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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2020.tde-11012021-173534
Document
Author
Full name
Vítor da Silveira Freitas
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Vaz, Carlos Manoel Pedro (President)
Milori, Debora Marcondes Bastos Pereira
Ferreira, Edilene Cristina
Pereira Filho, Edenir Rodrigues
Silva, Wilson Tadeu Lopes da
Title in Portuguese
Uso de técnicas espectroscópicas no infravermelho, fluorescência induzida por laser e LIBS para a determinação de atributos químicos e físicos do solo
Keywords in Portuguese
análise de solos
FIL
LIBS
MIRS
NIRS
Abstract in Portuguese
Técnicas espectroscópicas possuem um grande potencial para medir e estimar atributos químicos e físicos dos solos como a mineralogia, teor de macro e micronutrientes, teor e qualidade da matéria orgânica, dentre outros, e realizar monitoramentos e mapeamentos em larga escala. Assim, o objetivo deste trabalho foi utilizar diversas técnicas espectroscópicas como infravermelho próximo por refletância difusa (NIRS), infravermelho médio por refletância total atenuada (MIRS), fluorescência induzida por laser (FIL) e espectroscopia de emissão por plasma induzido por laser (LIBS), para estabelecer métodos práticos que possam ser aplicados de forma ampla para solos brasileiros, bem como avaliar os efeitos dos atributos medidos em índices de qualidade do solo e nas produtividades de algumas culturas, nas áreas avaliadas (estado de Mato Grosso, Paraná e São Paulo). Os modelos de regressão PLS (Partial Least Square) utilizando a espectroscopia MIR apresentaram melhores resultados quando comparados com modelos obtidos utilizando espectroscopia NIRS. O melhor modelo foi obtido por PLS nos espectros MIR para o atributo areia no solo (r2 = 0,90 e RMSE = 6,4%). NIRS e MIRS mostraram-se eficientes também para a classificação e predição de locais de alta e baixa produtividade do algodoeiro, classificando corretamente 85% das áreas de baixa produtividade e 94% das áreas de alta produtividade. A técnica FIL foi efetiva na distinção entre classes de textura solo (teores de areia, silte e argila), apresentando também bom desempenho para a distinção do grau de humificação em amostras com grandes variações no teor de areia. A FIL, aliada a outras ferramentas de agricultura de precisão, como mapas obtidos por técnica de geoestatística, possibilita novas informações para o manejo e caracterização da qualidade dos solos. Não foram obtidas boas correlações lineares utilizando a técnica LIBS para quantificação dos macronutrientes Ca, K e Mg em amostras de solos. Porém, foi possível identificar linhas no espectro referentes a esses elementos, para uma avaliação e mapeamento qualitativo.
Title in English
Quantification of soil physical and chemical attributes by infrared techniques, laser induced fluorescence and laser induced breakdown spectroscopy
Keywords in English
LIBS
LIF
MIRS
NIRS
soil analysis
Abstract in English
Spectroscopic techniques have great potential to measure and estimate soil chemical and physical attributes such as mineralogy, macro and micronutrient content, soil organic matter quality, among others, in large-scale monitoring and mapping. Therefore, the objective of this study was to apply several spectroscopic techniques as near infrared spectroscopy by diffuse reflectance (NIRS), medium infrared spectroscopy by attenuated total reflectance (MIRS), laser-induced fluorescence (LIF) and laser induced breakdown spectroscopy (LIBS), to establish practical methods that can be widely applied to Brazilian soils, and also evaluate the effects of the measured soil properties on soil quality indexes and the productivity of some crops, in the studied areas (Mato Grosso, Paraná and São Paulo states). Partial Least Square Regression models (PLSR) using MIR spectroscopy presented better results when compared with NIR spectroscopy. The PLS regression with MIR spectroscopy resulted on the best model for the percentage of sand on soil (r2=0,9 and RMSE=6,4%). NIRS and MIRS also proved their efficiency for classification and prediction of high and low productive sites for cotton cultivation, correctly classifying 85% of the lower productive areas and 94% of the higher productive areas. The LIF technique was effective for distinguish soil texture (sand, silt and clay content), and showed good performance on the analysis of humification degree in samples with large variations in sand content. The LIF technique, together with other precision agriculture tools, such as soil mapping by geostatistics provides new information for soil quality and management. LIBS technique did not provide good models to quantify the macronutrients Ca, K and Mg. However, it was possible to identify lines referring to these elements on the spectra for qualitative mapping assessments.
 
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Publishing Date
2021-01-12
 
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