Biblioteca espectral e sua aplicação em classificação de solos

Soil science has sought to develop better techniques for the classification of soils, one of which is the use of remote sensing applications. The use of ground sensors to obtain soil spectral data has enabled the characterization of these data and the advancement of techniques for the quantification of soil attributes. In order to do this, the creation of a soil spectral library is necessary. A spectral library should be representative of the variability of the soils in a region. The objective of this study was to create a spectral library of distinct soils from several agricultural regions of Brazil. Spectral data were collected (using a Fieldspec sensor, 350-2,500 nm) for the horizons of 223 soil profiles from the regions of Matão, Paraguaçu Paulista, Andradina, Ipaussu, Mirandópolis, Piracicaba, São Carlos, Araraquara, Guararapes, Valparaíso (SP); Naviraí, Maracajú, Rio Brilhante, Três Lagoas (MS); Goianésia (GO); and Uberaba and Lagoa da Prata (MG). A Principal Component Analysis (PCA) of the data was then performed and a graphic representation of the spectral curve was created for each profile. The reflectance intensity of the curves was principally influenced by the levels of Fe2O3, clay, organic matter and the presence of opaque minerals. There was no change in the spectral curves in the horizons of the Latossolos, Nitossolos, and Neossolos Quartzarênicos. Argissolos had superficial horizon curves with the greatest intensity of reflection above 2,200 nm. Cambissolos and Neossolos Litólicos had curves with greater reflectance intensity in poorly developed horizons. Gleisols showed a convex curve in the region of 350-400 nm. The PCA was able to separate different data collection areas according to the region of source material. Principal component one (PC1) was correlated with the intensity of reflectance samples and PC2 with the slope between the visible and infrared samples. The use of the Spectral Library as an indicator of possible soil classes proved to be an important tool in profile classification.A ciência do solo tem buscado desenvolver técnicas que contribuam para a melhor utilização e caracterização do solo; entre elas encontra-se a aplicação de técnicas de sensoriamento remoto. O uso de sensores terrestres na obtenção de dados espectrais de solos tem possibilitado a caracterização desses e o avanço de técnicas de quantificação de seus atributos. Para isso, a montagem de uma biblioteca espectral de solos se faz necessária. Uma biblioteca espectral deve ser representativa da variabilidade de solos de uma região. O presente trabalho teve por objetivo criar uma biblioteca espectral de distintos solos de algumas regiões agrícolas do Brasil. Para isso, foram coletados dados espectrais (sensor Fieldspec, 350-2.500 nm) dos horizontes de 233 perfis de solos das regiões de Matão, Paraguaçu Paulista, Andradina, Ipaussu, Mirandópolis, Piracicaba, São Carlos, Araraquara, Guararapes, Valparaíso (SP); Naviraí, Maracaju, Rio Brilhante, Três Lagoas (MS); Goianésia (GO); e Uberaba e Lagoa da Prata (MG). Posteriormente, foi realizada a análise de componentes principais (PCA) dos dados e a representação gráfica das curvas espectrais de cada perfil. A intensidade das curvas foi influenciada principalmente pelos teores de Fe2O3, argila, matéria orgânica e presença de minerais opacos. Latossolos, Nitossolos e Neossolos Quartzarênicos não apresentaram mudança no comportamento espectral das curvas de seus horizontes. Argissolos mostraram as curvas dos horizontes superficiais com maior intensidade de reflectância após os 2.200 nm. Cambissolos e Neossolos Litólicos apresentaram curvas de maior intensidade de reflectância nos horizontes pouco desenvolvidos. Gleissolos mostraram forma convexa de curva na região dos 350-400 nm. A PCA foi capaz de separar diferentes regiões de coleta de dados em função do material de origem. A componente principal (PC) 1 correlacionou-se com a intensidade de reflectância das amostras, e a PC2, com a inclinação entre a região do visível e a do infravermelho das amostras. O uso da biblioteca espectral como indicativo de possíveis classes de um solo mostrou ser ferramenta importante para a classificação de perfis.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CNPq National Counsel of Technological and Scientific Developmen

Caracterização de solos por padrões de drenagem e sua relação com índices de intemperismo

