La diffusione delle tecnologie digitali nelle aziende agricole ha portato a un uso ricorrente degli indici di vegetazione da telerilevamento (o remote sensing), come l’NDVI e l’NDMI, per il monitoraggio delle colture.
Gli indici di vegetazione sono calcolati a partire da dati rilevati da satellite o drone. I satelliti di uso più comune hanno intervalli di acquisizione regolari, ad esempio di 5 giorni (Sentinel 2) o 16 giorni (Landsat 8): gli indici sono pertanto disponibili per più date nella stessa stagione.
Spettro elettromagnetico e bande utilizzate dal telerilevamento
Il sole emette radiazioni con differenti lunghezze d’onda e frequenze. Lo spettro elettromagnetico (spettro EM) indica l’insieme di tutte le possibili frequenze delle radiazioni elettromagnetiche. Esso è suddiviso nella parte del visibile, che origina la luce, e le parti di spettro non visibile con lunghezza d’onda maggiore o minore di quello visibile.
Spettro elettromagnetico
La vegetazione assorbe la radiazione solare in diverse bande, ossia in diversi intervalli di frequenza e lunghezze d’onda, e ne riemette una percentuale differente in ciascuna di esse. La percentuale di radiazione riemessa in bande specifiche, come quelle del vicino infrarosso (NIR), del rosso (RED), e dell’infrarosso a onde corte (Short Wave Infrared – SWIR), indica lo stato di salute della pianta o lo stress idrico.
Gli indici di vegetazione sono una combinazione della percentuale di radiazione riflessa in diverse bande specifiche.
Riflettanza della vegetazione in alcune bande in piante in diverso stato
Cos’è l’NDVI e come interpretare i valori
L’indice di vegetazione più utilizzato è senza dubbio l’NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): esso descrive la vigoria della coltura e si calcola come il rapporto tra la differenza e la somma delle radiazioni riflesse nel vicino infrarosso e nel rosso, ossia come (NIR-RED)/(NIR+RED).
L’interpretazione del valore assoluto dell’NDVI è altamente informativa, poiché permette di riconoscere immediatamente i campi che presentano problemi di sviluppo.
L’NDVI è un indice semplice da interpretare: i valori possono variare tra -1 e 1, ma quelli compresi tra -1 e 0 sono tipici di aree non coltivate come corsi d’acqua e zone antropiche. Nei campi coltivati i valori variano tra 0 e 1 e a ciascun valore corrisponde una diversa situazione agronomica, indipendentemente dalla coltura (Tabella 1).
| NDVI | INTERPRETAZIONE |
|---|---|
| <0.1 | Suolo nudo o nuvole |
| 0.1 – 0.2 | Copertura vegetale quasi assente |
| 0.2 – 0.3 | Copertura vegetale molto bassa |
| 0.3 – 0.4 | Copertura vegetale bassa con vigoria bassa o copertura vegetale molto bassa con vigoria alta |
| 0.4 – 0.5 | Copertura vegetale medio-bassa con vigoria bassa o copertura vegetale molto bassa con vigoria alta |
| 0.5 – 0.6 | Copertura vegetale media con vigoria bassa o copertura vegetale medio-bassa con vigoria alta |
| 0.6 – 0.7 | Copertura vegetale medio-alta con vigoria bassa o copertura vegetale media con vigoria alta |
| 0.7 – 0.8 | Copertura vegetale alta con vigoria alta |
| 0.8 – 0.9 | Copertura vegetale molto alta con vigoria molto alta |
| 0.9 – 1.0 | Copertura vegetale totale con vigoria molto alta |
Tabella 1 – Interpretazione dell’indice NDVI nelle aree coltivate
L’NDVI medio di un campo varia in base alla varietà e alla fase fenologica della coltura. Nello stesso campo o in campi vicini, in cui una coltura si trova allo stesso stadio fenologico, le aree in cui il valore di NDVI è significativamente più basso rispetto alla media presentano problemi nello sviluppo vegetativo, che possono essere causati da fattori molto diversi come:
- stress nutrizionali
- attacchi parassitari
- forti danni da grandine o gelata
- scarsa emergenza
Per identificare le aree potenzialmente problematiche di ciascun campo, si identifica il valore minimo e il valore massimo di NDVI nel campo.
Dopodiché in mappa si ricolora il campo associando il colore rosso al valore minimo, e il colore verde al valore massimo. Quest’operazione si chiama “normalizzazione”, e può essere eseguita anche considerando i valori minimi e massimi di un gruppo di campi definito dall’utente. Le zone del campo visibili in rosso sono quelle in cui la coltura si trova maggiormente in stress.
Indice NDVI in Agricolus di un campo di frumento in fase di levata
Cos’è l’NDMI e come interpretare i valori
L’NDMI (Normalized Difference Moisture Index) descrive il livello di stress idrico della coltura e si calcola come il rapporto tra la differenza e la somma delle radiazioni riflesse nel vicino infrarosso e nello SWIR, ossia come (NIR-SWIR)/(NIR+SWIR).
