Estimation of the vertical profile of the wheat crop water content with an electrostatic multipole. An experimental study

Abstract

-A new instrument, an electrostatic multipole, has been developed to assess in situ and non-destructive estimations of water content of horizontal layers of crops by dielectric measurements. A winter wheat crop was measured by using the multipole during the last month before harvesting. Results show that it is possible to detect the plant development stages, typically the end of the water plateau revealing the grain maturity. The electrostatic multipole was also used to estimate the total water content of the canopy aerial part. The average error on the water content is about 320 g·m -2 . Simultaneous estimations of spike and stem water contents can also be achieved; the root mean square errors (RMSE) are about 120 g·m -2 and 230 g·m -2 respectively. However the accuracy of these estimations decreases as the plant water content becomes spatially heterogeneous. On relatively homogeneous plots the RMSE of the spike and stem water contents are respectively 100 g·m -2 and 195 g·m -2 . These values correspond to a relative error of about 15% which is very close to the accuracy of the gravimetric technique considered as the reference method.water content / dielectric permittivity / non-destructive method / vegetation canopy / biomass Résumé -Estimation in situ du profil vertical du contenu en eau d'une culture de blé à l'aide d'un multipôle électrostatique. Étude expérimentale. Un nouvel instrument de mesure, un multipôle électrostatique, a été développé pour permettre l'estimation in situ et non destructive du contenu en eau des strates horizontales d'un couvert végétal grâce à la mesure de leur permittivité diélec-trique. Une culture de blé d'hiver a été suivie à l'aide de ce multipôle électrostatique pendant un mois jusqu'à la récolte. Les résultats montrent qu'il est possible de détecter les stades de développement des plantes, notamment la fin du palier hydrique révélatrice de la maturité des grains. Le multipôle électrostatique a également été utilisé pour estimer le contenu en eau des plantes. L'erreur moyenne commise sur le contenu en eau est de l'ordre de 320 g·m -2 . Les contenus en eau des épis et des tiges de blé peuvent par ailleurs être estimés simultanément avec une précision d'environ 120 g·m -2 pour les épis et 230 g·m -2 pour les tiges. Cependant, cette précision est limitée en présence de fortes hétérogénéités de contenu en eau. En évitant ces fortes hétérogénéités, les contenus en eau des épis et des tiges peuvent être estimés avec une meilleure précision, respectivement de l'ordre de 100 g·m -2 et de 195 g·m -2 . Ces valeurs correspondent respectivement à des précisions relatives de l'ordre de 15 %, précisions comparables à celle de la méthode pondérale de référence.