El uso de la espectroscopía visible e infrarroja cercana para la caracterización in situ de la fertilidad del suelo agrícola: una propuesta de mejores prácticas mediante la comparación de las posiciones de escaneo y los espectrómetros

Resumen:

La aplicación de la espectroscopía visible e infrarroja cercana (vis—NIR) para caracterizar muestras de suelo ha ganado un interés creciente como metodología rápida y rentable para la evaluación de la fertilidad del suelo. Para aprovechar todo el potencial de la espectroscopía vis—NIR, la adquisición de los espectros del suelo directamente in situ aumentaría la posibilidad de obtener datos rápidamente y con una alta resolución espacial y temporal. En el presente estudio, probamos y proponemos la mejor práctica para caracterizar un conjunto de parámetros relacionados con la fertilidad (es decir, la textura, el carbono orgánico, el pH, la capacidad de intercambio catiónico y los principales nutrientes) de los suelos agrícolas mediante la medición de los espectros Vis—NIR en el campo. Para alcanzar este objetivo, comparamos los espectros obtenidos en diferentes posiciones de escaneo con dos espectrómetros portátiles, es decir, un espectrómetro basado en sistemas microelectromecánicos (MEMS) y un espectrómetro Vis—NIR de grado investigador. Sobre la base de 134 puntos de muestreo de suelo, se registraron los espectros Vis—NIR de: (1) el lado recortado de una muestra de suelo recogida con una barrena Edelman hasta una profundidad de 20 cm, (2) la superficie del suelo crudo y (3) la superficie del suelo limpia y alisada. Se construyeron modelos de calibración de regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR) para los parámetros del suelo seleccionados, las posiciones de escaneo y los diferentes pretratamientos espectrales para ambos espectrómetros. El rendimiento del modelo se evaluó en función de la relación entre el rendimiento y el rango intercuartil (RPIQ), el R2, la raíz del error cuadrático medio (RMSE) y el coeficiente de correlación de concordancia de Lin (CCC). En general, se predijeron satisfactoriamente los siguientes parámetros del suelo: arcilla, arena, pH, carbono orgánico, capacidad de intercambio catiónico, nitrógeno total y magnesio intercambiable. Por el contrario, el Ca, el K y el P totales e intercambiables, así como el Mg total, no pudieron predecirse a un nivel satisfactorio para ambos espectrómetros. La mejor posición de escaneo para los modelos calibrados satisfactoriamente era a lo largo de los lados recortados de la barrena Edelman. Si bien el espectrómetro apto para investigación proporcionó mejores indicadores de rendimiento para la mayoría de los parámetros, las calibraciones con el espectrómetro basado en MEMS dieron como resultado predicciones satisfactorias. Basándose en estos hallazgos, la mejor práctica propuesta para obtener escaneos vis—NIR in situ del suelo consiste en escanear a lo largo de los lados cortados de un núcleo de suelo mediante al menos cinco réplicas de escaneos.