A comparison of growing season agrometeorological stress and single-date Landsat NDVI for wheat yield estimation in west central Saskatchewan

Abstract

Modeled moisture stress from three weather stations and normalized difference vegetation index (NDVI) values from historical Landsat images for an area of west central Saskatchewan were utilized to assess the yield potential of several wheat fields, some of which were suspected to have suffered residual herbicide damage. The study was initiated to assess whether the crop yields in recent years had been adversely affected by residual herbicide damage. There was a wide variation in wheat yields between fields within a growing season and between growing seasons. NDVI values from individual fields could not provide a reliable estimate of wheat yield. However, a linear regression of mean annual producer-reported wheat yields on mean growing season moisture stress from three weather stations that surrounded the study area was significant with a coefficient of determination (r²) of 0.85. Although mean annual producer-reported wheat yields showed a direct relationship with mean NDVI, the regression was not significant. Mean NDVI was also poorly correlated with mean growing season moisture stress. This may be partly related to the inability to source cloud-free Landsat images from late July when the wheat would normally be near peak growth. A within-year comparison of individual yields and NDVI values for fields that had been treated and those that had not been treated with herbicide showed that there was no statistical difference between them.

Le stress hydrique modélisé à partir des données de trois stations météorologiques et les valeurs d'indice NDVI (normalized difference vegetation index) dérivées des images Landsat d'archive pour une région située dans le centre ouest de la Saskatchewan ont été utilisées pour évaluer le potentiel de rendement de plusieurs champs de blé, dont certains étaient soupçonnés d'avoir subi des dommages résiduels suite à l'utilisation d'herbicides. L'étude a été initiée pour déterminer si les rendements des cultures au cours des dernières années ont été affectés négativement par des dommages résiduels dus aux herbicides. On a pu observer une variation considérable dans les rendements de blé entre les champs à l'intérieur d'une même saison de croissance et entre les saisons de croissance. Les valeurs de NDVI des champs individuels ne pouvaient fournir une estimation fiable du rendement de blé. Toutefois, une régression linéaire des rendements annuels moyens de blé rapportés par les producteurs par rapport aux valeurs de stress hydrique en saison de croissance obtenues à partir de trois stations météorologiques entourant le site d'étude était significative avec une valeur de r² de 0,85. Quoique les rendements annuels moyens rapportés par les producteurs indiquaient une relation directe avec le NDVI, la régression n'était pas significative. Le NDVI moyen était faiblement corrélé avec le stress hydrique moyen durant la saison de croissance. Cette situation pourrait en partie être reliée à la difficulté de trouver des images Landsat sans nuages à la fin de juillet alors que le blé est normalement près de son pic de croissance. Une comparaison à l'intérieur d'une même année des rendements individuels et des valeurs de NDVI pour les champs qui avaient été traités avec des herbicides et ceux qui ne l'avaient pas été, a montré qu'il n'y avait pas de différence statistique entre ceux-ci.[Traduit par la Rédaction]