Assessment of RapidEye vegetation indices for estimation of leaf area index and biomass in corn and soybean crops.

Kross, A., McNairn, H., Lapen, D.R., Sunohara, M., et Champagne, C. (2015). « Assessment of RapidEye vegetation indices for estimation of leaf area index and biomass in corn and soybean crops. », International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 34(1), p. 235-248. doi : 10.1016/j.jag.2014.08.002  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

L’indice foliaire (indice de superficie foliaire) et la biomasse sont des indicateurs importants de l’état de développement des plantes cultivées. Cette information peut donc aider le producteur à prendre certaines décisions, dans la mesure où elle est accessible au cours de la saison de culture. La présente étude a permis de démontrer que les données multispectrales RapidEye peuvent servir à estimer l’indice foliaire et la biomasse dans le cas de deux types de cultures, le maïs et le soja, bien différents quant à la structure du couvert, à la structure de la feuille et à la voie de photosynthèse. Nous avons évalué les avantages des données RapidEye, en termes de résolution temporelle (environ 1 jour), de résolution spatiale (environ ∼5 m) et d’information spectrale (incluant la bordure rouge), que les capteurs soient utilisés isolément ou en constellation. Nous avons calculé 7 indices de végétation fondés sur diverses combinaisons des réflectances dans le vert, le rouge, la bordure rouge et le proche infrarouge, à partir d’images RapidEye prises de 2011 à 2013. Au cours de la même période, nous avons recueilli des données sur l’indice foliaire et la biomasse, afin de pouvoir étalonner et valider les relations existant entre les indices de végétation et l’indice foliaire ainsi que la biomasse aérienne sèche. La plupart des indices se sont révélés sensibles à l’indice foliaire depuis la levée jusqu’à un indice foliaire de 8 m2/m2. L’indice de végétation par différence normalisée (IVDN), l’IVDN dans la bordure rouge et l’IVDN dans le vert étaient insensibles au type de culture et présentaient des coefficients de variation (CV) de 19 à 27 % ainsi que des coefficients de détermination de 86 à 88 %. L’IVDN a donné les meilleurs résultats pour l’estimation de la biomasse sèche des feuilles (CV = 27 % et r2 = 0,90), tout en étant insensible au type de culture. Par rapport aux indices multispectraux habituellement utilisés, les indices fondés sur la bordure rouge n’ont pas permis une amélioration appréciable des estimations de l’indice foliaire et de la biomasse. Les indices de végétation cumulatifs ont donné des résultats robustes pour l’estimation de la biomasse aérienne sèche, particulièrement dans le cas du maïs (CV ≤ 20 %). La présente étude montre qu’on peut obtenir une surveillance continue de l’indice foliaire dans le temps et dans l’espace, à l’échelle du champ, en combinant les données RapidEye, Landsat et SPOT et en appliquant des fonctions d’ajustement optimal liées aux capteurs utilisés. Cette approche permet de réduire ou éliminer la nécessité d’un rééchantillonnage à l’égard de la réflectance, d’un interétalonnage des indices de végétation et d’un rééchantillonnage spatial.

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