Spectral vegetation indexes as indicators of leaf pigment content in apple (Malus domestica Borkh.) | Спектральные вегетационные индексы как индикаторы содержания пигментов в листьях яблони (Malus domestica Borkh.)

English. Methods of operational remote agricultural monitoring are currently based on the use of spectral vegetation indices as some integral indicators of plant condition. The goal was to analyze the relationship between the spectral vegetation indices calculated for the leaves of the Imrus apple tree with the leaf content of chlorophyll and carotenoids. We evaluated the applicability of several dozen vegetation indices proposed for determining the content of chlorophylls and carotenoids in the leaves of various plants to the non-contact determination of these pigments in the leaves of the Imrus apple tree. On October 19, 2021, leaves were collected at noon randomly from 2-5-year old branches of the middle part of the crown of model Imrus trees grown from 2011 at the test plot (Stupino District, Moscow Province, Russia). In total, 26 mixed leaf samples were collected for pigment content analysis. The content of chlorophylls a + b was determined in the laboratory by the Wintermans-De Mots method, carotenoids by the von Wetshtein method. For the same leaves, spectral reflectance was measured under field conditions using a SR-6500 field spectroradiometer (Spectral Evolution, USA), which operates in the 350-2500 nm range with a resolution of 1 nm. It has been established that the previously proposed numerous vegetation indices cannot be used for non-contact detection of the content of chlorophyll and carotenoids in the leaves of the Imrus apple tree. There is practically no relation between the index value and pigment content. It is also not possible to group the analyzed leaves according to the content of pigments based on the construction of a dendrogram of the similarity between the spectral reflectance curves of leaves in the range of 350-2500 nm. Based on the correction of the indices that showed the most accurate dependence, new vegetation indices were proposed for non-contact detection of the content of carotenoids and chlorophyll in apple leaves.

Russian. Методы оперативного дистанционного (спутникового и беспилотного) с.-х. мониторинга в настоящее время базируются на использовании спектральных вегетационных индексов в качестве интегральных показателей состояния растений. Цель исследования - анализ связи между спектральными вегетационными индексами, рассчитанными для листьев яблони сорта Имрус, с содержанием в них хлорофилла и каротиноидов. Анализ спектральной отражательной способности листьев яблони (Malus domestica Borkh.) сорта Имрус посадки 2011 года проводили 19 октября 2021 г. на территории опытного сада ФГБНУ ФНЦ садоводства (пос. Михнево, Московская обл., Ступинский р-н). Листья собирали в полуденное время случайным образом из средней части кроны с ветвей 2-5-летнего возраста. Всего для анализа содержания пигментов сформировали 26 смешанных образцов листьев. Содержание хлорофиллов a + b определяли в лабораторных условиях методом Винтерманса-Де Мотса, каротиноидов - методом фон Ветштейна. Спектральную отражательную способность оценивали с использованием полевого спектрорадиометра SR-6500 (Spectral Evolution, США), который работает в диапазоне 350-2500 нм с разрешающей способностью 1. Установлено, что предложенные ранее многочисленные вегетационные индексы не могут быть использованы для бесконтактного детектирования содержания хлорофилла и каротиноидов в листьях яблони сорта Имрус. Связь между величиной индекса и содержанием пигмента практически отсутствует. Также не удается сгруппировать проанализированные листья по содержанию пигментов на основе построения дендрограммы сходства между кривыми спектрального отражения листьев в диапазоне 350-2500 нм. На основе корректировки индексов, показавших наиболее точную зависимость, предложены новые вегетационные индексы для бесконтактного детектирования содержания в листьях яблони каротиноидов и хлорофилла.