Soil characterization by photopedology studies are important tools in soil survey. Aerial photographs were used in a study of drainage network and its quantitative and descriptive characteristics were obtained in four areas located in Paraná State, Brazil, in soils developed from basic and acid rocks. In the aerial photo 1:25,000 scale, circular sampling with 10 km2 were selected, both developed from acid rocks. The parameters of drainage pattern permit to separate the soils developed from basic rocks and soils developed from acid rocks. The descriptive analysis was useful to differentiate the soil units, but was not so sensible as drainage density. The drainage density in circular sampling was the best index for characterization of soils units. Soils developed from acid rocks have different drainage pattern when compared with similar soils developed from basic rocks. The drainage density can be considered a weathering index for the same rock, for basic or acid rocks.A caracterização de solos por meio do estudo fotopedológico pode auxiliar futuros levantamentos de solos. Foram estudados, em quatro regiões do Estado do Paraná, solos desenvolvidos de rochas eruptivas básicas e ácidas, utilizando-se fotografias aéreas de escala 1:25.000, nas quais foram locadas amostras circulares de 10 km2. Foram caracterizados e estudados os padrões descritivos e quantitativos da rede de drenagem dos solos. Também observaram-se as relações existentes entre o grau de evolução desses solos e os índices de drenagem. A análise descritiva mostra-se útil na diferenciação dos solos, entretanto, foi um parâmetro menos sensível que a densidade de drenagem, que permitiu discriminar os solos desenvolvidos de rochas básicas bem como os de rochas ácidas. Os solos originados de rocha ácida possuem uma rede de drenagem diferente de seus pares originados de rocha básica. O índice densidade de drenagem pode expressar o grau de evolução dos solos em um mesmo substrato rochoso, no caso rochas básicas ou rochas ácidas

Estimativa de produtividade agroindustrial de cana-de-açúcar por dados espectrais orbitais ETM+/LANDSAT 7Sugarcarne agroindustrial yield forecast by orbital sensor ETM+/LANDSAT 7 data

Os sistemas convencionais de estimativa de safras são geralmente onerosos e demorados, portanto, é importante o desenvolvimento de métodos mais rápidos para a obtenção de dados. Propõe-se, neste trabalho, obter uma metodologia para estimar a produtividade agroindustrial da cana-de-açúcar pelo sensor orbital ETM+/LANDSAT 7 e utilizando-se dados reais áreas de produção de cana-de-açúcar na região de Paraguaçu Paulista, (SP), da variedade RB835486, de primeiro corte. Um banco de dados foi elaborado e escolheram-se talhões com épocas de plantio semelhantes, enquanto que para a coleta de dados espectrais foram testadas duas metodologias: na primeira, foram estabelecidas áreas de coleta de dados espectrais dentro dos talhões, e estes foram representados pelas respectivas médias aritméticas dos pixels amostrados e, na segunda, procedeu-se a uma classificação não supervisionada dos dados espectrais dos talhões que, por sua vez, foram representados pela média ponderada do valor dos pixels em sete classes espectrais distintas. As bandas B1, B2, B3, B4, B5 e B7 e seis índices de vegetação, foram utilizados para gerar modelos de regressão linear múltipla, visando à quantificação das características agroindustriais da cultura. Os resultados indicam que é possível estimar essas características através de dados espectrais orbitais, indicados por R2 = 0,69 para produtividade agrícola (Mg ha-1) e em média 0,58, para as características tecnológicas.Abstract Conventional systems for crop yield projections are generally expensive and demand much time. Thus, it is important to develop quicker data obtaining methods. We have proposed a methodology for estimating the sugarcane agroindustrial yield by ETM + / LANDSAT 7 orbital sensor and also by collecting data from sugarcane production areas in Paraguaçu Paulista, São Paulo State, at fields of RB835486 variety in the first harvest. A database was established, and fields that were planted at the same dates were chosen. Two methods for spectral data collection were tested in order to identify best estimation results. In the first method, data collection areas were set within the spectral plots, and these were represented by the specific arithmetic average of the sampled pixels. In the second method, the spectral data went through a non-supervised classification of the plots, which were represented by the weighted average value of pixels in seven different spectral classes. The bands B1, B2, B3, B4, B5 and B7 and six vegetation indices were used to generate multiple linear regression models in order to qualify the crop agroindustrial characteristics. The results indicate that it is possible to estimate these characteristics drawing on orbital spectral data, indicated by R2 = 0.69 for crop yield (Mg ha-1) and a 0.58 average for the technological characteristics

Geoprocessamento na avaliação espacial de variáveis do solo da região de Rafard-SP

