Gli Indici di Vegetazione: indicatori della salute vegetale
Gli Indici di Vegetazione: monitorare la vigoria delle piante
Da quando abbiamo inventato i satelliti, che orbitano incessantemente a centinaia di chilometri sopra la superficie terrestre, le nostre vite sono nettamente migliorate. Otteniamo centinaia di tipologie di informazioni: dall’andamento meteorologico al GPS, da una migliore connessione internet… agli indici di vegetazione per la salute delle piante.
Sì, con alcuni satelliti (e non solo), è possibile controllare lo stato di salute, e l’andamento di questo nel tempo, della copertura vegetale sul nostro Pianeta.
Ma prima di parlare di cosa sono gli indici di vegetazione, è interessante capire come vengono ottenuti.
Il telerilevamento
Secondo l’ESA, il telerilevamento, in inglese remote sensing, è una modalità per ottenere informazioni da oggetti (incluse le piante!) senza che lo strumento utilizzato sia a diretto contatto con l’oggetto di interesse.
Per effettuare un telerilevamento, sono necessari tre requisiti indispensabili:
- Un oggetto da osservare (eh, grazie al ca…volo);
- Una piattaforma che sostiene lo strumento che utilizzeremo per il monitoraggio;
- Un sensore che rilevi i parametri di nostro interesse.
Ora, in linea teorica, anche fotografare una casa tramite uno smartphone è una forma di telerilevamento. La casa è l’oggetto, voi siete la piattaforma che sostiene lo smartphone e la fotocamera di quest’ultimo è il sensore. La foto che otterrete vi consentirà di monitorare alcuni parametri: di che colore sono le finestre? I vicini stanno facendo un bagno nudi? Eccetera.
Gli scienziati, però, si riferiscono al telerilevamento se si parla di osservare la superficie Terrestre (l’oggetto). Le piattaforme che sostengono gli strumenti sono invece i satelliti, alcuni aerei, e droni. I sensori possono essere: radar, scanner e varie tipologie di telecamere.
Possiamo ottenere tantissime informazioni: l’assottigliamento dello strato di ozono, la deforestazione, piantagioni abusive di marijuana, previsioni meteo descritte da signorine molto graziose, mappe stradali e via dicendo.
Il principio base è questo: captare la radiazione elettromagnetica, che può essere emessa, riflessa o trasmessa, da parte dell’oggetto di interesse.
La flotta dei Landsat e dei Sentinel
Quando, il 23 Luglio del 1972, il primo satellite per telerilevamento “Landsat 1” raggiunse l’orbita, divenne il pioniere non-militare dell’osservazione terrestre. Seguito, nel corso degli anni, da altri sette fratelli. Attualmente il “Landsat 7” (lanciato nel 1999) e il “Landsat 8” (lanciato nel 2013) sono in funzione e continuano ad analizzare, senza sosta, le risorse ambientali del nostro Pianeta.
Il Programma Copernicus, orgoglio dell’Unione Europea, tramite la missione “Sentinel-2” ha anch’esso l’obiettivo di analizzare la superficie terrestre, con un occhio di riguardo alla qualità delle acque e al monitoraggio agricolo. Missione che ha previsto il lancio di due satelliti gemelli: il “Sentinel-2A” (lanciato nel 2015) e il “Sentinel-2B” (lanciato nel 2017).
Entrambi i satelliti montano uno strumento multispettrale e hanno una risoluzione che va dai 10 ai 60 metri. Mica male, no?
Ovviamente, i satelliti, non sono l’unico strumento utilizzato per il telerilevamento. Questo perché, per quanto la loro tecnologia abbia fatto fare grandi balzi all’umanità, l’eventuale copertura nuvolosa inficia alcune osservazioni.
Ma niente paura! Noi abbiamo anche gli APR: Aeromobili a Pilotaggio Remoto. Questi, noti come droni, vengono utilizzati come sensori di prossimità e permettono di fare osservazioni più puntuali. Inoltre, l’avanzamento della tecnologia consente di montare sensori sempre più piccoli e leggeri.
Ora la domanda che potrebbe sorgere è questa: ma come fa una foto, scattata dallo Spazio, a descrivere lo stato di salute di una pianta?
Gli Indici di Vegetazione NDVI e NDMI
Gli indici di vegetazione, ottenuti mediante telerilevamento, non sono altro che degli indicatori grafici dello stato di salute della copertura vegetale.
Premessa: ne esistono diversi tipi ma, in questa sede, faremo un piccolo excursus sul NDVI e NDMI.
Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)
Partiamo dal presupposto che le piante assorbono la radiazione solare di diversi e specifici intervalli e frequenze d’onda e le riemette in diverse percentuali.
