The
objective of the research was to determine the relationship between
soil salinity and the state of the vegetation in areas of the Sugar Mill
UEB “Urbano Noris”, in Holguín Province. The image used was corrected
radiometrically with the use of the QGis 3.10A Coruña software and the
NDVI and SI indices were determined. By means of a random sampling in 10
production units, the values were extracted in 50 points separated at
100 meters to perform the regression analysis between the salinity and
the vegetation indexes and to interpret their statistics by using the
Statgraphics Plus 5.0 software. The use of the NDVI as an indicator of
the vegetation state showed the presence of vast areas under stress with
values lower than 0.5, just as the saline index showed a high
proportion of soils with high salt content with negative indices from -1
to 0. The use of remote sensing to determine soil salinity showed that
between them there is a negative correlation of - 88.44% and a
determination of 71.25%, which defines a inverse dependence between both
variables.
Keywords:
linear regression; salinity index; vegetation index.
INTRODUCTION
Salinization is an edaphological process that frequently affects the soils of arid and semi-arid regions according to Wang et al. (2020)WANG,
J.; DING, J.; YU, D.; TENG, D.; HE, B.; CHEN, X.; GE, X.; ZHANG, Z.;
WANG, Y.; YANG, X.; SHI, T.; SU, F.: “Machine learning-based detection
of soil salinity in an arid desert region, Northwest China: A comparison
between Landsat-8 OLI and Sentinel-2 MSI”, Science of the Total Environment, 707: 1-11, 2020, ISSN: 0048-9697, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136092.,
which limits the number of species that can be cultivated in these
soils. The salinity of a soil is determined by the set of all soluble
salts contained in the soil and can be estimated by measuring the
electrical conductivity (EC) of a solution extracted from the soil.
They are commonly evaluated through laboratory tests, which leads to a greater expenditure of time and resources (El Harti et al., 2016EL
HARTI, A.; LHISSOU, R.; CHOKMANI, K.; OUZEMOU, J.; HASSOUNA, M.;
BACHAOUI, E.M.; EL GHMARI, A.: “Spatiotemporal monitoring of soil
salinization in irrigated Tadla Plain (Morocco) using satellite spectral
indices”, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 50: 64-73, 2016, ISSN: 0303-2434, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.jag.2016.03.008.).
Given this situation, the use of remote sensing or remote sensing
becomes more feasible. This novel technique, with great potential for
collecting soil data, has been used for the detection of salinity both
spatially and temporally (Allbed et al., 2014ALLBED,
A.; KUMAR, L.; ALDAKHEEL, Y.Y.: “Assessing soil salinity using soil
salinity and vegetation indices derived from IKONOS high-spatial
resolution imageries: Applications in a date palm dominated region”, Geoderma, 230: 1-8, 2014, ISSN: 0016-7061, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.03.025).
Their study is based on the spectral
characteristics of the soil. Soil salinity monitoring is based on
measuring the increase in soil reflectance as the salinization refracted
in the short and long range bands of visible infrared increases (Sidike et al., 2014SIDIKE,
A.; ZHAO, S.; WEN, Y.: “Estimating soil salinity in Pingluo County of
China using QuickBird data and soil reflectance spectra”, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 26: 156-175, 2014, ISSN: 0303-2434, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.jag.2013.06.002.). In research carried out in Cuba, (Lau et al. 2003LAU,
Q.A.; LHERMITTE, S.; GILLIAMS, S.; RUIZ, P.M.E.: “Relación de la
salinidad del suelo con la reflectancia multiespectral de la caña de
azúcar cultivada en condiciones extremas”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 12(3): 19-29, 2003, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054., 2005LAU,
Q.A.; GAREA, L.E.; RUIZ, P.M.E.: “Estimación de la salinidad de los
suelos utilizando una imagen espectrozonal y el sistema de información
geográfica TELEMAP”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 14(1): 47-54, 2005, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.)
confirmed the use of remote sensing as a supporting tool for the
management of soil salinity in crops through salinity maps, given that
it is a stress factor in sugarcane cultivation.
Due to the above,
the objective of the research was to determine the relationship between
soil salinity and the vegetation state of sugarcane cultivation in
areas of the Sugar Mill UEB “Urbano Noris”, in Holguín Province by using
remote sensing.
