NDVI: entenda esse e outros índices de vegetação, saiba como utilizá-los na fazenda e veja opções de ferramentas.

Compreender o estado de saúde das nossas culturas é a melhor coisa a fazer no planejamento de safra.  Você pode apenas observar, fazer algumas análises de solo por amostras e outras técnicas de medição direta. 

E se houvesse uma maneira fácil, rápida e eficiente de ver a saúde da sua lavoura? E ainda conferir o seu desenvolvimento ao longo do tempo?  É exatamente o que fazem os índices de vegetação, como o NDVI.  Isso faz a diferença na gestão da fazenda.

Neste artigo, veja como conseguir esses mapas e como eles te ajudam a garantir mais produtividade e saúde da lavoura. Boa leitura!

O que são mapas NDVI ?

O NDVI é a sigla em inglês para Normalized Difference Vegetation Index. Ou seja, é o índice de vegetação por diferença normalizada. O NDVI é uma medida da saúde das plantas com base em como uma planta reflete a luz (geralmente a luz solar) em frequências específicas. 

Quando a luz solar atinge uma planta, certos comprimentos de onda são absorvidos enquanto outros são refletidos.  Em uma planta saudável, a clorofila absorve fortemente a luz visível, enquanto a estrutura celular das folhas reflete fortemente a luz do infravermelho próximo (NIR). 

Quando uma planta se torna desidratada, doente, afetada por pragas agrícolas, etc., a planta absorve mais dessa luz infravermelha.  Portanto, observar como o NIR varia em comparação com a luz vermelha fornece uma relação com a saúde das plantas.

Para ser mais específico, o NDVI é uma medida da refletividade das plantas. É uma tecnologia na agricultura que veio nos auxiliar no manejo da lavoura.

Essa refletividade é expressa pela equação que considera a refletividade do infravermelho próximo (NIR) menos a refletividade vermelha (VIS), dividido pelo NIR mais o VIS: 

Fórmula NDVI

(Fonte: Sentera)

A partir dessa equação temos valores de NDVI que variam entre 0 e 1, os quais significam:

• -1 – 0: Planta morta ou objetivo inanimado
• 0 – 0,33: Planta não saudável
• 0.33 – 0.66: Planta moderadamente saudável 
• 0.66 – 1: Planta muito saudável 

Lembrando que esses números são apenas noções gerais e variam de acordo com o tipo de planta e outras condições.  A partir dos valores de fitossanidade do NDVI entre -1,0 e +1,0 é possível obter os mapas NDVI.

Dessa forma, para cada faixa de valores é atribuída uma cor.  Por exemplo na figura abaixo, as áreas com NDVI de -1 a 0 são exibidos em vermelho, de 0,0 a 0,33 são laranjas a amarelos, 0,33 a 0,66 alguma variação de verde e acima de 0,66 são verdes.

(Fonte: Sentera)

Como o NDVI funciona? 

O NDVI funciona medindo a diferença entre a reflexão da luz em dois comprimentos de onda: luz vermelha (visível) e infravermelho próximo (NIR), ajudando a avaliar a saúde e o vigor da vegetação.

• Plantas saudáveis: Absorvem muita luz vermelha (usada na fotossíntese) e refletem bastante luz no infravermelho próximo.
• Plantas estressadas ou áreas sem vegetação: Refletem menos infravermelho próximo e mais luz vermelha.

Para entender como as imagens e índices podem ajudar, é importante que alguns conceitos sejam comentados.

O sol é a principal fonte de energia do planeta. Parte dessa energia é absorvida pela terra e utilizada pelas plantas na fotossíntese, enquanto outra parte é refletida de volta ao espaço.

A energia refletida varia conforme a composição dos objetos. Nas plantas, ela interage com os pigmentos fotossintéticos (como clorofilas e carotenos) e a estrutura celular.

Quando a energia atinge um objeto, pode ser absorvida, refletida, transmitida ou espalhada. Entenda melhor abaixo:

1. Absorção da planta 

A absorção da energia eletromagnética depende do estado nutricional da planta e do estádio vegetativo. Ocorre quando o pulso de radiação eletromagnética é completamente absorvido pelo alvo, convertendo-se em calor.