A classificação de um solo é dependente de uma série de fatores químicos, físicos, morfológicos, mineralógicos e topográficos. O entendimento da relação entre estas características auxilia no conhecimento da paisagem e no mapeamento. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi verificar a correlação entre classes de solos com informações de geologia, topografia e atributos do solo. Para tanto, foi montado em banco de dados com as informações de análises de solo, curvas de nível e geologia. Estas informações foram cruzadas para verificar a contribuição de cada uma no mapa de solos. Os dados de relevo foram obtidos a partir de um modelo digital do terreno e os de geologia e solo de mapas já existente da área. Concluiu-se que existe alta correlação entre atributos e classes de solo com a geologia da área. Isto sugere que é possível utilizar dados geológicos para delimitação inicial de classes de solos quando a geologia for o fator de formação com maior importância na diferenciação dos solos numa dada região.Soil classification depends on the union of a series of chemical, physical, morphological and topographic factors. The understanding of the relationship among these characteristics aids in the knowledge of the landscape and, consequently, in the mapping. This way, the objective of this work was to verify the spatial correlation among soil classes and information about geology, topography and soils attributes. For this, it was generated a data bank with information about soil analysis, contour lines and geology. This information was crossed to verify the contribution of each one on soil map. The relief data were obtained from digital elevation model and the geology from an existing map of the area. It was concluded that there is high correlation among soil attributes and among them with geology and soil map showing that is possible to use these information to delineate soil classes.Key words:

Caracterização e comparação do comportamento espectral de atributos do solo obtidos por sensores orbitais (ASTER e TM) e terrestre (IRIS) Characterization and comparison of soil spectral response obtained from orbital

A utilização, cada vez maior, de informações obtidas por sensoriamento remoto para o estudo de solos torna necessária a avaliação do seu comportamento espectral e de seus atributos. Dessa forma, o presente trabalho objetiva caracterizar o comportamento espectral de atributos do solo a partir de dados obtidos pelo sensor ASTER e compará-lo com o sensor orbital TM-Landsat e terrestre IRIS. Para tanto, foram utilizados dados analíticos de solos da região de Rafard, (SP) e informações obtidas por sensores de satélite e terrestre. As informações foram alocadas sobre a imagem ASTER para a obtenção dos dados de reflectância. Posteriormente, as amostras foram agrupadas em classes para os atributos matéria orgânica, saturação por bases, ferro total e textura para os três sensores utilizados e, as respostas espectrais foram comparadas e caracterizadas. Concluiu-se que o sensor terrestre IRIS é o que melhor discrimina os atributos do solo por ter maior resolução espectral e as bandas dos sensores orbitais ASTER e TM apresentaram correlação negativa para os atributos matéria orgânica, ferro total e argila.AbstractThe increasing use of information obtained from remote sensing for soil science make it necessary the evaluation of soil spectral response and their attributes. The objective of this work was to characterize soil attributes spectral response from data obtained of ASTER sensor and compare with TM – Landsat orbital sensor and IRIS terrestrial sensor. For this, were used analytical data of soil from Rafard, (SP) and information obtained through satellite and terrestrial sensors. After that, the samples points were allocated over ASTER images to obtain de orbital reflectance data. Later, the samples were grouped in classes for organic matter, basis saturation, total iron and texture for all three sensors and the spectral response were compared and characterized. The conclusions are that IRIS terrestrial sensor is the best one for soil attributes discrimination due to its higher spectral resolution and the ASTER and TM orbital sensors bands presented a negative correlation for organic matter, total iron and texture

Soil Vis-NIR spectra and Fuzzy K-means on definition of soil mapping units in topossequences

