Metodología de aplicación de radiación infrarroja

al crecimiento de plantas herbáceas

FERNANDO SANZ FERNANDEZ DE CÓRDOBA

Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Montes. Madrid.

RESUMEN

Con este trabajo se ha conseguido obtener un balance de energía, mediante la utilización de técnicas radiométricas y fotográficas tra­bajando en la zona espectral cercano infrarrojo. (07-0,91 \i m).

Dicho balance entre energía incidente por una parte y energía reflejada y absorbida por otra, permite llegar a controlar el ciclo de crecimiento de la alfalfa, detectando las distintas fases por las que va pasando. Los 2 ecotipos empleados en la experiencia han sido Ara­gón y Tierra de Campos.

Mediante estas técnicas se puede llegar a determinar el momento en que se encuentra la planta respecto a la floración, y el momento de corte aconsejable respecto al que se practica actualmente, para evitar la pérdida proteínica que tiene lugar en esta fase.

Los ensayos realizados corresponden a una experiencia de labora­torio en la que se detectan, mediante sensores en la zona espectral IR, los distintos estados vegetativos, con anterioridad a la visualización de las sucesivas diferenciaciones.

Con este trabajo se pretende ayudar a resolver uno de los problemas que más afecta a la obtención de proteínas vegetales, para su consumo por los animales, en el momento de máxima producción.

De su título se desprende ya la idea general básica que permite deli­mitar y concretar los objetivos del mismo.

De siempre se sabe, que los cultivos forrajeros han sido, y son, una de las principales fuentes proteínicas para los animales y por ello, el poder llegar a obtener la máxima rentabilidad de los mismos, significará un mejor aprovechamiento de las posibilidades que ofrece la naturaleza, para la utilización de sus recursos.

P A S T O S . 8 11): 95-120, 1978 95

El objetivo pretendido y conseguido, ha sido la determinación del ciclo de crecimiento de una planta forrajera mediante radiación IR, que peimite conocer el momento en que se encuentra la planta respecto a la floración, como fase más importante de él, para llegar a evitar la pérdida proteínica, que tiene lugar en esta fase. Como ejemplo y máximo expo­nente de entre las plantas forrajeras se ha escogido la alfalfa por su interés económico y su extensión de cultivo.

El plan de trabajo ha sido, por tanto, conseguir una serie de gráficos correspondientes al ciclo de crecimiento, que representen las variaciones de energía reflejada o reflectancia, en la zona espectral cercano IR en longi­tudes de onda comprendidas entre 0,7 y 1 ¡x m.

El avance tecnológico, permite contemplar realmente el problema plan­teado, desde un punto de vista distinto del mantenido hasta ahora. La experiencia primero, y luego los distintos estudios realizados sobre la alfalfa en varios momentos de su período vegetativo, nos han llevado a conocer la fase óptima, en la cual, conviene aprovecharla, de acuerdo con sus contenidos en elementos nutritivos.

La utilización de técnicas tradicionales, hacía muy difícil poder llegar a tiempo para este aprovechamiento de los alfalfares, dados los requeri­mientos de material, técnicas analíticas, equipos y medios necesarios para el estudio de las plantas, además del elevado costo que supondría el realizarlo, al precisarse un estudio bromatológico en distintos momentos del período vegetativo y a lo largo de él, hasta la fase de máximo ren­dimiento.

Por todo ello, hemos introducido las técnicas de sensores remotos y de interpretación de fotografías IR que, aparte de lograr resultados prácticos, ahorran tiempo y dinero cuando se realicen con la debida orientación, coordinación y planificación. La detección por estas técnicas de los dis­tintos momentos vegetativos por los que va pasando el alfalfar, permite eliminar el proceso subjetivo, que condiciona actualmente el momento óptimo de aprovechamiento.

Hasta ahora, dada la imposibilidad de ir realizando estudios bromato-lógicos periódicos en los alfalfares, los cortes se han realizado, de acuerdo con la experiencia, cuando aparecen visibles aproximadamente un 5-10 % de plantas florecidas, o bien cuando aparece clorosis en las partes bajas de la planta, criterios que suelen coincidir.

Ello implica una observación y cuidado necesarios, que con la intro­ducción de técnicas de fotografías IR y la posibilidad de procesado por ordenador, es posible obtener de una manera objetiva y rápida, ayudán­dose a la planificación de los cortes.

Para llegar a ello ha sido preciso establecer una metodología com­pleta, que sirve para todos los alfalfares que se pretenden estudiar, así como para trabajos de ciclos de crecimiento de otras plantas del estrato herbáceo y, con ligeras variaciones, para otros vegetales de pisos su­periores.

