Determinação de parâmetros de fertilidade do solo por meio da análise multivariada de imagens e de espectros de infravermelho

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Morais, Pedro Augusto de Oliveira
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFG
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Texto Completo: http://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/11503
Resumo: Soil analysis is an important tool when monitoring the environmental impact of agricultural activity. It also allows for the rational planning inputs contributing to a better environmental sustainability and economic production. Consequently, there is a growing demand for the services of soil analysis laboratories. However, methodologies currently employed in the field not only generate a considerable amount of waste, but also have a high set up cost. Therefore, cheaper and environmentally sustainable alternatives should be developed. In this sense, this study proposes the use of soil digital images and mid-infrared spectroscopy (MIR) to estimate soil organic carbon (SOC), predict and classify soil texture, as well estimate iron, aluminium, and silicon oxides contents. For this purpose, 177 samples from different regions of the country were analyzed by standard methods. Soil digital images were acquired using RGB (Red, Green, Blue) in Tiff format. The correlation between digital images, MIR spectrum, and soil fertility parameters was obtained using Partial Least Squares Regression (PLS), Multiple Linear Regression algorithm associated with the Successive Projections (SPA-MLR), and Least Squares Support Vector Machines (LS-SVM). The best models present correlations higher than 90% and Residual Prediction Deviation (RPD) values greater than 3.0. The use of these methods in test soil analysis would allow a significant increase in productivity, reduction of the cost of analysis, and minimization of environmental impact. The propsed analyses do not produce waste and do not employ chemicals. As a result, farmers can benefit from the proposed methods taken into account that the analyses are quick and inexpensive and might lead to an increase in productivity in the field.
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However, methodologies currently employed in the field not only generate a considerable amount of waste, but also have a high set up cost. Therefore, cheaper and environmentally sustainable alternatives should be developed. In this sense, this study proposes the use of soil digital images and mid-infrared spectroscopy (MIR) to estimate soil organic carbon (SOC), predict and classify soil texture, as well estimate iron, aluminium, and silicon oxides contents. For this purpose, 177 samples from different regions of the country were analyzed by standard methods. Soil digital images were acquired using RGB (Red, Green, Blue) in Tiff format. The correlation between digital images, MIR spectrum, and soil fertility parameters was obtained using Partial Least Squares Regression (PLS), Multiple Linear Regression algorithm associated with the Successive Projections (SPA-MLR), and Least Squares Support Vector Machines (LS-SVM). The best models present correlations higher than 90% and Residual Prediction Deviation (RPD) values greater than 3.0. The use of these methods in test soil analysis would allow a significant increase in productivity, reduction of the cost of analysis, and minimization of environmental impact. The propsed analyses do not produce waste and do not employ chemicals. As a result, farmers can benefit from the proposed methods taken into account that the analyses are quick and inexpensive and might lead to an increase in productivity in the field.A análise do solo é uma ferramenta importante na avaliação e monitoramento do impacto ambiental da atividade agropecuária e ao mesmo tempo viabiliza o planejamento do uso racional de insumos, contribuindo assim à redução e melhor sustentabilidade ambiental e econômico da produção. Consequentemente, há crescente demanda pelos serviços dos laboratórios de análise de solo. Entretanto, algumas das metodologias empregadas, além de gerar volumes consideráveis de resíduos, possuem alto custo de implementação. Logo, alternativas ambientalmente sustentáveis e mais baratas devem ser desenvolvidas. Nesse sentido, este estudo propõe a utilização de análise multivariada de imagens (MIA) digitais e da espectroscopia na região do infravermelho médio (MIR) para estimativa do carbono orgânico e da textura do solo, assim como da determinação dos teores de óxidos de ferro, alumínio e silício extraídos do solo. Para isso, 177 amostras de solo de diferentes regiões do país foram consideradas para as análises pelos métodos de referência em laboratório, para obtenção de imagens digitais no sistema de cor RGB (Red, Green, Blue) em formato Tiff e para aquisição dos espectros MIR. A correlação entre imagens digitais, e espectros de MIR, e os parâmetros de fertilidade foi realizada por meio dos métodos: Regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLS), Regressão Linear Múltipla associada com o Algoritmo das Projeções Sucessivas (SPA-MLR) e Máquina de Vetor Suporte por Mínimos Quadrados (LSSVM). Os melhores modelos de predição dos parâmetros de fertilidade obtiveram correlações superiores a 90% e valores de desvio de previsão residual (RPD) superiores a 3. A utilização desses métodos na rotina laboratorial pode levar a um aumento significativo da produtividade, redução dos custos de análise e minimização do impacto ambiental, pois além de não gerarem resíduo, não utilizam reagentes químicos. O acesso a essas análises de forma rápida e de baixo custo permitiria um melhor acompanhamento dos solos para todos os produtores rurais, sejam eles grandes, médios ou, até mesmo, pequeno, o que resultaria, consequentemente, em um aumento da produtividade no campo.Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2021-07-15T19:43:09Z No. of bitstreams: 2 Tese - Pedro Augusto de Oliveira Morais - 2021.pdf: 13035357 bytes, checksum: 0408d80f3528acb11a310c4b03ff1c5f (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)Rejected by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com), reason: Observe na ata a data da defesa o ano é 2020. Veja como irá ficar na citação as datas, pois na capa está 2021, folha-de-rosto 2020, e data da defesa na ata é 2020. on 2021-07-16T13:00:12Z (GMT)Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2021-07-16T13:34:03Z No. of bitstreams: 2 Tese - Pedro Augusto de Oliveira Morais - 2020.pdf: 13035357 bytes, checksum: 0408d80f3528acb11a310c4b03ff1c5f (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2021-07-16T14:00:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Pedro Augusto de Oliveira Morais - 2020.pdf: 13035357 bytes, checksum: 0408d80f3528acb11a310c4b03ff1c5f (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)Made available in DSpace on 2021-07-16T14:00:13Z (GMT). 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