Em plantas saudáveis, pode-se observar que na região visível ocorre maior absorção da energia eletromagnética. Consequentemente, menor quantidade de  energia é refletida.

Além disso, também é possível observar os picos de absorção, que ocorrem nos comprimentos de onda do visível na região do azul e do vermelho.  

A menor absorção na região do verde está relacionada ao fato de uma folha verde conter pigmentos que absorvem o azul e o vermelho. Elas refletem a luz verde, sendo possível visualizar as culturas nessa coloração.

2. Transmissão

Ocorre quando o material é relativamente transparente para esta radiação, de forma que a radiação eletromagnética atravessará de uma extremidade à outra. 

Este fato explica a transparência da água pura e de um vidro, por exemplo. Nas plantas, a transmissão é responsável pela incidência da energia eletromagnética para as demais camadas do dossel vegetativo.

3. Reflexão

É responsável pela visualização dos objetos. Dependendo da composição química, parte da energia eletromagnética será absorvida e parte será refletida. 

No caso dos tecidos vegetais, uma folha verde e sadia reflete grandes quantidades de energia eletromagnética na faixa do infravermelho. 

Isso acontece devido às suas estruturas vegetais, especialmente a configuração e proporção de água contida nas folhas.

Por isso, folhas secas, com restrição hídrica ou atacadas por pragas e doenças, tem menor reflectância na região do infravermelho próximo. 

Além disso, a rugosidade ou relevo dos objetos também terá influência na energia refletida.

4. NDVI e a energia eletromagnética

Quando a luz ou radiação eletromagnética incide nos objetos, ela pode ser absorvida, refletida, transmitida ou espalhada em diferentes regiões do espectro eletromagnético. 

Posteriormente, você pode realizar cálculos como o NDVI para ter informações sobre o seu estado.

Os cálculos dos índices de vegetação, devem ser cruzados com informações reais da lavoura, considerando eventos climáticos e manejos adotados, para melhorar os resultados econômicos.

Esse esforço serve como indicativo de problemas localizados e podem ser usados na estimativa da biomassa e produção das culturas, sendo importante para que não podem ser detectadas a olho nu em fotografias. 

Como os mapas NDVI ajudam na lavoura?

Os mapas NDVI oferecem informações detalhadas sobre a saúde e o vigor das plantas, permitindo decisões mais assertivas no manejo das lavouras.

Por conta disso, ajudam a otimizar recursos e aumentar a produtividade, oferecendo uma visão abrangente do desempenho da lavoura ao longo do ciclo produtivo. Confira como podem ainda mais contribuir:

1. Monitoramento da saúde das plantas

• Identificação de áreas com estresse, como deficiência nutricional, pragas, doenças ou falta de água;
• Diagnóstico precoce, permitindo intervenções rápidas e direcionadas, evitando perdas e reduzindo o uso de insumos;
• Avaliação da eficiência de tratamentos, como aplicação de fertilizantes, irrigação e controle de pragas.

2. Otimização do uso de insumos

• Aplicação variável de fertilizantes em taxas variáveis, de acordo com a necessidade de cada zona;
• Irrigação precisa de áreas com diferentes necessidades de água, otimizando o uso da irrigação e evitando o desperdício.

3. Estimativa de produtividade

• Previsão de safras, ajudando os agricultores a planejar a colheita e a comercialização.
• Identificação de áreas com potencial produtivo, auxiliando na tomada de decisões sobre o manejo da lavoura.

4. Planejamento e gestão da lavoura

• Zoneamento da lavoura com características semelhantes, permitindo a aplicação de práticas de manejo específicas para cada zona;
• Melhoria da tomada de decisão, otimizando o uso de recursos e aumentando a produtividade da lavoura.

Em resumo, os mapas NDVI são ferramentas que fazem parte da agricultura de precisão e ajudam no monitoramento preciso da saúde das plantas, uso inteligente de insumos, estimativa de produtividade e a gestão eficiente da lavoura.

Por que usar NDVI no dia a dia? 

O uso do NDVI no dia a dia da gestão agrícola permite um monitoramento constante e em tempo real da saúde da lavoura, identificando problemas como estresse hídrico, deficiências nutricionais, pragas e doenças antes que causem prejuízos significativos.

