پایش وضعیت آبی درختان زیتون به روش تصویربرداری حرارتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی مکانیک ماشین‏های کشاورزی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استاد گروه مهندسی مکانیک ماشین‏های کشاورزی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

3 دانشیار دانشکدۀ مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان

4 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

به‌منظور کاهش مصرف آب در بخش کشاورزی، روش‏هایی با عنوان کم‌آبیاری، با اعمال سطح مشخصی از تنش آبی پیشنهاد می‏شود. مدیریت و کنترل دقیق سطح تنش آبی اعمال‌شده به گیاه، برای جلوگیری از افت شدید محصول، ضروری است. روش‏های مرسوم اندازه‏گیری تنش آبی، مانند هدایت روزنه‏ای، وقت‌گیر است و به نیروی متخصص و تکرار زیاد نیاز دارد. دمای سطح برگ یا کانوپی می‏تواند شاخصی از هدایت روزنه‏ای یا سطح تنش آبی باشد، ولی عوامل محیطی نیز نقش به‌سزایی در دمای کانوپی دارند. با مقایسۀ دمای کانوپی با دمای دو مرجع مصنوعی تر و خشک در شاخص تنش آبی گیاه (CWSI) از تأثیر عوامل محیطی کاسته می‏شود. ترموگرافی روشی نوین در اندازه‏گیری دما به‌صورت غیرتماسی است که دمای گیاه را بدون دخالت در فعالیت برگ‏ها خارج می‌کند. هدف اصلی این پژوهش استخراج شاخص تنش آبی گیاه با تصاویر ترموگرافی و بررسی توانایی آن‏ در پیش‏بینی هدایت روزنه‏ای است. بدین منظور از درختان زیتون در پنج سطح کم‌آبیاری و از هر سطح سه درخت، تصویربرداری شد. مراجع تر و خشک نیز برای این منظور طراحی و در میدان دید دوربین قرار داده شد. نتایج نشان داد که این شاخص به‌خوبی قادر به پیش‌بینی هدایت روزنه‏ای (83/0 R2=) درخت زیتون است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Water stress monitoring in olive trees using thermal imaging

نویسندگان [English]

  • Pedram Shoa 1
  • Abbas Hemmat 2
  • Rasoul Amirfattahi 3
  • Mehdi Gheysari 4
1 MS Student, Department of Agricultural Machinery Engineering, College of Agriculture, Isfahan
2 Professor, Department of Agricultural Machinery Engineering, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan
3 Associated professor, Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology.
4 Assistant professor, Department of Water Engineering, College of Agriculture, Isfahan University of technology.
چکیده [English]

In order to decrease water consumption in agricultural sector, deficit irrigation has been suggested. For preventing a heavy loss in crop yield, management of water stress is essential. Common methods for measuring plant water stress such as stomatal conductance are time-consuming and require specialized labor and a large number of measurement. Temperature of leaf or canopy surface can be an indicator of stomatal conductance or plant water stress. Canopy temperature is not only affected by stomatal conductance, but also with environmental conditions such as air temperature or vapor pressure deficit. Crop water stress index (CWSI) is recently proposed to solve these problems. By comparing the canopy temperature with two reference temperatures in crop water stress index, the effect of environmental conditions can be minimized. Thermography is a non-contact approach toward surface temperature measurement without interfering with plant activities. The general goal of this study was to obtain CWSI using thermal images and to evaluate the potential of this method for predicting the stomatal conductance. In order to achieve this goal, thermal images from olive trees under five deficit irrigation treatments with three replications were obtained. The results showed a significant (R2ADJ = 0.83) relationship between CWSI and the stomatal conductance

کلیدواژه‌ها [English]

  • thermography
  • water stress
  • Canopy temperature
  • Stomatal conductance
  • Crop water stress index
Agam, N., Cohen, Y., Berni, J.A.J., Alchanatis, V., Cool, D., Dag, A., Yermiyahu, U. & Ben-Gal, A. (2013). An insight to the performance of crop water stress index for olive trees. Agricultural Water Management, 118, 79-86.