Siguiendo el orden establecido en el trabajo para llegar a la obtención de la curva patrón, se divide la investigación en los apartados siguientes:

1-—Características de la alfalfa, como planta tipo escogida para des­arrollar esta metodología.

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2.—Reflectancia y radiación IR en relación con la vegetación. 3.—Material, medios utilizados y datos recogidos. 4.—Reducción de datos y estudio de resultados. 5.—Conclusiones.

En la primera parte, no vamos a hacer especial hincapié en las carac­terísticas ¿e la alfalfa, que como planta importante dentro de las legumi­nosas forrajeras, es sobradamente conocida. Para el trabajo se entresaca­ron las características de ella no como estudio botánico, sino orientado a la investigación que se ha realizado.

Asimismo, se hizo una evaluación de la influencia que poseen los elementos fertilizantes sobre la planta, siguiendo las teorías de DEL POZO y GROS y la recopilación de FITZGERALD, estudiándose, en particular, la acción del nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y oligoelementos.

En la influencia de los factores climáticos, es destacado, primeramen­te, el efecto de la temperatura. La teoría de DEMORLY, muestra la influen­cia de la temperatura sobre el desarrollo normal de las plantas, estable­ciéndose las bases técnicas comparativas, que permitirían llegar a con­clusiones significativas, de las relaciones, entre las temperaturas medias hasta la floración, con respecto a los contenidos en elementos nutrientes.

El otro factor climático estudiado ha sido la humedad, estableciéndo­se las bases de la utilización del agua y las necesidades en la experiencia.

La influencia de algunos factores edáficos sobre la alfalfa (sólo de los importantes por su respuesta en reflectancia, como acidez de suelo, salinidad y profundidad) se estudiaron detalladamente junto con las ca­racterísticas de los ecotipos y variedades objeto de este estudio.

Los factores que influyen en la fisiología de las plantas herbáceas son, fundamentalmente, la radiación solar, el C02 y el calor.

La radiación solar incrementa la asimilación hasta un cierto valor, por encima del cual la fotosíntesis se estabiliza.

El C02 en baja concentración, actúa como factor limitante de la asimilación.

El calor activa la fotosíntesis, siempre que otros factores no sean li­mitantes, aumentando las necesidades de respiración y la velocidad de multiplicación celular. La asimilación es, además, proporcional al número de horas de luz en cada época del año.

Se ha seguido la hipótesis de que la producción forrajera es máxima en primavera, disminuyendo en verano y con un segundo máximo en otoño de menor importancia, siendo nula en invierno.

No obstante, en cada ciclo existe una fase fundamental, a efecto de reservas alimenticias, que es la floración, pudiendo afirmarse que:

Durante la floración, hay una movilización general de reservas acumu­ladas en las raíces hacia las partes aéreas, que podrá ser detectada en IR (no en la zona espectral visible), por diferencia de concentraciones suce­sivas en el período de crecimiento, experimentando un claro descenso las reservas, al producirse la formación de flores y posteriormente la de fru­tos. Cualquier otra hipótesis, puede ser utilizada siguiéndose análoga me­todología.

La repercusión que la exacta determinación de esta fase del ciclo pue­de tener en la rentabilidad y aprovechamiento, viene expuesta en la fi-

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gura 1 que se muestra, y que resulta de los estudios realizados por BOLTON y DEMORLY y recopilados por DEL POZO. En ella se observan las pérdidas en proteínas que tienen lugar en la fase de la floración.

El gráfico inferior, obtenido resumiendo las teorías de Watson, nos da una idea de la evolución de la riqueza en elementos nutritivos de la al­falfa, en tres momentos vegetativos de los expuestos anteriormente. En ella se observa la evolución en proteínas digestibles y bruta.

Y que el momento de aprovechamiento óptimo de los alfalfares, es pre­cisamente "antes de yemas florales" y en cualquier caso, antes de la flo­ración, fase con mínimo % de proteínas y máximos de fibra bruta y no digestible.

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• PROTEINA BRUTA

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FlG. 1.

98 P A S T O S 1978

La segunda parte se refiere a la reflectancia y radiación IR en rela­ción con la vegetación en estudio.—En cuanto a propiedades reflectantes características de vegetación, el rango espectral, se puede dividir en cuatro regiones:

De 0,4 a 0,72 u. m de amplia reflexión e intensa absorción de radiación incidente por los pigmentos de la planta.

De 0,7 a 1,3 \i m de escasa absorción y alta reflectancia con gran in­fluencia de la estructura de la planta.

De 1,3 a 2,5 ¡x m zona donde las bandas de absorción de agua, causan mínimos pronunciamientos en el espectro reflectante de las hojas.

De 2,5 a 14 {x m zona IR térmica, donde la temperatura determina la respuesta.