MATERIALS AND METHODS
The
investigation was carried out in November 2020. To download the
satellite image, the United States Geological Survey (USGS) was
accessed, in grid 011/046 and the one referring to September 19, 2020
was taken (LC08_L1TP_011046_20200919_20201006_01_T1. tar) of the Landsat
8 OLI / TIRS satellite which has the following characteristics (Table 1).
TABLE 1.
Characteristics of the Landsat 8 OLI / TIRS sensor according to USGS (2020)USGS: USGS
EROS Archive, Landsat Archives, Landsat 8 OLI (Operational Land Imager)
and TIRS (Thermal Infrared Sensor) Level-1 Data Products, [en línea], Inst. Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), USA, 2020, Disponible en:https://earthexplorer.usgs.gov, [Consulta: 17 de noviembre de 2020].
Bands
Color of bands
Wavelength (µm)
Resolution (meters)
1
Coastal spray
0.433-0.453
30
2
Blue
0.450-0.515
30
3
Green
0.525-0.600
30
4
Red
0.630-0.680
30
5
Near infrared (NIR)
0.845-0.885
30
6
Infrared Short wave (SWIR1)
1.560-1.660
30
7
Infrared Short wave (SWIR2)
2.100-2.300
30
8
Panchromatic
0.500-0.680
15
9
Cirrus
1.360-1.390
30
10
Thermal infrared (TIRS) 1
10.30-11.30
100
11
Thermal infrared (TIRS) 2
11.50-12.50
100
Because of their cumulus and time, Landsat images have a
spatial resolution of 30 m, temporal resolution of 16 days, and a ground
cover of 185 km. For the analysis of the satellite images, the QGis
3.10A Coruña software was projected in the WGS 84 UTM Zone 18 North
coordinate system where the radiometric correction was made and the
spectral indices of vegetation and salinity were calculated (Table 2).
TABLE 2.
Spectral indices of vegetation and salinity determined from the satellite images
Spectral Index
Expression
References
NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)
(BNir-BRed)/( BNir+BRed)
Rouse et al. (1974)ROUSE, J.; HAAS, R.H.; SCHELL, J.A.; DEERING, D.W.: Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS,
no. ser. Work of the US Gov. Public Use Permitted, Ed. NASA Special
Publication, NASA. Goddard Space Flight Center 3d ERTS-1 Sym ed., vol.
Vol. 1, Sect. A., USA, 1974.
SI (Salinity Index)
(BSWIR1-BSWIR2)/(BSWIR1+BSWIR2)
Bannari et al. (2008)BANNARI,
A.; GUEDON, A.; EL‐HARTI, A.; CHERKAOUI, F.; EL‐GHMARI, A.:
“Characterization of slightly and moderately saline and sodic soils in
irrigated agricultural land using simulated data of advanced land
imaging (EO‐1) sensor”, Communications in Soil Science and Plant Analysis, 39(19-20): 2795-2811, 2008, ISSN: 0010-3624, DOI: https://dx.doi.org/10.1080/00103620802432717.
For the determination of the relationship between soil
salinity and sugarcane crop, it was considered that the cultivated soil
is Vertisol type with glyic properties according to Hernández et al. (2015)HERNÁNDEZ, J.; PÉREZ, J.; BOSCH, I.; CASTRO, S.: Clasificación de los suelos de Cuba 2015, Ed. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas e Instituto de Suelos, La Habana, Cuba, 93 p., 2015, ISBN: 978-959-7023-77-7..
A completely randomized sampling was carried out in the units of
sugarcane blocks from one to ten in Sugar Mill UEB “Urbano Noris”. Fifty
sampling points separated at a distance of 100 meters (Figure 1) were taken for the measurings whose values were located in the vegetation and salinity maps.
FIGURE 1.
Completely randomized sampling scheme of
the sugarcane blocks in the Sugar Mill UEB “Urbano Noris”of the
radiomeric corrected image and the combinations of bands 6-5-4.
After extracting the values of the sampling points, a database
was created to determine the relationship between the NDVI and the SI,
applying linear regression analysis and the characteristics of its
statistics in the software Stargraphics Plus 5.0. as statistics tool.
RESULTS AND DISCUSSION
The determination of the vegetative index NDVI is shown in Figure 2. There, it is observed that it oscillates between the values of -1 to 1 and, according to Rawashdeh' classification (2012)RAWASHDEH, S.B.A.: “Assessment of change detection method based on normalized vegetation index in environmental studies”, International Journal of Applied Science and Engineering, 10(2): 89-97, 2012. for values from 0 to 0.5, there is little vegetation in the study area.
FIGURE 2.
