy information content and they are excellent spectral descriptors of canopy conditions; (c) the phases after spectral emergence until before the foliar senescence are, probably, the best for the relationships between agronomic and spectral variables; (d) these relationships were predominantely curvilinears (logarithmic and exponential models); (e) the studied vegetation indices were significantly intercorrelated and, in this way, it is not indicated that they are used the three joined in the same work; (f) for bean there wasn't correlation between Yield (Estimated or Declared) and spectral variables; for wheat, TM3, TM4, RND and RTV showed significant correlations with Declared Yield. It is recommended the continuity of this type of investigations and some suggestions for future research are presented