O conhecimento dos solos é cada vez mais importante para que o uso dele seja realizado corretamente na agropecuária, no crescimento urbano, na conservação dos recursos naturais, entre outros. Entretanto, verifica-se carência de profissionais qualificados para a caracterização e os mapeamentos pedológicos, particularmente em escalas de maior detalhamento. Essa carência, aliada aos avanços das ferramentas computacionais e do sensoriamento remoto, promoveu o surgimento do Mapeamento Digital de Solos (MDS), que busca auxiliar e agilizar as atividades de levantamento pedológico. Assim, este trabalho objetivou desenvolver uma metodologia de delimitaçao de unidades de solos em topossequências por meio do comportamento espectral dos solos no comprimento de onda do Visível-Infravermelho Próximo (Vis-NIR). A metodologia espectral consistiu na obtenção das curvas espectrais dos solos por meio do espectrorradiômetro FieldSpecPro e da redução do número de informações espectrais por meio da análise de Componentes Principais, seguida de agrupamento das amostras mediante método fuzzy k-médias. Foram selecionadas cinco topossequências com pontos equidistantes de 30 m para caracterizar as classes de solos e amostragens. Foram descritas oito classes de solos distintas, que tiveram caracterização detalhada e classificação em perfis pedológicos. No restante dos pontos, a caracterização das classes de solos foi feita com base na classificação dos solos realizada nos perfis pedológicos, com coleta de amostras por meio de tradagens nas profundidades de 0,00-0,20 e 0,80-1,00 m, perfazendo o total de 162 amostras ao longo das cinco topossequências. As amostras foram analisadas pelas metodologias convencional e espectral, para que os resultados pudessem ser comparados e avaliados. Dessa forma, foram realizadas análises morfológicas, físicas (textura) e químicas nas amostras de solo. Das cinco topossequências estudadas, os resultados foram satisfatoriamente semelhantes; alguns solos não foram perfeitamente individualizados pela metodologia espectral, em razão da grande semelhança em seus comportamentos espectrais, como demonstrado pelo Latossolo Vermelho Férrico e Nitossolo Vermelho Férrico. A metodologia espectral foi capaz de diferenciar solos com resposta espectral distinta e estabelecer limites nas topossequências, apresentando grande potencial para ser implementada em levantamentos pedológicos.Knowledge of soils is increasingly important for their correct use in agriculture, in urban growth, and in conservation of natural resources, among other purposes. However, there is a lack of qualified professionals for pedological characterization and mapping, particularly at scales of greater detail. Due to this shortage and due to advances in computational tools and remote sensing, Digital Soil Mapping (DSM) arose in order to assist and expedite pedological survey activities. Thus, the aim of this study was to develop a method for delineation of soil units in toposequences through the spectral response of soils in the Vis-NIR (Visible-Near Infrared) wavelength. The spectral method consisted of obtaining soil spectral curves by means of a spectroradiometer, FieldSpec Pro, and reduction in the amount of spectral information by Principal Component Analysis, followed by clustering of samples by the fuzzy k-means method. Five toposequences with 30 m equidistant points were selected for soil class characterization and sampling. Eight distinct soil classes were identified and received detailed characterization and classification in pedological profiles. For the remaining points, the characterization of soil classes was based on the soil classification contained in the pedological profiles, with samples collected using a soil auger at depths of 0.00-0.20 and 0.80-1.00 m, for a total of 162 samples across the five toposequences. The samples were analyzed by the conventional and spectral method so that the results could be compared and evaluated. Thus, morphological, physical (texture), and chemical analyses of soil samples were made. In the five toposequences studied, the results were similar, and some soils were not perfectly individualized by spectral method, due to great similarity in their spectral curves, as demonstrated by Latossolo Vermelho Férrico and Nitossolo Vermelho Férrico. The spectral method was able to differentiate soils with distinct spectral responses and establish limits in toposequences, showing great potential for implementation in soil surveys

Tamanho ideal em grades de amostragem de solos para aplicação em taxa variável em manejo localizado

