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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-04062020-101342
Documento
Autor
Nome completo
Arnaldo Barros e Souza
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2020
Orientador
Banca examinadora
Dematte, Jose Alexandre Melo (Presidente)
Lepsch, Igo Fernando
Terra, Fabricio da Silva
Título em inglês
Proximal and remote sensing on the soil processes: from punctual to spatial approaches
Palavras-chave em inglês
Clustering
Formation processes
Heterogeneity index
Horizonation
Maps homogeneity
Resumo em inglês
The characterization of soils has been highlighted due to the need to conserve natural resources in order to promote greater food and environmental security. The great influence of soils on water and climate resources has long been recognized by the scientific community. However, knowledge about the predominant processes and the variation of soil attributes in depth and throughout the landscape has been limited by the high cost of wet chemical analyzes, traditionally used. These analyzes were calibrated for routine use and mainly for agronomic purposes, leaving much to be desired in more comprehensive land use planning. As an alternative to this gap, the use of geophysical equipment associated with relief and satellite data has been shown to be very useful in characterizing soils, both on the surface and the subsurface. Techniques such as visible and infrared spectroscopy, X-ray fluorescence, magnetic susceptibility and apparent electrical conductivity are among the most used. These technologies provide information related to mineralogy, water and solute dynamics, granulometric distribution, the distribution of elements in the soil profile and the content of organic material, quickly and at low operating cost. Based on these data it is possible to make inferences about the geological formations on which the soil developed, the cycles of deposition and removal of particles as well as the translocation within the profile, which may also be associated with past climates. In addition, it is possible to identify the dynamics of the elements in the soil profile, which is conditioned by the water dynamics in the soil profile and in the landscape as a whole. However, the use of these equipment has often been applied only in the construction of models to estimate soil attributes determined by traditional analyzes. These analyzes contain errors considered acceptable for direct application, but which are maximized and propagated by the modeling. In this sense, the main proposal of this work is to provide a basis for the characterization of soil bodies, from the profile to the landscape, using only the information obtained with proximal and remote sensors. Thus, indices and forms of observation have been proposed in order to enable the extraction of information directly from the data obtained with the sensors. Chapter 1 deals with the study of soil horizonation with spectral sensors and the X-ray fluorescence used in trenches. Chapter 2 presents the approach with profiles simulated where it is suggested a Profile Heterogeneity Index based on sensors and their relationship with the landscape. The third one addresses the influence of the use of satellite reflectance compared with data from laboratory sensors, with and without sample preparation, as well as the quality of the models generated to estimate weathering indexes. In the fourth and last chapter, the integration of sensor data with satellite and relief data for the identification of soil environments was studied. In this chapter, an index is proposed to measure the homogeneity of the generated mapping units (soil environments) given a reference map.
Título em português
Sensoriamento proximal e remoto em processos de solo: da abordagem pontual à espacial
Palavras-chave em português
Agrupamento
Homogeneidade de mapas
Horizontação
Índice de heterogeneidade
Processos de formação
Resumo em português
A caracterização dos solos tem ganhado destaque diante da necessidade de conservação dos recursos naturais afim de promover maior segurança alimentar e ambiental. A grande influência dos solos sobre os recursos hídricos e climáticos há muito foi reconhecida pela comunidade científica. Porém, o conhecimento acerca dos processos predominantes e da variação dos atributos do solo em profundidade e ao longo da paisagem tem sido limitado pelo alto custo das análises químicas úmidas, utilizadas tradicionalmente. Estas análises foram calibradas para utilização rotineira e principalmente para fins agronômicos, deixando a desejar em planejamentos mais abrangentes do uso da terra. Como alternativa à esta lacuna, o uso de equipamentos geofísicos associado a dados de relevo e de satélite tem se mostrado muito útil na caracterização dos solos, tanto da superfície quanto da subsuperfície. Técnicas como a espectroscopia do visível e infravermelho, a fluorescência de raios-X, a susceptibilidade magnética e a condutividade elétrica aparente estão entre as mais utilizadas. Estas tecnologias fornecem informações relacionadas à mineralogia, à dinâmica da água e de solutos, à distribuição granulométrica, à distribuição de elementos no perfil de solo e ao teor de material orgânico, de forma rápida e a baixo custo operacional. Com base nestes dados é possível se fazer inferências acerca das formações geológicas sobre as quais o solo se desenvolveu, dos ciclos de deposição e remoção de partículas bem como da translocação dentro do perfil, o que pode também estar associado a climas pretéritos. Além disso, é possível se identificar a dinâmica dos elementos no perfil do solo, a qual é condicionada pela dinâmica da água no perfil de solo e na paisagem como um todo. Porém, o uso desses equipamentos tem sido frequentemente aplicado apenas na construção de modelos para estimar atributos do solo determinados pelas análises tradicionais. Estas análises contêm erros considerados aceitáveis para aplicação direta, mas que são maximizados e propagados pela modelagem. Neste sentido, a principal proposta deste trabalho é dar base para a caracterização dos corpos de solo, do perfil à paisagem, utilizando-se apenas as informações obtidas com sensores proximais e remotos. Assim, foram propostos índices e formas de observação afim de possibilitar a extração de informações diretamente dos dados obtidos com os sensores. O capítulo 1 trata do estudo da horizontação do solo com sensores espectrais e a fluorescência de raios-x utilizados em trincheiras. O capítulo 2 traz a abordagem com perfis simulados por tradagens até um metro de profundidade com a sugestão do Índice de Heterogeneidade do Perfil baseado em sensores e sua relação com a paisagem. No terceiro é abordada a influência do uso de reflectância de satélite comparado com dados de sensores de laboratório, com e sem preparo da amostra, bem como a qualidade dos modelos gerados para estimar índices de intemperismo. No quarto e último capítulo, estudou-se a integração dos dados de sensores com dados de satélite e de relevo para identificação de ambientes de solo. Neste capítulo é proposto um índice para mensurar a homogeneidade das unidades de mapeamento geradas (ambientes de solo) dado um mapa de referência.
 
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Data de Publicação
2020-06-05
 
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