Geomática Aplicada à Gestão de Recursos Hídricos Ikonos de Vitória 1 m de Resolução PROF. ALEXANDRE ROSA DOS SANTOS Engenheiro Agrônomo - UFES Mestrado em Meteorologia Agrícola – UFV Doutorado em Engenharia Agrícola - UFV

Capítulo 3 UNIVERSIDADE FEDERAL DOS ESPÍRITO SANTO – UFES CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS - CCHN DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA - DPGEO LABORATÓRIO DE GEOMÁTICA DA UFES - LGU Obs: Todos os Slides apresentados foram adaptados do livro “Fundamentos do Sensoriamento Remoto e Metodologias de Aplicação (2ª Edição). Autor: Maurício Alves Moreira Vitória LANDSAT Andaraí Ikonos 1 m resolução Campos do Jordão Ikonos 1m de Resolução Capítulo 3 Noções Básicas sobre o Vegetação e sua Interação com a Radiação Solar

Anatomia da Planta

FOLHAS Corte transversal de uma folha, mostrando a distribuição de camadas constituintes RAIZ Seção transversal de raiz, mostrando as diferentes camadas e os vário tipos de transportes de solução para o xilema VEJA MAIS SOBRE A FOLHA CAULE

FUNÇÕES DAS FOLHAS RESPIRAÇÃO TRANSPIRAÇÃO FOTOSSÍNTESE Corte transversal de uma folha mostrando o estômato com o ostíolo aberto e fechado TRANSPIRAÇÃO FOTOSSÍNTESE

Interação da Radiação Solar com a Planta Principais reações fotoquímicas das plantas superiores

refletida (R), parte absorvida (A) e parte transmitida (T) Interação da energia solar com a folha: radiação incidente (I), energia refletida (R), parte absorvida (A) e parte transmitida (T)

UTILIZAÇÃO DA ENERGIA SOLAR NA FOTOSSÍNTESE Luz Reações da luz ou fotoquímicas

Pigmentos encontrados nos cloroplastos de plantas superiores e em algumas algas, associados à transferência de energia para o processo fotossíntético

Fórmula estrutural da molécula de clorofila “a” e fórmula molecular das clorofilas “a” e “b”

Curvas de absorção da energia luminosa (400 a 700 nm) pelos pigmentos do cloroplasto (clorofila “a” e “b” e beta-caroteno

ABSORÇÃO DA LUZ PELOS PIGMENTOS Esquema de uma unidade fotossíntética Desenho para mostrar a distribuição das clorofilas e a proporção dos pigmentos em cada unidade fotossíntética Esquema em Z, mostrando a captura da energia luminosa pelos fotossistemas I e II

PORÇÃO REFLETIDA DA RADIAÇÃO SOLAR REAÇÕES ESCURAS PORÇÃO REFLETIDA DA RADIAÇÃO SOLAR Espectro de reflectância de uma folha de vegetação verde e sadia

Efeito da presença de diferentes pigmentos na reflectância de REGIÃO DO VISÍVEL Efeito da presença de diferentes pigmentos na reflectância de folha entre 400 a 900 nm

REGIÃO DO INFRAVERMELHO Mudança na reflectância de folha de feijão provocada pela mudança no conteúdo de água infiltrada

FATORES ENVOLVIDOS NA INTERCEPTAÇÃO, ABSORÇÃO E REFLEXÃO DA LUZ SOLAR PELAS FOLHAS Fatores morfológicos: destacam-se densidade de cobertura vegetal, distribuição horizontal e vertical de folhas e ângulo de inserção foliar.

Fatores Fisiológicos ou Funcionais A) Idade da planta Curvas de reflectância espectral de folhas verdes e senescentes

B) Déficit hídrico Curvas de radiação fotossinteticamente ativa interceptada (RFAI) pelo dossel de uma cultura de trigo irrigado e com déficit de água, medidas das 7 às 16 horas Reflectância de trigo na região espectral do vermelho (600 a 700 nm), em função do ângulo zenital (hora do dia) Curva de energia interceptada (RFAI) e absorvida (RFAAb) pelo dossel de uma cultura de trigo com estresse de água, com medições entre as 7 e 16 horas

Desenho de corte transversal de folha de Sol folha de Sol e sombras C) Tipo e espessura das folhas Desenho de corte transversal de folha de Sol folha de Sol e sombras

D) Nutrientes Curvas de reflectância do cultivar IAC-287 com dois níveis de adubação nitrtogenada

E) Conteúdo de água na folha Curvas de reflectância espectral, obtidas em folhas de milho com diferentes conteúdos de água Relação inversa entre a reflectância de uma folha e a absorção pela água

INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR COM O DOSSEL DA VEGETAÇÃO Uma comunidade homogênea (cultura do café) e uma heterogênea (mata natural)

Albedo de algumas superfícies

Curvas de reflectância de dosséis de trigo obtidas em diferentes estádios de desenvolvimento

Reflectância de folhas de algodão superpostas

RESUMO DO CAPÍTULO Vale a pena conferir

Propriedades Espectrais das Plantas Superiores DO QUE DEPENDEM AS PROPRIEDADES ESPECTRAIS DAS PLANTAS SUPERIORES? Morfologia das folhas; Estrutura interna das folhas; Composição química; Estado fisiológico; Geometria das plantas (disposição espacial); Etapa de crescimento ou de desenvolvimento na qual encontra práticas culturais; Condições climáticas antes e durante o ciclo de vida das plantas. As folhas absorvem, refletem e transmitem as radiações incidentes seguindo o padrão das células pigmentadas que contêm soluções aquosas. A refletividade das folhas (plantas superiores) é atribuída à estrutura interna das mesmas.

