Los resultados del estudio son interesantes para la elección de variedades mejor adaptadas al incremento de las temperaturas medias provocado por el cambio climático

La colección de árboles frutales del Banco de Germoplasma del ITACyL, conserva ex situ, entre otras, más de 70 variedades de manzano (Malus domestica) y 50 de peral (Pyrus communis) procedentes de 32 localidades de Castilla y León, fruto de prospecciones realizadas en 2010. Los recientes análisis genéticos realizados, han permitido identificar las variedades que se han analizado, de las que es importante conocer la capacidad termorreguladora debido a su implicación en la fisiología y su adaptabilidad a las condiciones de cambio climático actuales.

El manzano (Malus domestica Mill.) es uno de los cultivos frutales más ampliamente cosechados, se produce en más de 80 países en todo el mundo. Ocupando el tercer lugar en el mundo, después del banano y la uva y el segundo lugar en cuanto a superficie, después de la uva. En Castilla y León existen 2.231 ha en segundo lugar después del almendro, duplicando la producción en 15 años, siendo Soria la principal zona productora, que alberga la plantación de manzanas más extensa de Europa y produce el 10% de las manzanas que se consumen en España. Hay más de 7.500 variedades conocidas con un amplio rango de características de fruto. En Castilla y León destacan la Denominación de Origen Manzana Reineta del Bierzo y la Marca de Garantía Manzana Reineta de las Caderechas.

En cuanto al Peral (Pyrus communis L.) es el segundo árbol frutal caducifolio en importancia económica a nivel mundial después del manzano. Castilla y León cuenta con 840 ha, la mayoría concentradas en la provincia de León. Destacando la Marca de Garantía Pera de Conferencia del Bierzo.

La temperatura es un parámetro crítico en el desarrollo del fruto de manera que las temperaturas inferiores a 25 °C durante la fase reproductiva de división celular reducen el tamaño del fruto (Tromp, 1977 y Warrington et al. 1999). Por otro lado, se ha encontrado que el número de células en las manzanas disminuyó a temperaturas de 35/15 °C (día/noche) en lugar de 25/15 °C, esto sugiere que hay una temperatura óptima para la división celular reproductiva, y que la limitación del tamaño potencial del fruto está relacionada con el clima. El calibre del fruto es una característica importante de calidad, que depende fundamentalmente del estado hídrico y en el que juega un papel fundamental la relación entre el volumen de la copa o la densidad de área foliar y la temperatura del dosel de la copa.

La temperatura del dosel del árbol es también un indicador de estrés hídrico. El cierre de estomas reduce la transpiración y hace que aumente la temperatura del dosel. La diferencia entre las temperaturas del dosel y del aire pueden variar desde – 3°C hasta +3°C según el grado de estrés (Steduto et al. 2012). Con el empleo de sensores térmicos remotos de alta resolución es posible obtener imágenes de una parcela que permiten analizar la variabilidad térmica árbol por árbol y al mismo tiempo evitar que los valores de temperatura del suelo interfieran en las temperaturas de las copas de los árboles frutales.

Además del grado de apertura estomática, es importante caracterizar el tamaño de la cobertura de la copa de los árboles ya que es un uno de los principales parámetros utilizados para determinar la cantidad de radiación solar interceptada, relacionada con la transpiración de los árboles (Fereres et al., 1981) y que difiere entre especies, hábitos de crecimiento, arquitectura de copa (poda) o la etapa de desarrollo. Un método para obtener el área de cobertura vegetal indicada por la proyección horizontal (Hall et al., 2008) de manera precisa, emplea la teledetección utilizando imágenes de alta resolución obtenidas mediante el uso de sensores remotos a bordo de drones que permiten representar la copa de cada árbol con detalle de manera eficiente (Kalisperakis et al. 2015; Comba et al. 2020).

El objetivo de este trabajo es analizar cómo afecta la radiación, al dosel de los frutales relacionando el área de cobertura vegetal del árbol, la temperatura del dosel de las copas y el índice de vigor en diferentes variedades locales de manzano y peral pertenecientes a la colección del banco de germoplasma de Castilla y León, empleando imágenes multiespectrales de alta resolución obtenidas con sensores remotos embarcados en drones.

