ANÁLISE DE CORRELAÇÃO ENTRE ÍNDICES ESPECTRAIS E PARÂMETROS DE LAVOURAS DE CAFÉ DE MONTANHA UTILIZANDO IMAGENS DE SATÉLITES 1 Rodrigo Sinaidi Zandoandi 2, Daniel Marçal de Queiroz 3, Francisco de Assis Carvalho Pinto 4,Enrique Alves Anástacio 5, Elder Sânzio Cerqueira 6 RESUMO: Trabalhos com imagens TM/Landsat indicam a necessidade de utilização de produtos de melhor resolução espacial para a obtenção de padrões para identificação da cultura do café, especialmente em regiões de relevo acidentado. O objetivo desse trabalho foi estudar a correlação entre índices espectrais e os parâmetros produtividade, idade e espaçamento da lavoura utilizando uma imagem satélite SPOT (resolução de 10m) da região de Araponga-MG (Zona da Mata de Minas) obtida em julho de 2003. Analisou-se a correlação existente entre os valores médios dos pixels de cada talhão com os parâmetros idade, espaçamento e produtividade média dos talhões relativos às safras 2002/2003 e 2003/2004. O único parâmetro que apresentou resultado significativo foi o de produtividade média. Porém, conseguiu-se maior número de correlações significativas dos índices espectrais com os dados de produtividade média dos talhões obtidos na safra 2003/2004. Em ambas as safras as lavouras com idade superior a 10 anos apresentaram maior número de correlações significativas com os índices espectrais. PALAVRAS-CHAVE: café, agricultura de precisão, sensoriamento remoto. CORRELATION ANALYSIS OF SPECTRAL INDEX AND COFFEE PRODUCTION AREA PARAMETERS USING ORBITAL IMAGES ABSTRACT: Researches using orbital images from TM/Landsat (30m resolution) has pointed out the necessity of better spatial resolution for obtaining pattern to identify coffee fields. The objective of this research was to study the correlation between spectral indexes and crop parameters: yield, plants age and plant population using an SPOT image with spatial resolution of 10m. The image was acquired in July of 2003 including a farm of the region of Araponga-MG. The correlations among the mean pixel values of each plot of the farm and the crop parameters were analyzed using the data of 2002/2003 and 2003/2004 growing season. The yield was the only one parameter that presented a significant correlation with the spectral indexes. However, most of the significant correlations between the yield and spectral indexes were obtained with 2003/2004 growing season. In both growing seasons, the coffee areas older than 10 years presented greater number of significant correlations. 1 Trabalho financiado pela FAPEMIG 2 Estudante de Graduação em Engenharia Agrícola, DEA-UFV, Bolsista FAPEMIG rszandonadi@uol.com.br 3 Engenheiro Agrícola, PhD; Professor adjunto, DEA-UFV, Bolsista do CNPq. E-mail: queiroz@ufv.br 4 Engenheiro Agrícola, PhD; Professor adjunto, DEA-UFV; Bolsista do CNPq. E-mail: facpinto@ufv.br 5 Engenheiro Agrônomo; Estudante de doutorado, DEA-UFV; Bolsista do CNPq. E-mail:enrique@vicsa.ufv.br 6 Engenheiro Agrimensor; Estudante de doutorado, DEA-UFV; Bolsista do CNPq. E-mail:elder@vicosa.ufv.br
KEY WORDS: Coffee, precision agriculture, remote sensing INTRODUÇÃO: Acredita-se que a técnica de sensoriamento remoto apresenta grande potencial para auxiliar a tomada de decisão a respeito do manejo localizado das culturas agrícolas. Os sensores remotos buscam detectar e mostrar as diferenças em tonalidades ou cor entre um objeto e o ambiente em que se encontram através do comportamento espectral do alvo (VALÉRIO FILHO, 1996). EPIPHANIO et al. (1994) afirmaram que a utilização dessa técnica para a cultura do café exige a utilização de diversos parâmetros da resposta espectral tais como cor, forma, dimensões e textura nas imagens, sempre confrontados com informações de campo devido à complexidade dessa cultura. VIEIRA et al. (2000) estudaram padrões de identificação da cultura utilizando imagens TM/Landsat. Os resultados demonstraram que devido à complexidade da cultura cafeeira, a definição de um padrão orbital exato é difícil utilizando-se imagens TM/Landsat, devido à limitada resolução espacial das imagens. Os autores recomendaram a utilização de sensores com melhor resolução espacial complementada com avaliações de campo, especialmente em regiões de relevo acidentado e ausência de áreas contíguas ocupadas pela cafeicultura. VIEIRA et al. (2003) avaliaram