Essa ferramenta facilita o planejamento e a execução de práticas agrícolas mais eficientes, como adubação localizada, irrigação direcionada e pulverização estratégica, otimizando o uso de recursos e reduzindo custos e desperdícios.

Além disso, o NDVI fornece dados confiáveis que ajudam na tomada de decisões mais assertivas, como o planejamento da colheita e a estimativa de produtividade, promovendo uma agricultura sustentável e ambientalmente responsável.

Integrado a tecnologias de agricultura de precisão, como drones e sistemas de gestão, ele potencializa a eficiência das operações agrícolas, garantindo maior produtividade e rentabilidade para o produtor.

Imagens de satélite integradas à gestão da fazenda

Para os usuários do aplicativo de gestão rural Aegro, que já estão acostumados a monitorar suas lavouras através de tecnologia, acrescentar análises NDVI à rotina da fazenda é muito simples.

Basta contratar a integração Aegro Imagens para ter acesso ao mapeamento por satélite da sua propriedade rural.

Com essa integração, você recebe imagens atualizadas do satélite Sentinel-2 em uma frequência de 3 a 5 dias. É possível visualizar os índices de vegetação de cada talhão, juntamente com as operações agrícolas que foram realizadas no local.

Afinal, o Aegro funciona como um caderno de campo onde você e sua equipe mantêm o registro detalhado das atividades de manejo. 

Princípios físicos e padrões de cores das imagens NDVI

A diferença entre os sensores utilizados na agricultura são as faixas do espectro eletromagnético que estes sensores imageadores são capazes de capturar. 

O NDVI utiliza em seu cálculo a refletividade da região do visível e do infravermelho próximo. Dessa forma, os sensores para utilização nesses cálculos precisam obrigatoriamente ser capazes de cobrir esta faixa espectral.

Sensores RGB (que capturam na região do visível), como os presentes em câmeras fotográficas comuns e aparelhos celulares, não podem ser empregados para este fim.

Além disso, a qualidade das informações obtidas por estes sensores está relacionada ainda a diferentes resoluções, como a resolução espacial, espectral, radiométrica e temporal.

1. Resolução espacial

Auxilia na identificação das formas, tamanhos e texturas. Quanto maior a resolução espacial, menor o tamanho dos pixels (área imageada).

Uma imagem é formada por um conjunto de pixels (por exemplo, de 50 por 50 metros, variável de acordo com o sensor e resolução).

2. Resolução espectral

Corresponde às bandas ou faixas do espectro eletromagnético em que o sensor é capaz de adquirir uma imagem. Por exemplo, um sensor é capaz de realizar o imageamento de uma área com resolução de 11 faixas do espectro. 

Na região do visível, os valores oscilam de 400 a 732 nm. Logo, nesta faixa, para cada intervalo existem inúmeras bandas espectrais (intervalo de valores).

Quanto maior o número de bandas, maior é a resolução espectral. É relacionado à capacidade de distinção da composição química dos tecidos.

3. Resolução radiométrica

Capacidade do sensor em registrar níveis de cinza. Esta quantidade é normalmente medida em número de bits (2n. N corresponde ao número de bits da imagem).

Quando (n) assume o valor de 6, por exemplo, teremos 64 bits ou níveis de cinza, onde o branco corresponde ao valor máximo e 0 à coloração preta.

Quanto maiores os níveis de cinza ou intervalos de bits, maior o detalhamento das imagens.

4. Resolução temporal

Diz respeito ao número de imagens que podem ser adquiridas ao longo do tempo. Quando falamos de VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados) ou aeronaves, e até mesmo sensores portáteis, essa resolução pode ser no momento em que o técnico considerar necessário, se as condições ambientais forem favoráveis. 

Já os sensores orbitais possuem resolução temporal fixa. Ou seja, o tempo de nova passagem e imageamento de uma área é fixo, podendo sofrer interferências de condições ambientais, como grande presença de nuvens.

5. Padrões de cores do NDVI

O NDVI não possui uma paleta de cores fixa, embora a maioria dos programas assuma coloração vermelha para áreas com pouca vegetação ou de solo exposto, e coloração verde para áreas de intensa vegetação.

