Temporal dynamics of spectral reflectance and vegetation indices during canola crop cycle in southern Brazil

Abstract

The objective of this study was to characterize the variability of spectral reflectance and temporal profiles of vegetation indices associated with nitrogen fertilization, crop cycle periods, and weather conditions of the growing season in canola canopies in southern Brazil. An experiment was carried out during the 2013 and 2014 canola growing seasons at EMBRAPA Trigo, Passo Fundo, state of Rio Grande do Sul, Brazil. The experiment was conducted in a randomized block design with four replications. Five doses of nitrogen top dressing were used as treatments: 10, 20, 40, 80, and 160kg ha-1. Measurements were obtained with the spectroradiometer positioned above the canopy, to construct spectral reflectance curves for canola and establish temporal profiles for several vegetation indices (SR, NDVI, EVI, SAVI, and GNDVI). In addition, data on shoot dry matter were obtained and phenological stages were determined. The spectral reflectance curves of canola were reported to change with canopy growth and development. Temporal profiles of vegetation indices showed two maximum peaks, one before flowering and other after flowering. The indices SR, NDVI, EVI, SAVI, and GNDVI were able to characterize changes in the canola canopy over time, as a function of phenological phases, weather conditions, and nitrogen fertilization, throughout the development cycle. Plant growth and development, variations in crop management, and environmental conditions affect the spectral response of canola.

O objetivo deste trabalho foi caracterizar a variabilidade da reflectância espectral e dos perfis temporais dos índices de vegetação de dosséis de canola, associada à adubação nitrogenada, aos períodos do ciclo da cultura e às condições meteorológicas no sul do Brasil. Foi instalado um experimento nas safras de 2013 e 2014, na EMBRAPA Trigo, em Passo Fundo, RS. O delineamento experimental foi de blocos casualizados com quatro repetições. Foram utilizados os tratamentos de cinco doses de nitrogênio em cobertura: 10, 20, 40, 80, 160kg ha-1. Foram realizadas medições com espectrorradiômetro, sobre o dossel, para compor curvas de reflectância espectral da canola e perfis temporais dos índices de vegetação SR, NDVI, EVI, SAVI e GNDVI. Também foram obtidos dados de matéria seca da parte aérea e feitas determinações de fenologia. Verificou-se que as curvas de reflectância espectral da canola mudaram com o crescimento e desenvolvimento do dossel. Os perfis temporais dos índices de vegetação apresentaram dois picos máximos, um antes e outro após o florescimento. Os índices SR, NDVI, EVI, SAVI e GNDVI foram capazes de caracterizar temporalmente as modificações do dossel da canola ao longo do ciclo, em função de fases fenológicas, condições meteorológicas e adubação nitrogenada. O crescimento e desenvolvimento das plantas, as variações de manejo da cultura e as condições ambientais afetam a resposta espectral da canola.