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Type: Dissertação
Title: Estimativa de parâmetros de vegetação e de qualidade de água usando sensoriamento remoto
Title in English: Estimation of vegetation and water quality parameters using remote sensing
Authors: Amaral, Julyanne Braga Cruz
Advisor: Lopes, Fernando Bezerra
Keywords: Sensoriamento remoto;Espectrorradiometria;Monitoramento;Vigna unguiculata
Issue Date: 2022
Citation: AMARAL, Julyanne Braga Cruz. Estimativa de parâmetros de vegetação e de qualidade de água usando sensoriamento remoto. 2022. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Abstract in Brazilian Portuguese: O sensoriamento remoto é uma técnica que permite a obtenção de informações a respeito de diversos alvos sem que haja contato físico. Este artifício é potencialmente utilizado em atividades agrícolas e ambientais, promovendo monitoramento e gestão mais eficiente das atividades. O monitoramento do estado nutricional das plantas é fundamental para a identificação precoce dos nutrientes que podem limitar o crescimento e produção das culturas, assim como realizar o monitoramento dos recursos hídricos é de suma importância para tomadas de decisões e gestão ambiental. Ambos os monitoramentos são comumente realizados através de análises laboratoriais, por meio de procedimentos que levam tempo, custo de manutenção e alta produção de resíduos. Desse modo, o presente trabalho objetivou quantificar, por meio da espectroscopia de reflectância, os teores de nutrientes foliares da cultura do feijão- caupi e das variáveis limnológicas clorofila-a, sólidos suspensos totais e transparência, como alternativa às análises laboratoriais. A cultura do feijão-caupi foi analisada em três estágios fenológicos: V4, R6 e R9. Foram coletadas amostras foliares para realização das leituras radiométricas e quantificações por digestão via úmida nitro-perclórica. A aquisição das amostras de água foi realizada nos reservatórios Caxitoré, General Sampaio e Pereira de Miranda, onde foi feita a coleta em 3, 4 e 5 pontos, respectivamente, em cada reservatório. Em paralelo às coletas de água, foi efetuada a obtenção de dados hiperespectrais por radiometria in situ. As análises de tecidos vegetais e amostras de água foram realizadas em laboratório e a aquisição de dados radiométricos foi conduzida utilizando-se o espectrorradiômetro FieldSpec 3 Hi-Res. Foram construídos três modelos para cada variável, a partir de: correlação simples, correlação 2D (razão de bandas) e regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLSR). As variáveis espectrais mais significativas para os modelos de correlação simples e correlação 2D foram selecionadas pelo maior valor de r, enquanto que para a construção dos modelos PLSR, utilizou-se o método Stepwise. Foram utilizados 70 e 30% dos dados para a construção e validação dos modelos de predição, respectivamente. A fim de validar os resultados, foram aplicadas as métricas estatísticas: coeficientes de determinação, RMSE e RPD. Os modelos preditivos de PLSR apresentaram melhores performances se comparado à correlação simples e 2D, tanto para os nutrientes foliares quanto para as variáveis limnológicas, apresentando R² ajustado de 0,97, 0,23, 025 e 0,23 e RPD = 1,23, 0,25, 6,09 e 2,38 para as predições de P, K, Ca, e Zn, respectivamente e R² ajustado de 0,23, 025 e 0,23 e RPD = 0,25, 6,09 e 2,38 para clorofila-a, SST e transparência, respectivamente. Foi possível observar que os comprimentos de ondas mais significativos na predição de nutrientes foliares estão na região do visível, enquanto que para as variáveis limnológicas estão regiões de infravermelho próximo (NIR).
Abstract: Remote sensing is a technique that allows obtaining information about different targets without physical contact. This device is potentially used in agricultural and environmental activities, promoting more efficient monitoring and management of activities. Monitoring the nutritional status of plants is essential for the early identification of nutrients that can limit the growth and production of crops, as well as monitoring water resources is of paramount importance for decision making and environmental management. Both monitoring are commonly performed through laboratory analysis, through procedures that take time, maintenance cost and high waste production. Thus, the present work aimed to quantify, by means of reflectance spectroscopy, the contents of leaf nutrients of the cowpea crop and the limnological variables chlorophyll-a, total suspended solids and transparency, as an alternative to laboratory analyses. The cowpea crop was analyzed in three phenological stages: V4, R6 and R9. Leaf samples were collected for radiometric readings and quantification by wet nitro-perchloric digestion. The acquisition of water samples was carried out in the Caxitoré, General Sampaio and Pereira de Miranda reservoirs, where the collection was carried out at 3, 4 and 5 points, respectively, in parallel with the water collection, hyperspectral data were obtained by in situ radiometry. The analyzes of plant tissues and water samples were performed in the laboratory and the acquisition of radiometric data was carried out using the FieldSpec 3 Hi-Res spectroradiometer. Three models were built for each variable, based on: simple correlation, 2D correlation (band ratio) and Partial Least Squares Regression (PLSR). The most significant spectral variables for the simple correlation and 2D correlation models were selected by the highest value of r, while for the construction of the PLSR models, the Stepwise method was used. 70 and 30% of the data were used for the construction and validation of the prediction models, respectively. In order to validate the results, statistical metrics were applied: determination coefficients, RMSE and RPD. The PLSR predictive models presented better performances when compared to the simple and 2D correlation, both for leaf nutrients and for limnological variables, presenting adjusted R² of 0.97, 0.23, 025 and 0.23 and RPD = 1.23, 0.25, 6.09 and 2.38 for the predictions of P, K, Ca, and Zn, respectively and adjusted R² of 0.23, 025 and 0.23 and RPD = 0.25, 6.09 and 2.38 for chlorophyll-a, SST and transparency, respectively. It was possible to observe that the most significant wavelengths in the prediction of leaf nutrients are in the visible region, while for the limnological variables they are in the near infrared (NIR) regions.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/72839
Appears in Collections:PPGENA - Dissertações defendidas na UFC

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