Show simple item record

dc.contributor.advisorPadilla Ruiz, Francisco Manueles_ES
dc.contributor.advisorThompson, Rodney B.es_ES
dc.contributor.authorSouza Ibarra, Stefani Romina de
dc.date.accessioned2021-05-18T07:44:35Z
dc.date.available2021-05-18T07:44:35Z
dc.date.issued2020-09
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10835/10835
dc.description.abstractSummary: Intensive vegetable systems are commonly associated with appreciable nitrate contamination of water bodies, as occurs in the greenhouse-based system of southeast (SE) Spain. This contamination is associated to the nitrogen (N) fertilizer and irrigation applications used to ensure high levels of production. To reduce this contamination, optimal N management is required to reduce the N losses to the environment and improve N use efficiency. There are several tools that can be used to assess crop N status and which could improve the N use efficiency. The use of these tools will provide vegetable growers with the ability to match the N supply to crop N demand throughout the growing season. An effective and rapid means to assess crop N status is the use of proximal optical sensors. These sensors do not directly measure N content in plant tissue, but provide measurements of optical properties that are indicative of crop N status. There are three main groups: chlorophyll meters, reflectance sensors, and fluorescence-based flavonols meters. These tools have demonstrated their capacity to assess N crop status in field crops, but relatively few studies have been conducted in greenhouse-based vegetable crops. This thesis has evaluated the capacity of chlorophyll meters and several vegetation indices calculated from canopy reflectance sensors to assess crop N status in sweet pepper and cucumber crops grown in soil in greenhouse in Almería, in SE Spain. The experimental work was conducted in a greenhouse located at the Experimental Station of the University of Almeria, very similar to those used for commercial production of Almería. In this thesis, the data used were collected in three sweet pepper crops (Capsicum annuum ‘Melchor’) and a cucumber crop (Cucumis sativus L.), grown with fertigation and planted in an enarenado soil. The sweet pepper crops were subjected to five N treatments applied in each irrigation throughout the crop, ranging from a very deficient to very excessive N supply. The cucumber crop used three different cultivars that were subjected to three N treatments ranging from a very deficient to very excessive N supply. Periodic biomass samplings were taken throughout the crops and the N content of the crops was determined. The critical N curve derived for sweet pepper in this work was used to calculate the nitrogen nutrition index (NNI), which was used as a measure of crop N status. In the cucumber crop, periodic leaf samples were collected and leaf N content was analysed as a proxy of crop N content. Different measurements with optical sensors were conducted periodically throughout the crops. Three chlorophyll meters (SPAD-502, atLEAF+, and MC-100) and two canopy reflectance sensors (GreenSeeker handheld and Crop Circle ACS-470) were used. Their sensitivity to assess crop N status and the consistency of measured values throughout the crops were evaluated. The sensitivity of chlorophyll meters to assess crop N status was analysed for four phenological stages (vegetative, flowering, early fruit growth and harvest) in the three sweet pepper crops, and sufficiency values for maximum growth were calculated for the same phenological stages. The influence of the time of day in optical sensor measurements was evaluated by measuring at 9:00, 12:00, 15:00 and 18:00 h solar time, in one sweet pepper crop. The effect of cultivar on optical sensor measurements was evaluated with three cucumber cultivars, ‘Strategos’, ‘Pradera’ and ‘Mitre’. In general, the research conducted in this thesis has shown that chlorophyll meter measurements were strongly related to crop N status (NNI) in all phenological stages of the three sweet pepper crops, indicating that these measurements are good indicators of the crop N status of pepper. The sufficiency values determined for each phenological stage for SPAD-502 and atLEAF+, were very consistent between the different years. This demonstrated the potential for using these meters with sufficiency values to improve the N management of commercial sweet pepper crops. For the MC-100 there was only one crop; so, it was not possible to assess the consistency of sufficiency values between crops. For the chlorophyll meters SPAD-502 and MC-100, there were significant differences between the cultivars of cucumber, particularly when N supply was sufficient and excessive, but not when N supply was deficient. However, there were no consistent differences between cultivars in vegetation indices evaluated (NDVI, GNDI, RVI, and GVI) which were measured with the canopy reflectance sensor Crop Circle ACS 470. The optical measurements made with both chlorophyll meters and canopy reflectance sensors, were strongly and linearly related to leaf N content in each of the three cucumber cultivars. Cultivar had a significant effect on the relationship between leaf N content and chlorophyll meter measurements, but not on the relationships between leaf N content and canopy reflectance vegetation indices. The lack of a consistent effect of cultivar, on the relationship with leaf N content, suggests that a unique equation to estimate leaf N content from vegetation indices can be applied