Estructura de la hoja

El análisis de la vegetación y la detección de los cambios de sus patrones, son claves para la evaluación de recursos naturales. La detección remota de la cobertura vegetal se fundamenta en algunas propiedades que tienen las hojas al interactuar con la radiación solar y de las propiedades espectrales de las plantas.

estructura de las hojas (sección trasversal):

- epidermis superior, compuesta de células que encajan estrechamente juntas sin aberturas o huecos entre sí. Esta epidermis superior es cubierta por la cutícula, transparente, o capa pálida, que previene la pérdida de humedad en el interior de la hoja.

- justo debajo de la epidermis, está el tejido empalizado que consiste en células verticalmente alargadas ordenadas en paralelo, con el ángulo exacto para la epidermis. Las células palizadas incluyen cloroplastos, células compuestas de clorofila y otros pigmentos activos en la fotosíntesis.

- Debajo del tejido empalizado se encuentra el tejido esponjoso, que consiste en células irregularmente formadas, separadas por aberturas interconectadas. Este es el lado para el intercambio del oxigeno y el dióxido de carbono para la fotosíntesis y respiración.

- El lado inferior de la hoja es protegido por la epidermis inferior, similar a la epidermis superior excepto que esta incluye aberturas, llamadas estomas, que permiten el movimiento del aire en el interior de la hoja. La función primaria de los estomas es, aparentemente, permitir que ingrese el CO2 en la hoja por fotosíntesis.

 

COMPORTAMIENTO ESPECTRAL DE LA HOJA

ABSORCION

La clorofila no absorbe toda la luz del sol uniformemente. Las moléculas de clorofila preferentemente absorben la luz roja (con picos de absorción de 400 - 500 nm del espectro electromagnético) y azul (con picos de absorción de 600 - 700 nm) para usar la fotosintesis pero mucho menos cantidad de la luz verde (con picos de absorción de 500 - 600 nm) es absorbida y por tanto una gran cantidad es reflejada (el ojo humano que solo puede ver el espectro visible y observa la dominancia de la luz verde. La infrarroja no pertenece al espectro visible).

REFLECTANCIA

En el espectro cercano al infrarrojo, la reflexión de la hoja es controlada no por pigmentos de plantas, pero sí por la estructura del tejido esponjoso. La cutícula y la epidermis son mayormente transparentes a la radiación infrarroja, entonces una muy pequeña radiación es reflectada de la parte exterior de la hoja.

En el borde del espectro visible la absorción de la luz roja por los pigmentos de clorofila empieza a declinar, y la reflectancia crece abruptamente en el infrarrojo cercano. Este comportamiento explica la gran utilidad del espectro infrarrojo cercano para los estudios de vegetación y, por supuesto, facilita la separación de las superficies de vegetación de las superficies sin vegetación, que son usualmente muy oscuras en el infrarrojo cercano.

Agricultura de precisión

Los principales objetivos de la agricultura de precisión son aumentar la producción, mejorar la calidad de los cultivos y una gestión efectiva de plagas.

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Utilidades para la Agricultura
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•Detección del estado hídrico de las plantas, utilizando imágenes térmicas de elevada resolución espacial con el propósito de obtener información que permita un mejor aprovechamiento del agua. El estrés hídrico en los cultivos provoca el cierre de los estomas, reduciendo la transpiración y aumentando la temperatura de las hojas, pudiéndose monitorizar a partir de sensores térmicos.

•Detección de stress nutricional en cultivos para posteriormente hacer un uso óptimo de fertilizantes sólo en las zonas en las que es necesaria su aplicación, y reduciéndose el costes de estos. A partir de la determinación del contenido de clorofila de las plantas se obtiene la concentración de nitrógeno de la hoja. Al detectar esta falta de nutrientes en los cultivos permitirá realizar un uso óptimo de fertilizantes, utilizando estos solo en las zonas en las que son necesarios.