Para la adquisición de las imágenes se realizó un vuelo autónomo mediante un Sistema de Aeronave no tripulado (UAS), DJi Inspire 2, en el 2021 DOY 168 a las 12:00 hora solar empleando un sensor multiespectral y térmico, Micasense Altum, que permite capturar de manera alineada y simultánea imágenes multiespectrales de 2064 x 1544 (3,2 MP) de resolución e imágenes térmicas de 160 x 120: Las características de las bandas espectrales utilizadas fueron: Roja (680nm), Verde (560nm), Azul (480nm) NIR(840nm) y LWIR.(8-14µm). Las imágenes obtenidas fueron calibradas radiométricamente y geométricamente, generando mediante software basado en SfM, una ortofoto de 2 cm de GSD y un modelo digital de superficies (MDS). En las Figuras 1 y 2 se muestran el flujo de trabajo para el análisis de los datos. El Índice de Tonalidad (HUE), se calculó según la ecuación (1) y para extraer los pixeles puros de vegetación se reclasificaron los píxeles con valores superiores a 0,14, obteniendo una máscara que clasifica los píxeles de suelo y de vegetación. En el cálculo del Índice de vegetación normalizado (NDVI) se utilizó la ecuación (2) y mediante la máscara HUE se obtuvieron los valores de NDVI puros de vegetación. Para el cálculo de la Temperatura media del dosel de cada árbol se utilizó la banda LWIR, convirtiendo los grados Kelvin a °C para cada píxel utilizando la fórmula (3) y aplicando la máscara HUE se aisló la temperatura del dosel, de la temperatura del suelo. El área de cobertura vegetal (m2) se estimó mediante la función “número” de estadísticas de zona que cuenta el número de píxeles y se multiplicó por el tamaño del píxel en metros según la ecuación (4). La estimación de la Altura de los árboles (m) se basó en la diferencia entre el Modelo Digital de superficie (MDS) y el Modelo Digital del Terreno (MDT), según la ecuación 5. La obtención de estos modelos se realizó a partir de una clasificación automática de la nube de puntos densa que clasifica los puntos del suelo.

HUE = atan(2*(B-G-R) /30,5*(G-R)) (1)

NDVI = (NIR-R) - (NIR+R) (2)

Térmico ºC = (LWIR/100)- 273,15 (3)

Área de Cobertura Vegetal = Nº px * 0,0005369 m2 (4)

MSP=MDS-MDT (5)

Para llevar a cabo el análisis de las imágenes y el análisis estadístico se emplearon el programa QGIS (versión 3.16.15) y el programa Statgraphics Centurion XVIII.

Figura 2. Imagen aérea de la colección de frutales. Muestra de detalle de: a) imagen RGB, b) HUE, c) Índice NDVI, d) Térmico.

Tabla 1. Resumen estadístico por variedad de manzanos y peral (Media ± Desviación estándar). Datos con letras diferentes indican diferencias significativas según el test de Fisher (LSD). Significación estadística (Sig): ns, no significativo; **, p<0,01.

• Existe una correlación negativa entre el valor de la temperatura del dosel y el área de vegetación siendo más acentuada en el caso de los manzanos R2=0,7 que en las variedades de peral R2=0,6.
• Los valores altos del desarrollo vegetativo están relacionados con una mayor capacidad de termorregulación.
• Se observa una temperatura media del dosel más alta en las variedades locales de manzano 38,20°C, frente a los 37,5°C de las variedades de peral.
• Existen diferencias significativas (p<0,01) en los valores de temperatura del dosel y el área de vegetación entre las distintas variedades locales de manzano y peral.
• Se observan diferencias de temperatura de la vegetación en un mismo árbol superiores a 12°C, entre la zona que recibe la radiación solar y el lado sombreado.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido posible gracias a la cofinanciación FEDER TRANSFERVAR y la Junta de Castilla y León y a la colaboración del Grupo de Fruticultura y Viticultura Avanzadas de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) C. Cataluña, s/n, 31006 Pamplona, Navarra.

Bibliografía

Fereres E., Pruitt W.O., Beutel J. A., Hemderson D. W., Holzapfel E., Schulbach H. and Uriu K. 1981. Evapotranspiration and drip irrigation scheduling. In: Fereres, E. (tech. ed.) Drip Irrigation Management. Division of Agricultural Sciences, University of California: 8-13.

Hall, A., Louis, J., and Lamb, D. (2008). Low-resolution remotely sensed images of winegrape vineyards map spatial variability in planimetric canopy area instead of leaf area index. Australian Journal of Grape and Wine Research, 14(1), 9–17.

Kalisperakis, I., Stentoumis, C., Grammatikopoulos, L., and Karantzalos, K. (2015). Leaf Area Index estimation in vineyards from UAV hyperspectral data, 2D image mosaics and 3D canopy surface models. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XL-1/W4, 299–303.

Steduto P., Hsiao T.C., Fereres E. and Raes D. 2012. Crop Yield Response to Water. FAO Irrigation and Drainage Paper No. 66; Food and Agriculture Organization of the United Nations: Rome, Italy.

Tromp, J. 1997. Maturity of apple cv. Elstar as affected by temperature during a six-week period following bloom. Journal of Horticultural Science 72:811-819.

Warrington, I.J., Fulton, T.A., Halligan, E.A. y de Silva, H.N. 1999. Apple fruit growth and maturity are affected by early season