LONGITUD DE ONOA

ULTRAVIOLETA INFRARROJO MICROONDAS

AÜPUA REFLEXIÓN ¡ ALTA REFLECTACIA ¡ REdlON DE ABSORCIÓN ¡ REOIOH INTENSA ABSORCIÓN ¡ SAJA AMORCION ! DE AOUA. I

CERCANO I R LEJANO IR.

Fie 2.—Regiones espectrales.

La hoja de las plantas, es la parte más importante a efectos de reflec­tancia, y dentro de ella la región mesófila por contener los pigmentos responsables de las señales espectrales en la región visible (fundamental­mente la clorofila que constituye entre la a y la b, el 65 % del pigmento total de la hoja).

La porción de absorción verde del espectro a 0,55 m, es tal, que la reflectancia llega sólo al 10-20 %. A pesar de ello, la mayor parte de la vegetación aparece verde para el ojo humano, por la gran sensi­bilidad que posee a estas longitudes de onda.

La escasez de pigmentación clorofílica, puede ser detectada por una drástica reducción de la absorción, en la zona espectral visible.

La máxima absorción de agua, coincide con la mínima reflectancia de la hoja.

P A S T O S 1978 99

La siguiente figura 3 (23), muestra la diferencia de reflectancia entre hojas maduras y jóvenes de una misma planta. Sin embargo, existe una disminución en reflectancia de la hoja, con la vejez de la planta; asimis­mo, las plantas de luz poseen, en conjunto, mayor reflectancia que las de sombra en la región cercano IR, y la reflectancia varía también con el color, siendo mayor para hierba seca que para verde.

Cabe destacar, en las propiedades reflectantes de las plantas de vuelo consideradas en conjunto, que parte de la radiación es disipada entre las hojas por reflexión múltiple y por ello, la reflectancia es menor para una planta en conjunto que para hojas simples, excediendo raras veces del 30 ó 40 % de ella. El aumento de radiación disipada, se produce por irregu­laridades en la superficie de las hojas y varía con el ángulo de incidencia de la luz solar, siendo mayor al aproximarse el sol a su cénit, al ser la reflexión más isotrópica, según JOHNSON.

Se llega a obtener tan sólo una diferencia del 3 % de reflectancia (como media) para ± 20° de ángulo de elevación en las horas centrales del día, existiendo grandes variaciones de reflectancia al realizar tomas al ama­necer o al atardecer.

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L O N G I T U D E S DE ONDA { N m )

FIG. 3 (23).—Reflectancia de hojas jóvenes y maduras.

La radiación solar presenta una composición espectral cambiada, des­pués de la transmisión a través de la vegetación y la calidad de la frac­ción de luz que alcanza el suelo, depende del % que llega sin alteración y del % de radiación transmitida a través de las hojas, siendo baja en general la intensidad de luz final.

HOJA JOVEN

HOJA MADURA

100 P A S T O S 1978

E. ABSORBIDA» E.INCIDENTE-E.TRANSMITIDA-E. DISIPADA

FIG. 4.

Características del espectro de la hoja son, la alta absorción en el u.v. y azul, reducida en el verde, alta en el rojo, muy baja absorción con alta reflectancia y transmitancia en el cercano IR (de 0,7 a 2,5 ¡J. m) y la muy alta absorción en el lejano IR.

Los picos en la curva de absorción a 0,9 • 1,1 - 1,4 - y 1,9 n m son bandas de absorción características para el agua líquida. Este agua en una hoja, es la causa de la pequeña absorción alrededor de la zona cercano IR.

El aumento de densidad de hojas o área índice foliar, incrementa la reflectancia IR, siendo la región 0,75 - 0,9 o. n un índice del vigor de las plantas.

P A S T O S 1978 101

La reflectancia espectral varía con los factores externos. Entre ellos, cabe destacar:

Humedad en la planta, nutrientes del suelo, salinidad, depósitos mi­nerales, enfermedades, variaciones estacionales y factores climáticos.

En cambio, en las plantas afectadas por sequía, las hojas superiores permanecen sanas siendo el piso bajo, el primero en marchitarse. Cuando el fenómeno es visible en la zona superior, el grado de afección por sequía es grande. La figura 5 (25), muestra el efecto de la deshidratación en la reflectancia de la hoja, incrementándose ésta, en la zona 0,7 - 1,3 {im, por la alteración de la estructura mesófila.

AGOSTO NOVIEMBRE

MO 1.000 1.900 2.000 2.900

LONGITUD DE ONOA ( H • . )

FIG. 5(25).—Efecto de la deshidratación en la reflectancia de hojas.