•Detección temprana de enfermedades y plagas en cultivos, a partir de imágenes multiespectrales, detectando así el stress en la vegetación producido por la presencia de plagas y enfermedades, generándose mapas diversos, que nos permiten detectar procesos en los cultivos en forma focalizada, así como dimensionar el problema y evaluarlo en forma puntual. Permitirá aumentar los beneficios económicos de los agricultores, evitará la aplicación innecesaria de compuestos fitosanitarios (herbicidas y pesticidas) originando para el agricultor un ahorro de producto fitosanitario, lo que tiene que ver con menor impacto económico en los costos de producción.

•Arboles enfermos. Identificación y cuantificación de  especies invasoras.

•Determinar el estado de las plantas (Vid y Olivos) en momentos críticos de su ciclo fenológico y proceder posteriormente a su recolección selectiva, o la aplicación de medidas correctoras.

•Chequeos de vegetación mediante la determinación de los principales índices de calidad de un cultivo ayudará a la toma de decisiones respecto al uso de fertilizantes.

•Evaluación de daños en los cultivos debidos a fenómenos atmosféricos o climatológicos. Daños por heladas, inundaciones, sequias.

•Supervisión de la producción agrícola subvencionada, y control de subvenciones agrarias.

•Inventariado de áreas cultivadas.

•Análisis de la erosión.

•Previsión de la cosecha.

•Inspección visual.

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El análisis de la vegetación y la detección de los cambios de sus patrones, son claves para la evaluación de recursos naturales. La detección remota de la cobertura vegetal se fundamenta en algunas propiedades que tienen las hojas al interactuar con la radiación solar y de las propiedades espectrales de las plantas.

estructura de las hojas (sección trasversal):

- epidermis superior, compuesta de células que encajan estrechamente juntas sin aberturas o huecos entre sí. Esta epidermis superior es cubierta por la cutícula, transparente, o capa pálida, que previene la pérdida de humedad en el interior de la hoja.

- justo debajo de la epidermis, está el tejido empalizado que consiste en células verticalmente alargadas ordenadas en paralelo, con el ángulo exacto para la epidermis. Las células palizadas incluyen cloroplastos, células compuestas de clorofila y otros pigmentos activos en la fotosíntesis.

- Debajo del tejido empalizado se encuentra el tejido esponjoso, que consiste en células irregularmente formadas, separadas por aberturas interconectadas. Este es el lado para el intercambio del oxigeno y el dióxido de carbono para la fotosíntesis y respiración.

- El lado inferior de la hoja es protegido por la epidermis inferior, similar a la epidermis superior excepto que esta incluye aberturas, llamadas estomas, que permiten el movimiento del aire en el interior de la hoja. La función primaria de los estomas es, aparentemente, permitir que ingrese el CO2 en la hoja por fotosíntesis.

 

COMPORTAMIENTO ESPECTRAL DE LA HOJA

ABSORCION

La clorofila no absorbe toda la luz del sol uniformemente. Las moléculas de clorofila preferentemente absorben la luz roja (con picos de absorción de 400 - 500 nm del espectro electromagnético) y azul (con picos de absorción de 600 - 700 nm) para usar la fotosintesis pero mucho menos cantidad de la luz verde (con picos de absorción de 500 - 600 nm) es absorbida y por tanto una gran cantidad es reflejada (el ojo humano que solo puede ver el espectro visible y observa la dominancia de la luz verde. La infrarroja no pertenece al espectro visible).

REFLECTANCIA

En el espectro cercano al infrarrojo, la reflexión de la hoja es controlada no por pigmentos de plantas, pero sí por la estructura del tejido esponjoso. La cutícula y la epidermis son mayormente transparentes a la radiación infrarroja, entonces una muy pequeña radiación es reflectada de la parte exterior de la hoja.

En el borde del espectro visible la absorción de la luz roja por los pigmentos de clorofila empieza a declinar, y la reflectancia crece abruptamente en el infrarrojo cercano. Este comportamiento explica la gran utilidad del espectro infrarrojo cercano para los estudios de vegetación y, por supuesto, facilita la separación de las superficies de vegetación de las superficies sin vegetación, que son usualmente muy oscuras en el infrarrojo cercano.