Determination of the vegetation index (NDVI) in areas of the Sugar Mill UEB “Urbano Noris”.
The reflectivity of the vegetation covers is determined by
optical characteristics and spatial distribution of all its
constituents, which include the soil on which the vegetation is, as well
as their proportions (Gilabert et al., 1997GILABERT, M.A.; GONZÁLEZ, P.J.; GARCÍA, H.J.: “Acerca de los índices de vegetación”, Revista de teledetección, 8(1): 1-10, 1997, ISSN: 1133-0953.). Meera et al. (2015)MEERA,
G.G.; PARTHIBAN, S.; THUMMALU, N.; CHRISTY, A.: “Ndvi: Vegetation
change detection using remote sensing and gis-A case study of Vellore
District”, Procedia Computer Science, 57: 1199-1210, 2015, ISSN: 1877-0509, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.procs.2015.07.415.
refer that the decrease of water content in the soil due to various
reasons in the ecosystem, causes a tendency to dissipate the crop
greenness and, therefore, the NDVI values. One of the causes of the
variation in the state of the vegetation is the absorption of energy
(electromagnetic radiation absorbed inside the sensor). This energy is a
process that is quantized, these features are located at specific
wavelengths, which depend on the presence of certain components in the
material according to Baret (1995)BARET, F.: Use of spectra1 reflectance variation to retrieve canopy biophysical character in Danson,
Ed. John Wiley, Advances in Environmenal Remote Sensing. (F.M. Danson
and S.E. Plummer eds) ed., Chichester, New York, USA, 33-51 p., 1995.,
thus, for example, features that are a consequence of electronic
transitions such as those due to the presence of iron oxides or the
presence of chlorophyll are located in the visible region of the
spectrum, while those due to rotational transitions such as those of the
ion OH- occur in the near infrared area.
FIGURE 3.
Salinity index (SI) determined in the Sugar Mill UEB “Urbano Noris”.
Remote sensing of salinity from NDVI has been widely used,
since the state of the vegetation is presented according to salinity
stress (Allbed et al., 2014ALLBED,
A.; KUMAR, L.; ALDAKHEEL, Y.Y.: “Assessing soil salinity using soil
salinity and vegetation indices derived from IKONOS high-spatial
resolution imageries: Applications in a date palm dominated region”, Geoderma, 230: 1-8, 2014, ISSN: 0016-7061, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.03.025). Figure 3 illustrates the determination of the salt index; for which Elhag (2016)ELHAG, M.: “Evaluation of different soil salinity mapping using remote sensing techniques in arid ecosystems, Saudi Arabia”, Journal of Sensors, 2016: 1-8, 2016, ISSN: 1687-725X, DOI: https://dx.doi.org/10.1155/2016/7596175.
reports that the values indicate the state of soil salinity varies from
-1 (high presence of salts in the soil) to 1 (low presence of salts in
the soil). In the visible region, the pigments of the leaves absorb most
of the light they receive; in the near infrared these substances are
quite transparent. For this reason, the cultivation of sugarcane in a
good vegetative state offers low reflectivity in the red band of the
spectrum and high in the near infrared, so that the greater the vigor
that the crop presents, the greater the contrast between the reflectance
values captured in both bands will be.
Low reflectance values in
the near infrared and an increase in the visible one indicate that the
sugarcane crop is in poor condition, one of whose causes is the high
salinity of the soil (Soca, 2015SOCA, R.: Identificación
de tierras degradadas por salinidad del suelo en los cultivos de caña
de azúcar en Pomalca usando imágenes de satélite, Universidad
Nacional Mayor de San Marcos, Facultad de Ciencias Físicas, Tesis para
optar el Grado Académico de Magíster en Física con mención en Geofísica,
Lima, Perú, 2015.).
Platonov et al. (2013)PLATONOV, A.; NOBLE, A.; KUZIEV, R.: Soil salinity mapping using multi-temporal satellite images in agricultural fields of Syrdarya province of Uzbekistan, Ed. Developments in Soil Salinity Assessment and Reclamation, Springer, Dordrecht, 2013, DOI: https://dx.doi.org/10.1007/978-94-007-5684-7_5.
describe that in order to identify the state of the vegetation in the
face of saline stress, the analysis of large areas is necessary due to
the variation in the use and management of the soil by producers (Muller, 2017MULLER, S.J.: Indirect soil salinity detection in irrigated areas using earth observation methods,
Stellenbosch University, Faculty of Science, Thesis presented in
fulfilment of the requirements for the degree of Master of Science,
Stellenbosch, South Africa, 2017.). Figure 4
refers to the linear regression analysis between the SI and NDVI
spectral indices, for which a strong negative correlation of - 84.41%
was obtained expressed in the Pearson coefficient and a determination of
71.25% for which there is a strong inverse dependence between both
spectral indices of soil and vegetation.