Todos estos factores externos, han sido anulados para obtener una curva representativa. La forma de evitar su influencia ha sido:

— Sembrar en el mismo suelo, con iguales cantidades de semilla y sometiendo las muestras a los mismos rigores climáticos y de medio.

— Mantener la planta a humedad aproximadamente constante, para que no se produzcan cambios de una fotografía a otra, regando a la misma hora y fotografiando a tiempo fijo del riego.

— Realizar el abonado de implantación en cantidades proporcionales al suelo de la muestra, para obtener la misma composición en nutrientes.

— Mezclar bien el suelo de las distintas muestras, para evitar los efectos de los depósitos minerales.

— Eliminar las medidas realizadas sobre muestras enfermas o de desarrollo anormal.

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— Anular los factores climáticos, fotografiando a horas fijas, sabien­do cuáles han sido las condiciones existentes durante el período anterior, por medio del registro incorporado a la cámara climática.

Asimismo, algunos factores externos pueden producir variaciones de la temperatura de la planta y de la hoja, siendo los principales la radia­ción solar, aprovechamiento de la humedad, movimiento del aire, salini­dad del suelo, cambios diurnos y estacionales, depósitos minerales y geo­metría de la hoja y cultivo.

Al no trabajar en la región IR térmica, solamente nos afecta y de manera secundaria, el factor de geometría de la hoja y cultivo, por estar relacionado con la energía absorbida.

El gráfico siguiente 6 (20), muestra las variaciones de energía ab­sorbida por una hoja en función de su inclinación respecto a la hori­zontal, demostrándose con ello la importancia que tiene el realizar tomas sobre muestras, desde las mismas posiciones, para que la respuesta, en días sucesivos, sea similar y se evite este efecto.

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AMULO OCSDC LA HORIZONTAL («HADOS)

FIG. 6 (20).—Energía absorbida por una hoja ancha horizontal en función de inclinación de la hoja desde la horizontal.

La tercera parte de esta exposición la dedicamos a material, medios utilizados y datos recogidos.

P A S T O S 1978 103

El material base lo consituyen macetas y eras de experimentación. En cuanto a los medios, describiremos, por ser los más importantes, el

phytotrón, películas y filtros, microdensitómetro y radiómetro. Para la investigación se han escogido dos formas fundamentales de

siembra que son macetas y eras de experimentación. Se han tomado datos de las dos formas escogidas, siendo la de macetas

la básica para nuestro estudio, después de comprobar que a pesar del medio artificial a que se encuentran sometidas, no se han alterado las fases de desarrollo.

Se ha dispuesto de 50 macetas de iguales características y dimensiones sembrándose en ellas los dos ecotipos de alfalfa (Aragón y Tierra de Cam­pos), preparándose las muestras de igual forma en todas las ocasiones.

Se ha procedido a fotografiarlas en todas sus fases, desde la nascencia a la fructificación, si bien, obtenida la floración, han sido cortadas (a ve­ces) con objeto de tomar datos de un nuevo ciclo, para llegar a un total de 10 floraciones distintas.

Aparte, se han determinado los motivos de muertes por ahilamiento ocurridos en la cámara climática, basados fundamentalmente en el enve­jecimiento de los tubos fluorescentes, que proporcionan, a determinado número de horas de funcionamiento, una cantidad de luz insuficiente, llegándose a establecer las curvas de flujo y mortalidad de los mismos.

Una célula fotoeléctrica, permite comprobar que la luz que llega a la bandeja soporte es la misma en todos los puntos.

La era, escogida como paso intermedio entre el laboratorio y la de­tección del ciclo mediante fotografías aéreas, reúne las características de fácil control y medio natural.

En todo momento, se ha evitado la interacción de otras plantas pró­ximas y se han fotografiado, cada día de toma de datos a lo largo del ciclo, el grupo de macetas, 1, 2 ó 4 macetas independientes, una línea de siembra o hilera, así como una parcela sembrada a voleo con los dos ecotipos escogidos.

Para la obtención de plantas en maceta, se ha utilizado el phytotrón y el invernadero.

El phytotrón es una cámara climática, que permite la programación completa de temperatura, humedad relativa y luz; está refrigerada por aire y posee intervalos de trabajo comprendidos entre —20 y +45°C y desde 40 a 95 % de Hr. La zona óptima y la utilizada en nuestros pro­gramas está comprendida entre puntos de rocío de 1 a 26, correspondien­do con una humedad relativa del 40 al 95 % para temperaturas com­prendidas entre 0 y 32° C.

Se ha procedido a confeccionar los programas de trabajo, partiendo de las curvas termohidrógrafas facilitadas por el Observatorio de Alcalá de Henares de los meses de junio, julio y agosto de los últimos años. Estos programas, son discos de plástico recortados y los sistemas de con­trol de temperatura, humedad relativa y luz, son similares.