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Los carotenos y xantofilas se absorben en la franja azul del espectro igual que la colorofila pero que son enmascarados por ésta. Cuando la hoja va envejeciendo, la clorofila disminuye y predominan los anteriores pigmentos.

Los cambios en el contenido de agua de la hoja deben ser pronunciados en la región del infrarrojo cercano y sobre todo en el espectro del infrarrojo medio.

Suelo: su espectro es mas uniforme que el de las plantas. Los principales factores que intervienen son la composicion quimica, su estructura y el grado de humedad. Un suelo calcareo tiene alta reflectividad en las zonas visibles del espectro mientras que en los arcillosos predomina la zona roja por su contenido en oxido de hierro. Los suelos humedos dan una reflectividad alta en la franja del infrarrojo medio. La reflectancia del suelo en el visible e infrarrojo cercano, corrigiendo mediante calibracion PLS, es posible determinar el contenido de carbono organico del suelo con buena precision

Agua: transmite la mayor parte de la radiacion visible que recibe aunque presenta factores que afectan al comportamiento: profundidad, particulas en suspension y rugosidad de la superficie. La deteccion del estres hıdrico tanto por ex- ceso como por defecto puede detectarse mediante las imagenes termicas espectrales

Nieve: presenta un comportamiento totalmente diferente al agua; reflectividad elevada en las bandas visibles del espectro reduciendose drasticamente en el infrarrojo cercano.

Nitrogeno: En la mayoría de cultivos hortícolas el coste de los fertilizantes representa entre un 5 y 10% de los costes totales de cultivo, que pueden llegar al 20% en cultivo del maíz. La gestión adecuada del N afecta al medio ambiente por contaminación de las aguas subterráneas (nitratos) y la emisión de óxido nitroso (N2O) a la atmósfera pero el aporte óptimo de N es importante para asegurar una cosecha abundante y de calidad en los cultivos hortícolas ya que es el nutriente que más a menudo limita su producción. El 10 % del nitrogeno total de las plantas se encuentra almacenado en las moleculas de clorofila y por tanto hay buena correlacion entre la reflectancia espectral (en 700 nm y 740 nm) y el contenido de nitrogeno en las hojas.

En el caso de maız encontraron que las longitudes de onda del rojo lejano (679,65 y 694, 3 nm), en combinacion con las bandas NIR (732,46 nm, 760,41 nm) son las combinaciones optimas para determinar la concentracion de nitrogeno.

El medidor SPAD mide la diferencia de luz transmitida por la hoja a 650 nm (pico de absorción de la clorofila) y 940 nm (no absorción de clorofila). El valor SPAD es calculado por el instrumento y es proporcional a la densidad óptica relativa entre las dos longitudes de onda.

El Crop-Circle es un sensor que mide la reflectancia en tres longitudes de onda simultáneamente: 670 nm, 730 nm y 780 nm (NIR). Además de los valores de reflectancia genera los índices NDVI y NDRE. El primero es un estimador de la cubierta vegetal y el segundo estima el contenido en nitrógeno.

El medidor Dualex permite medir la clorofila y los polifenoles en las hojas. El contenido en polifenoles se estima a través de la relación de fluorescencias de la clorofila en el infrarrojo, excitada en la banda roja y ultravioleta del espectro.

Deficiencias de P, K y Ca causan una disminucion en la reflectancia en la region de 412 nm a 770 nm.

Ante el estrés en las plantas por enfermedad, ataques de insectos o escasez de humedad debe cambiar las características espectrales de la hoja. En general estos cambios aparentemente ocurren simultáneamente en ambas regiones visible e infrarrojo, pero los cambios de reflectancia en el infrarrojo frecuentemente son más notables.

Plantas de trigo infestadas con afidos presentan menos reflectancia en el Infrarrojo cercano y mucha mas reflectancia en el visible que plantas no infestadas.

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