Discriminación de atributos de superficie de suelos agrícolas con radiometría de campo en regiones del óptico

Abstract

Propiedades superficiales de los suelos como textura y materia orgánica, juegan un rol muy importante en procesos vinculados a la dinámica hídrica y a la degradación de las tierras. Los sistemas conservacionistas de cultivos agrícolas en contraposición con los tradicionales dejan una cantidad variable de residuos post cosecha en superficie (rastrojos). Éstos, manejados adecuadamente, intervienen controlando positivamente los procesos antes mencionados y el balance del carbono en la superficie del suelo. Numerosos estudios demuestran que la respuesta espectral obtenida sobre suelos desnudos con radiometría en laboratorio da resultados más precisos que aquella obtenida desde sensores satelitales en pos de estimar propiedades de suelos. La presencia de rastrojos en la superficie de suelos agrícolas causa cambios en la reflectancia de estos suelos en contraste con suelos desnudos. La precisión en la obtención de las características espectrales de los suelos desde satélites, puede verse incrementada si se mejora la discriminación espectral entre diferentes tipos y proporciones de rastrojos presentes en superficie en suelos agrícolas. El objetivo de este trabajo es mostrar que la respuesta espectral de atributos superficiales de suelos, medida en valores de reflectancia relativa (FR) con radiometría de campo, se ve mejorada con la aplicación de técnicas de preprocesamiento comúnmente utilizadas en espectrometría. Las mediciones radiométricas se realizaron sobre 66 puntos en dos transectas diferentes ubicadas en lotes en producción, una con rastrojo de soja seco (humedad promedio = 6,3 %) y la otra con rastrojo de maíz moderadamente húmedo (humedad promedio= 28,5%). Las coberturas en las transectas variaron entre 30% y 100%para el rastrojo de soja y entre 35% y 88% para el de maíz. Las propiedades texturales, de materia orgánica, y de contenido hídrico de los suelos son similares. Se evaluó la discriminación entre las firmas individuales de cada uno de los puntos medidos en las transectas considerando si se producían cambios en sus formas y en sus valores de reflectancia, y se analizó la correlación con el porcentaje de cobertura (PCR) y la humedad del rastrojo (HR) y del suelo(HS). Las firmas espectrales crudas (FR) no pueden discriminarse en la región entre 350nm y 2000nm, sólo muestran leves diferencias en el pico de absorción entre 2000nm y 2200nm, atribuible a la celulosa y lignina del rastrojo. Se encontró que en las firmas a las que se le aplicó el método “ContinuumRemoval” se mejoró la discriminación. En el visible (entre 450nm y 650nm) se discriminan las firmas de ambas transectas. En el infrarrojo (entre 850nm y 2150nm) sólo la transecta con rastrojo húmedo (TH) muestra considerable discriminación en diferentes bandas espectrales. La transecta con rastrojo seco muestra correlaciones más altas que la TH con PCR y HS tanto en el visible como en el infrarrojo. Se considera que realizar mediciones con radiómetros de campo en condiciones naturales, tal como son observadas desde satélites, y luego aplicar técnicas de preprocesamiento sobre los datos obtenidos, contribuye a detectar con mejor precisión la respuesta espectral de los diferentes componentes presentes en la superficie de suelos agrícolas.

Soil surface properties like organic matter and texture play an important role in processes linked to soil hydric dynamics and land degradation. Conservation agricultural systems leave a variable amount of cover crop residues over soil surfaces; tillage systems, in contrast, do not. The crop residues former ones, when are handled properly, control the previously mentioned processes as well as the soil carbon balance over soil surface. With respect to soil properties estimates, numerous papers show that the spectral response of bare soils from laboratory spectrometry measures are more accurate than those obtained from satellite sensors. Crop residues over agricultural soil surfaces cause significative changes in the reflectance characteristics of those soils compared to bare soils spectral responses. Accuracy in estimations of the spectral responses of soil properties from satellite data can be increased if spectral discrimination among different types and proportions of cover crops residues in soil surface is improved. The aim of this work is to show that the spectral response of soil surface features (acquired in terms of relative reflectance (RF) with field radiometry) improves if common spectrometry preprocessing techniques are applied. The radiometric measures were acquired over 66 points along two different transects located in farm plots that were in production. One of this transects was covered with dry soybean crop residue (average water content = 6, 3 %), and the other one with moderately wet corn crop residue (average water content = 28,5%). The cover crop residues within the transects varied from 30% to 100% for the soybean crop residue, and between 35% and 88% for the corn crop residue. Organic matter, texture and water content properties were similar. Discrimination among spectral signatures from each point measured in the transects was evaluated, and changes in their shapes and in their reflectance values were taken into account. The correlation with the cover crop residue percentage (CRP), the crop residue water content (CRWC) and soil water content (SWC) was considered as well. It is not possible to discriminate the reflectance spectral signature (RF) within the 350nm-2000nm region; but, there is a slight difference in the absorption peak within 2000nm and 2200nm due to cellulose and lignin concentrations from crop residue. The “Continuum Removal” method improved the spectral signatures discrimination, and it was possible to discriminate spectral signatures in the visible region (between 450nm to 650nm) of both transects. In the infrared region (between 850nm to 2150nm), the wet crop residue transect (WT) was the only one that had considerable discrimination in different spectral bands. However, the dry crop residue transect had better correlations than the WT for the CRP and the SWC in both regions (visible and infrared).We consider that improvements on the accuracy of the spectral response of different components from the agricultural soil surfaces can be made with the application of preprocessing techniques to radiometry measures in natural conditions.