El indicador del programador, está conectado con el sensor, que actúa de acuerdo con la señal mandada desde el borde de la leva de progra­mación. Esta leva va girando en el sentido de las agujas del reloj, con ro­taciones completas cada 4 - 24 - 48 ó 144 horas. Una aguja roja, indica

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en todo momento el valor programado y una negra, el valor real en la cámara. Un registro gráfico, permite comprobar el desarrollo del progra­ma durante el tiempo conectado. Existen una serie de conmutadores para seleccionar los distintos sistemas pudiendo funcionar el equipo, en circuito cerrado o abierto, con una velocidad del viento en el centro de 0,3 m./seg. y máxima intensidad luminosa de 35.000 lux.

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FIG. 7(35-36-37-38).

P A S T O S 1978 105

En la toma de datos, se han utilizado las películas y filtros siguientes: Película Panatomic de 70 mm., blanco y negro, tipo 3400 ó 3410,

sensible en el rango espectral visible (0,4-0,7\>. m) con dos filtros distintos: Wratten 58 (verde): Su diagrama se expone en la figura 7 (35, 36,

37, 38). Deja pasar solamente las longitudes de onda entre 0,46 y 0,61 m en la zona sensible de la película.

Wratten 25 (rojo): Impide el paso de longitudes de onda inferiores a 0,6 m. Al utilizarse con película Panatomic, los datos obtenidos propor­cionan información en la zona espectral 0,6-0,7 ¡xm.

Película Ekatachrome 2443, IR color de 70 mm., que se ha utilizado con filtro Wratten 15 (naranja), que permite el paso de la radiación entre 0,51 y 0,9¡im. Por ser la película sensible en la zona espectral visible y cercano IR, se obtiene información entre 0,51 y 0,9 ¡i m.

Película IR blanco y negro, Aerografic 2424 de 70 mm., sensible en el espectro visible y cercano IR. Al ser utilizada con filtro Wratten 88A (negro), anula las longitudes de onda inferiores a 0,7 ¡J. m y se obtiene in­formación en la zona cercano IR entre 0,7 y 0,9¡j.m.

Por tanto, con las películas en blanco y negro, el rango desde 0,4 a 0,9 m se cubre, dividido en tres partes. Con ellas se solapa la serie de color, de la zona 0,51-0,9 ¡JI m.

Las cámaras utilizadas han sido Hasselblad eléctricas, con objetivos de 80 y 50 mm., con tres chasis intercambiables, que han permitido desde una misma posición y con los adecuados valores de diafragma, tiempo de exposición y distancia focal, obtener las cuatro series fotográficas. Ha sido preciso además, utilizar fotómetros, trípodes, antorchas, telones de fondo para evitar otros registros, así como cámaras de 35 mm. para las primeras pruebas.

En interpretación se ha utilizado el microdensitómetro. Su base de funcionamiento, esquematizada en el gráfico 8 (28) consiste en una lám­para, cuya luz se divide en dos haces; uno de ellos pasa por el negativo a procesar y va al fotomultiplicador, y el otro pasa por la cuña móvil y fija, llegando después también al fotomultiplicador, que trata de igualar­los accionando un servomotor que mueve la cuña móvil, hasta alcanzar la igualdad de intensidad de iluminación de los dos haces.

El movimiento de la cuña, supone que un mecanismo de escritura pue­da dibujar los gráficos de densidad sobre papel, o bien, que mediante un captador, pase la información al ordenador que puede grabarla en cinta o imprimirla sobre papel por medio del teletipo.

La cuña fija, estará en una posición tal, que el ajuste de densidades, entre en el campo de lectura del equipo. Otros factores que influyen en los valores de densidad y que deberán permanecer constantes en el ciclo, son los siguientes:

La apertura horizontal y vertical, la elección de la cuña móvil adecua­da (en nuestro caso la de 0 a 2.7 de densidad absoluta) y la posición de la cuña fija. El programa utilizado con el ordenador, es el de rastreo, dic­tándose para cada fotografía, el número de zonas a leer, distancia horizon­tal entre dos lecturas consecutivas y entre dos líneas de lectura.

Los 1.023 valores decimales que puede dar el ordenador, para cada cuña móvil, se corresponden con los valores de densidad de cuña, estando

106 P A S T O S 1978

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FIG. 8 (28).—Microdensitómetro. Diagrama esquemático de óptica y servosistemas.

relacionados, linealmente, con la escala de grises que posee incorporada el equipo.

