Indici di vegetazione NDVI e NDMI: istruzioni per l’uso

Sara Antognelli, PhDAgronoma

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.

Principi fisici degli indici di vegetazione

Spettro elettromagnetico

Spettro elettromagnetico (EM)

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.

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.

Indice vegetativo NDVI

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.

Interpretazione dell’NDVI

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).

NDVIINTERPRETAZIONE
<0.1Suolo nudo o nuvole
0.1 – 0.2Copertura vegetale quasi assente
0.2 – 0.3Copertura vegetale molto bassa
0.3 – 0.4Copertura vegetale bassa con vigoria bassa o copertura vegetale molto bassa con vigoria alta
0.4 – 0.5Copertura vegetale medio-bassa con vigoria bassa o copertura vegetale molto bassa con vigoria alta
0.5 – 0.6Copertura vegetale media con vigoria bassa o copertura vegetale medio-bassa con vigoria alta
0.6 – 0.7Copertura vegetale medio-alta con vigoria bassa o copertura vegetale media con vigoria alta
0.7 – 0.8Copertura vegetale alta con vigoria alta
0.8 – 0.9Copertura vegetale molto alta con vigoria molto alta
0.9 – 1Copertura 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.

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 (Figura 1).

Indice NDVI in Agricolus

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).

NDMIINTERPRETAZIONE
-1 – -0.8Suolo nudo
-0.8 – -0.6Copertura vegetale quasi assente
-0.6 – -0.4Copertura vegetale molto bassa
-0.4 – -0.2Copertura vegetale bassa con stress idrico alto o copertura vegetale molto bassa con stress idrico basso
-0.2 – 0Copertura vegetale medio-bassa con stress idrico alto o copertura vegetale bassa con stress idrico basso
0- 0.2Copertura vegetale media con stress idrico alto o copertura vegetale medio-bassa con stress idrico basso
0.2 – 0.4Copertura vegetale alta e no stress idrico
0.6 – 0.8Copertura vegetale moto alta e no stress idrico
0.8 – 1Copertura 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 (Figura 2).

Indice NDMI in Agricolus di un campo di frumento in fase di levata

Indice NDMI in Agricolus di un campo di frumento in fase di levata

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.

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