to all three cultivars. This unique equation, however, may not be applied for chlorophyll meter measurements because of the significant cultivar effect that was detected. Time of day had a slight effect on relative chlorophyll measurements made with the SPAD-502 meter, only in the very deficient N treatment, suggesting that the effects of time of day on SPAD-502 readings were related to crop N status. Regarding the MC-100 meter, there was a slight increase in the values in the measurements made at 15:00 and at 18:00 hours solar time, compared to measurements at 9:00, regardless of the N treatment. The NDVI index, measured both with the GreenSeeker handheld and the Crop Circle ACS- 470, the GNDVI and the GVI, measured with the Crop Circle, were not affected by time of day in any of the N treatments of this study. These results show that these sensors and indices can be used with confidence at any time of the day. Overall, the results of this thesis show the potential of optical sensors measurements (chlorophyll meters and canopy reflectance sensors) to assess crop N status in sweet pepper and cucumber. The sufficiency values of chlorophyll meters calculated for sweet pepper (‘Melchor’), were consistent throughout three crops, which demonstrated the potential for using these meters to improve the N management of commercial sweet pepper crops. The effect of cultivar observed with cucumber for different chlorophyll meters suggests that care should be taken when using sufficiency values that were determined for a particular cultivar, on different cultivars. For different cultivars, normalization procedures may be needed in these latter cases. On the contrary, the lack of differences in vegetation indices (NDVI, GNDI, RVI, and GVI) between these cultivars, suggests that they could be used to assess crop N status in cucumber. Regarding the lack of consistent effect of time of measurement on optical sensors measurements, results showed that these sensors and indices can be used with confidence at any time of the day. Resumen: La producción intensiva de hortalizas bajo invernadero se asocia comúnmente con una apreciable contaminación por nitrato de los cuerpos de agua. Esta situación puede deberse a la gran cantidad de fertilizante nitrogenados y la aplicación de agua utilizados para garantizar altos niveles de producción. Por esto, la gestión óptima del nitrógeno (N) es esencial para reducir las pérdidas al medio ambiente y mejorar la eficiencia en el uso del N. Existen varias herramientas que pueden usarse para evaluar el estado de N del cultivo y que podrían mejorar la eficiencia del uso del N. Estas herramientas deben tener la capacidad de igualar el suministro con la demanda de N del cultivo durante la temporada de crecimiento. Una forma eficaz y rápida para evaluar el estado de N del cultivo es mediante el uso de sensores ópticos proximales. Estos sensores no miden directamente el contenido de N en el tejido vegetal, pero proporcionan mediciones de las propiedades ópticas que son indicativas del estado de N del cultivo. Hay tres grupos principales: medidores de clorofila, sensores de reflectancia y medidores de flavonoles basados en fluorescencia. Estas herramientas han demostrado su capacidad para evaluar el estado de N del cultivo en cultivos a campo, pero relativamente pocos estudios se han realizado en cultivos hortícolas en invernadero. Esta tesis ha evaluado la capacidad de los medidores de clorofila y varios índices de vegetación calculados a partir de sensores de reflectancia para evaluar el estado de N del cultivo en cultivos de pimiento y pepino cultivados en suelo bajo invernadero en Almería (sureste (SE) España). El trabajo experimental se realizó en un invernadero ubicado en la Estación Experimental de la Universidad de Almería, muy similar a los utilizados para la producción comercial en el sureste de España. En esta tesis, los datos utilizados se tomaron en tres cultivos de pimiento (Capsicum annuum ’Melchor’) y un cultivo de pepino (Cucumis sativus L.), cultivados con fertirriego y plantados en suelo enarenado. Los cultivos de pimiento se sometieron a cinco tratamientos de N aplicados en cada riego durante todo el cultivo, que fue desde un suministro de N muy deficiente a muy excesivo. En el cultivo de pepino se usaron tres cultivares diferentes los cuales fueron sometidos a tres tratamientos con N, desde un suministro de N muy deficiente a uno muy excesivo. Se tomaron muestras periódicas de biomasa en todos los cultivos y se realizó un análisis del contenido de N del cultivo. La curva de N crítica derivada para el pimiento en el grupo de investigación se utilizó para calcular el índice de nutrición de nitrógeno (NNI), como una medida del estado de N del cultivo. En el cultivo de pepino, se recolectaron muestras periódicas de hojas y se analizó el contenido de N de la hoja como una medida aproximada del contenido de N del cultivo. Periódicamente se realizaron mediciones con sensores ópticos a lo largo de los cultivos. Se utilizaron tres medidores de clorofila (SPAD-502, atLEAF + y MC-100) y dos sensores de reflectancia del dosel (GreenSeeker handheld y Crop Circle ACS-470). Se evaluó su sensibilidad para evaluar el estado de N del cultivo y la estabilidad a lo largo de diferentes horas de medición. En pepino, se evaluó el efecto de diferentes cultivares en las mediciones de los sensores ópticos. En los tres cultivos de pimiento, se analizó la sensibilidad de los medidores de clorofila para evaluar el estado de N del cultivo en cuatro