Detection of Management Practices and Cropping Phases in Wild Lowbush Blueberry Fields Using Multispectral UAV Data

Abstract

Normalized difference vegetation index (NDVI) and normalized difference red-edge index (NDRE) are vegetation indices commonly used in agriculture to provide information on crop’s growth and health. Here, we investigated the sensitivity of both indices to management practices in lowbush blueberry fields. Images of the experimental plots were collected with a multispectral camera installed on an unmanned aerial vehicle. Both NDVI and NDRE values were significantly higher in fertilized plots than in controls (0.88 ± 0.03 vs. 0.79 ± 0.03 for NDVI, and 0.37 ± 0.01 vs. 0.33 ± 0.01 for NDRE) due to fertilization effect on vegetative growth. The increase was higher under mineral than organic fertilization during the two first phases of the cropping system (by ∼0.3 and ∼0.2 for NDVI and NDRE, respectively). NDRE was not affected by thermal pruning and fungicide application but was negatively correlated with Septoria infection level. NDVI was more strongly correlated with stem length than NDRE, but unlike NDRE, NDVI was not impacted by the development of reproductive shoots during the harvest phases. Overall, the results indicate that although both index values are correlated, their sensitivity to changes in canopy characteristics differs depending on the cropping phase. Further research must be conducted to relate these indices to blueberry’s nutrient status.

RÉSUMÉ

Les indices de végétation NDVI et NDRE sont couramment utilisés en agriculture pour fournir des informations sur la croissance et la santé des cultures. Le but de cette étude était d'étudier la sensibilité de ces deux indices aux pratiques culturales dans les champs de bleuets nains. Des parcelles expérimentales ont été imagées à l'aide d'une caméra multispectrale installée sur un véhicule aérien sans pilote (UAV). L'application d'engrais a amélioré le NDVI et le NDRE par rapport aux témoins (0.88 ± 0.03 contre 0.79 ± 0.03 pour le NDVI, et 0.37 ± 0.01 contre 0.33 ± 0.01 pour le NDRE) en raison de l’impact du fertilisant sur la croissance végétative du bleuet. Les valeurs de NDRE n’ont pas été affectées par la taille thermique et l'application de fongicides, mais étaient corrélées négativement au niveau de contamination par Septoria. Le NDVI était plus fortement corrélé à la longueur des tiges que le NDRE, mais contrairement à ce dernier, le NDVI n’a pas été affecté par le développement de pousses reproductrices pendant les périodes de récolte. Dans l'ensemble, les résultats indiquent que malgré une bonne corrélation entre les deux indices, leur sensibilité aux changements des caractéristiques de la canopée diffère selon le stade de croissance de la culture. D’autres études doivent être conduites pour tenter de relier ces deux indices au statut nutritif du bleuet nain.

Acknowledgments

The authors thank the Syndicat des Producteurs de Bleuets du Québec (SPBQ) and the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) (Grant RDCPJ-503182-16) for their financial supports. The authors thank the Corporation d’Aménagement Forêt Normandin (CAFN) for providing access to their sites and infrastructure. Thanks also to Club Conseil Bleuet (CCB) and Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC) employees for their technical assistance.