FIGURE 4.
Linear regression analysis of the spectral indices calculated in the investigation.
Ding & Yu (2014)DING,
J.; YU, D.: “Monitoring and evaluating spatial variability of soil
salinity in dry and wet seasons in the Werigan-Kuqa Oasis, China, using
remote sensing and electromagnetic induction instruments”, Geoderma, 235(4): 316-322, 2014, ISSN: 0016-7061, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.07.028. and Ivushkin et al. (2017)IVUSHKIN,
K.; BARTHOLOMEUS, H.; BREGT, A.K.; PULATOV, A.: “Satellite thermography
for soil salinity assessment of cropped areas in Uzbekistan”, Land degradation & development, 28(3): 870-877, 2017, ISSN: 1085-3278, DOI: https://dx.doi.org/10.1002/ldr.2670.2017.
affirm that the salinity of the soil captured by remote sensing is
related to vegetation indices, which have direct effects on the spectral
information, given by the appearance of dark areas. In addition, the
vegetation indices and the saline spectral index are commonly used as
indicators to detect changes in the state of the vegetation cover. Scudiero et al. (2015)SCUDIERO, E.; SKAGGS, T.H.; CORWIN, D.L.: “Regional-scale soil salinity assessment using Landsat ETM+ canopy reflectance”, Remote Sensing of Environment, 169: 335-343, 2015, ISSN: 0034-4257, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2015.08.0260034-4257.
state that in arid and semi-arid areas the most frequent errors in
determining the relationship between the content of salts and the state
of the vegetation by remote sensing are the structure of the plant
canopy, the type of soil management, the annual rainfall and temperature
and the type of clay in the soil.
CONCLUSIONS
The
use of NDVI as an indicator of the state of the vegetation showed the
presence of vast areas under stress with values lower than 0.5, just as
the saline index showed a high proportion of soils with high salt
content, with negative indices from -1 to 0. The use of remote sensing
to determine soil salinity showed that between these variables there is a
negative correlation of -88, 41% and a determination of 71.25%, which
defines an inverse dependence between them.
REFERENCES
ALLBED,
A.; KUMAR, L.; ALDAKHEEL, Y.Y.: “Assessing soil salinity using soil
salinity and vegetation indices derived from IKONOS high-spatial
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USGS: USGS
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WANG,
J.; DING, J.; YU, D.; TENG, D.; HE, B.; CHEN, X.; GE, X.; ZHANG, Z.;
WANG, Y.; YANG, X.; SHI, T.; SU, F.: “Machine learning-based detection
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NOTES
The
mention of trademarks of specific equipment, instruments or materials
is for identification purposes, there being no promotional commitment in
relation to them, neither by the authors nor by the publisher.
ARTÍCULO ORIGINAL
Relación salinidad-cultivo de caña de azúcar determinada por teledetección en el Central Azucarero Urbano Noris
iDRoberto Alejandro García-ReyesIUniversidad de Holguín, Facultad de Ciencias Naturales y Agropecuarias, Holguín, Cuba. *✉:ralejandro9409@gmail.com
iDMario Damian González Posada-DacostaIIUniversidad de Granma, Bayamo, Cuba.
iDJuan Alejandro Villazón-GómezIUniversidad de Holguín, Facultad de Ciencias Naturales y Agropecuarias, Holguín, Cuba.
iDSergio Rodríguez-RodríguezIIUniversidad de Granma, Bayamo, Cuba.
IUniversidad de Holguín, Facultad de Ciencias Naturales y Agropecuarias, Holguín, Cuba.
IIUniversidad de Granma, Bayamo, Cuba.