algumas variáveis culturais e ambientais do cafeeiro por meio de correlação entre as variáveis selecionadas e suas respostas espectrais utilizando imagens TM/Landsat 5. Resultados mostram que a porcentagem da área ocupada por plantas de café apresentou melhor resposta em relação à reflectância na banda 4. Ressaltam também que devido à grande influência do relevo, os estudos de identificação da lavoura sejam realizados com imagens de maior resolução espacial em regiões de relevo acidentado. Diante do disso, o presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar a correlação entre índices espectrais e os parâmetros produtividade, idade e espaçamento da lavoura também utilizando uma imagem satélite SPOT com resolução espacial de 10 metros. MATERIAL E MÉTODOS: O trabalho foi desenvolvido em duas fazendas, Braúna (latitude O 42 33 49 longitude S 20 433 12 ) e Itatiaia (latitude S 20 40 59 longitude O 42º 34 02 ), ambas localizadas no município de Araponga, na região da Zona da Mata Mineira. Utilizou-se no estudo uma imagem multi-espectral (resolução 10m) georeferenciada do satélite SPOT da região de Araponga- MG. A imagem tinha as seguintes características das bandas espectrais: verde (0,5 a 0,59 µm), do vermelho (0,61 0,68 µm), do infravermelho próximo (0,78 0,89 µm), e infravermelho ondas curtas (1,58 1,75 µm). Os dados foram processados no Laboratório de Projeto de Máquinas e Visão Artificial (PROVISAGRO) no Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa (UFV) usando os programas computacionais MATLAB 6.5 e SPRING 4.0. O levantamento das áreas dos talhões das duas fazendas foi realizado com GPS diferencial topográfico PRO XRS da TRIMBLE. Determinadas as áreas, fez-se um levantamento dos dados referentes à idade, espaçamento de plantio, estádio de desenvolvimento (formação ou produção) e produtividade média dos talhões das duas fazendas. Para o estudo de correlação foram selecionados os talhões que se encontravam em produção nas safras 2002/2003 e 2003/2004 nas fazendas Braúna e Itatiaia. Com o auxílio do software SPRING foram editadas as máscaras para o recorte das imagens dos talhões selecionados para o estudo. Após o recorte os talhões, as imagens foram processadas utilizando os índices do infravermelho normalizado (IRN), do vermelho normalizado (RN) e do verde normalizado (GN). No processamento utilizou-se, também, as razões infravermelho sobre vermelho (IR/R), verde sobre vermelho (G/R) e infravermelho sobre verde (IR/G); o índice da diferença vegetativa normalizada (NDVI) e o índice de vegetação da diferença do verde normalizado (GNDVI). Após o processamento, os valores médios dos pixels das imagens índices de cada talhão foram usados para o estudo de correlação desses índices com os parâmetros idade, espaçamento e produtividade média dos talhões.
Utilizou-se o teste t a 0,05% para testar a significância dos coeficientes de correlação obtidos. Fez-se a análise de correlação em uma primeira etapa com todos os talhões produtivos e posteriormente isolando-se os talhões com idade menor e maior que 10 anos. RESULTADOS E DISCUSSÃO: Na Figura 1 é apresentada a imagem da Fazenda Braúna com a máscara editada para recorte dos talhões e os recortes prontos. Separou-se nas fazendas Braúna e Itatiaia 16 talhões em produção na safra 2002/2003 e 11 talhões na safra 2003/2004. Na análise de correlação feita com os dados da safra 2002/2003, apenas o índice RN apresentou coeficiente de correlação significativo (-0,48) com o parâmetro produtividade média no estudo feito com todas as idades. A matriz de correlação gerada no estudo com os talhões da safra 2003/2004 é apresentada no Quadro 1. A produtividade média da safra 2002/2003 apresentou correlação significativa apenas com o com o índice RN ao passo que com a safra 2003/2004, as correlações de produtividade média não foram significativas para o índice RN e razão G/R. Mesmo com o coeficiente de correlação da banda do vermelho na safra 2002/2003 (-0,48) sendo menor que o coeficiente da safra 2003/2004 (-0,51), o menor número de talhões em produção fez com que a correlação não apresentasse significância. O maior número de índices correlacionados com a produtividade da safra 2003/2004 indica que existe potencial de uso de imagens orbitais processadas por índices para o estudo futuro de safras. Ou