Development of pedotransfer functions of hydraulic properties using ensemble models: a methodological proposal

Abstract

As propriedades hídricas do solo desempenham um papel crucial em várias áreas, incluindo agricultura, engenharia e modelagem matemática. No entanto, a obtenção direta desses dados no campo ou em laboratório é um processo demorado e dispendioso. Uma solução para agilizar a obtenção dessas propriedades é o uso de Funções de Pedotransferência (FPTs), que aproveitam informações mais acessíveis, como propriedades físicas e químicas do solo, para prever características mais complexas por meio de métodos de regressão ou aprendizado de máquina. Essas FPTs podem ser divididas em duas categorias principais: FPTs Pontuais, que estimam conteúdo de água em tensões específicas, e FPTs Paramétricas, usadas para prever parâmetros matemáticos que descrevem a retenção de água no solo. Uma outra forma de classificar as FPTs é com base nos tipos de dados físicos, resultando em FPTs de Classe e FPTs Contínuas. As FPTs de Classe dependem, para efetuar previsões, de uma classificação prévia do solo, frequentemente relacionada à sua textura. Por outro lado, as FPTs Contínuas estabelecem relações empíricas ou semi-físicas com propriedades físicas ou químicas do solo, utilizando regressão ou métodos semelhantes. Nas últimas décadas, centenas de FPTs foram desenvolvidas no Brasil, mas o acesso a essas FPTs é limitado devido à sua dispersão em inúmeras publicações. Aliado a isso, a falta de um banco de dados consolidado que contenha FPTs validadas e informações relevantes torna a escolha da FPT apropriada uma tarefa complexa. Os principais objetivos deste estudo foram conduzir um levantamento abrangente das FPTs calibradas para solos brasileiros, e validar seu desempenho em relação a um banco de dados de solos nacionais. Além disso, o estudo propõe a criação de metadados padronizados para a publicação de novas FPTs, sugere a adoção de enseble models e apresenta um software computacional. Os resultados desse levantamento revelaram a existência de 336 equações, das quais 292 são FPTs pontuais e 44 são FPTs paramétricas, destinadas ao cálculo de parâmetros da equação de van Genuchten (1980). A maioria dessas FPTs foi desenvolvida em nível estadual, apresentando um melhor desempenho na validação quando aplicada às regiões para as quais foram originalmente desenvolvidas, em comparação com sua aplicação em todo o território nacional. As FPTs tiveram como principal preditor a argila, seguido de silte e areia. A adoção do ensemble models proposto por meio do software computacional tem o potencial de tornar as FPTs do Brasil mais acessíveis e eficazes para atender às necessidades dos usuários. Isso ocorre ao reduzir o erro de previsão e aprimorar a precisão das estimativas das propriedades do solo. O uso desses modelos combinados permite agregar o conhecimento de várias FPTs, aproveitando suas respectivas vantagens e mitigando suas limitações individuais. O programa computacional proposto permite o cálculo de capacidade de campo e ponto de murcha permanente utilizando o local de calibração e o menor RMSE de validação no critério de decisão.