The importance of understanding spatial variability of soils is connected to crop management planning. This understanding makes it possible to treat soil not as a uniform, but a variable entity, and it enables site-specific management to increase production efficiency, which is the target of precision agriculture. Questions remain as the optimum soil sampling interval needed to make site-specific fertilizer recommendations in Brazil. The objectives of this study were: i) to evaluate the spatial variability of the main attributes that influence fertilization recommendations, using georeferenced soil samples arranged in grid patterns of different resolutions; ii) to compare the spatial maps generated with those obtained with the standard sampling of 1 sample ha-1, in order to verify the appropriateness of the spatial resolution. The attributes evaluated were phosphorus (P), potassium (K), organic matter (OM), base saturation (V%) and clay. Soil samples were collected in a 100 × 100 m georeferenced grid. Thinning was performed in order to create a grid with one sample every 2.07, 2.88, 3.75 and 7.20 ha. Geostatistical techniques, such as semivariogram and interpolation using kriging, were used to analyze the attributes at the different grid resolutions. This analysis was performed with the Vesper software package. The maps created by this method were compared using the kappa statistics. Additionally, correlation graphs were drawn by plotting the observed values against the estimated values using cross-validation. P, K and V%, a finer sampling resolution than the one using 1 sample ha-1 is required, while for OM and clay coarser resolutions of one sample every two and three hectares, respectively, may be acceptable.A importância de compreender a variabilidade espacial do solo está conectada ao planejamento do manejo das culturas. Este entendimento faz com que seja possível tratar o solo não como uma entidade uniforme, mas variável, e permite o gerenciamento de sítios específicos para aumentar a eficiência de produção, que é o objetivo da agricultura de precisão. Questões relacionadas com a otimização do intervalo de amostragem do solo se faz necessário para a realização das recomendações de adubações no Brasil. Os objetivos deste estudo foram: i) avaliar a variabilidade espacial dos principais atributos que influenciam as recomendações de adubação, usando amostras de solos georreferenciadas dispostas em padrões de grades de diferentes resoluções; ii) comparar os mapas espaciais gerados com o mapa padrão obtido com amostragem de 1 amostra ha-1, a fim de verificar a adequação da resolução espacial. Os atributos avaliados foram fósforo (P), potássio (K), matéria orgânica (MO), saturação por bases (V%) e argila. As amostras de solos foram coletadas numa grade de 100 × 100 m e georreferenciadas. Um desbaste foi realizado, criando-se uma grade com 1 amostra a cada 2,07, 2,88, 3,75 e 7,20 ha. Técnicas de geoestatística, como semivariograma e interpolação usando krigagem, foram utilizadas para analisar os atributos nas grades com diferentes resoluções. Esta análise foi realizada com o programa computacional Vesper. Os mapas criados por este método foram comparados utilizando-se a estatística kappa. Além disso, gráficos de correlação foram construídos plotando-se os valores observados pelos valores estimados utilizando-se a validação cruzada. Para P, K e V%, uma amostragem de resolução mais fina do que aquela usando 1 amostra ha-1 foi necessária, enquanto que para MO e argila, resoluções mais grosseiras de uma amostra ou dois em dois e três hectares, respectivamente, pode ser aceitável

Comparação entre o uso e ocupação e perda de solo, nos anos de 1995 e 2010, na microbacia hidrográfica do CeveiroComparison between use and occupancy and soil loss, in the years 1995 and 2010, in the Ceveiro watershed

O presente trabalho avaliou a perda de solo entre os cenários de 1995 e 2010 da Microbacia Hidrográfica do Ceveiro (MBC) com o auxílio da USLE. Para tanto foram utilizadas carta topográfica 1:10000, imagem HRC do satélite CBERS-2B e demais informações que foram incorporadas ao banco de dados do SIG/SPRING. Como requisito para estimar perda de solo estabeleceu-se o uso atual da terra na Microbacia Hidrográfica do Ceveiro, situada no município de Piracicaba, SP. Observou-se um aumento das áreas de pasto e uma diminuição das áreas de pasto sujo de 136,43 ha. Com relação à cana-de-açúcar, não foi observada grandes alterações em valores de área, mas sim uma reorganização desse uso na MHC. Foi possível notar uma redução das perdas de solo de 1995 para 2010. Sendo que para o uso de 2010 observou-se uma diminuição nas perdas de solo de 57,77 ha para a classe de 20 a 50 Mg ha-1 ano-1, 50,82 ha para a classe de 50 a 100 Mg ha-1 ano-1 e 31,48 ha para a classe maior que 100 Mg ha-1 ano-1 em relação ao uso de 1995 o que foi confirmado pela exatidão do produtor e exatidão do usuário. Na comparação dos mapas foi utilizado o índice Kappa obtendo-se um valor de 0,67.AbstractThis study evaluated soil losses between 1995 and 2010 scenarios of Ceveiro watershed basin with the aid of USLE. For this end, we used 1:10000 topographic map, HRC image of CBERS-2B satellite and extra information was incorporated into the GIS database / SPRING. As requirement to estimate soil loss it was established the current land use in Ceveiro watershed basin, located in Piracicaba, São Paulo. It was observed an increase in pasture areas and a reduction in dirty pasture areas with 136,43 ha. Concerning sugar cane, it was not observed major changes in value area, but a reorganization of this use in MHC. It was also noted a reduction of soil losses from 1995 to 2010. As to the use of 2010 there was a decrease in soil loss of 57,77 ha for the class 20 – 50 Mg ha-1 year-1, 50,82 ha for the class 50 - 100 Mg ha-1 year-1 and 31,48 ha to the class greater than 100 Mg ha-1 year-1 in relation to the use of 1995 which was confirmed the accuracy of the producer and user accuracy. The comparison of the maps it was used Kappa index obtaining a value of 0,67