Utilisation de la spectroscopie visible et proche infrarouge pour la caractérisation in situ de la fertilité des sols agricoles : proposition de meilleures pratiques en comparant les positions de balayage et les spectromètres

Résumé :

L'application de la spectroscopie visible et proche infrarouge (Vis—NIR) pour caractériser des échantillons de sol suscite un intérêt croissant en tant que méthodologie rapide et rentable pour l'évaluation de la fertilité des sols. Afin de tirer pleinement parti du potentiel de la spectroscopie Vis—NIR, l'acquisition de spectres de sol directement in situ augmenterait la possibilité d'obtenir des données rapidement et à une haute résolution spatiale et temporelle. Dans la présente étude, nous testons et proposons la meilleure pratique pour caractériser un ensemble de paramètres liés à la fertilité (c'est-à-dire la texture, le carbone organique, le pH, la capacité d'échange de cations et les principaux nutriments) des sols agricoles en mesurant les spectres Vis—NIR sur le terrain. Pour atteindre cet objectif, nous comparons les spectres obtenus à partir de différentes positions de balayage à l'aide de deux spectromètres portables, à savoir un spectromètre basé sur des systèmes microélectromécaniques (MEMS) et un spectromètre Vis-NIR de qualité scientifique. Sur la base de 134 points d'échantillonnage de sol, des spectres Vis—NIR ont été enregistrés à partir : (1) du côté découpé d'un échantillon de sol prélevé avec une tarière Edelman à une profondeur de 20 cm, (2) de la surface du sol brut, ainsi que (3) de la surface du sol nettoyée et lissée. Des modèles d'étalonnage par régression des moindres carrés partiels (PLSR) ont été élaborés pour les paramètres du sol sélectionnés, les positions de balayage et les différents prétraitements spectraux pour les deux spectromètres. Les performances du modèle ont été évaluées sur la base du ratio performance/intervalle interquartile (RPIQ), du R2, de l'erreur quadratique moyenne (RMSE) et du coefficient de corrélation de concordance de Lin (CCC). Dans l'ensemble, les paramètres du sol suivants ont été prédits avec succès : argile, sable, pH, carbone organique, capacité d'échange de cations, azote total et magnésium échangeable. En revanche, le Ca, K et P totaux et échangeables, ainsi que le Mg total n'ont pas pu être prédits à un niveau satisfaisant pour les deux spectromètres. La meilleure position de numérisation pour les modèles étalonnés avec succès était le long des côtés découpés de la tarière Edelman. Bien que le spectromètre de recherche ait donné de meilleurs indicateurs de performance pour la plupart des paramètres, les étalonnages effectués avec le spectromètre basé sur MEMS ont tout de même permis d'obtenir des prévisions satisfaisantes. Sur la base de ces résultats, la meilleure pratique proposée pour obtenir des scans Vis—NIR in situ du sol consiste à scanner le long des côtés découpés d'une carotte de sol en utilisant au moins cinq scans répétés.