seja, a condição em que a lavoura se encontra logo após uma colheita reflete o seu potencial para a colheita seguinte, sendo a produtividade maior ou menor para o próximo período de acordo com o estresse sofrido pela planta na safra anterior. Na análise de correlação feita com os dados da safra 2002/2003 para os talhões menores que 10 anos, nenhum índice apresentou coeficiente de correlação significativo. Já para os talhões com idade maior que 10 anos (dados 2002/2003), apenas a razão G/R e o índice RN apresentaram coeficientes de correlação significativos de -0,72 para o parâmetro produtividade média dos talhões. Na análise feita com os dados da safra 2003/2004, os talhões com idade menor que 10 anos também não apresentaram coeficientes de correlação significativa e a matriz de correlação gerada com os dados dos talhões com idade maior que 10 anos é apresentada no Quadro 2. Nas duas safras estudadas apenas as lavouras de idade acima de 10 anos apresentaram correlação significativa entre os índices espectrais e a produtividade. Pode ser que as plantas por estarem mais velhas e mais estabilizadas têm menor resposta aos tratos exercidos durante o ciclo. Plantas mais jovens podem ter uma alta produção se forem bem manejadas durante o período até a safra seguinte, ou ter uma produção muito baixa se mal manejada As plantas mais velhas, mesmo mal manejadas não apresentam um contraste tão grande entre a alta e baixa produção. Mesmo por que, geralmente a partir de 10 anos, as plantas já estão fora do período de máxima produção. (A) Figura 1: Imagem da Fazenda Braúna com a máscara editada (A) e talhões em produção recortados para estudo de correlação (B). (B)
Quadro 1: Matriz de correlação gerada na análise dos dados referentes à todos os talhões em produção da safra 2003/2004. Espaçamento Idade Produtividade 2003/2004 Espaçamento 1,00 Idade 0,91 1,00 Produtividade 2003/2004 0,10-0,18 1,00 NDVI 0,30 0,04 0,71* GNDVI -0,11 0,08-0,73* R/IR -0,31-0,05-0,68* G/R -0,26-0,18 0,04 G/IR -0,09 0,09-0,70* IRN 0,21-0,03 0,78* RN -0,34-0,11-0,51 GN -0,02 0,11-0,63* *Coeficiente de correlação significativo a 5%. Quadros 2: Matriz de correlação dos talhões em produção com mais de 10 anos de idade da safra 2003/2004 Espaçamento Idade Produtividade 2003/2004 Espaçamento 1,00 Idade 0,49 1,00 Produtividade 2003/2004-0,15-0,90 1,00 NDVI 0,25-0,62 0,90* GNDVI -0,04 0,59-0,85* R/IR -0,26 0,59-0,88* G/R -0,56 0,31-0,43 G/IR -0,04 0,54-0,81 IRN 0,14-0,63 0,90* RN -0,35 0,61-0,87* GN 0,08 0,55-0,79 *Coeficiente de correlação significativo a 5%. CONCLUSÕES: O único parâmetro que apresentou correlação significativa com os valores médios dos pixels das imagens índices foi a produtividade média dos talhões. O maior número de correlações significativas foi alcançado para a safra 2003/2004. Ou seja, maior correlação no ano seguinte à aquisição da imagem sendo a imagem adquirida logo após a safra anterior. Os coeficientes de correlação foram significativos para lavouras com idade maior que 10 anos. AGRADECIMENTOS: À Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais - FAPEMIG, pelo financiamento do projeto de pesquisa e pela concessão da bolsa de Iniciação Cientifica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: DEMUTH, H.; BEALE, M. Neural Network Toolbox - 5-57 e 5-58 (190-191). EPIPHANIO, J.C.N.; LEONARDI, L.; FORMAGIO, A.R. Relações entre parâmetros culturais e resposta espectral de cafezais. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília,v.29, n.3, p. 439-447, 1994. MATH WORKS. Image Processing Toobox 2002. VALERIO FILHO, M.; PINTO, S.A.F. Imagens orbitais aplicadas ao levantamento de dados do meio físico: Contribuição ao planejamento de microbacias hidrográficas. In: Congresso Brasileiro e Encontro Nacional de Pesquisa sobre Conservação do Solo, 8, Londrina, 1996. Anais... Londrina, 1996. P. 77-94. VIEIRA, R.G.C.; LACERDA, M.P.C.; ALVES, H.M.R. Imagens orbitais aplicadas ao levantamento da cultura do café em Minas Gerais. In: I simpósio de pesquisa dos cafés do Brasil, 1, Poços de Caldas, MG. Embrapa Café e Minasplan, p. 86-89, 2000. VIEIRA, T.G.C.; ALVES, H.M.R.; LACERDA, M.P.C. Parâmetros culturais para avaliação do comportamento espectral da cultura do café (coffea arábica) em Minas Gerais. In: Anais XI SBSR, Belo Horizonte, MG, INPE, p. 247-254, 2003.