Estimation de la biomasse fourragère et du couvert végétal dans les prairies à l’aide de l’imagerie par UAV
Citation
Théau, J., Lauzier-Hudon, É., Aubé, L., Devillers, N. (2021). Estimation of forage biomass and vegetation cover in grasslands using UAV imagery. PLoS ONE, [online] 16(1 January), http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0245784
Résumé en langage clair
Les prairies comptent parmi les écosystèmes les plus répandus sur Terre. Elles représentent un élément clé de la sécurité alimentaire mondiale, en plus de fournir des services écologiques liés à la protection contre l’érosion, au maintien de l’habitat faunique, à la séquestration du carbone et à la captation de l’eau. La plupart de ces écosystèmes sont en mauvais état, principalement à cause du surpâturage. Les outils et les méthodes actuellement disponibles pour le suivi des pâturages reposent principalement sur des relevés de terrain qui sont longs et difficiles à généraliser à l’ensemble de la parcelle. La présente étude visait à mettre à l’essai et à comparer trois approches fondées sur l’imagerie multispectrale acquise par des véhicules aériens sans pilote (UAV) pour estimer la biomasse fourragère (FM) ou la couverture végétale dans un pâturage pendant une saison de croissance complète. Chaque méthode présentait des avantages techniques et des limites qui les qualifient pour différentes applications liées à la production de fourrage, à la surveillance des prairies ou à la gestion des pâturages en climat tempéré. La première approche a généré un modèle d’estimation de la biomasse fondé sur le volume. Ce modèle n’est pas très sensible aux faibles niveaux de végétation, mais il est exact pour les estimations de FM supérieures à 0,5 kg/m2. Cependant, il faut un modèle numérique de terrain fiable. La deuxième approche a utilisé l’indice de végétation par différence normalisée dans la bande verte (GNDVI) pour générer un modèle de prédiction de la biomasse par régression qui estime avec exactitude les niveaux de FM inférieurs à 3 kg/m2. Cependant, une validation plus poussée serait nécessaire pour confirmer l’efficacité et l’exactitude du modèle pour mesurer les petites variations de biomasse liées au broutage par les animaux et déterminer s’il peut être utilisé pour l’estimation de leur consommation de fourrage. La dernière approche est fondée sur une classification du couvert végétal à partir du regroupement des valeurs du GNDVI en quatre classes. Cette approche est plus qualitative que les autres, mais plus robuste et généralisable. Il semble prometteur pour la surveillance de la dégradation du couvert végétal et suffisamment simple et ajustable pour être utilisé par les producteurs dans un contexte commercial.
Résumé
Les prairies sont parmi les écosystèmes les plus répandus sur Terre et parmi les plus dégradés. Leur caractérisation et leur suivi sont généralement fondés sur des mesures de terrain incomplètes sur les plans temporel et spatial. L’avènement récent des véhicules aériens sans pilote (UAV) fournit des données à des résolutions spatiales et temporelles sans précédent. La présente étude visait à mettre à l’essai et à comparer trois approches fondées sur l’imagerie multispectrale acquise par UAV pour estimer la biomasse fourragère ou la couverture végétale dans les prairies. Le site d’étude était composé de 30 parcelles de pâturage (25 × 50 m), de 5 parcelles à sol nu (25 × 50) et de 6 parcelles témoins (5 × 5 m) situées dans un champ de 14 ha maintenu à divers niveaux de biomasse par un pâturage en rotation et par la tonte sur une saison de croissance complète. Au total, 14 vols ont été effectués. Une première approche fondée sur la structure résultant du mouvement a été utilisée pour générer un modèle d’estimation de la biomasse volumétrique (R2 de 0,93 et 0,94 pour la biomasse fraîche [FM] et la biomasse sèche [DM], respectivement). Cette approche n’est pas très sensible aux faibles concentrations de végétation, mais elle est exacte pour les estimations de FM supérieures à 0,5 kg/m2 (0,1 kg DM/m2). L’indice de végétation par différence normalisée dans la bande verte (GNDVI) a été choisi pour mettre au point deux autres approches. L’une est fondée sur un modèle de régression de la biomasse (R2 de 0,80 et 0,66 pour le FM et la DM, respectivement) et permet d’obtenir une estimation exacte à des niveaux de FM inférieurs à 3 kg/m2 (0,6 kg MS/m2). L’autre approche est fondée sur une classification du couvert végétal à partir du regroupement des valeurs du GNDVI en quatre classes. Cette approche est plus qualitative que les autres, mais plus robuste et généralisable. Ces trois approches sont relativement simples à utiliser et applicables dans un contexte opérationnel. Elles sont également complémentaires et peuvent être adaptées à des applications spécifiques dans la caractérisation des prairies.