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Artigo convidado: A física, a deteção remota e o controlo de plantas invasoras

O que tem a física, as plantas e deteção remota em comum? Esta é uma pergunta que oiço frequentemente e que eu própria tinha no início do meu doutoramento. Mas neste momento acabo esse mesmo doutoramento sobre o uso potencial da espetroscopia por detecção remota para monitorizar plantas invasoras e a sua interação com organismos do solo.

A espetroscopia é um método de medição da luz que envolve a relação da luz com a estrutura e composição dos materiais. A base deste método está na física dos materiais e da sua interação com os diversos comprimentos de onda. A radiação do sol penetra na atmosfera da terra e ao chegar à superfície terrestre já vários comprimentos de onda estão alterados, devido às moléculas do ar.

Figura 1

Figura 1: O painel superior representa a radiação solar antes e depois de atingir a superfície da terra. O painel inferior mostra as características do espectro electromagnético medido nas folhas verdes do Senécio (Jacobaea vulgaris). As moléculas que influenciam alguns dos comprimentos de onda estão identificadas.

Este efeito resulta numa radiação que é mais energética no espectro do visível do que no infra-vermelho (Fig. 1). Esta é a base para explicar, por exemplo, porque são verdes (geralmente) as plantas. As plantas estão adaptadas a converter a radiação do sol em energia útil ao seu crescimento.

Para uma maior eficiência na conversão de energia solar as plantas focam-se na radiação que é mais energética ao chegar à superfície da terra, ou seja, a zona do visível que nós humanos vemos como azul e vermelho. Isso resulta nas plantas serem verdes porque são comprimentos de onda que descartam e refletem e que os nossos olhos conseguem “ver”.

Os espectrómetros funcionam em parte como os nossos olhos, processam a luz que reflecte dos materiais, mas enquanto os olhos traduzem essa informação em cores e texturas, o espectrómetro traduz em números que depois podemos usar para estudar as propriedades das plantas. Isso permite-nos estudar as mudanças na estrutura e composição química das plantas em mais detalhe.

Um grande benefício de usar estas técnicas é a possibilidade de podermos estudar estes fenómenos a grandes escalas, já que varios satélites possuem sensores semelhantes (Jackson, 1986; Asner et al., 2008).

A influência dos organismos do solo sobre as plantas é muitas vezes difícil de avaliar devido à natureza enigmática das suas interações. Os organismos do solo podem influenciar as plantas por meio de interações simbióticas (amigáveis) ou patogénicas (conflituosas). E é cada vez mais reconhecido que a redução das interações entre plantas e microorganismos pode facilitar a invasão de plantas (Van Der Putten, 2003).

De igual modo, já se reconhece que espécies exóticas introduzidas podem tornam-se cada vez mais controladas pelos organismos do solo onde foram introduzidas (Diez et al., 2010). Um desafio recorrente para os ecologistas no estudo destas invasões é compreender e prever quando e onde estas espécies de plantas podem ser afectadas por organismos do novo habitat.

Como estas interações causam, frequentemente, mudanças nas estruturas físicas e químicas das plantas, o uso de espectrómetros para medir essas alterações é cada vez mais uma opção.

Figura 2

Figura 2: Senécio em flor, Jacobaea vulgaris Gaertn. (Syn. Senecio jacobaea L.)

No estudo que eu realizei foram selecionadas várias espécies de senécio ​​como modelo de estudo, com especial enfase na Jacobaea vulgaris Gaertn. (Syn. Senecio jacobaea L.) que é uma espécie nativa em expansão nos Países Baixos (Fig. 2). No início do meu estudo pouco se sabia sobre o impacte de organismos do solo nos padrões de reflectância espectral das plantas.

Foi demonstrado que os padrões de reflectância da planta podem fornecer informações sobre as suas interações com os organismos do solo mesmo se considerarmos diferentes órgãos na planta (folhas ou flores, por exemplo) (Carvalho et al., 2013). As resultantes discriminações, das interações planta-solo (Carvalho et al., 2012), ilustraram que os padrões espectrais podem fornecer pistas interessantes para deteção remota destas interações em escalas mais amplas.

Se esta técnica se tornar operacional podemos beneficiar em diversas áreas de investigação, como, por exemplo, o controlo biológico ou a monitorização da qualidade do solo para a agricultura. O futuro da deteção remota mostra-se promissor e a física um grande aliado para estudar as plantas.

 

Asner GP, Knapp DE, Kennedy-Bowdoin T, Jones MO, Martin RE, Boardman J, Hughes RF. 2008. Invasive species detection in Hawaiian rainforests using airborne imaging spectroscopy and LiDAR. Remote Sensing of Environment 112(5): 1942-1955.

Carvalho S, Macel M, Schlerf M, Skidmore AK, van der Putten WH. 2012. Soil biotic impact on plant species shoot chemistry and hyperspectral reflectance patterns. New Phytologist 196(4): 1133-1144.

Carvalho S, Schlerf M, van der Putten WH, Skidmore AK. 2013. Hyperspectral reflectance of leaves and flowers of an outbreak species discriminates season and successional stage of vegetation. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 24(0): 32-41.

Diez JM, Dickie I, Edwards G, Hulme PE, Sullivan JJ, Duncan RP. 2010. Negative soil feedbacks accumulate over time for non-native plant species. Ecology Letters 13(7): 803-809.

Jackson RD. 1986. Remote sensing of biotic and abiotic plant stress. Annual Review of Phytopathology 24(1): 265-287.

Van Der Putten WH. 2003. Plant defense belowground and spatiotemporal processes in natural vegetation. Ecology 84(9): 2269-2280.

 

Sabrina CarvalhoSabrina Carvalho realizou a sua tese intitulada  “Jacobaea through the eyes of spectroscopy: Identifying plant interactions with the (a)biotic environment by chemical variation effects on spectral reflectance patterns” no âmbito do seu Doutoramento em Ecologia e Hyperspectral remote sensing.
Se não fosse cientista seria padeira e gosta de passear por mercados em segunda mão a tentar encontrar vestidos dos anos 50.
Visitem a sua página no Nederlands Instituut voor Ecologie.

 

 

 

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