*Autor para la correspondencia: Roberto Alejandro García-Reyes, e-mail: ralejandro9409@gmail.com
RESUMEN
El
objetivo de la investigación fue determinar la relación existente entre
la salinidad del suelo y el estado de la vegetación en áreas de la UEB
Central Azucarero Urbano Noris en la provincia de Holguín. La imagen
utilizada se corrigió radiométricamente con el uso del software QGis
3.10 A Coruña y se determinaron los índices NDVI y SI. Mediante un
muestreo al azar en 10 unidades de producción se extrajeron los valores
en 50 puntos separados a 100 metros para la determinación en el software
Statgraphics Plus 5.0 del análisis de regresión entre el índice de
salinidad y el de vegetación y la interpretación de sus estadígrafos. El
uso del NDVI como indicador del estado de la vegetación arrojo la
presencia de vastas áreas bajo estrés con valores inferiores a 0, 5 al
igual que el índice salino mostró una alta proporción de tierras con
alto contenido de sales con índices negativos de -1 hasta 0. El uso de
la teledetección para la determinación de la salinidad del suelo arrojó
que entre estos existe una correlación negativa de un - 88, 44 % y una
determinación de 71,25 % lo cual define una dependencia inversa entre
ambas variables.
Palabras clave:
índice de vegetación; índice de salinidad; regresión lineal.
INTRODUCCIÓN
La salinización es un proceso edafológico que afecta, con frecuencia, a los suelos de las regiones áridas y semiáridas según Wang et al. (2020)WANG,
J.; DING, J.; YU, D.; TENG, D.; HE, B.; CHEN, X.; GE, X.; ZHANG, Z.;
WANG, Y.; YANG, X.; SHI, T.; SU, F.: “Machine learning-based detection
of soil salinity in an arid desert region, Northwest China: A comparison
between Landsat-8 OLI and Sentinel-2 MSI”, Science of the Total Environment, 707: 1-11, 2020, ISSN: 0048-9697, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136092., lo cual limita el número de especies cultivadas que puedan desarrollarse en estos suelos.
La
salinidad de un suelo viene determinada por el conjunto de todas las
sales solubles contenido en el suelo y puede ser estimada por la
medición de la conductividad eléctrica (CE) de una solución extraída del
suelo. Son comúnmente evaluados mediante pruebas de laboratorio, lo
cual conlleva a un mayor gasto de tiempo y de recursos (El Harti et al., 2016EL
HARTI, A.; LHISSOU, R.; CHOKMANI, K.; OUZEMOU, J.; HASSOUNA, M.;
BACHAOUI, E.M.; EL GHMARI, A.: “Spatiotemporal monitoring of soil
salinization in irrigated Tadla Plain (Morocco) using satellite spectral
indices”, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 50: 64-73, 2016, ISSN: 0303-2434, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.jag.2016.03.008.).
Ante
esta situación se hace más factible la utilización del sensoramiento
remoto o teledetección. Esta novedosa técnica de gran potencial para la
toma de datos del suelo, y ha sido utilizada para la detección de la
salinidad tanto en forma espacial como temporal (Allbed et al., 2014ALLBED,
A.; KUMAR, L.; ALDAKHEEL, Y.Y.: “Assessing soil salinity using soil
salinity and vegetation indices derived from IKONOS high-spatial
resolution imageries: Applications in a date palm dominated region”, Geoderma, 230: 1-8, 2014, ISSN: 0016-7061, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.03.025). Su estudio se basa en las características
espectrales del suelo. Las bases del monitoreo de la salinidad del suelo
se sustenta por el incremento de la reflectancia del suelo a medida que
incrementa la salinización refractadas en las bandas del infrarrojo
visible, de corto y largo alcance (Sidike et al., 2014SIDIKE,
A.; ZHAO, S.; WEN, Y.: “Estimating soil salinity in Pingluo County of
China using QuickBird data and soil reflectance spectra”, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 26: 156-175, 2014, ISSN: 0303-2434, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.jag.2013.06.002.).
En investigaciones realizadas en Cuba por (Lau et al. 2003LAU,
Q.A.; LHERMITTE, S.; GILLIAMS, S.; RUIZ, P.M.E.: “Relación de la
salinidad del suelo con la reflectancia multiespectral de la caña de
azúcar cultivada en condiciones extremas”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 12(3): 19-29, 2003, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054., 2005LAU,
Q.A.; GAREA, L.E.; RUIZ, P.M.E.: “Estimación de la salinidad de los
suelos utilizando una imagen espectrozonal y el sistema de información
geográfica TELEMAP”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 14(1): 47-54, 2005, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.);
verificó el uso de la teledetección como una herramienta de apoyo para
el manejo de la salinidad del suelo en cultivos, en particular un método
para enmascarar la salinidad del suelo mediante mapas de salinidad, que
es un factor causante del estrés en el crecimiento de la caña de
azúcar. Por lo antes expuesto el objetivo de la investigación consistió
en determinar la relación existente entre la salinidad del suelo y el
estado vegetativo del cultivo de la caña de azúcar en áreas de la UEB
Central Azucarero Urbano Noris de la provincia de Holguín, mediante
teledetección.
