Biblioteca espectral de solo de infravermelho próximo (NIR) usando o analisador NIR portátil NeoSpectra da Si/Ware

Resumo:

Informações atualizadas sobre as propriedades do solo e a capacidade de rastrear mudanças nas propriedades do solo ao longo do tempo são essenciais para melhorar várias decisões sobre segurança do solo em várias escalas, desde modelagem e política de mudanças climáticas globais até planejamento ambiental e de desenvolvimento em nível nacional e gerenciamento de recursos em nível agrícola e de campo. A espectroscopia infravermelha de refletância difusa tornou-se uma ferramenta laboratorial indispensável para a estimativa rápida de várias propriedades do solo para apoiar várias aplicações de mapeamento, monitoramento e testes de solo. Avanços recentes na tecnologia de hardware permitiram o desenvolvimento de sensores portáteis com especificações de desempenho semelhantes às dos espectrômetros de infravermelho próximo (NIR) de laboratório/grau. Aqui, compilamos uma biblioteca espectral NIR portátil (1350/2550 nm) usando o analisador NIR portátil NeoSpectra desenvolvido pela Si/Ware. Cada scanner é equipado com a tecnologia Fourier/Transform baseada na técnica de fabricação de sistemas microeletromecânicos semicondutores (MEMS), prometendo precisão e consistência entre os dispositivos. Essa biblioteca inclui 2.106 amostras distintas de solo mineral digitalizadas em 9 desses espectrômetros NIR portáteis de baixo custo (indicados pelo número de série). 2.016 dessas amostras de solo foram selecionadas para representar a diversidade de solos minerais encontrados nos Estados Unidos e 90 amostras foram selecionadas em Gana, Quênia e Nigéria. 519 das amostras dos EUA foram selecionadas e digitalizadas pelo Woodwell Climate Research Center. Essas amostras foram consultadas no USDA NRCS NSSC/KSSL Soil Archives por terem um conjunto completo de oito propriedades medidas (TC, OC, TN, CEC, pH, argila, areia e silte). Eles foram estratificados com base no horizonte principal e na ordem taxonômica, omitindo as categorias com menos de 500 amostras. Três por cento de cada estrato (ou seja, uma combinação de horizonte principal e ordem taxonômica) foram então selecionados aleatoriamente como o subconjunto final recuperado do arquivo físico de solo do KSSL como amostras peneiradas de 2/mm. As 1.604 amostras restantes dos EUA foram consultadas nos Arquivos de Solo NRCS NSSC/KSSL do USDA pela Universidade de Nebraska/Lincoln para atender aos seguintes critérios: profundidade inferior <= 30 cm, faixa de pH 4,0 a 9,5, carbono orgânico < 10%, limites de detecção maiores que os inferiores, amostras físicas reais disponíveis no arquivo, amostras coletadas e analisadas a partir de 2001, amostras com análises completas para propriedades de alta/prioridade (areia, T, argila, CEC, Ca trocável, Mg trocável, K trocável, Na trocável, CaCO3, OC, TN) e MIR digitalizados. Todas as amostras foram digitalizadas a seco e peneiradas de 2 mm. Cerca de 20 g de amostra foram adicionados a um barco de pesagem de plástico onde o scanner NeoSpectra seria colocado para fazer contato direto com a superfície do solo. O scanner foi movido suavemente pela superfície da amostra enquanto 6 varreduras replicadas eram feitas. Essas réplicas foram então calculadas em média para que houvesse um espectro por amostra por scanner no banco de dados resultante. O repositório contém: Neospectra_database_column_names.csv: descreve as variáveis (colunas) dos dados do local e do solo e a faixa de espectros NIR e MIR. Tanto Neospectra_WoodwellKSSL_AVG quanto Neospectra_WoodwellKSSL_REPS compartilham as mesmas colunas. O CSV é composto pelo nome do arquivo, nome da coluna, tipo, exemplo e descrição com unidade de medida. Neospectra_project_summary.txt: o resumo do projeto com o propósito, a origem das amostras de solo, instrumentação e um breve SOP. Neospectra_WoodwellKSSL_avg_MIR.csv: os espectros MIR equivalentes da lista de amostras de neoespectros que foram obtidos do banco de dados KSSL e formatados de acordo com as especificações OSSL. Neospectra_WoodwellKSSL_AVG_SOIL+SITE+NIR.csv: solo, local e NIR da Neospectra. Cada linha contém os espectros médios de um determinado scanner e amostra de solo (1 espectro por scanner por amostra de solo). As informações do solo e do local são preenchidas na mesma amostra de solo. Neospectra_WoodwellKSSL_REPS_SOIL+SITE+NIR.csv: solo, local e NIR da Neospectra. Cada linha contém um espectro replicado de um determinado scanner (6 repetições por scanner por amostra de solo). As informações do solo e do local são preenchidas na mesma amostra de solo.