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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/71662
Tipo: | TCC |
Título: | Desenvolvimento de um instrumento espectral portátil aplicado à determinação de nitrogênio foliar na cultura do milho |
Título em inglês: | Development of a portable spectral instrument applied to the determination of foliar nitrogen in corn crops |
Autor(es): | Nogueira, Felipe Hermínio Meireles |
Orientador: | Teixeira , Adunias dos Santos |
Palavras-chave: | Sensor espectral;Análise foliar;Agricultura de precisão;Zea mays |
Data do documento: | 2022 |
Citação: | NOGUEIRA, Felipe Hermínio Meireles. Desenvolvimento de um instrumento espectral portátil aplicado à determinação de nitrogênio foliar na cultura do milho. 2022. 89f. Monografia (Graduação em Agronomia) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022. |
Resumo: | Na agricultura, o estudo do fluxo de radiação eletromagnética nas plantas têm contribuído para o conhecimento mais aprofundado sobre suas condições, possibilitando a observação desde a concentração de clorofila, status nutricional ou estresse hídrico. Nesta perspectiva, o trabalho teve como objetivo desenvolver um equipamento espectral portátil para estimar a proporção de nitrogênio em plantas de milho. A aquisição dos dados pelo equipamento ocorreu por meio do sensor espectral AS7265x conectado a um Arduino UNO e portado de outros componentes eletrônicos para transmissão dos dados e comunicação com o operador. A estrutura do equipamento foi elaborada por impressão 3D, do contendo um compartimento dedicado ao sensor. Em seguida foi elaborado um aplicativo para comunicação, via Bluetooth, do equipamento desenvolvido com um smartphone. Para a calibração do equipamento desenvolvido, intitulado MSPAT (Multispectral Soil Plant Analysis Tool), conduziu-se o experimento em solo agrícola e em vasos utilizando a cultura do milho híbrido AG-1051 com diferentes doses de fertilizante nitrogenado (0, 30, 60, 120, 180 e 240 kg.ha-1). As atividades ocorreram na área experimental do Laboratório de Eletrônica e Mecânica Agrícola (LEMA) localizado na Universidade Federal do Ceará (UFC). Foram mensurados parâmetros morfológicos: altura das plantas, número de folhas, espessura do colmo e IAF. A operação com os equipamentos ópticos SPAD-502 em campo e FieldSpec Pro FR 3 em laboratório de espectrorradiometria foram realizadas para comparação com os índices gerados com o MSPAT. A análise química em laboratório para determinação da concentração de nitrogênio no tecido foliar do milho foi realizada no Laboratório de Manejo do Solo do Departamento de Solos da UFC. As análises de variância e teste de médias foram realizadas por meio do software SISVAR 4.2, enquanto que a elaboração dos modelos foram conduzidas no software MATLAB 7.9. Os índices gerados com o MSPAT para correlação com a concentração de nitrogênio foram às 18 bandas do sensor individualmente e todas as possibilidades de razão entre as bandas. As bandas individuais que apresentaram coeficientes de determinação mais relevantes foram sobre a região do verde e vermelho devido às características biofísicas dos pigmentos das plantas. Já pela razão de bandas os índices que apresentaram resultados mais satisfatórios correspondem a utilização da banda 535 nm com as bandas do infravermelho (900 e 940 nm), caracterizando o efeito da clorofila e condição da estrutura do tecido foliar. Com o conjunto de dados do espectrorradiômetro os índices que apresentaram maior relevância foram as razões 410 e 535 nm (R² = 0,93), 410 e 560 nm (R² = 0,927), 410 e 585 nm (R² = 0,929), estando associado a sensibilidade desses comprimentos de onda à concentração de clorofila a e b. Avaliando os valores estimados de proporção de nitrogênio entre o MSPAT e o espectrorradiômetro observou-se um R² de 0,657, enquanto comparado os valores do espectrorradiômetro com o SPAD foi de 0,685. Contudo, é possível observar que o MSPAT apresentou um desempenho satisfatório, semelhante ao SPAD-502, demonstrando o seu potencial para estimar a concentração de nitrogênio em folhas de milho. |
Abstract: | In agriculture, the study of electromagnetic radiation flux in plants has contributed to a more in-depth knowledge about their conditions, allowing the observation from the chlorophyll content, nutritional status or water stress. In this perspective, the work aimed to develop a portable spectral equipment to estimate the nitrogen content in corn plants. Data acquisition by the equipment occurred through the AS7265x spectral sensor connected to an Arduino UNO and ported to other electronic components for data transmission and communication with the operator. The structure of the equipment was elaborated by 3D printing, containing a compartment dedicated to the sensor. Then, an application was developed for communication, via Bluetooth, of the equipment developed with a smartphone. For the calibration of the developed equipment, called MSPAT, the experiment was carried out in agricultural soil and in pots using the hybrid corn culture AG-1051 with different doses of nitrogen fertilizer (0,30, 60, 120, 180 and 240 kg. ha-1). The activities took place in the experimental area of the Agricultural Electronics and Mechanics Laboratory (LEMA) located at the Federal University of Ceará (UFC). Morphological parameters were measured: plant height, number of leaves, stem thickness and LAI. Operation with SPAD-502 optical equipment in the field and FieldSpec Pro FR 3 in a spectroradiometric laboratory were performed for comparison with the indices generated with MSPAT. Chemical analysis in the laboratory to determine the concentration of nitrogen in the corn leaf tissue was performed at the Soil Management Laboratory of the UFC Soil Department. The analysis of variance and test of means were carried out using the SISVAR 4.2 software, while the elaboration of the models was carried out in the MATLAB 7.9 software. The indices generated with MSPAT for correlation with nitrogen content were the 18 bands of the sensor individually and all possibilities of ratio between the bands. The individual bands that presented the most relevant coefficients of determination were over the green and red region due to the biophysical characteristics of the peppers of the plants. As for the band ratio, the indices that presented the most satisfactory results correspond to the use of the 535 nm band with the infrared bands (900 and 940 nm) characterizing the effect of chlorophyll and the condition of the leaf tissue structure. With the spectroradiometer dataset, the indices that were most relevant were the ratios 410 and 535 nm (R² = 0.93), 410 and 560 nm (R² = 0.927), 410 and 585 nm (R² = 0.929), being associated the sensitivity of these wavelengths to the concentration of chlorophyll a and b. Evaluating the estimated values of nitrogen content between the MSPAT and the spectroradiometer, an R² of 0.657 was observed, while comparing the values of the spectroradiometer with the SPAD it was 0.685. However, it is possible to observe that MSPAT presented a satisfactory performance, similar to SPAD-502, demonstrating its potential to estimate the concentration of nitrogen in corn leaves. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/71662 |
Aparece nas coleções: | AGRONOMIA - Monografias |
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