MATERIALES Y MÉTODOS
La
investigación se realizó en el mes de noviembre de 2020. Para la
descarga de la imágen satelital, se accedió al Servicio Geológico de los
Estados Unidos, en la cuadrícula 011/046 y se tomó la referente al mes
de septiembre 19 de 2020 (LC08_L1TP_011046_20200919_20201006_01_T1.tar) del satélite Landsat 8 OLI/TIRS el cual tiene las siguientes características (Tabla 1):
TABLA 1.
Características del sensor Landsat 8 OLI/TIRS según USGS (2020)USGS: USGS
EROS Archive, Landsat Archives, Landsat 8 OLI (Operational Land Imager)
and TIRS (Thermal Infrared Sensor) Level-1 Data Products, [en línea], Inst. Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), USA, 2020, Disponible en:https://earthexplorer.usgs.gov, [Consulta: 17 de noviembre de 2020].
Bandas
Color de las bandas
Longitud de onda (µm)
Resolución (metros)
1
Aerosol costero
0.433-0.453
30
2
Azul
0.450-0.515
30
3
Verde
0.525-0.600
30
4
Rojo
0.630-0.680
30
5
Infrarrojo cercano (NIR)
0.845-0.885
30
6
Infrarrojo de onda corta (SWIR1)
1.560-1.660
30
7
Infrarrojo de onda corta (SWIR2)
2.100-2.300
30
8
Pancromático
0.500-0.680
15
9
Cirrus
1.360-1.390
30
10
Infrarrojo térmico (TIRS) 1
10.30-11.30
100
11
Infrarrojo térmico (TIRS) 2
11.50-12.50
100
Por su cúmulo y el tiempo, las imágenes Landsat tienen una
resolución espacial de 30 m, resolución temporal de 16 días y una
cobertura del terreno de 185 km. Para el análisis de la imagen satelital
se proyectó en el sofware QGis 3.10 A Coruña en el sistema de
coordenadas WGS 84 UTM Zona 18 Norte donde se realizó la corrección
radiométrica, se procedió al cálculo de los índices espectrales de
vegetación y salinidad (Tabla 2).
TABLA 2.
Índices espectrales de vegetación y salinidad determinados a partir de la imagen satelital
Índice espectral
Expresión
Referencias
NDVI (Índice Normalizado de Diferencia Vegetativa)
(BNir-BRojo)/( BNir+BRojo)
Rouse et al. (1974)ROUSE, J.; HAAS, R.H.; SCHELL, J.A.; DEERING, D.W.: Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS,
no. ser. Work of the US Gov. Public Use Permitted, Ed. NASA Special
Publication, NASA. Goddard Space Flight Center 3d ERTS-1 Sym ed., vol.
Vol. 1, Sect. A., USA, 1974.
Salinity index (Índice Salino)
(BSWIR1-BSWIR2)/(BSWIR1+BSWIR2)
Bannari et al. (2008)BANNARI,
A.; GUEDON, A.; EL‐HARTI, A.; CHERKAOUI, F.; EL‐GHMARI, A.:
“Characterization of slightly and moderately saline and sodic soils in
irrigated agricultural land using simulated data of advanced land
imaging (EO‐1) sensor”, Communications in Soil Science and Plant Analysis, 39(19-20): 2795-2811, 2008, ISSN: 0010-3624, DOI: https://dx.doi.org/10.1080/00103620802432717.
Para la determinación de la relación salinidad cultivo de la
caña de azúcar, se tuvo en cuanto que el suelo que presenta las uidades
cañeras son del tipo Vertisol con propiedades gléyicas según Hernández et al. (2015)HERNÁNDEZ, J.; PÉREZ, J.; BOSCH, I.; CASTRO, S.: Clasificación de los suelos de Cuba 2015, Ed. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas e Instituto de Suelos, La Habana, Cuba, 93 p., 2015, ISBN: 978-959-7023-77-7..
Se realizó un muestreo completamente aleatorizado en las unidades
comprendidas de la uno a la diez de los bloques cañeros de la UEB
Central Azucarero Urbano Noris, mediante la toma de 50 puntos separados a
una distancia de 100 metros (Figura 1); los cuales se les extrajo los valores que obtienen en los mapas de vegetación y de salinidad obtenidos.
