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Estimating crop stresses, aboveground dry biomass and yield of corn using multi-temporal optical data combined with a radiation use efficiency model

Liu, J., Pattey, E., Miller, J.R., McNairn, H., et Smith, A.M. (2010). « Estimating crop stresses, aboveground dry biomass and yield of corn using multi-temporal optical data combined with a radiation use efficiency model. », Remote Sensing of Environment, 114(6), p. 1167-1177. doi : 10.1016/j.rse.2010.01.004  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Il est possible d’estimer avec succès certains descripteurs de culture, comme l’indice de surface foliaire (ISF), la fraction du couvert des cultures et le contenu en chlorophylle des feuilles, à l’aide d’indices spectraux appropriés dans les régions du spectre allant du visible au proche infrarouge. Toutefois, ces indices ne permettent pas d’estimer la biomasse sèche, laquelle constitue un indicateur important de la productivité des cultures. Afin d’estimer la biomasse sèche en surface et le rendement des cultures, nous avons élaboré, dans le cadre de la présente étude, une approche visant à intégrer les facteurs de stress pour les cultures ainsi que les descripteurs de culture dérivés de données optiques de télédétection à l’aide du modèle de Monteith (efficience de conversion du rayonnement absorbé). Des données de télédétection multidates ont été acquises au moyen de l’imageur CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager) et des capteurs TM/ETM+ (Thematic Mapper/Enhanced Thematic Mapper Plus) des satellites Landsat-5 et Landsat-7. Ces données ont permis de surveiller les conditions de croissance de cultures de maïs pendant les saisons de végétation de 2001 et de 2006. Nous avons utilisé l’indice MTVI2 (Modified triangular vegetation index), dérivé de données de télédétection, pour estimer la fraction du rayonnement photosynthétiquement actif (fAPAR) absorbé par les cultures. Un modèle de la dynamique de la structure du couvert végétal a ensuite été utilisé pour simuler la variation de la valeur fAPAR en fonction des saisons. Le stress hydrique causé aux cultures a été estimé en analysant la réflectance des images Landsat captées dans le proche infrarouge et l’infrarouge à ondes courtes lors d’une période sèche de la saison de végétation de 2001. En estimant le contenu en chlorophylle du feuillage à l’aide des indices TCARI (Transformed Chlorophyll Absorption in Reflectance Index) et OSAVI (Optimized Soil Adjusted Vegetation Index), nous avons pu établir que le feuillage contenait différentes concentrations d’azote. Pour les deux saisons de végétation, la biomasse sèche en surface et le rendement des cultures présentaient une relation linéaire avec la quantité de rayonnement photosynthétiquement actif absorbé (APAR) que nous avons dérivée au moyen du modèle de Monteith. L’APAR cumulatif comptait pour 96 % de la biomasse sèche de maïs en surface et pour 72 % de la variabilité du rendement. La variabilité de la biomasse et du rendement s’expliquent en partie par la variation de l’intensité du stress hydrique causé aux cultures, lequel dépend de la texture du sol. L’efficience de conversion du rayonnement absorbé a été stable au cours des deux années à environ 3,9 g MJ-1, avec un intervalle de confiance de 0,6 g MJ-1 au niveau de confiance 95%. L’intégration des données de télédétection au modèle d’efficience de conversion du rayonnement a grandement contribué au suivi de l’accumulation de la biomasse sèche et à l’estimation du rendement des cultures de maïs.

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