Seção transversal de uma folha mostrando possíveis trajetórias EPIDERME FACE INFERIOR TECIDO PALIÇÁLICO MESÓFILO ESPONJOSO FACE SUPERIOR CÉLULAS GUARDAS CUTÍCULA Difunde bastante as r.e.m e reflete pouco CAVIDADE SUB-ESTOMATAL Cotem pigmentos (clorofila) absorvendo radiação visível Seção transversal de uma folha mostrando possíveis trajetórias das radiações eletromagnéticas (GATES, 1970)

Cutícula: difunde bastante e reflete pouco; TEORIA DE WILLSTATE & STOLL (1918) BASEADA NA REFLEXÃO CRÍTICA DA R.E.M. NAS PAREDES CELULARES (REFLEXÃO ESPECULAR) r.e.m Célula Reflexão especular Parede celular Esquema da teoria de WILLSTATER & STOLL OBSERVAÇÃO Cutícula: difunde bastante e reflete pouco; Tecido palicádico: contém pigmentos (clorofila) e absorve as radiações visíveis; Mesófilo esponjoso: têm muitos espaços inter-celulares os quais refletem r.e.m. Nele acontecem trocas entre O2 e CO2 (fotossíntese e respiração).

TEORIA DE SINCLAIR A refletividade no IV próximo (0,7 – 1,3 mm) está relacionada com o número de espaços de ar existentes entre células. A refletividade é maior quanto maior é o número de espaços de ar porque as r.e.m. passam com maior freqüência das partes da folha que tem alto índice de refração para aquelas partes que têm baixo índice de refração: Esquema da teoria de SINCLAIR Célula Ar inter-celular (índice 1,0) Parede hidratada (índice 1,4) A r.e.m. atinge a parede celular e é difundida em todas direções na cavidade inter-celular. Exemplo: As folhas de algodão durante o ciclo vital aumenta o número de espaços de ar, aumenta a refletividade e diminui a transmissão.

OBSERVAÇÕES OBS1: No VIS, o comportamento da reflexão é determinado pela clorofila, cuja absorção encontra-se no intervalo da luz azul (0,4 - 0,5 mm) e da luz vermelha (0,6 - 0,7 mm); enquanto reflete no intervalo da luz verde (0,5 - 0,6 mm). OBS2: A radiação incidente atravessa, quase sem perda, a cutícula e a epiderme, onde as radiações correspondentes ao vermelho e ao azul são absorvidas pelos pigmentos do mesófilo, assim como pelos carotenóides, xantófilas, e antocianidas, que causam uma reflexão característica baixa nos comprimentos de onda supracitados. OBS2: As clorofilas A e B regulam o comportamento espectral da vegetação e o fazem de maneira mais significativa em comparação com outros pigmentos. A clorofila absorve a luz verde só em pequena quantidade, por isso a reflectância é maior no intervalo da luz verde, o que é responsável pela cor verde das folhas para a visão humana. VEJA AS FIGURAS

Refletividade espectral de uma folha verde e a capacidade de absorção de água e refletividade, absorvidade e transmissividade numa folha verde para a radiação no VIS e NIR

Curva de reflectância de diferentes culturas

No NIR (0,7 - 1,3 mm), dependendo do tipo de planta, a radiação é refletida em uma proporção de 30 a 70% dos raios incidentes, ainda que as superfícies das folhas e os pigmentos sejam transparentes para esses comprimentos de onda. Todavia, os sistemas pigmentais das plantas perdem a capacidade de absorver fótons nesse espectro, que é caracterizado por uma subida acentuada da curva de reflexão. O mínimo de reflexão neste comprimento de onda é causado pela mudança do índice de refração nas áreas frontais de ar/célula do mesófilo. Nos comprimentos de ondas acima de 1,3 mm, o conteúdo de água das folhas influencia a interação com a radiação. A água dentro da folha absorve especialmente nas bandas em torno de 1,45 mm e 1,96 mm. Esta influência aumenta com o conteúdo de água. Uma folha verde caracteriza-se, nestas bandas, pela reflexão semelhante a de uma película de água. Por isso, estes comprimentos de onda, prestam-se à determinação do conteúdo hídrico das folhas. Folhas com conteúdo hídrico reduzido são caracterizadas por uma maior reflexão. A curva espectral depende do tipo de planta e, mais ainda, altera-se em função da estrutura e da organização celular.

FIM