Le percentuali riemesse, e correttamente interpretate, indicano se la nostra pianta sta bene o è in stress idrico.
Questo perché la regione fogliare fotosinteticamente attiva assorbe la maggior parte della luce rossa (RED) dello spettro elettromagnetico, e riflette la luce del vicino infrarosso (NIR).
All’opposto, la vegetazione secca e morta riflette di più la luce rossa (RED), assorbendo di più quella del vicino infrarosso (NIR).
E le superfici che non hanno vegetazione? Generalmente riflettono un po’ tutto lo spettro della luce.
NIR e RED sono due bande dello spettro elettromagnetico che vanno quindi a comporre l’NDVI secondo una formula precisa: NDVI= (NIR – RED)/(NIR + RED).
Ma non temete, non ci lanceremo in complesse spiegazioni matematiche: i valori del NDVI generalmente sono compresi tra -1 e +1.
I valori che, però, oscillano tra -1 e 0, generalmente indicano corsi d’acqua e aree antropiche dove non c’è copertura vegetale.
Il valore 1 indica la massima copertura vegetale con un’alta vigoria.
A questo punto viene effettuata un’operazione di “normalizzazione”. Si associa al più piccolo valore di NDVI, dell’area osservata, un colore (esempio rosso) e, al più alto valore di NDVI, un’altro colore (esempio verde). A questo punto l’area viene ricolorata e, visivamente, è possibile comprendere le zone con una più bassa vigoria vegetale. Magari a causa di una fitopatologia, di uno stress di qualche tipo… o anche di un incendio!
Normalized Difference Moisture Index
L’NDMI descrive i valori di un eventuale stress idrico di una coltura o di un area con copertura vegetale.
Molto simile al NDVI, utilizza però le banda dello SWIR (Short Waved Infrared – infrarosso a onde corte) e del RED.
NDMI= (NIR – SWIR)/(NIR + SWIR)
Anche in questo caso, non temete improbabili risoluzioni matematiche. I valori sono compresi tra -1 e +1 e vanno da un suolo nudo (-1) a una massima copertura senza stress idrico (+1). Una volta associati a due colori il più alto e il più basso valore di NDMI dell’area osservata, si esegue lo stesso tipo di normalizzazione vista per il NDVI e si otterrà una mappa visiva delle aree più a rischio.
L’agricoltura del futuro è oggi
C’è chi la chiama agricoltura 4.0, ma è più conosciuta con i nomi di Smart Farming, Precision Farming, Smart Agriculture, Precision Agriculture… insomma, Agricoltura di Precisione e ci siamo capiti.
Un tipo di agricoltura che si prefigge l’obiettivo di dare un supporto all’agricoltore basato su dati scientifici e precisi, anche tramite sistemi di supporto decisionale. In parole povere: fare le scelte giuste (irrigare, seminare, trattamenti antiparassitari eccetera), se e solo se la pianta ne avverte la necessità. Ciò minimizza o evita gli sprechi e salvaguarda l’ambiente.
In questo contesto, strumenti come i satelliti e i droni giocano un ruolo chiave e gli indici di vegetazione appena visti non sono più solo delle sigle e formule matematiche, ma dei veri e propri strumenti concreti che, se ben interpretati, offrono una panoramica molto più precisa dello stato di salute dei campi coltivati.
Ma NDVI e NDMI sono solo una punta dell’iceberg dell’agricoltura di precisione. Satelliti, droni e sensori sono alcuni degli strumenti che connettono due mondi apparentemente così lontani: la tecnologia e l’agricoltura. Se ti interessa approfondire questi argomenti, ricchi di tematiche molto attuali, lascia pure un commento!
FONTI:
https://www.agricolus.com/indici-vegetazione-ndvi-ndmi-istruzioni-luso/
https://www.dronebee.it/agriprecisione/
https://it.wikipedia.org/wiki/Normalized_Difference_Vegetation_Index
https://en.wikipedia.org/wiki/Sentinel-2
https://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_IT/SEMXMWSWT1H_0.html
https://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_IT/SEMD6RZRA0G_0.html
https://www.usgs.gov/land-resources/nli/landsat/normalized-difference-moisture-index
Fin da bambino le mie più grandi passioni sono la natura e i libri: ho fuso le due cose nella divulgazione scientifica e dal 2018 faccio parte del Team di MissioneScienza.
Sono un Perito Agrario iscritto al CdL in Scienze Agrarie all’Università degli Studi di Udine e mi piacerebbe specializzarmi in Agricoltura di Precisione.
Mentre completo gli studi, lavoro come Insegnante Tecnico-Pratico in una scuola superiore in provincia di Pordenone. Insomma, la divulgazione è parte integrante della mia vita!