Se han practicado una serie de pruebas, tanto en phytotrón como en invernadero, con pesadas individuales de macetas y anotándose las inci­dencias de las distintas muestras de forma individual, al tiempo que se hacían pruebas fotográficas, para obtener los valores óptimos en las dis­tintas series. De dicha investigación, se han obtenido series fotográficas completas, llegándose a un total de 961 fotografías válidas, que se han distribuido en las cuatro series, antes relacionadas, de la forma si­guiente :

245 de Panatomic 25. 244 de Panatomic 58. 228 de IR de blanco y negro. 244 de IR color.

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De entre ellas se han seleccionado las que presentaban mayor informa­ción para los fines pretendidos, procesándose series completas de foto­grafías.

Para determinar las diferencias de reflectancias que existen en los al­falfares, durante su ciclo, es preciso obtener unos valores de energía re­flejada que representen estos cambios; se dispuso, para ello, un sistema de placas de referencia, que permite evaluar la cantidad de energía re­flejada en las distintas fotografías.

Con este sistema, se ha conseguido una superficie uniforme y continua, de fácil valoración en reflectancia por microdensitometría, y la posibili­dad de comparar unas fotografías con otras, de acuerdo con el valor de densidad absoluta obtenido los distintos días para estas placas.

Aparte de los valores obtenidos por densitometría, se ha procedido a realizar una campaña radiométrica, que muestra los valores de reflectan­cia de las tomas realizadas, en todos los tipos de siembra escogidos.

Dado el escaso campo visual del radiómetro, se dividió la hilera en seis partes, que eran localizadas con la ayuda de una mira graduada y la cámara de televisión, en circuito cerrado, que lleva incorporada el sensor, cubriendo con las seis tomas la totalidad de ella.

Seleccionando la máxima apertura del radiómetro, y a una altura de 2,5 m., fueron tomados datos de cada una de las cuatro macetas desde la vertical. El conjunto de las cuatro se tomó lateralmente, desde una altura de 5,5 m., con objeto de ampliar el campo visual del sensor. Por ello, los valores de reflectancia de las cuatro macetas juntas son mayores por exis­tir mayor % de vegetación y menor de suelo, factores que disminuyen el valor medio de reflectancia, cuando la toma es vertical.

En las tomas de macetas individuales, al hacer coincidir la apertura seleccionada con el 0 de la maceta, todos los días se ha detectado la misma superficie, siendo por ello, el valor de reflectancia de estas ma­cetas, el mejor a efectos de experimentación, por la exactitud de la me­dida y la influencia del desarrollo de la planta, en el valor medio propor­cionado por el radiómetro.

De cada muestra se han realizado cinco tomas y de las cinco, se obtiene el valor medio de reflectancia de la muestra, para ese día.

El radiómetro toma como nivel de referencia un panel blanco que debe dar una reflectancia del 100 % a todas las longitudes de onda entre 0,4 y 1,1 ¡xm. Se ha dispuesto, además, de un solarímetro que permite controlar los cambios de intensidad luminosa a lo largo de la prueba; si variara la cantidad de luz en + 2 % a lo largo de la toma completa (primero panel blanco y luego vegetación), se considera nula dicha toma, para la curva de reflectancia media.

Los resultados son proporcionados en % respecto al panel, dividiendo la zona entre 0,4 y 1,1 ¡x m., en intervalos constantes de 12 Nm, dando 52 valores de reflectancia en cada curva, dispuestos en un sistema de ejes,

Por la escasa variación de la curva reflectante en el espectro visible, se ha ampliado por 10 la escala de representación, mientras que en la zona IR se representa el % de reflectancia relativa respecto al panel blan­co, directamente.

Mediante tomas fotográficas ha sido cubierta la región espectral entre 0,4 y 0,91 m, para las mismas muestras y los mismos días, y las fotogra-

108 P A S T O S 1978

fías han sido procesadas y comparadas con la radiometría de la forma siguiente (fig. 9 al 12):

Se marcan zonas en el negativo que se procesa, dando valores pun­tuales. Después un programa de ordenador da el valor medio de dicha zona, siendo éste, un promedio de densidad de la región espectral corres­pondiente a las longitudes de onda dejadas atravesar por el filtro utilizado en la serie.

Las variaciones respecto a las densidades de las placas de referencia y respecto al panel blanco, se van conservando a lo largo del ciclo, por lo que las curvas obedecen al mismo patrón.

La zona espectral utilizada, dada la uniformidad obtenida en valores radiométricos, ha sido la comprendida entre 0,7 y 0,9 ¡xm, al igual que para las fotografías.

Los datos tomados con radiómetro (datos "verdad terreno") mostrados en las figuras son: (curvas radiocéntricas del equipo del Instituto Geográ fico y Catastral).

