Identification of suitable areas for irrigated rice cropping using MODIS images and hand model

Abstract

One of the most relevant activities of Brazilian economy is agriculture. Among the main crops in Brazil, rice is one of high relevance. The state of Rio Grande do Sul, in Southern Brazil, is responsible for 68.7% of domestic production (IBGE, 2013). The goal of this study was to develop a low-cost methodology with a regional scope to identify suitable areas for irrigated rice cropping in this state, using spectro-temporal behavior of vegetation index by means of MODIS images and HAND model. The rice-cropped area of this study was the southern half of the State. Using the HAND model, flood areas were mapped to identify irrigated rice cultivation. We used multi-temporal images of vegetation index from MODIS sensor, covering the period from August 2001 to May 2012. To assess the results, we used data collected in the fields and cropped area information from IBGE. The results showed that the proposed methodology was satisfactory, with Kappa 0.92 and global accuracy of 98.18%. As result, MODIS sensor data and flood areas delineation by means of HAND model generated the estimate irrigated rice area for the area of study.

Uma das atividades mais relevantes para a economia brasileira é a agricultura. O arroz está entre os produtos de maior importância no cenário agrícola nacional, e o Estado do Rio Grande do Sul é o responsável por 68,7 % da produção nacional (IBGE, 2013). O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia de baixo custo, com uma abrangência regional capaz de discriminar as áreas utilizáveis para o cultivo de arroz irrigado, no Estado do Rio Grande do Sul, a partir do comportamento espectro-temporal de índices de vegetação de imagens MÓDIS e do Modelo HAND. A área de estudo limitou-se à metade sul do Estado do Rio Grande do Sul, que compreende a região produtora de arroz irrigado, onde, a partir do modelo HAND, foram mapeadas as áreas de inundação para discriminar a cultura do arroz irrigado. Foram utilizadas imagens multitemporais de índice de vegetação EVI do sensor MÓDIS, abrangendo o período de agosto de 2011 a maio de 2012. Para avaliar os resultados, foram utilizados dados coletados a campo e dados de área cultivada do IBGE. Os resultados mostraram que a metodologia proposta foi satisfatória, com Kappa de 0,92 e Exatidão Global de 98,18%. Portanto, o uso de dados multitemporais e de moderada resolução espacial, provenientes do sensor MÓDIS, aliados à delimitação de áreas próprias para inundação, utilizando o modelo HAND, torna possível gerar e disponibilizar dados de estimativa de área cultivada de arroz irrigado para a área de estudo.