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Tipo: Dissertação
Título: Avaliação de fósforo em solos utilizando espectroscópia de reflectância e algoritmos quimiométricos
Título em inglês: Phosphorus assessment in soils using reflectance spectroscopy and chemometric algorithms
Autor(es): Silva, Francisco Mateus da Cunha
Orientador: Teixeira, Adunias dos Santos
Palavras-chave em português: Análise multivariada;Sensoriamento proximal;Fertilidade do solo;Sensores
Palavras-chave em inglês: Multivariate analysis;Proximal sensing;Sensors
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS
Data do documento: 2025
Citação: SILVA, Francisco Mateus da Cunha. Avaliação de fósforo em solos utilizando espectroscópia de reflectância e algoritmos quimiométricos. 2026. 84 f. Dissertação (Mestrado em Ciência do Solo) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: A manutenção de níveis adequados de fósforo no solo é fator determinante para o desenvolvimento vegetal, influenciando processos metabólicos vitais. Sendo sua determinação por métodos laboratoriais baseados em extração com reagentes químicos, que além de gerarem resíduos, essas técnicas podem ser custosas e demoradas, o que torna sua aplicação contínua e regular inviável em muitos cenários agrícolas, dificultando a caracterização de áreas agrícolas com precisão. No presente estudo, objetiva-se avaliar o potencial preditivo da espectroscopia de reflectância na quantificação do teor de fósforo disponível em solos, por meio da aplicação de diferentes algoritmos quimiométricos e de transformações nos dados de reflectância espectral adquiridos por espectrorradiômetro óptico na faixa de 350–2500 nm e seleção de variáveis. Para a condução da pesquisa, foram coletadas 75 amostras de um NEOSSOLO QUARTZARENICO e 75 amostras de um ARGISSOLO ACINZENTADO no distrito de irrigação do Baixo Acaraú, sendo posteriormente tratadas com 15 diferentes concentrações do fertilizante comercial MAP em 5 repetições. Para a coleta dos dados espectrais, o sensor óptico FieldSpec Pro FR 3 foi utilizado. Nas análises qualitativas e quimiométricas, foram considerados os espectros de reflectância bruta, bem como os dados pré-processados por meio de normalização, suavização e derivação de Savitzky-Golay e remoção do contínuo. Para a determinação dos teores disponíveis de fósforo nas amostras, foram realizadas leituras com espectrofotômetro UV/VIS com base na solução extratora de Mehlich 1. Posteriormente, para a calibração dos modelos de predição do fósforo disponível foram empregados a regressão linear múltipla (MLR), a regressão em componentes principais (PCR) e a regressão por mínimos quadrados parciais (PLSR), considerando todos os comprimentos de onda como variáveis preditoras e ainda a seleção de variáveis por Stepwise-Forward. Os resultados mostram que a aplicação de normalização espectral aliada à regressão PLSR sobre o espectro completo (450–2450 nm) foi a abordagem mais eficiente para predizer o fósforo disponível. No conjunto de dados RQO + PAcd, obteve-se R² = 0,95, RMSE = 12,75 mg kg⁻¹ e RPD = 4,31, para o conjunto RQO, R² = 0,95, RMSE = 8,30 mgkg⁻¹ e RPD = 4,66, e no PAcd, R² = 0,92, RMSE = 17,76 mg kg⁻¹ e RPD = 3,30, superando consistentemente os modelos PCR em todos os casos. A seleção de variáveis por filtro de correlação e stepwise–forward reforçou a relevância das bandas associadas à matéria orgânica (650–850 nm), óxidos de ferro (850–900nm) e argilominerais 2:1 (1400, 1900 e 2200 nm). Após a seleção de variáveis, o desempenho dos modelos mostrou-se heterogêneo e, em geral, inferior aos calibrados com todos os comprimentos de onda, com o PCR superando os demais métodos de regressão e apenas o modelo normalizado do conjunto combinado (RQO+ PAcd) atingindo categoria excelente com R² de 0,84, RMSE de 23,65 mg kg⁻¹ e RPD de 2,49.
Abstract: Maintaining adequate phosphorus levels in the soil is a determining factor for plant development, influencing vital metabolic processes. Its determination through laboratory methods based on chemical extraction reagents not only generates waste but also makes these techniques costly and time-consuming, rendering their continuous and regular application unfeasible in many agricultural scenarios. This hinders the precise characterization of agricultural areas. The present study aims to evaluate the predictive potential of reflectance spectroscopy for quantifying available phosphorus content in soils, through the application of different chemometric algorithms and transformations of spectral reflectance data acquired by an optical spectroradiometer within the 350–2500 nm range, along with variable selection. For this research, 75 samples of a Neossolo quartzarenico and 75 samples of an Argissolo acinzentado were collected in the Baixo Acaraú irrigation district, and subsequently treated with 15 different concentrations of the commercial fertilizer MAP in 5 replications. For spectral data acquisition, the FieldSpec Pro FR 3 optical sensor was used. In addition to raw reflectance, spectral normalization, Savitzky-Golay filtering, and continuum removal were applied for qualitative and chemometric analyses. Available phosphorus content in the samples was determined using a UV/VIS spectrophotometer based on the Mehlich 1 extraction solution. For the calibration of the phosphorus prediction models, multiple linear regression (MLR), principal component regression (PCR), and partial least squares regression (PLSR) were employed, considering all wavelengths as predictor variables, along with variable selection via Stepwise-Forward. The results showed that spectral normalization combined with PLSR regression on the full spectrum (450–2450 nm) was the most efficient approach for predicting available phosphorus. In the combined RQO + PAcd dataset, R² = 0.95, RMSE = 12.75 mg kg⁻¹, and RPD = 4.31 were obtained; for RQO alone, R² = 0.95, RMSE = 8.30 mg kg⁻¹, and RPD = 4.66; and for PAcd, R² = 0.92, RMSE = 17.76 mg kg⁻¹, and RPD = 3.30 consistently outperforming the PCR models in all cases. Variable selection through correlation filtering and stepwise–forward reinforced the relevance of bands associated with organic matter (650–850 nm), iron oxides (850–900 nm), and 2:1 clay minerals (1400, 1900, and 2200 nm). After variable selection, model performance was heterogeneous and generally inferior to models calibrated with all wavelengths, with PCR outperforming the other regression methods and only the normalized model of the combined dataset achieving an excellent category with R² = 0.84, RMSE = 23.65 mg kg⁻¹, and RPD = 2.49.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85696
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/7042211652008046
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/9646492923898649
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:PPCS - Dissertações defendidas na UFC

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