FIGURA 1.
Esquema de muestreo completamente
aleatorizado de los bloques cañeros en la UEB Central Azucarero Urbano
Noris de la imagen corregida radiomérica y las combinaciones de las
bandas 6-5-4.
Despúes de extraidos los valores de los puntos de muestreo,
se creo una base de datos para la determinación de la relación existente
entre el NDVI y el SI, aplicando como herramienta estadística el
análisis de regresión lineal y las características de sus estadígrafos
en el sofware Stargraphics Plus 5.0.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La determinación del índice vegetativo NDVI se muestra en la Figura 2. En la misma se observa que el mismo oscila entre valores de -1 a 1; para el cual Rawashdeh (2012)RAWASHDEH, S.B.A.: “Assessment of change detection method based on normalized vegetation index in environmental studies”, International Journal of Applied Science and Engineering, 10(2): 89-97, 2012.
plantea una clasificación para este índice que para valores desde 0
hasta 0,5 se presenta una escasa vegetación en el área de estudio.
FIGURA 2.
Determinación del índice de vegetación (NDVI) en áreas de la UEB Central Azucarero Urbano Noris.
La reflectividad de las cubiertas vegetales viene
determinada, por características ópticas y distribución espacial de
todos sus constituyentes, los cuales incluyen el suelo sobre el que se
asienta la vegetación, así como por sus proporciones (Gilabert et al., 1997GILABERT, M.A.; GONZÁLEZ, P.J.; GARCÍA, H.J.: “Acerca de los índices de vegetación”, Revista de teledetección, 8(1): 1-10, 1997, ISSN: 1133-0953.). Meera et al. (2015)MEERA,
G.G.; PARTHIBAN, S.; THUMMALU, N.; CHRISTY, A.: “Ndvi: Vegetation
change detection using remote sensing and gis-A case study of Vellore
District”, Procedia Computer Science, 57: 1199-1210, 2015, ISSN: 1877-0509, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.procs.2015.07.415.
refieren que el decrecimiento del contenido de agua en el suelo por
diversas razones en el ecosistema existe una tendencia a disipar el
verdor de los cultivos y por ende los valores del NDVI.
Una de las
causas de la variación del estado de la vegetación se encuentra por la
absorción de la energía (radiación electromagnética absorbida en el
interior del sensor). Esta energía es un proceso que está cuantizado,
dichos rasgos se encuentran localizados en longitudes de onda concretas,
que dependen de la presencia de determinados componentes en el material
según Baret (1995)BARET, F.: Use of spectra1 reflectance variation to retrieve canopy biophysical character in Danson,
Ed. John Wiley, Advances in Environmenal Remote Sensing. (F.M. Danson
and S.E. Plummer eds) ed., Chichester, New York, USA, 33-51 p., 1995.,
así por ejemplo, los rasgos que son consecuencia de transiciones
electrónicas como los debidos a la presencia de óxidos de hierro o a la
presencia de clorofila se localizan en la región visible del espectro,
mientras que los debidos a transiciones de tipo rotacional como los del
ion OH- se producen en la zona del infrarrojo cercano.
FIGURA 3.
Índice de salinidad (SI) determinado en la UEB Central Azucarero Urbano Noris.
La teledetección de la salinidad a partir del NDVI ha sido
ampliamente utilizada, dado que se presenta el estado de la vegetación
ante el estrés por salinidad (Allbed et al., 2014ALLBED,
A.; KUMAR, L.; ALDAKHEEL, Y.Y.: “Assessing soil salinity using soil
salinity and vegetation indices derived from IKONOS high-spatial
resolution imageries: Applications in a date palm dominated region”, Geoderma, 230: 1-8, 2014, ISSN: 0016-7061, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.03.025). La Figura 3 ilustra la determinación del índice salino; para el cuál Elhag (2016)ELHAG, M.: “Evaluation of different soil salinity mapping using remote sensing techniques in arid ecosystems, Saudi Arabia”, Journal of Sensors, 2016: 1-8, 2016, ISSN: 1687-725X, DOI: https://dx.doi.org/10.1155/2016/7596175.
reporta que los valores indican el estado de la salinidad del suelo
varía desde -1 (presencia alta de sales en el suelo) a 1 (baja presencia
de sales en el suelo).
