O uso da espectroscopia visível e do infravermelho próximo para caracterização in situ da fertilidade do solo agrícola: uma proposta de melhores práticas comparando posições de varredura e espectrômetros

Resumo:

A aplicação da espectroscopia visível e infravermelho próximo (Vis—NIR) para caracterizar amostras de solo tem ganhado crescente interesse como uma metodologia rápida e econômica para avaliação da fertilidade do solo. Para aproveitar todo o potencial da espectroscopia Vis-NIR, a aquisição de espectros de solo diretamente in situ aumentaria a possibilidade de obter dados rapidamente e com alta resolução espacial e temporal. No presente estudo, testamos e propomos a melhor prática para caracterizar um conjunto de parâmetros relacionados à fertilidade (ou seja, textura, carbono orgânico, pH, capacidade de troca catiônica e nutrientes principais) de solos agrícolas medindo os espectros Vis—NIR no campo. Para atingir esse objetivo, comparamos os espectros obtidos em diferentes posições de varredura com dois espectrômetros portáteis, ou seja, um espectrômetro baseado em sistemas microeletromecânicos (MEMS) e um espectrômetro Vis-NIR de nível de pesquisa. Com base em 134 pontos de amostragem de solo, os espectros Vis—NIR foram registrados de: (1) o lado cortado de uma amostra de solo coletada com uma broca Edelman até uma profundidade de 20 cm, (2) a superfície bruta do solo, bem como (3) a superfície limpa e alisada do solo. Modelos de calibração de regressão de mínimos quadrados parciais (PLSR) foram construídos para os parâmetros de solo selecionados, posições de varredura e diferentes pré-tratamentos espectrais para ambos os espectrômetros. O desempenho do modelo foi avaliado com base na razão entre desempenho e intervalo interquartil (RPIQ), no R2, na raiz do erro quadrático médio (RMSE) e no coeficiente de correlação de concordância de Lin (CCC). No geral, os seguintes parâmetros do solo foram previstos com sucesso: argila, areia, pH, carbono orgânico, capacidade de troca catiônica, nitrogênio total e magnésio trocável. Em contraste, Ca, K e P totais e trocáveis, bem como o Mg total, não puderam ser previstos em um nível satisfatório para ambos os espectrômetros. A melhor posição de digitalização para os modelos calibrados com sucesso foi ao longo dos lados recortados da broca Edelman. Embora o espectrômetro de nível de pesquisa tenha fornecido melhores indicadores de desempenho para a maioria dos parâmetros, as calibrações com o espectrômetro baseado em MEMS ainda resultaram em previsões satisfatórias. Com base nessas descobertas, a melhor prática proposta para obter varreduras Vis-NIR de solo in situ é escanear ao longo dos lados cortados de um núcleo de solo usando pelo menos cinco varreduras replicadas.