Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work uses remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) techniques for the
support of irrigation management and crop monitoring of center pivot irrigated areas with
particular emphasis on the estimation of the basal crop coefficient (Kcb). Besides the traditional
meteorological approach, it can be seen that the use of information from moderate spatial
resolution sensors (TM/Landsat) is coming forward, especially in the last two decades. The
remote sensing information, implemented in energy balance models of the soil surface as SEBAL
or METRIC, or assimilated and correlated with soil water balance models as SIMDualKc can
provide estimations of crop coefficient (Kcb) and evapotranspiration (ET) which are closer to local
conditions, due to pixel level spatial information. The organization of information related to
irrigation management in GIS environment provides the means for efficient visualization of the
agricultural cycle dynamics in several levels. Cross-linked information allows the understanding
of vegetation and soil characteristics, together with rainfall and irrigation effects and the crop
water demand. The GIS database created in this work helped to identify: (i) rainfall spatial
distribution; (ii) crops and phenological stages, by the normalized difference vegetation index
(NDVI); (iii) land use; e (iv) erosion risk and agricultural potential. The NDVI showed a
sensitivity of 0.02 units for the identification of phenological stages and crop cycle features for
central pivot irrigated soybean and maize in the typical conditions of southern Brazil. The
resulting FAO56-like crop growth stages for maize and soybean were, respectively: [0.0-0.4] and
[0.0-0.3] for the initial period; [0.4-0.75] and [0.3-0.85] for the rapid growth period; [0.75-0.1]
and [0.85-1.0] for mid-season period; [0.75-0.3] and [0.85-0.3] for late season period. The average
relative error (ARE) was around 7%. The curves also showed a kind of fingerprint of the crop
type and management practices in the region that could be associated with the phenological stages
in the growing season, as a good tool for agricultural monitoring. The assimilation of NDVI data
to Kcb was made through the correlation equation between the Kcb output of a FAO56-like soil
water balance model (SIMDualKc) and the obtained a Kcb NDVI assimilated function. The actual
irrigation coefficient Kcb act NDVI was obtained through the product of the assimilated Kcb potNDVI
with the stress coefficient (Ks) output of the SIMDualKc model. The average relative error (ARE)
between the assimilated general KcbNDVI curve and the individual pivot curves was lower than
30% for both potential and actual Kcb. The results showed that the assimilation of NDVI for the
calculation of Kcb with the methodology proposed can potentially benefit the irrigation
management with a better adjustment of the values to the actual condition of the crop during the
growing season. This can be a useful tool for the determination of the water demand of soybean
and maize in irrigated fields in Brazil. The methodology may also be adequate as a base to be
adapted for unmanned air vehicles based monitoring with NDVI sensors. / Este trabalho aplicou técnicas de sensoriamento remoto (SR) e sistema de informação geográfica
(SIG) para o apoio ao monitoramento de áreas irrigadas por pivô central com ênfase principalmente na
estimativa do coeficiente de cultura basal (Kcb). O uso de informações de sensores de moderada
resolução espacial (TM/Landsat) tem avançado muito nas últimas décadas implementados em modelos
de balanço de energia à superfície do solo como o SEBAL e o METRIC, ou assimiladas e
correlacionadas com modelos de balanço de água no solo como SIMDualKc. Complementados com
dados meteorológicos, podem prover estimativas de coeficientes de cultura (Kc) e a evapotranspiração
(ET) mais condizentes com as condições locais, de uma forma espacializada, visto que as imagens de
satélite possuem informações específicas em cada pixel. Essas informações podem apoiar o manejo da
irrigação e serem agrupadas e organizadas em SIG para uma visualização eficiente da atividade
agrícola, de forma a retratar a realidade de áreas cultivadas. O cruzamento das informações permite
um entendimento das características da vegetação, do solo, da precipitação e da demanda de água
pelas culturas. O banco geográfico desenvolvido no SIG foi capaz de identificar: (i) a distribuição
espacial das chuvas; (ii) culturas e estádios fenológicos, por meio do índice de vegetação por diferença
normalizada (NDVI); (iii) uso dos solos; e (iv) áreas de risco a erosão e aptidão agrícola. O NDVI
mostrou-se uma boa ferramenta para a identificação dos estádios fenológicos das culturas do milho e
soja na região Sul do Brasil, pois sua sensibilidade foi de 0,02, permitindo, também, determinar os
principais estádios de desenvolvimento das culturas e apoiar o calendário de irrigações. Os resultados
dos estádios de desenvolvimento para milho e soja foram respectivamente: [0,0-0,4] e [0,0-0,3] inicial;
[0,4-0,75] e [0,3-0,85] desenvolvimento rápido; [0,75-0,1] e [0,85-1,0] desenvolvimento
intermediário; [0,75-0,3] e [0,85-0,3] estádio final. O erro médio relativo (ARE) ficou em torno de
7%. As curvas de NDVI também mostraram uma espécie de impressão digital das espécies de culturas
locais e práticas de manejo agrícola. Os resultados globais da calibração local dos Kcb a partir do SR
correlacionados e assimilados com dados do modelo SIMDualKc mostraram um bom ajuste para
condições de ausência de estresse hídrico. Em condições de possível ocorrência de estresse, o Kcb real
assimilado, Kcb act NDVI pode ser calculado pelo produto do Kcb pot NDVI com o coeficiente de estresse (Ks)
fornecido pelo SIMDualKc, e assim prover um melhor ajuste com a realidade da cultura. O erro médio
relativo ARE<30% foi achado entre a curva média representativa da região e as curvas dos pivôs
individuais. Considerando os resultados obtidos, a estimativa de Kcb por meio de NDVI pode
representar uma ferramenta útil para a determinação das necessidades hídricas das culturas da soja e
milho, irrigadas por pivô central no Sul do Brasil, visando apoiar o planejamento e gerenciamento da
irrigação. Esta metodologia é adequada como base a ser adaptada para o monitoramento por meio de
veículos aéreos não tripulados (VANT) equipados com sensores NDVI, onde as informações como
fenologia, Kc e ET, poderão ser estimadas, ajustadas, calibradas e assimiladas em tempo real por
modelos de balanço de água no solo e/ou modelos de balanço de energia na superfície.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/3376 |
| Date | 10 May 2016 |
| Creators | Bariani, Cassiane Jrayj de Melo Victoria |
| Contributors | Carlesso, Reimar, Petry, Mirta Teresinha, Breunig, Fábio Marcelo, Missio, Eloir, Martins, Juliano Dalcin |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo, UFSM, BR, Agronomia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 500100100005, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 1a6ccd1d-16e8-4110-910c-7178d86e0944, 37fba8fd-c9d9-49f1-a714-1eb7a6f15b4c, 5576e48a-0ed8-4b43-8d05-c4580270b5f1, 94cec116-523b-40ff-a1b9-83ab16f6d290, 536df25e-47d2-48fd-8f84-062259f5ec6f, aa533a65-a0af-4454-b60e-c5ded63fbcb0 |
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