L’interpretazione del valore assoluto dell’NDMI permette di individuare le aree che presentano problemi di apporto irriguo. L’NDMI si interpreta facilmente: i suoi valori variano tra -1 e 1, e a ciascun valore corrisponde una diversa situazione della coltura (Tabella 2).
| NDMI | INTERPRETAZIONE |
|---|---|
| -1 – -0.8 | Suolo nudo |
| -0.8 – -0.6 | Copertura vegetale quasi assente |
| -0.6 – -0.4 | Copertura vegetale molto bassa |
| -0.4 – -0.2 | Copertura vegetale bassa con stress idrico alto o copertura vegetale molto bassa con stress idrico basso |
| -0.2 – 0 | Copertura vegetale medio-bassa con stress idrico alto o copertura vegetale bassa con stress idrico basso |
| 0 – 0.2 | Copertura vegetale media con stress idrico alto o copertura vegetale medio-bassa con stress idrico basso |
| 0.2 – 0.4 | Copertura vegetale medio-alta con stress idrico alto o copertura vegetale media con stress idrico basso |
| 0.4 – 0.6 | Copertura vegetale alta e no stress idrico |
| 0.6 – 0.8 | Copertura vegetale molto alta e no stress idrico |
| 0.8 – 1.0 | Copertura vegetale totale e no stress idrico o ristagni o nuvole |
Tabella 2 – Interpretazione dell’indice NDMI nelle aree coltivate
Anche l’NDMI medio di un campo varia in base alla varietà e alla fase fenologica della coltura. Nello stesso campo o in campi vicini, in cui una coltura si trova allo stesso stadio fenologico, le aree in cui si rileva un valore di NDVI significativamente più basso rispetto alla media presentano normalmente problemi nello sviluppo vegetativo associati a stress idrico.
Per identificare le aree con stress idrico relativamente elevato in ciascun campo, si identifica il valore minimo e il valore massimo di NDMI nel campo; poi si esegue la normalizzazione come per l’NDVI. Le zone del campo dove l’NDMI è più basso sono quelle in cui la pianta si trova maggiormente in stress.
Uso degli indici di vegetazione in Agricolus
La consolidata esperienza sugli strumenti dell’agricoltura di precisione della nostra area Ricerca e Sviluppo ci permette di processare internamente le immagini satellitari ed elaborare gli indici di vegetazione, mettendoli a disposizione dell’agricoltore direttamente nell’app di Agricolus.
Gli indici forniti sono molteplici – vigoria (NDVI, GNDVI, LAI, SAVI) stress idrico (NDMI e NMDI) e clorofilla (TCARI/OSAVI) e vengono calcolati a partire dai dati Sentinel 2. Questo satellite mostra le immagini ogni 5 giorni a una risoluzione spaziale di 10 metri: gli indici sono quindi consultabili per tutte le date di acquisizione degli ultimi 365 giorni.
Quali sono i vantaggi?
- monitorare costantemente la situazione in campo
- valutare lo sviluppo e lo stato di salute della coltura
- differenziare le zone con carenza idrica
- individuare zone problematiche che presentano clorosi
- effettuare interventi mirati
Vediamo un esempio concreto di utilizzo su un campo di mais di quattro ettari: gli indici consultati con Agricolus sono stati l’NDVI e l’NDMI. L’area rossa coincide con una zona in stress idrico e le piante che hanno sofferto maggiormente sono anche quelle che godevano di uno scarso stato di salute iniziale.
Comparazione indici NDVI e NDMI in Agricolus
Utilizzando l’app sono stati effettuati rilievi puntuali in campo, che hanno consentito di stabilire le motivazioni dei danni e di caratterizzarli con fotografie.
Funzionalità misura distanza in Agricolus
Le immagini satellitari hanno permesso di evidenziare un’inefficienza della distribuzione idrica da parte dei rotoloni. Grazie alla funzione “Misura distanza” si è stabilito che la gittata del rotolone non poteva coprire una distanza sul lato corto del campo, giustificando così la formazione iniziale di un’area in stress idrico, vista anche l’assenza prolungata di precipitazioni.
La diffusione delle tecnologie digitali nelle aziende agricole ha portato a un uso ricorrente degli indici di vegetazione da telerilevamento (o remote sensing), come l’NDVI, per il controllo delle colture.
Gli indici di vegetazione sono calcolati a partire da dati rilevati da satellite o drone. I satelliti di uso più comune hanno intervalli di acquisizione regolari, ad esempio di 5 giorni (Sentinel 2) o 16 giorni (Landsat 8): gli indici sono pertanto disponibili per più date nella stessa stagione.
Il sole emette radiazioni con differenti lunghezze d’onda e frequenze. Lo spettro elettromagnetico (spettro EM) indica l’insieme di tutte le possibili frequenze delle radiazioni elettromagnetiche. L’intero spettro è suddiviso nella parte di spettro visibile, che origina la luce, e le parti di spettro non visibile con lunghezza d’onda maggiore o minore dello spettro visibile.