En la hilera, la curva media de medias resulta de 30 tomas diarias sobre los distintos puntos, y de las seis curvas medias de cada punto, con un total de 1.924 valores de reflectancia, por día de toma de datos.

De las cuatro macetas escogidas, la curva media de las medias es el re­sultado de 20 tomas diarias y cuatro curvas medias, con un total de 1.248 valores de reflectancia por día. Cada curva media del conjunto de las cuatro macetas, resulta de cinco tomas con un total de 260 valores de reflectancia por curva y día, y cada curva media de medias de las dos zo­nas de la parcela sembrada, resulta de realizar la media de 20 tomas diarias y cuatro medias de ellas, con un total de 1.248 valores de reflectan­cia para la zona A y otros tantos para la B, por día de toma de datos. Se

SÍMBOLOS

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P A S T O S 1978 109

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FIG. 11(6).

110 PASTOS 1978

S Í M B O L O S

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Fio. 12(14-15).

puede observar que mientras en la zona IR, existe una correlación de % de reflectancia y días, no existe, sin embargo, de forma clara, en la parte visible del espectro.

Las curvas obtenidas se pueden explicar física y fisiológicamente, con respecto a los resultados de reflectancia.

P A S T O S 1978 111

Todas ellas obedecen, en su forma general, a una evolución del tipo representado en la figura 15 donde en el eje de abscisas se representa el tiempo y en ordenadas el % de reflectancia.

En macetas, tiene lugar un máximo de respuesta en reflectancia, absor­biendo a continuación gran cantidad de energía. Debido a la floración y como consecuencia de que en esta fase la planta posee mayor desgaste, con anterioridad a la posible visualización de las primeras flores, se detecta esta absorción de energía, no perceptible para el ojo humano, verificán­dose la floración, siete días más tarde, en las condiciones meteorológicas existentes durante la prueba.

( CURVA DE REFLECTANCIA MEDIA DE Á ZH / * ' )

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FIG. 13.—Radiometría: Variación de la reflectancia según las fases de crecimiento en macetas.

Con ello se establece que se puede prevenir y predecir la jase de flo­ración de la alfalfa, siempre que se disponga de documentación suficien­te para comparar y comprobar la curva de reflectancia que se vaya ob­teniendo, con la aquí representada y que se establece como patrón.

Todo ello se ha obtenido trabajando en la zona espectral próximo IR, ya que en la visible no existe una correlación entre días y reflectancias, acorde con la variación en el crecimiento y asimilación de las plantas, como ya hemos mencionado.

Los datos obtenidos por densitometría proporcionan buenos valores, aunque se deben cuidar dos factores:

Que la fotografía no padezca de algún defecto que desvirtúe el re­sultado.

Que la zona escogida para el procesado sea la correcta.

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Por la influencia de este segundo factor, la comparación de resultados obtenidos, se hará entre tendencias generales detectadas, a lo largo de las distintas partes del ciclo, y no, como cambios de valor absoluto medidos de un día respecto a otro.

Es necesario procesar un gran número de fotografías y comparar las semejanzas y diferencias existentes, entre la forma general de la curva de un ciclo, obtenido por radiometría, y la obtenida por densitometría.

Basándonos en fotografías IR verticales, con nuestro sistema de refe­rencia de placas, se fija la escala de grises adecuada y de acuerdo con los valores de densidad absoluta, se establecen las correcciones porcentuales del valor obtenido por procesado, tomando como valor de referencia una D. A. dentro de los límites normales.

Para comparar unas fotografías con otras, se lleva la densidad absoluta de placas, al valor de referencia. El valor absoluto de la densidad de pla­cas se obtiene con el densitómetro absoluto. La corrección se hace de forma proporcional, al ser lineales los valores facilitados por el ordenador, y a este valor corregido se le aplica la transformación logarítmica. Así resulta la tabla expuesta, que permite llegar a los valores de reflectancia, como fun­ción antilogarítmica de la densidad.

De esta forma se llegan a obtener la curva de la figura 15, en que la reflectancia es expresada como función de valores de densidad, y obede­cen en su forma general, a las curvas obtenidas por el radiómetro, ocu­rriendo de igual modo y aproximadamente en los mismos momentos, los puntos de máximos y mínimos, comprobándose así, que las distintas fa­ses pueden ser detectadas por los dos procedimientos.

Independientemente, para que puedan ser comparados los valores de reflectancia relativa con valores absolutos, se han realizado mediciones de

FIG. 15.—Fotografías: Variación de la reflectancia según las fases de crecimiento en las macetas.

P A S T O S 1978 113

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Fie 16.—Reflectancia absoluta. Valores medios correspondientes al día 27'-V'-77.

reflectancia absoluta, con un radiómetro Exotecb, que toma la radiación solar incidente, dando el valor absoluto de reflectancia de vegetación al comparar con ella la radiación reflejada.