etapas fenológicas (vegetativa, floración, crecimiento temprano de la fruta y cosecha) y se calcularon valores de suficiencia para el crecimiento máximo en las mismas etapas. La influencia de la hora del día en las mediciones de los sensores ópticos se evaluó midiendo a las 9:00, 12:00, 15:00 y 18:00 h, hora solar, en un cultivo de pimiento. El efecto del cultivar en las mediciones de los sensores ópticos se evaluó en tres cultivares de pepino, ‘Strategos’, ‘Pradera’ y ‘Mitre’. En general, la investigación realizada en esta tesis ha demostrado que en las cuatro etapas fenológicas de los tres cultivos de pimiento las mediciones de los medidores de clorofila estaban fuertemente relacionadas con el estado de N del cultivo (NNI), lo que indica que estas mediciones son buenos indicadores del estado de N del cultivo en pimiento. Los valores de suficiencia determinados para cada etapa fenológica para SPAD-502 y atLEAF +, fueron muy consistentes entre los diferentes años. Esto demuestra el potencial para usar estos medidores con valores de suficiencia para mejorar el manejo de N de los cultivos comerciales de pimiento. En el caso del MC-100 solo había un cultivo; entonces, no fue posible evaluar la consistencia de los valores de suficiencia entre cultivos. En cuanto a los medidores de clorofila SPAD-502 y MC-100, hubo diferencias significativas entre los cultivares en las mediciones, particularmente cuando el suministro de N fue suficiente y excesivo, pero no cuando el suministro de N fue deficiente. Sin embargo, no hubo diferencias consistentes entre los cultivares en los índices de vegetación evaluados (NDVI, GNDI, RVI y GVI) y medidos con el sensor de reflectancia del dosel Crop Circle ACS 470. Las mediciones ópticas tomadas tanto con medidores de clorofila como con sensores de reflectancia del dosel, estuvieron fuerte y linealmente relacionado con el contenido de N de la hoja en cada uno de los tres cultivares. El cultivar tuvo un efecto significativo en la relación entre el contenido de N de la hoja y las mediciones de los medidores de clorofila, pero no en las relaciones entre el contenido de N de la hoja y los índices de vegetación de reflectancia del dosel. La falta de un efecto consistente del cultivar, en la relación con el contenido de N de la hoja, sugiere que una única ecuación para estimar el contenido de N de la hoja a partir de los índices de vegetación puede aplicarse a los tres cultivares. Sin embargo, esta ecuación única no puede aplicarse para las mediciones de los medidores de clorofila debido al significativo efecto del cultivar detectado. La hora del día tuvo un ligero efecto en las mediciones realizadas con el medidor SPAD-502, solo en el tratamiento muy deficitario de N, lo que sugiere que el efecto de la hora del día en las lecturas del SPAD-502 estaban relacionadas con el estado de N del cultivo. Con respecto al medidor MC-100, se encontró un ligero aumento en los valores en las mediciones realizadas a las 15:00 y a las 18:00 horas, en comparación con las mediciones realizadas a las 9:00, independientemente del tratamiento de N. El índice NDVI, medido tanto con el sensor de mano GreenSeeker como con el Crop Circle ACS470 y los índices GNDVI y GVI, medidos con el Crop Circle, no se vieron afectados estadísticamente por la hora del día en ninguno de los tratamientos de N en este estudio. Estos resultados muestran que estos sensores e índices pueden usarse con confianza en cualquier momento del día. En general, los resultados de esta tesis muestran el potencial de las mediciones de los sensores ópticos (medidores de clorofila y sensores de reflectancia del dosel) para evaluar el estado de N del cultivo en pimiento y pepino. Los valores de suficiencia de los medidores de clorofila calculados para el pimiento (’Melchor’) fueron consistentes entre los tres cultivos, lo que demuestra de alguna manera el potencial para usar estos medidores para mejorar el manejo de N de los cultivos comerciales de pimiento. El efecto del cultivar encontrado en el cultivo de pepino en las mediciones de los medidores de clorofila sugiere que se debe tener cuidado al usar valores de suficiencia, determinados para un cultivar en particular, en cultivares no probados; procedimientos de normalización pueden ser necesarios en estos casos. Por el contrario, la falta de diferencias en los índices de vegetación (NDVI, GNDI, RVI y GVI) entre estos cultivares sugiere que podrían usarse para evaluar el estado de N del cultivo en pepino. Con respecto al efecto de la hora de medición en las mediciones con sensores ópticos, los resultados mostraron que estos sensores e índices se pueden usar en campo con confianza en cualquier momento del día.es_ES
dc.language.isoenes_ES
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectProximal optical sensorses_ES
dc.subjectN managementes_ES
dc.subjectgreenhouseses_ES
dc.subjectsensores ópticos proximaleses_ES
dc.subjectmanejo del Nes_ES
dc.subjectinvernaderoses_ES
dc.titleMonitoring with proximal optical sensors to optimize N management of greenhouse vegetable cropses_ES
dc.title.alternativeMonitorización con sensores ópticos proximales para optimizar el manejo del N en cultivos hortícolas bajo invernaderoes_ES
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesises_ES
dc.rights.accessRightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesses_ES


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional
Except where otherwise noted, this item's license is described as Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional