Estimating canola (Brassica napus L.) yield potential using an active optical sensor

C.B. Holzapfel, G.P. Lafond, S.A. Brandt, P.R. Bullock, R.B. Irvine, M.J. Morrison, W.E. May, and D.C. James
Page(s) 1149-1160  | doi:10.4141/CJPS09056 | Published by the Agricultural Institute of Canada

Full text (PDF 380 kb)    

Abstract: Active optical sensors have potential as tools to increase N fertilizer use efficiency in crop production; however, empirical data are required to utilize the sensors for this purpose. Data were compiled from N fertilizer trials at five Canadian locations (2004-2007) to determine the feasibility of using optical sensors during the growing season to estimate the seed yield potential of canola (Brassica napus). The normalized difference vegetation index (NDVI) of each plot in each trial was measured using a hand-held optical sensor several times each season. The NDVI between the six-leaf stage and the beginning of flowering was divided by one of several different heat unit summations to normalize the measurements, and data were combined across locations. Linear and exponential regression analyses were completed for canola seed yield as a function of both the original and normalized NDVI measurements. When data from all locations were combined, NDVI was significantly correlated with canola seed yield (R² = 0.35; P < 0.001) and normalizing NDVI did not improve the correlation. Categorizing the locations by soil zone (Brown-Dark Brown and thin-Black-Black) and completing separate regression analyses for each group increased the correlation coefficients for NDVI and seed yield (R² = 0.36-0.43). Furthermore, dividing NDVI by the heat unit summations generally improved the correlation when the data were categorized by soil zone. The largest correlation coefficient occurred when NDVI was divided by growing degree days with a base temperature of 5°C (R² = 0.53-0.67). Our results show that optical sensors can be used to estimate canola yield potential early enough in the growing season to have potential as an N management tool.

Key words: Normalized difference vegetation index, agriculture, precision, nitrogen use efficiency

Résumé: Les capteurs optiques pourraient contribuer à accroître l’efficacité des engrais N employés en agriculture, mais on manque de données empiriques pour les utiliser à cette fin. Les auteurs ont colligé les données d’essais sur les engrais N réalisés à cinq endroits au Canada (de 2004 à 2007) pour savoir si on pourrait se servir de tels capteurs pour estimer le rendement potentiel du canola (Brassica napus) durant la saison végétative. L’indice de végétation (NDVI) de chaque parcelle pour chaque essai a été mesuré à plusieurs reprises durant la période de croissance au moyen d’un capteur optique manuel. L’indice de végétation entre le stade des six feuilles et le début de la floraison a ensuite été divisé par une de plusieurs sommes de degrés-jours pour assurer l’uniformité des mesures, puis les données issues des différents endroits ont été regroupées. On a appliqué une analyse de régression linéaire et exponentielle au rendement grainier du canola en fonction de l’indice de végétation original et de l’indice normalisé. Quand on combine les données des divers endroits, on constate que le NDVI présente une corrélation significative avec le rendement grainier du canola (R² = 0,35; P < 0,001) et que sa normalisation n’améliore pas cette corrélation. Répartir les endroits selon le type de sol (Brun - Brun foncé et mince couche de sol Noir - Noir) et appliquer une analyse de régression distincte à chaque groupe accroît le coefficient de corrélation entre l’indice de végétation et le rendement grainier (R² = 0,36-0,43). Par ailleurs, diviser le NDVI par la somme de degrés-jours améliore souvent la corrélation des données quand elles sont réparties selon la zone de sols. Le plus important coefficient de corrélation survient quand on divise l’indice de végétation par le nombre de degrés-jours de croissance en fonction d’une température de base de 5°C (R² = 0,53-0,67). Les résultats indiquent qu’on pourrait se servir des capteurs optiques pour estimer le rendement du canola assez tôt en saison en vue de mieux gérer l’azote.

Mots clés : Indice de végétation, agriculture de précision, rendement de l’azote

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