Original article

Approach to assess infrared thermal imaging of almond trees under water-stress conditions

Approche pour évaluer l’imagerie thermique infrarouge d’amandiers en conditions de stress hydrique

Aproximación a la evaluación de imágenes térmicas por infrarrojos en almendros bajo condiciones de estrés hídrico

Inst. Andal. Investig. Form. Agrar. Pesq. Prod. Ecol. (IFAPA), Cent. “Las Torres-Tomejil”, Ctra. Sevilla-Cazalla, Km. 12,2, Alcalá del Río ( Sevilla), Spain,
victorh.duran@juntadeandalucia.es

^* Correspondence and reprints

Received: 13 December 2011
Accepted: 9 February 2012

Abstract

Introduction. Optimising agricultural water use implies the combination of physiological, technological and engineering techniques, especially those for continuously monitoring the water status of plants subjected to deficit irrigation. A methodology to estimate water stress of young almond trees from thermal images was developed based on assessing the physiological status of almond crops under limited water-supply conditions. Materials and methods. Two irrigation treatments were tested during the maximum evapotranspirative demand period (214th to the 243rd day of the year) in an experimental almond [Prunus dulcis (Mill) D.A. Webb, cv. Guara] orchard: a low-frequency deficit irrigation (LFDI) treatment, irrigated according to the plant-water status, and a fully irrigated treatment (C₁₀₀) at 100% of crop evapotranspiration. Daily canopy temperature at midday (T_C) was measured with an infrared camera, together with standard measurements of stem-water potential (Ψ_Stem) and stomatal conductance (g_S). The time course of these parameters and their relationships were analysed. Results and discussion. The time course of the parameters studied showed highly significant correlations among the differentials of canopy-air temperature (ΔT), Ψ_Stem and g_S. The methodological protocol for analysing thermal images allowed a time saving in processing information and additionally offered the possibility of estimating the Ψ_Stem and g_S values. Conclusion. Our results confirm that infrared thermography is a suitable technique for assessing the crop-water status and can be used as an important step towards automated plant-water stress management in almond orchards.

Résumé

Introduction. Optimiser l’utilisation de l’eau en agriculture implique de combiner des techniques physiologiques, technologiques et d’ingénierie, en particulier celles qui permettent de surveiller en permanence l’état hydrique de plantes soumises à un déficit d’irrigation. Une méthodologie pour estimer le stress hydrique de jeunes amandiers à partir d’images thermiques a été développée sur la base de l’évaluation de l’état physiologique d’arbres placés en conditions d’alimentation en eau limitée. Matériel et méthodes. Deux traitements d’irrigation ont été testés au cours de la période de demande evapotranspirative maximale (214e au 243e jour de l’année) dans un dispositif expérimental en verger d’amandiers [Prunus dulcis (Mill.) D.A. Webb., cv. Guara] : un traitement avec une irrigation déficitaire à basse fréquence (LFDI), irrigué en fonction du statut hydrique des plants, et un traitement irrigué à 100 % de l’évapotranspiration des cultures (C₁₀₀). La température quotidienne du couvert à midi (T_C) a été mesurée à l’aide d’une caméra infrarouge, ainsi que des mesures standards du potentiel hydrique de la tige (Ψ_Stem) et de la conductance stomatique (g_S). L’évolution dans le temps de ces paramètres et leurs relations ont été analysées. Résultats et discussion. L’évolution dans le temps des paramètres mesurés et leurs relations ont mis en évidence des corrélations hautement significatives entre la différence de température canopie-air (ΔT), et les paramètres Ψ_Stem, et g_S. Le protocole méthodologique pour l’analyse des images thermiques a permis un gain de temps pour le traitement de l’information et a offert en plus la possibilité d’estimer les valeurs de Ψ_Stem et de g_S. Conclusion. Nos résultats confirment que la thermographie infrarouge est une technique appropriée pour l’évaluation de l’état hydrique des cultures et qu’elle peut être utilisée comme une technique adaptée à la gestion automatisée du stress hydrique des plants en vergers d’amandiers.

Resumen

Introducción. La optimización del uso del agua en la agricultura implica la combinación de técnicas fisiológicas, tecnológicas y de ingeniería, especialmente aquellas que permiten establecer un seguimiento en continuo del estado hídrico de plantas sometidas a riego deficitario. La metodología para estimar el estrés hídrico mediante el análisis de imágenes térmicas fue desarrollada a partir del seguimiento del estado fisiológico de un cultivo de almendros jóvenes bajo condiciones de aportes limitados de agua. Material y métodos. Se definieron dos tratamientos de riego durante el período de máxima demanda evapotranspirativa (214-243 día del año), en una parcela experimental de almendros [Prunus dulcis (Mill.) DA Webb., cv. Guara]: un tratamiento de riego deficitario de baja frecuencia (RDBF), que recibió dotaciones hídricas en función del estado hídrico del cultivo; y un tratamiento control (C₁₀₀) que recibió el 100% de la demanda evapotranspirativa. Se realizaron medidas periódicas de la temperatura de la cubierta vegetal (T_C) mediante una cámara de infrarrojos, junto con otras medidas tradicionalmente más usadas como son el potencial hídrico del tallo (Ψ_Stem) y la conductancia estomática (g_S). Se analizó la evolución temporal de los parámetros establecidos, así como las relaciones existentes entre ellos. Resultados y discusión. Se encontraron correlaciones altamente significativas en la evolución temporal de los parámetros estudiados. Por otra parte, la metodología empleada para al análisis y procesamiento de las imágenes térmicas permitió un ahorro importante de tiempo, ofreciéndonos además la posibilidad de realizar estimaciones significativas del potencial hídrico y la conductancia estomática. Conclusión. Los resultados obtenidos confirman que la termografía de infrarrojos es una técnica adecuada para evaluar el estado hídrico de los cultivos, y puede suponer un importante avance en la automatización del seguimiento del mismo en el cultivo de almendros.