Assessment of the variability of vegetative status in vineyards using non-destructive sensors. Application of remote and proximal sensing technologies in precision viticulture

Abstract

[Introducción] El estado vegetativo del viñedo influye en la producción y en la composición de la uva. La estimación de la variabilidad espacial y temporal en viticultura de precisión requiere de una gran cantidad de datos. Los métodos tradicionales no son adecuados, ya que son muy costosos en términos de tiempo y esfuerzo, lo que hace que el análisis de una gran cantidad de muestras en diferentes momentos no sea factible. Con éste fin, la teledetección y la detección próxima podrían ser útiles para monitorizar el viñedo de forma fiable, rápida y no destructiva.

[Objetivos] El objetivo perseguido en este trabajo de investigación fue estimar la variabilidad espacial y temporal del estado vegetativo del viñedo mediante el uso de sensores no destructivos. Con esta finalidad, se analizaron imágenes multiespectrales tomadas por sistemas aéreos pilotados de forma remota (RPAS) para estimar el crecimiento vegetativo del viñedo. Especial atención se puso en los sistemas de detección próxima, especialmente en el uso de un sensor de fluorescencia, bien manualmente o instalado en un vehículo, para determinar el contenido de clorofila, flavonoles y nitrógeno en las hojas de vid.

[Materiales y métodos] Se utilizó un sensor multiespectral instalado en un RPAS para monitorizar la variabilidad espacial del estado vegetativo de un viñedo comercial (Vitis vinifera L.) y estimar los parámetros vegetativos: superficie foliar, longitud de pámpano, madera de poda y el contenido foliar de clorofila y nitrógeno. Posteriormente, se empleó un sensor de fluorescencia, tanto de forma manual como instalado en un quad, para estimar el contenido foliar de clorofila, flavonoles y nitrógeno y monitorizar la variabilidad espacial del estado vegetativo y nutricional del viñedo.

[Resultados y discusión] Los índices derivados de las imágenes multiespectrales de RPAS reportaron correlaciones significativas y moderadas con la madera de poda, la longitud de pámpano secundaria, el área foliar secundaria y el contenido foliar de clorofila y nitrógeno. Estos resultados han mostrado su potencial para estimar el estado vegetativo del viñedo, pero también revelaron algunos inconvenientes relacionados con factores tecnológicos y operacionales. Relacionado con la detección próxima, el sensor de fluorescencia manual ha demostrado su capacidad para medir apropiadamente los contenidos foliares de clorofila, flavonol epidérmico y nitrógeno en vides. Los mejores indicadores de los componentes vegetativos y nutricionales fueron los índices de fluorescencia calculados para la hoja completa (haz y envés). Gracias a las ecuaciones de calibración aportadas, es posible obtener la concentración foliar de clorofila a partir de los índices de fluorescencia. En cuanto a los niveles de nitrógeno, entre todas las posibilidades de calcular el índice de balance de nitrógeno (NBI), el calculado como el ratio clorofila entre flavonol ha sido el que ha aportado la mejor estimación de los niveles de nitrógeno de la vid. El sensor de fluorescencia manual ha permitido caracterizar la variabilidad espacio-temporal del contenido foliar de clorofila y de los niveles de nitrógeno a lo largo del período de maduración. Mientras los niveles de nitrógeno mostraron diferencias en la variabilidad espacial a lo largo de la temporada, el comportamiento espacial del contenido foliar de clorofila se mantuvo estable. Asimismo, el sensor de fluorescencia adaptado para ser instalado en un vehículo, demostró su capacidad para estimar en marcha y de forma fiable, el contenido de clorofila, flavonol y nitrógeno en hojas de vid y estimar su variabilidad espacial en el viñedo.

[Conclusiones] Las técnicas de teledetección y de detección próxima han demostrado ser muy útiles en viticultura de precisión, dado que son capaces de recopilar un gran número de datos de forma rápida y no destructiva, lo que supone una importante mejora respecto a los métodos manuales clásicos, que resultan destructivos y laboriosos. En especial, el sensor de fluorescencia ha demostrado ser un instrumento muy preciso a la hora de estimar en campo parámetros vegetativos y nutricionales clave. Así mismo, la exitosa adaptación del sensor de fluorescencia para operar instalado en un vehículo en movimiento supone un significativo avance en el actual proceso de integración de sensores en plataformas móviles y la implementación práctica de la viticultura de precisión.