Detecção de doenças do feijão por caracteristicas espectrais

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Machado, Marley Lamounier
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; BR; Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ; Doutorado em Engenharia Agrícola; UFV
• Palavras-chave em Português: Feijão - Doenças e pragas; Análise espestral; Mofo-branco; Mancha-angular; Beans - Diseases and pests; Espestral analysis; White mold; Angular leaf spot; CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA
• Link de acesso: http://locus.ufv.br/handle/123456789/776

O presente trabalho pretende testar a hipótese de que é possível detectar a presença de doenças fúngicas de feijoeiros, típicas de períodos de outono/inverno, utilizando reflectância de folhas e de dossel. Para isso, foram feitas análise do comportamento espectral das plantas infectadas pelas doenças em diversas datas do ciclo da cultura, construção de modelos matemáticos preditivos por métodos multivariados, teste de modelos existentes (índices de vegetação) e determinação dos comprimentos de onda mais representativos para a estimativa da severidade da doença. Foram implantados cinco experimentos em locais com histórico de mancha-angular (MA) e mofo-branco (MB). Dois experimentos de mancha-angular e um de mofo-branco foram instalados no Departamento de fitotecnia da Universidade Federal de Viçosa, nomeados como UFV-MA, UFV-MA2 e UFV-MB, respectivamente. Os outros dois experimentos (um de mancha-angular e um de mofo-branco) foram instalados na Fazenda Experimental Vale do Piranga (EPAMIG) em Oratórios, MG, nomeados como FEVP-MA e FEVP-MB, respectivamente. Nos experimentos de MA, as cultivares de feijão utilizadas foram Ouro-Vermelho (grupo comercial vermelho) em UFV-MA e Ouro Negro (grupo comercial preto) em UFV-MA2 e FEVP-MA. Nestes experimentos, as diferentes severidades da doença foram obtidas pela aplicação de fungicidas em doses variadas aos 45, 60 e 75 dias após emergência. Foi utilizado o delineamento de blocos casualizados com quatro tratamentos, sendo dez repetições em UFV-MA e FEVP-MA e oito em UFV-MA2. No FEVP-MB foram utilizados tratamentos arranjados no esquema fatorial 4x2x2: densidades de plantas (4, 7, 10 e 13 plantas.m-1), genótipos de feijão do grupo carioca (CNFC 10720 e VC 6) e tratamentos com fungicida (com ou sem aplicação), aplicado no início da floração e dez dias depois. O esquema fatorial foi utilizado como método para proporcionar diferentes níveis de severidade de doença. Medidas de reflectância hiperespectral foram obtidas por espectroradiômetro com resolução de 1 nm. A faixa útil de leitura adotada foi entre 440 e 900 nm. Imagens multiespectrais foram adquiridas por meio de uma câmara de três CCDs e cinco faixas espectrais (azul, verde, vermelho, red- edge e infravermelho). Um painel Spectralon de quatro cores de reflectâncias conhecidas foi posicionado dentro do campo de visão da câmara multiespectral no momento da aquisição. Valores de pixel de cada cor do painel na imagem foram associados aos seus respectivos valores de reflectância utilizando métodos de regressão linear simples. Isto permitiu a transformação de números digitais para reflectância em cada imagem. A aquisição de reflectâncias hiperespectrais e de imagens multiespectrais sobre o dossel foram feitas de uma altura de três metros do solo, utilizando uma plataforma metálica de quatro rodados. Estas aquisições foram feitas sob condições de céu aberto, nos horários entre 10:00 e 14:00 horas (horário local de Brasília), de forma a minimizar a influência na geometria de iluminação. O intervalo entre as aquisições foi de sete dias e se iniciaram a partir do estádio fenológico V4 (terceira folha trifoliada completamente aberta). Para medidas de reflectâncias foliar, utilizou-se uma sonda de contato com fonte de luz própria, conectada ao espectroradiômetro. Processos de calibração para medidas de reflectância hiperespectral foram feitos utilizando painel Spectralon branco. Severidade da doença dos experimentos de MA foram determinados pela interpretação de imagens referentes a 27 folhas extraídas dos experimentos nos dias de leitura de reflectância. A interpretação foi feito pelo método de função discriminante. A acurácea da interpretação foi feita pelo índice Kappa. As imagens das folhas foram obtidas por câmara fotográfica comercial em ambiente interno e em condição de iluminação controlada. A severidade do mofo-branco foi avaliada com base em interpretação visual por pesquisador experimentado nesta atividade, durante o estádio fenológico R9. Utilizou-se a regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLS) para definição do conjunto de comprimentos de onda que melhor estime a severidade da doença numa determinada data. Para uso desse método, as observações foram previamente divididas em dois subgrupos: o primeiro (calibração) foi utilizado para construção do modelo e o segundo subgrupo para testar o modelo definido. Medidas de Raiz do Erro Médio Quadrado (RMSE) e de correlação entre valores medidos e preditos da severidade da doença foram utilizadas para avaliar os modelos. Antes do uso da regressão PLS, as observações foram submetidas à estatística Z, utilizando método robusto, para a identificação de variáveis anômalas. Nos experimentos de MA foram executados métodos de correlações entre cada comprimento de onda hiperespectral e o índice de severidade de doença correspondente, como método alternativo à regressão PLS para determinar os comprimentos de onda que melhor predizem os efeitos da doença. Foram então identificados os comprimentos de onda que proporcionaram significância estatística quando correlacionados à severidade da doença. Medidas de reflectância e índices de vegetação provenientes de reflectâncias hiper- e multiespectral do dossel foram utilizados nos experimentos de MB. Foram utilizados os índices de vegetação DVI, GNDVI, MCARI, MCARI2, MSAVI, NDVI, OSAVI, RDVI, TCARI e a razão entre índices, MCARI/OSAVI e TCARI/OSAVI. Os resultados em todos os experimentos indicaram que as mudanças na resposta espectral, relacionados com a severidade da doença, são dependentes dos comprimentos de onda. Os modelos por regressão PLS e os índices de vegetação com base em medidas hiperespectrais apresentaram melhor desempenho para identificação das doenças do que os modelos obtidos de medidas multiespectrais. O uso de índices de vegetação da família CARI (TCARI e MCARI) e sua razão com OSAVI, bem como, de DVI, foram os mais representativos para identificação de MB. Alterações no comportamento espectral da mancha-angular demonstraram ser mais expressivas nos estádios fenológicos finais da cultura, mais especificamente em R8 e R9. As faixas espectrais de maior representatividade, considerando mancha-angular e mofo-branco, foram o vermelho, red-edge e o infravermelho. As faixas espectrais de transição entre as bandas azul e verde e entre as bandas verde e vermelho também mostraram-se sensíveis à estimativa de mancha- angular e mofo-branco para reflectâncias foliar.