dc.creator | Kunz, Karine Mariele | |
dc.date.accessioned | 2023-03-20T18:38:21Z | |
dc.date.available | 2023-03-20T18:38:21Z | |
dc.date.issued | 2022-09-30 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/28294 | |
dc.description.abstract | The chemical analysis of soil components is a tool that allows good practices for correctives
and fertilizers recommendation and managing soil fertility. Traditional methods of analysis
usually consume a high number of reagents and require a lot of time for sample preparation and
extractions. An alternative has been spectroscopy in the visible and near infrared (Vis-NIR)
region. However, this tool needs validation and calibration of models for reliable estimates for
different soil parameters. The objective of this work was to evaluate the reliability of Vis-NIR
spectroscopy to estimate the potential acidity of tropical soils compared with values obtained
by traditional methods used in routine soil analysis laboratories. We used 240 soil samples from
agricultural areas and analyzed in the UFSM routine laboratory, 60 samples of each clay class
(class 1: clay content ≤ 20; class 2: 21-40; class 3: 41-60; class 4: >60), which are subdivided
by organic matter (OM) content into 20 samples of low content class (low ≤ 2.5), 20 samples
of the medium class (medium 2.6 - 5.0), 20 samples of the high OM content class (high >5.0).
For the validation of the models, 51 unknown samples were used, which were not part of the
initial sample bank. The determination of the potential acidity of the samples was made by
estimating with the SMP index and by the calcium acetate method. Five spectra pretreatments
were used: smoothed (SMO), Savitzky-Golay Derivate (SGD), Multiplicative Scatter
Correction (MSC), Continuum Removal (CRR) and Standard normalization variate (SNV).
Prediction models for the potential acidity content were developed from raw and pre-processed
spectral data. The models tested were Cubist, Multiple Linear Regression (MLR) and Partial
Least Squares Regression (PLSR). The evaluation of the precision of the calibration curves was
performed using the coefficient of determination (R²
) and the deviations from the root mean
square error (RMSE). Curve validation was performed with the model that presented the best
calibration performance. Soil spectra showed features related to soil constituents, mainly in
SNV, MSC, SGD and CRR techniques. The pre-processing that obtained the best performance
in both the calibration and validation stages was the CRR, regardless of the model used. There
was a wide variation in the accuracy of the same multivariate method when different preprocesses were applied. The Cubist model presented the best performance, both for validation
of samples analyzed by calcium acetate (R²=0.86; r=0.93) and for the SMP index (R²=0.91;
r=0.95). Both the calcium acetate method and the SMP index method showed good fit with the
model (R²=0.55 and R²=0.53, respectively). Vis-NIR spectroscopy has the potential to estimate
the potential acidity, however, other studies and tests are needed to better elucidate the
technique until the use of curves in soil analysis laboratories. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Pré-processamento | por |
dc.subject | Modelos matemáticos | por |
dc.subject | Calibração | por |
dc.subject | Validação | por |
dc.subject | Pre-processing | eng |
dc.subject | Mathematical models | eng |
dc.subject | Calibration | eng |
dc.subject | Validation | eng |
dc.title | Estimativa da acidez potencial em solos utilizando a espectroscopia Vis-NIR | por |
dc.title.alternative | Estimation of potential acidity in soils using Vis-NIR spectroscopy | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | A análise química dos componentes do solo é uma ferramenta que permite boas práticas de
recomendação de corretivos e fertilizantes e manejo da fertilidade do solo. Os métodos
tradicionais de análise normalmente consomem uma elevada quantidade de reagentes e
demandam de muito tempo para preparo das mostras e extrações. Uma alternativa têm sido a
espectroscopia na região do visível e infravermelho próximo (Vis-NIR). Contudo, essa
ferramenta necessita de validação e calibração de modelos para estimativas confiáveis para
diferentes parâmetros do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a confiabilidade da
espectroscopia Vis-NIR para estimar a acidez potencial dos solos tropicais e subtropicais
comparado com os valores obtidos pelos métodos tradicionais utilizados em laboratórios de
rotina de análise de solo. Foram utilizadas 240 amostras de solos de áreas agrícolas e analisadas
no laboratório de rotina da UFSM, 60 amostras de cada classe de argila (classe 1: teor de argila
≤ 20%; classe 2: 21-40%; classe 3: 41-60%; classe 4: >60%), sendo estas subdivididas
conforme o teor de matéria orgânica (MO) em 20 amostras de classe baixo (≤ 2,5%), 20
amostras da classe médio (2,6-5,0%), e 20 amostras da classe alto (>5,0%). Para a validação
dos modelos foram utilizadas 51 amostras desconhecidas, as quais não faziam parte do banco
de amostras inicial. A determinação da acidez potencial das amostras se deu pela estimativa
com o índice SMP e pelo método de acetato de cálcio. Foram utilizados cinco pré-tratamentos
aos espectros: smoothed (SMO), Savitzky-Golay Derivate (SGD), Multiplicative Scatter
Correction (MSC), Continuum Removal (CRR) e Standart normalization variate (SNV).
Modelos de predição para o teor de acidez potencial foram desenvolvidos a partir dos dados
espectrais brutos e pré-processados. Os modelos testados foram Cubist, Regressão linear
múltipla (MLR) e regressão por mínimos quadrados parciais (PLSR). A avaliação da precisão
das curvas de calibração foi realizada por meio do coeficiente de determinação (R²
) e os desvios
da raiz quadrada média do erro (RMSE). A validação da curva foi realizada com o modelo que
apresentou melhor desempenho na calibração. Os espectros do solo apresentaram feições
relacionadas com os constituintes do solo, principalmente nas técnicas SNV, MSC, SGD e
CRR. O pré-processamento que obteve o melhor desempenho tanto na etapa de calibração
quanto de validação foi o CRR, independentemente do modelo utilizado. Houve uma ampla
variação na acurácia do mesmo método multivariado, quando aplicados pré-processamentos
diferentes. O modelo Cubist apresentou o melhor desempenho, tanto para validação de amostras
analisadas pelo acetato de cálcio (R2=0,86; r=0,93) quanto para o índice SMP (R²=0,91;
r=0,95). Ambos o método de acetato de cálcio e método do índice SMP apresentaram bom
ajuste com o modelo (R²=0,55 e R²=0,53, respectivamente). A espectroscopia Vis-NIR possui
potencial para estimar a acidez potencial, contudo, são necessários outros estudos e testes para
melhor elucidação da técnica até a utilização de curvas em laboratórios de análises de solos. | por |
dc.contributor.advisor1 | Silva, Leandro Souza da | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2152888530643357 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Moura-Bueno, Jean Michel | |
dc.contributor.referee1 | Mallmann, Fábio Joel Kochem | |
dc.contributor.referee2 | Tiecher, Tales | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/9645975170271447 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Agronomia | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Ciências Rurais | por |