Thermal images: spatial detection of water stress in plants and their physiological relationships with agricultural production

A termografia por infravermelho é uma opção avançada de gerenciamento agrícola para investigar o estresse hídrico antecipadamente à detecção visual, evitar declínios no rendimento das culturas e, ao mesmo tempo, avaliar a variabilidade espacial e temporal no status hídrico das plantas. Neste trabalho apresenta-se uma coletânea de estudos sobre a utilização de imagens termais do dossel vegetal em diferentes culturas de interesse comercial, feitos para investigar as condições fisiológicas do estresse abiótico (hídrico) sobre a produtividade da água, e também as relações de trocas gasosas entre as plantas e a atmosfera. Os experimentos foram realizados em casa de vegetação na Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\" (ESALQ/USP) em Piracicaba, SP. Os tratamentos consistiram em níveis de reposição hídrica baseados em um tratamento testemunha (Nível 100% θcc), com lâmina d\'água aplicada para retornar a umidade do solo à capacidade de campo (θcc). Assim, o tratamento Nível 100% θcc foi estabelecido como condição ótima e os demais tratamentos foram frações do tratamento testemunha. As trocas gasosas (H2O e CO2) realizadas pelas plantas foram medidas com o auxílio de um sistema de analisador de gases por infravermelho e o efeito do estresse hídrico foi mesurado por meio da determinação do Crop Water Stress Index (CWSI), calculado com base em imagens térmicas de câmera infravermelha. Foram observadas variações significativas (teste Tukey, p<0,05) da temperatura foliar de acordo com o nível de reposição hídrica. Houve correlações significativas entre as variáveis fisiológicas e a variação da temperatura da cultura Tc e do ar Ta (Tc-Ta); e entre a produtividade e o CWSI, de acordo com o nível de reposição hídrica. Os resultados mostraram que as culturas sob estresse hídrico apresentam reduções na taxa de assimilação de CO2; paralelamente, houve reduções na condutância estomática e na taxa de transpiração. Embora concebido como um índice de estresse hídrico, o CWSI apresentou boa correlação com os parâmetros fisiológicos e com a produtividade das culturas estudadas. O índice pode ser uma ferramenta de análise da variabilidade espacial do estresse hídrico das plantas. Posteriormente, pode-se correlacionar essa variabilidade com os aspectos fisiológicos envolvidos, que resultam em queda da produtividade agrícola.Infrared thermography is an advanced agricultural management option for investigating water stress in advance of visual detection, avoiding declines in crop yields, and at the same time assessing spatial and temporal variability in the crop water status. This work presents a collection of studies on the use of thermal images of vegetal canopies from different crops of commercial interest, made to investigate the physiological conditions of the abiotic (water) stress on the water productivity, as well as the relations of gas exchanges between the plants and the atmosphere. The experiments were carried out in a greenhouse at the "Luiz de Queiroz" School of Agriculture (ESALQ / USP) in Piracicaba, SP. The treatments consisted of water replenishment levels based on a control treatment (Level 100% θcc), with a water depth applied to return soil moisture to field capacity (θcc). Thus, the 100% θcc treatment was established as the optimal condition, and the other treatments were fractions of the control treatment. The gas exchanges (H2O and CO2) made by the crops were measured using an infrared gas analyzer system, and the effect of water stress was measured by determining the Crop Water Stress Index (CWSI), calculated on the basis of thermal infrared camera images. Significant variations (Tukey\'s test, p <0.05) of leaf temperature were observed according to the level of water replenishment. There were significant correlations between the physiological variables and (Tc-Ta); and between productivity and CWSI, according to the level of water replenishment. The results showed that crops under water stress presented reductions in the rate of CO2 assimilation; in parallel, there were reductions in stomatal conductance and in the transpiration rate. Although conceived as an index of water stress, CWSI showed a good correlation with physiological parameters and the productivity of the studied crops. This index may be a tool of analysis of the spatial variability of crop water stress. Subsequently, this variability may be correlated with the physiological aspects involved, which results in decreases in the agricultural productivity