Spettro elettromagnetico
La vegetazione assorbe la radiazione solare in diverse bande, ossia in diversi intervalli di frequenza e lunghezze d’onda, e ne riemette una percentuale differente in ciascuna di esse. La percentuale di radiazione riemessa in bande specifiche, come quelle del vicino infrarosso (NIR), del rosso (RED), e dell’infrarosso a onde corte (Short Wave Infrared – SWIR), indica lo stato di salute della pianta o lo stress idrico.
Riflettanza della vegetazione in alcune bande in piante in diverso stato
Gli indici di vegetazione sono una combinazione della percentuale di radiazione riflessa in diverse bande specifiche.
L’indice di vegetazione più utilizzato è senza dubbio l’NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): esso descrive il livello di vigoria della coltura e si calcola come il rapporto tra la differenza e la somma delle radiazioni riflesse nel vicino infrarosso e nel rosso, ossia come (NIR-RED)/(NIR+RED).
L’interpretazione del valore assoluto dell’NDVI è altamente informativa, poiché permette di riconoscere immediatamente le zone dell’azienda o del campo che presentano problemi di sviluppo.
L’NDVI è un indice semplice da interpretare. I valori possono variare tra -1 e 1, ma quelli compresi tra -1 e 0 sono tipici di aree non coltivate come corsi d’acqua e zone antropiche.
Nei campi coltivati i valori variano tra 0 e 1 e a ciascun valore corrisponde una diversa situazione agronomica, indipendentemente dalla coltura (Tabella 1).
L’NDVI medio di un campo varia in base alla varietà e alla fase fenologica della coltura.
Nello stesso campo o in campi vicini, in cui una coltura si trova allo stesso stadio fenologico, le aree in cui il valore di NDVI è significativamente più basso rispetto alla media presentano problemi nello sviluppo vegetativo, che possono essere causati da fattori molto diversi come:
- stress nutrizionali,
- attacchi parassitari,
- forti danni da grandine o gelata,
- scarsa emergenza.
Per identificare le aree potenzialmente problematiche di ciascun campo, si identifica il valore minimo e il valore massimo di NDVI nel campo.
Dopodichè in mappa si ricolora il campo associando il colore rosso al valore minimo, e il colore verde al valore massimo. Quest’operazione si chiama “normalizzazione”, e può essere eseguita anche considerando i valori minimi e massimi di un gruppo di campi definito dall’utente. Le zone del campo visibili in rosso sono quelle in cui la pianta si trova maggiormente in stress.
Indice NDVI in Agricolus di un campo di frumento in fase di levata
Interpretazione dell’NDMI
L’NDMI (Normalized Difference Moisture Index) descrive il livello di stress idrico della coltura e si calcola come il rapporto tra la differenza e la somma delle radiazioni riflesse nel vicino infrarosso e nello SWIR, ossia come (NIR-SWIR)/(NIR+SWIR).
L’interpretazione del valore assoluto dell’NDMI permette di riconoscere immediatamente le zone dell’azienda o del campo che presentano problemi di stress idrico. L’NDMI si interpreta facilmente: i suoi valori variano tra -1 e 1, e a ciascun valore corrisponde una diversa situazione della coltura (Tabella 2).
Tabella 2: Interpretazione dell’indice NDMI nelle aree coltivate
Anche l’NDMI medio di un campo varia in base alla varietà e alla fase fenologica della coltura.
Nello stesso campo o in campi vicini, in cui una coltura si trova allo stesso stadio fenologico, le aree in cui si rileva un valore di NDVI significativamente più basso rispetto alla media presentano normalmente problemi nello sviluppo vegetativo associati a stress idrico.
Per identificare le aree con stress idrico relativamente elevato in ciascun campo, si identifica il valore minimo e il valore massimo di NDMI nel campo; poi si esegue la normalizzazione come per l’NDVI. Le zone del campo dove l’NDMI è più basso sono quelle in cui la pianta si trova maggiormente in stress.
La funzionalità Imagery nella piattaforma Agricolus
La piattaforma Agricolus per l’agricoltura di precisione offre la funzionalità Imagery sia per l’intera azienda agricola che per singolo campo. Vengono forniti molteplici indici di vegetazione come vigoria (NDVI, WDRVI, GNDVI, LAI, SAVI) stress idrico (NDMI e NMDI) e clorofilla (TCARI/OSAVI) calcolati da dati Sentinel 2. Il satellite mostra le immagini ogni 5 giorni a una risoluzione spaziale di 10 metri e gli indici sono consultabili per tutte le date di acquisizione degli ultimi 365 giorni.
I vantaggi per l’azienda agricola?
- valutare lo sviluppo e lo stato di salute della coltura,
- differenziare le zone con carenza idrica,
- individuare zone problematiche che presentano clorosi.