Blonquist, J. M., Norman, J. M. & Bugbee, B. (2009). Automated measurement of canopy stomatal conductance based on infrared temperature. Agricultural and forest Meteorology, 149, 2183–2197.

Caruso, G., Rapoport, H. F. & Gucci, R. (2013). Long-term evaluation of yield components of young olive trees during the onset of fruit production under different irrigation regimes. Irrigation science, 31, 37-47.

Colaizzi, P. D., Evett, S. R., Howell, T. A. & Tolk, J. A. (2004). Comparison of aerodynamic and radiometric surface temperature using precision weighing lysimeters. Remote Sensing and modelling of ecosystems for Sustainability, 55 (44), 215–229.

Costa, J. M., Ortuno, M. F. & Chaves, M. M. (2007). Deficit Irrigation as a Strategy to Save Water: Physiology and Potential Application to Horticulture. Journal of Integrative Plant Biology, 49 (10), 1421–1434.

Hamdi, A., Ragheb, R. & Scarascia-Mungonza, E. (2003). Coping with water scarcity: water saving and increasing water productivity. Irrigation and Drainage, 52, 3-20.

Irmak, S., Haman, D. Z., & Bastug, R. (2000). Determination of crop water stress index for irrigation timing and yield estimation of corn. Agronomy Journal, 92, 1221–1227.

Jackson, R. D., Idso, S. B., Reginato, R. J. & P. J. Pinter. (1981). Canopy temperature as a crop water-stress indicator. Water Resource Research, 17, 1133–1138.

Jones HG. (2004). Irrigation scheduling: advantages and pitfalls of plant-based methods. Journal of Experimental Botany, 55, 2427–2436.

Jones, H. G., Archer, N., Rotenberg, E. & Casa, R. (2003). Radiation measurement for plant eco-physiology. Journal of Experimental Botany, 54, 879–889.

Jones, H. G., Serraj, Loveys, R. B. R., Xiong, L. Z., Wheaton, A. & Price, A. H. (2009). Thermal infrared imaging of crop canopies for the remote diagnosis and quantification of plant responses to water stress in the field. Functional Plant Biology, 36, 978–989.

Maes, W. H., Achten, W. M. J., Reubens, B. & Muys, B. (2011). Monitoring stomatal conductance of Jatropha curcas seedlings under different levels of water shortage with infrared thermography. Agricultural and Forest Meteorology, 15, 554–564.

Maes, W. H. & Steppe K. (2012). Estimating evapotranspiration and drought stress with ground-based thermal remote sensing in agriculture: a review. Journal of Experimental Botany, 63, 4671–4712.

Matsushima, D. (2005). Relations between aerodynamic parameters of heat transfer and thermal-infrared thermometry in the bulk surface formulation. Journal of meteorological society of japan, 83, 373–389.

Meron, M., Sprinstin, M., Tsipris, J., Alchanatis, V. & Cohen, Y. (2013). Foliage temperature extraction from thermal imagery for crop water stress determination. Precision Agriculture, 14, 467–477.

Meron M., Tsipris, J., Orlov, V., Alchanatis, V. & Cohen, Y. (2010). Crop water stress mapping for site-specific irrigation by thermal imagery and artificial reference surfaces. Precision Agriculture, 11, 148–162.

Möller, M., Alchanatis, V., Cohen, Y., Meron, M., Tsipris, J., Naor, A., Ostrovsky, V., Sprintsin, M. & Cohen, S. (2007). Use of thermal and visible imagery for estimating crop water status of irrigated grapevine. Journal of Experimental Botany, 58, 827–838.

Moran, M. S., Clarke, T. R., Inoue, Y. & Vidal, A. (1994). Estimating crop water deficit using the relation between surface-air temperature and spectral vegetation index. Remote Sensing of Environment, 49, 246–263.

Pou, A., Diago, M.P., Medrano, H., Baluja, J. & Tardaguila, J. (2014). Validation of thermal indices for water status identification in grapevine. Agricultural Water Management, 134, 60-72.