Cores verdes intensas representam maior NDVI, ou seja, plantas mais vigorosas, porém podem diminuir, e adquir coloração verde-claro, amarelo, bege, laranja e por fim vermelho, indicando falta de vegetação ou solo exposto.

Como interpretar imagens NDVI?

Para interpretar imagens NDVI é preciso entender a escala de cores e os valores que representam, além de usar uma ferramenta que apresente esses elementos claramente. Confira abaixo: 

Escala de Cores

• Verde Escuro: Áreas com alta densidade de vegetação saudável e vigorosa. Geralmente, indica locais com maior biomassa vegetal; 
• Verde Claro: Indica áreas com vegetação moderada ou em estágios iniciais de crescimento;
• Amarelo/Laranja: Sugere áreas com pouca vegetação, solo exposto ou vegetação sob estresse;
• Vermelho: Representa áreas sem vegetação, como solo nu, água ou áreas urbanas.

Valores NDVI

• Valores Negativos (-1 a 0): Indicam água, neve, nuvens ou áreas com pouca ou nenhuma vegetação;
• Valores Próximos a Zero (0 a 0,2): Áreas com solo exposto, rochas ou vegetação muito esparsa;
• Valores Positivos (0,2 a 1): Presença de vegetação. Quanto maior o valor, maior a densidade e o vigor da vegetação.

Dicas para Interpretação

• Contexto: Considere o tipo de vegetação, época do ano e condições climáticas ao analisar as imagens;
• Comparação: Compare imagens NDVI ao longo do tempo para monitorar mudanças na vegetação, como crescimento, estresse hídrico ou desmatamento;
• Combinação com outras informações: Utilize as imagens NDVI em conjunto com outros dados, como mapas de solo, dados meteorológicos e imagens de satélite de alta resolução, para obter uma análise mais completa.

A interpretação de imagens NDVI requer prática e conhecimento. Comece com o básico e explore as diferentes ferramentas e recursos disponíveis para aprimorar suas habilidades.

Comportamento do NDVI durante o ciclo de cultivo da soja

O NDVI apresenta valores próximos 0,4 no início de novembro, coincidindo com o período em que são realizados manejos de preparo de solo e pré-plantio, com dessecação das áreas.

Posteriormente, há um aumento no período que compreende o final do mês de novembro (0,4) até o final do mês de fevereiro (0,8), período em que a cultura está em desenvolvimento vegetativo. 

Os valores máximos de NDVI são encontrados geralmente na fase de floração (0,823), que se inicia entre final de janeiro e final de fevereiro, período de  máxima biomassa vegetal da cultura. Nessa fase ocorre saturação do NDVI.

Após a floração, começa o decréscimo acentuado do NDVI, relacionado ao enchimento de grãos. 

O estádio de maturidade fisiológica da cultura ocorre após o final do enchimento de grãos (final de março e início de abril), com leve decréscimo do NDVI após a maturação, pela perda das folhas e senescência total das plantas. 

Após a maturação, começa novamente o aumento do NDVI pelo crescimento vegetativo de outras plantas e até mesmo de plantas de soja, oriundas dos grãos perdidos durante a colheita.

Quais problemas na lavoura as imagens NDVI conseguem identificar?

Diversos estudos já identificaram as alterações das respostas dos índices de vegetação ao longo do ciclo de diferentes culturas, incluindo soja e milho.

Essas ferramentas podem dar informações acerca das condições fenológicas da cultura. Desta forma, você pode planejar tratos culturais mais assertivos, como aplicação de fertilizantes, irrigação e tratos fitossanitários.

Os índices, especialmente imagens NDVI, podem fornecer informações sobre o ciclo total das culturas, além de poder estimar a produção e rendimento delas.

Além disso,  são eficazes na identificação precoce de problemas relacionados a nutrição, pragas e erosão do solo. 

Essas informações permitem que você estabeleça estratégias de comercialização e regulação de suprimentos. 

Ter uma ferramenta de gestão de fazendas que integre imagens NDVI faz toda a diferença para elevar a eficiência e a sustentabilidade das operações agrícolas. 

Essa combinação permite que você tome decisões cada vez mais assertivas em todas as etapas do cultivo.