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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86124| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Desenvolvimento de equipamento óptico para avaliação nutricional em plantas: aplicação na cultura do milho |
| Título em inglês: | Development of optical equipment for nutritional assessment in plants: application in corn culture |
| Autor(es): | Nogueira, Felipe Hermínio Meireles |
| Orientador: | Teixeira, Adunias dos Santos |
| Palavras-chave em português: | Espectrorradiometria;Desenvolvimento tecnológico;Nutrição vegetal;Agricultura de precisão;Zea mays L. |
| Palavras-chave em inglês: | Spectroradiometry;Technological development;Plant nutrition;Precision agriculture;Zea mays L. |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA |
| Data do documento: | 2024 |
| Citação: | NOGUEIRA, Felipe Hermínio Meireles. Desenvolvimento de equipamento óptico para avaliação nutricional em plantas: aplicação na cultura do milho. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
| Resumo: | A busca por tecnologias que promovam práticas mais sustentáveis e eficientes é uma prioridade cada vez mais relevante no cenário global da agricultura. Com isso, a utilização de técnicas por espectrorradiometria para a avaliação da concentração de nitrogênio na cultura do milho tem demonstrado ser uma alternativa promissora para a condução de práticas da agricultura de precisão. Além disso, o desenvolvimento de novos instrumentos com sensores ópticos para aplicações na agricultura tem-se tornado cada vez mais importante frente aos desafios para manutenção da sustentabilidade dos sistemas de produção. Neste sentido este trabalho buscou aprimorar elementos sobre a utilização do MSPAT (Multispectral Soil Plant Analysis Tools) para determinação da reflectância. As melhorias envolveram a elaboração de uma placa de referência com sulfato de bário sinterizado, novas abordagens por técnicas de programação, eletrônica e impressão 3D. Além do mais, também foi avaliado o desempenho dos instrumentos ópticos utilizados na estimativa do nitrogênio foliar da cultura do milho. Com isso, realizou-se na área experimental do Laboratório de Eletrônica e Mecanização Agrícola (LEMA), localizado na Universidade Federal do Ceará (UFC), um experimento com o plantio do milho AG-1051 submetido aos tratamentos N0, N60, N90, N120, N150 e N180 (0, 60, 90, 120, 150 e 180 kg.ha-1 de N, respectivamente) com quatro repetições, em dois ciclos de cultivo e Delineamento Inteiramente Casualizado (DIC). As avaliações ocorreram ao longo dos estádios fenológicos V5, V10 e R2, sendo realizada com os equipamentos MSPAT, SPAD e o FieldSpec PRO FR3. A utilização do espectrorradiômetro ocorreu nas condições proporcionadas pela dark-room do Laboratório de Geoprocessamento da UFC. Em seguida as amostras foram preparadas para a determinação do nitrogênio (N) conforme a metodologia proposta por Kjeldah. Além do nitrogênio foliar também foram avaliados parâmetros morfológicos ao longo do desenvolvimento das plantas, produção de grãos, biomassa e matéria seca. A partir da elaboração de índices espectrais (NRI, Normalize Ratio Index) foi apresentada a correlação com os dados de N foliar e avaliado as bandas individuais pelo coeficiente de Pearson (r). Em seguida realizou-se a regressão linear (p-value < 0,01) com os NRI’s para selecionar os modelos, por instrumento óptico, que apresentaram melhor coeficiente de determinação (R²) com os conjuntos de dados de N foliar: i) em cada estádio de desenvolvimento, para os dois ciclos de cultivo e ii) com todo o conjunto de dados. Com isso, realizou-se a validação cruzada (k-fold) para posterior avaliação dos parâmetros de erro RMSE, MAE e coeficiente de determinação ajustado (R²adj.). Os resultados sobre os melhores modelos preditivos revelam padrões distintos sobre as bandas selecionadas entre os conjuntos de dados, além de possuírem baixa capacidade de generalização. No entanto, foi possível validar modelos relevantes com o MSPAT, SPAD e FieldSpec que apresentaram um R²adj. de 0,7871; 0,6959; 0,7199 e RMSE de 0,0425; 4,47; 0,0214 g.kg-1; respectivamente. A partir do modelo que apresentou melhor desempenho com o MSPAT, ao utilizar o NRI com as bandas 900 e 560nm, a aplicação em área agrícola proporcionou um RMSE de 2,73 g.kg-1 e MAE de 2,47 g.kg-1, portanto, é evidente que a utilização de novas tecnologias apresenta um elevado potencial para a avaliação do N foliar na cultura do milho. |
| Abstract: | The search for technologies that promote more sustainable and efficient practices is an increasingly important priority on the global agricultural scene. With this in mind, the use of spectroradiometry techniques to assess nitrogen concentration in maize crops has proved to be a promising alternative for conducting precision agriculture practices. In addition, the development of new instruments with optical sensors for agricultural applications has become increasingly important given the challenges of maintaining the sustainability of production systems. With this in mind, this work sought to improve elements of the use of MSPAT (Multispectral Soil Plant Analysis Tools) to determine reflectance. The improvements involved the development of a reference plate with sintered barium sulphate, new approaches using programming techniques, electronics and 3D printing. In addition, the performance of the optical instruments used to estimate leaf nitrogen in the maize crop was also assessed. With this in mind, an experiment was carried out in the experimental area of the Agricultural Electronics and Mechanisation Laboratory (LEMA), located at the Federal University of Ceará (UFC), with AG-1051 maize planted under treatments N0, N60, N90, N120, N150 and N180 (0, 60, 90, 120, 150 and 180 kg.ha-1 of N, respectively) with four replications, in two crop cycles and a Completely Randomized Design (CRD). The assessments took place during the V5, V10 and R2 phenological stages and were carried out using the MSPAT, SPAD and FieldSpec PRO FR 3 equipment. The spectroradiometer was used under the conditions provided by the dark-room of the UFC Geoprocessing Laboratory. The samples were then prepared for nitrogen (N) determination according to the methodology proposed by Kjeldah. In addition to leaf nitrogen, morphological parameters were also assessed throughout plant development, production, biomass and dry matter. The spectral indices (NRI, Normalise Ratio Index) were then correlated with the leaf N data and the individual bands were evaluated using Pearson's coefficient (r). Linear regression was then carried out (p-value < 0.01) with the NRI's to select the models, by optical instrument, that showed the best coefficient of determination (R²) with the leaf N data sets: i) at each stage of development, for the two crop cycles and ii) with the entire data set. Cross-validation (k-fold) was then carried out to assess the error parameters RMSE, MAE and adjusted coefficient of determination (R²adj.). The results for the best predictive models reveal different patterns for the selected bands between the data sets, as well as low generalisation capacity. However, it was possible to validate relevant models with MSPAT, SPAD and FieldSpec, which showed an R²adj. of 0.7871; 0.6959; 0.7199 and RMSE of 0.0425; 4.47; 0.0214 g.kg-1; respectively. From the model that showed the best performance with MSPAT, when using the NRI with the 900 and 560nm bands, the application in an agricultural area provided an RMSE of 2.73 g.kg-1 and MAE of 2.47 g.kg-1. However, it is clear that the use of new technologies has great potential for assessing leaf N in maize crops. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86124 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/my-orcid?orcid=0000-0003-3391-6528 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/3374285184836536 |
| ORCID do Orientador: | https://orcid.org/my-orcid?orcid=0000-0002-1480-0944 |
| Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/9646492923898649 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Embargado |
| Aparece nas coleções: | PPGENA - Dissertações defendidas na UFC |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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