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.

El Banco de Germoplasma se localiza en una parcela de 0.93 ha de regadío situada en la finca de Zamadueñas, Valladolid (coordenadas: 41,716075ºN, -4,694231ºW) perteneciente al ITACyL. Está compuesto, entre otras, por 70 variedades locales autóctonas de manzano injertadas sobre el portainjerto M-9 y 50 variedades de peral sobre BA-29 como patrón, a un marco de plantación de 4 x 3 m. Cada variedad de la colección está compuesta por 3 árboles, con un total de 360 árboles individuales de los cuales se han analizado las 63 variedades más representativas en función de su altura (31 de manzano y 32 de peral).

Figura 1. Flujo de Trabajo.

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.

Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 1. Se han observado diferencias significativas en la temperatura del dosel y área entre varias variedades. En manzano las variedades: 'Reineta Verde', 'Verdedoncella' y 'De Constancio' y en peral: 'Don Guindo', 'Pera de Canela' y 'Pera de Invierno', mostraron los menores valores de temperatura del dosel. Los valores más altos de temperatura en manzanos se encontraron en las variedades: 'Esperiega', 'Morro de Liebre' y 'Desconocida 8'. Y en peral: 'Pera Limonera', 'Pera del País' y 'Pera de Agua'. En cuanto al Área, las variedades que mostraron mayores valores fueron: 'De las Calabazas', 'Reineta Verde' y 'Desconocida 7', en manzano y 'Don Guindo', 'Perillo de Oro' y 'Pera Temprana' en perales, mientras que los valores más bajos los mostraron: 'Pera del País', 'Pera de Limón' y 'Coruja' en peral y en manzanos: 'Morro de Liebre', 'Manzana Roja' y 'Verdedoncella Roja'. En la Figura 3 se observa la correlación entre la temperatura del dosel (°C) y el área de cobertura vegetal (m2) para manzano y peral, encontrándose una correlación negativa moderada de R2 = 0,7 y R2 =0,6 respectivamente, por lo que cuanto mayor es el valor del área, menores son los valores de temperatura del dosel. Los valores de NDVI solo mostraron diferencias significativas en las variedades de perales, aunque con valores muy similares, las tres variedades con un índice de vigor más elevado fueron: 'Perillo de oro', 'Pera de Canela' y 'Don Guindo'.

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.

Figura 3. Valores térmicos (°C) vs área de cobertura vegetal (m2): a) manzanos b) perales.

Los resultados sugieren que un desarrollo vegetativo alto está asociado con una mayor capacidad de termorregulación y que la cantidad de hojas puede contribuir significativamente con la capacidad de gestión de calor en los tejidos de los árboles frutales. Estos resultados son interesantes para la elección de variedades mejor adaptadas al incremento de las temperaturas medias provocado por el cambio climático, lo que pone en valor el mantenimiento de las colecciones en los bancos de germoplasma que evitan la erosión genética provocada por un sistema de producción basado en muy pocas variedades y que conduce a una pérdida de flexibilidad en la adaptación a nuevos escenarios climáticos. En futuros trabajos sería interesante analizar la evolución temporal de la temperatura y su relación con la calidad del fruto.

• 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.