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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78944
Tipo: | Tese |
Título: | Sensoriamento remoto hiperespectral na estimativa da granulometria de horizontes superficiais de solos |
Título em inglês: | Hyperspectral remote sensing in estimating the granulometry of surface soil horizons |
Autor(es): | Almeida, Eurileny Lucas de |
Orientador: | Teixeira, Adunias dos Santos |
Palavras-chave em português: | Espectrorradiometria de reflectância;Sensor aerotransportado SpecTIR;Espectrorradiômetro FieldSpec;Textura do solo;Matéria Orgânica |
Palavras-chave em inglês: | Reflectance spectroradiometry;SpecTIR airborne sensor;FieldSpec Spectroradiometer;Soil texture;Organic matter |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO |
Data do documento: | 2020 |
Citação: | ALMEIDA, Eurileny Lucas de. Sensoriamento remoto hiperespectral na estimativa da granulometria de horizontes superficiais de solos. 2020. 118 f. Tese (Doutorado em Ciência do Solo) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020. |
Resumo: | O objetivo geral desta pesquisa foi estimar a textura do solo, por meio de seu comportamento espectral obtido por espectrorradiometria de laboratório e sensor aerotransportado, com e sem a interferência da Matéria da Orgânica (MO) em diferentes solos do estado do Ceará. O estudo foi realizado em duas diferentes áreas do estado do Ceará, nos municípios de Morada Nova (A1) e Limoeiro do Norte (A2). Foram coletadas 233 amostras de solo deformadas, de 0 a 10 cm de profundidade. Para cada amostra de solo foram obtidos os dados granulométricos, MO e espectrais utilizando o sensor aerotransportado ProSpecTir-VS e o sensor espectrorradiômetro FieldSpec Pro FR 3 em laboratório. Na obtenção dos dados espectrais em laboratório foi utilizada Terra Fina Seca em Estufa a 45ºC (TFSE) e a Terra Fina Sem Matéria Orgânica (TSMO). Foi realizada a análise descritiva dos dados granulométricos e espectrais e a correlação de Pearson foi obtida entre os teores de areia, silte e argila e a reflectância do solo sem MO. Na análise dos dados espectrais adquiridos em laboratório das amostras de solo, com e sem Matéria Orgânica, também foi aplicada a Análise de Componentes Principais - PCA. Para a estimativa da textura do solo foram testadas todas as possíveis relações de bandas dos dois sensores a procura de um Índice por Diferença Normalizada (NDI). Além da reflectância, os dados espectrais foram analisados também na forma transformada: suavização por Savitzky-Golay, 1ª derivada e normalizadas. A Regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLSR) foi aplicado utilizando todos os dados espectrais e após seleção de bandas. Para calibração dos modelos foram utilizadas 70% das amostras de solo e para validação 30%. As análises foram realizadas utilizando o conjunto total dos dados e separados por região (A1 e A2). Assim, pôde-se observar que os solos da região A2 (Perímetro Irrigado Jaguaribe Apodi) são mais argilosos que os solos da A1 (Perímetro Irrigado de Morada Nova), havendo neste último a predominância de solos siltosos e arenosos. Os melhores resultados de correlação foram do sensor proximal, FieldSpec Pro FR 3, para argila, com correlação forte de -0,74 e -0,71 para a amostra completa e para a região A1, respectivamente. Os comprimentos de onda eleitos para a construção do NDI foram 2133 e 2335 nm, com coeficiente de determinação (R²) de 0,67. Os melhores resultados de validação, utilizando a PLSR, foram do sensor de laboratório com os dados em primeira derivada, com R² ajustado de 0.77 e 0.79 para a argila utilizando todos os dados e para areia com os dados da A2, respectivamente. Já na estimativa da textura para o solo sem MO, os melhores resultados da PLRS foram para a areia com todos os dados normalizados (R²ajustado = 0.75) e para a A2 (R² ajustado = 0.75), utilizando dados espectrais sem transformação. Conclui-se com este trabalho que os dados espectrais de laboratório (FieldSpec) foram mais eficientes na estimativa dos atributos texturais dos solos do que os dados do sensor aerotransportado (SpecTIR-VS), principalmente quando utilizado um conjunto de dados com solos e regiões distintos. Quando comparados os modelos preditivos, utilizando o comportamento espectral das amostras de solo com e sem matéria Orgânica, é possível perceber a melhoria na estimativa dos teores de areia e argila, após retirada a MO. |
Abstract: | The general objective of this research was to estimate soil texture, through its spectral behavior obtained by laboratory spectroradiometry and airborne sensors, with and without the interference of Organic Matter (OM) in different soils in the state of Ceará. The study was carried out in two different areas of the state of Ceará, in the municipalities of Morada Nova (A1) and Limoeiro do Norte (A2). 233 deformed soil samples were collected, from 0 to 10 cm deep. For each soil sample, particle size, OM and spectral data were obtained using the ProSpecTir-VS airborne sensor and the FieldSpec Pro FR 3 spectroradiometer sensor in the laboratory. To obtain spectral data in the laboratory, Oven-Dried Fine Earth at 45ºC (TFSE) and Fine Earth Without Organic Matter (TSOM) were used. A descriptive analysis of particle size and spectral data was carried out and Pearson's correlation was obtained between the sand, silt and clay contents and the reflectance of the soil without OM. In the analysis of spectral data acquired in the laboratory from soil samples, with and without Organic Matter, Principal Component Analysis - PCA was also applied. To estimate soil texture, all possible band relationships of the two sensors were tested in search of a Normalized Difference Index (NDI). In addition to reflectance, the spectral data were also analyzed in transformed form: Savitzky-Golay smoothing, 1st derivative and normalized. Partial Least Squares Regression (PLSR) was applied using all spectral data and after band selection. For model calibration, 70% of the soil samples were used and 30% for validation. The analyzes were carried out using the total set of data and separated by region (A1 and A2). Thus, it was observed that the soils in the A2 region (Irrigated Perimeter Jaguaribe Apodi) are more clayey than the soils in A1 (Irrigated Perimeter Morada Nova), with the latter having a predominance of silty and sandy soils. The best correlation results were from the proximal sensor, FieldSpec Pro FR 3, for clay, with a strong correlation of -0.74 and -0.71 for the complete sample and for the A1 region, respectively. The wavelengths chosen to construct the NDI were 2133 and 2335 nm, with a coefficient of determination (R²) of 0.67. The best validation results, using PLSR, were from the laboratory sensor with data in first derivative, with adjusted R² of 0.77 and 0.79 for clay using all data and for sand with A2 data, respectively. Regarding texture estimation for soil without OM, the best PLRS results were for sand with all normalized data (adjusted R² = 0.75) and for A2 (adjusted R² = 0.75), using spectral data without transformation. It is concluded from this work that laboratory spectral data (FieldSpec) were more efficient in estimating the textural attributes of soils than airborne sensor data (SpecTIR-VS), especially when using a data set with different soils and regions. . When comparing the predictive models, using the spectral behavior of soil samples with and without organic matter, it is possible to notice the improvement in the estimation of sand and clay contents, after removing the OM. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78944 |
ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0000-0002-2582-1521 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/4195918994374388 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/9646492923898649 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | PPCS - Teses defendidas na UFC |
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