La figura 16 muestra las curvas en los cuatro canales del radiómetro, debiendo considerarse, sólo, los valores de reflectancia del canal 4, que es la zona de trabajo de la radiometría relativa y la más informativa, a efectos de vegetación. Ello permite establecer los valores reales de reflec­tancia a que corresponden los relativos expuestos.

CONCLUSIONES

1. La conclusión más importante es que se detectan, por variaciones de energía reflejada en IR, distintas fases del ciclo de crecimiento en el momento de producirse, y otras, como floración y fructificación, se pue-

P A S T O S 1978 115

den predecir con anterioridad a la visualización. Esto es debido a la gran absorción de energía que realiza la alfalfa, en su fases de máximo con­sumo.

2. Se ha obtenido como resultado, que la zona óptima para detectar los distintos momentos vegetativos en que se encuentra la alfalfa, es la correspondiente a las longitudes de onda comprendidas entre 0,7 y 0,9 | im (próximo IR), resultando la zona visible del espectro (0,4-0,7 ¡JL m), in­eficaz para la predicción y detección de las fases en que se encuentran los alfalfares.

3. La energía reflejada (reflectancia), en valor absoluto, varía de unas muestras a otras sensiblemente. Sin embargo, la variación relativa, en reflectancia, de la alfalfa, obedece a una misma curva patrón.

4. Se ha obtenido la curva patrón de variación de reflectancia de la alfalfa en su forma general, pudiendo afirmarse que existe un máximo de reflectancia a partir del cual se puede esperar la formación de las primeras flores. A continuación, existe un mínimo, por la gran absorción de energía que tiene lugar, seguido de otro proceso de absorción energé­tica gradualmente descendente en el que se detecta la floración visible y la planta representa un segundo máximo en reflectancia. Días después em­pieza la fructificación (segundo aumento de consumo de energía impor­tante dentro del ciclo). Por último, la planta entra en fase de decadencia, con caída de hojas y endurecimiento de tallos, hechos por los que queda muy reducida la reflectancia, hasta los nuevos brotes, consecuencia fun­damentalmente de una falta paulatina de recubrimiento.

5. Todo ello puede ser estudiado dentro de la zona espectral cercano IR, mediante la utilización de radiómetros, o bien, empleando películas sensibles en esta zona, con filtros adecuados.

6. La correlación entre las tomas efectuadas los distintos días se pue­de realizar, buscando un sistema de referencia adecuado como placas, pa­neles blancos, cuerpos negros u otros.

7. Las fotografías IR color, proporcionan una idea muy exacta del momento en que se encuentra la vegetación, dentro de su ciclo, y del vi­gor de la misma. Sin embargo, su procesado por densitometría es di­fícil. Por ello, se debe trabajar en IR blanco y negro siempre que se pueda, y cogiendo sólo la zona próximo IR, aunque en IR color a simple vista, aparezca mayor información, por el claro contraste entre hojas jó­venes y viejas, tallos, suelo y flores.

8. El encamado de los alfalfares, incrementa de forma importante los niveles de reflectancia.

La aparición de rebrotes desvirtúa los resultados al final del ciclo, incrementando los % de reflectancia en su salida.

9. La reflectancia permite prevenir y predecir las fases más impor­tantes del ciclo de crecimiento de la alfalfa (en la zona cercano IR), en orden a determinar el momento de la siega, si se establece la hipótesis de que dicha siega se debe realizar justo antes de producirse la floración (de forma visible), ya que en este momento, es cuando la planta posee máxima riqueza y valor alimenticio.

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CURVA PATRÓN: SIGNIFICADO Y CONSECUENCIAS

FIG. 17.—Radiometría: Variación de la reflectancia según las fases de crecimiento en macetas.

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INFRARED DETERMrNATION OF DE ALFALFA (MEDlCAGO SATIVA L.) GROWTH CYCLE

SUMMARY

In the prest repport we obtain a balance of energy using radiometric and pho-tographic techniques in the near infrared (0,7—0,91 ¡i m.).

This balance between received energy in one side and absorbed plus reflected energy on the other side, makes possible to determine the growth cycle of the alfal­fa, detecting the different phases it goes trough. Two different types of alfalfa (Ara­gón and Tierra de Campos) are used four our tests.

Using these techniques it is possible to determine the life moment of the plant relative to blossoming and the best harvest time to prevent the losses in useful pro-tein which are produced at blossoming.

The tests were conducted in a laboratory detecting by way of infrared sensors the different life moments in the plant prior to the visual aparence of the different phases.

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