En la región del visible, los pigmentos de
las hojas absorben la mayor parte de la luz que reciben, en el
infrarrojo cercano estas sustancias son bastante transparente. Por esta
razón, el cultivo de la caña de azúcar en un buen estado vegetativo
ofrece baja reflectividad en la banda roja del espectro y alta en el
infrarrojo cercano, de manera que cuanto mayor sea el vigor que presenta
el cultivo, mayor será el contraste entre los valores de reflectancia
captadas en ambas bandas. Bajos valores de reflectancia en el infrarrojo
cercano y un incremento en el visible indica que el cultivo de la caña
de azúcar se encuentra en mal estado, una de las causas es la salinidad
del suelo (Soca, 2015SOCA, R.: Identificación
de tierras degradadas por salinidad del suelo en los cultivos de caña
de azúcar en Pomalca usando imágenes de satélite, Universidad
Nacional Mayor de San Marcos, Facultad de Ciencias Físicas, Tesis para
optar el Grado Académico de Magíster en Física con mención en Geofísica,
Lima, Perú, 2015.).
Platonov et al. (2013)PLATONOV, A.; NOBLE, A.; KUZIEV, R.: Soil salinity mapping using multi-temporal satellite images in agricultural fields of Syrdarya province of Uzbekistan, Ed. Developments in Soil Salinity Assessment and Reclamation, Springer, Dordrecht, 2013, DOI: https://dx.doi.org/10.1007/978-94-007-5684-7_5.
describen que para identificar el estado de la vegetación ante el
estrés salino se hace necesario el análisis de grandes extensiones
debido a la variación del uso y manejo del suelo por los productores (Muller, 2017MULLER, S.J.: Indirect soil salinity detection in irrigated areas using earth observation methods,
Stellenbosch University, Faculty of Science, Thesis presented in
fulfilment of the requirements for the degree of Master of Science,
Stellenbosch, South Africa, 2017.).
La Figura 4
referida al análisis de regresión lineal entre los índices espectrales
SI y NDVI, para los cuales se obtuvo una fuerte correlación negativa de
un - 84,41 % expresada en el coeficiente de Pearson y una determinación
de 71,25 % para la cual existe un fuerte dependencia inversa entre ambos
índices espectrales de suelo y vegetación.
FIGURA 4.
Análisis de regresión lineal de los índices espectrales calculados en la investigación.
Ding & Yu (2014)DING,
J.; YU, D.: “Monitoring and evaluating spatial variability of soil
salinity in dry and wet seasons in the Werigan-Kuqa Oasis, China, using
remote sensing and electromagnetic induction instruments”, Geoderma, 235(4): 316-322, 2014, ISSN: 0016-7061, DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.07.028. y Ivushkin et al. (2017)IVUSHKIN,
K.; BARTHOLOMEUS, H.; BREGT, A.K.; PULATOV, A.: “Satellite thermography
for soil salinity assessment of cropped areas in Uzbekistan”, Land degradation & development, 28(3): 870-877, 2017, ISSN: 1085-3278, DOI: https://dx.doi.org/10.1002/ldr.2670.2017.
afirman que la salinidad del suelo captada por sensoramiento remoto
guarda relación con índices de vegetación, los cuales tienen efectos
directos con la información espectral, dado por la aparición de zonas
oscuras. Además, los índices de vegetación y el índice espectral salino
son usados comúnmente como indicadores para detectar los cambios en el
estado de la cobertura vegetal.
Scudiero et al. (2015)SCUDIERO, E.; SKAGGS, T.H.; CORWIN, D.L.: “Regional-scale soil salinity assessment using Landsat ETM+ canopy reflectance”, Remote Sensing of Environment, 169: 335-343, 2015, ISSN: 0034-4257, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2015.08.0260034-4257.
plantean que en zonas áridas y semiáridas los errores más frecuentes en
la determinación de la relación entre el contenido de sales y el estado
de la vegetación mediante teledetección son la estructura del dosel de
las plantas, el tipo de manejo del suelo, la cantidad de precipitaciones
y temperatura anuales y el tipo de arcillas del suelo han sido las
características de los estudios realizados.
CONCLUSIONES
El
uso del NDVI como indicador del estado de la vegetación arrojó la
presencia de vastas áreas bajo estrés con valores inferiores a 0,5 al
igual que el índice salino mostró una alta proporción de tierras con
alto contenido de sales con índices negativos de -1 hasta 0. El uso de
la teledetección para la determinación de la salinidad del suelo arrojó
que entre estos existe una correlación negativa de un - 88, 41 % y una
determinación de 71,25 % lo cual define una dependencia inversa entre
ambas variables.