Multiple linear regression and Random Forest model to estimate soil bulk density in mountainous regions

O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de modelos com diferentes conjuntos de dados, para estimar a densidade de solos de regiões tropicais montanhosas, a partir de atributos de solos comumente encontrados nas análises de perfis de solos descritos nos levantamentos regionais. O conjunto total de dados compõe-se de 163 amostras e foi dividido em seis grupamentos, dos quais três com 73 amostras, com o máximo de 32 covariáveis, e três com 163 amostras, com o máximo de 18 covariáveis. Testaram-se modelosde regressão linear múltipla (RLM) e randomForest (RF). A menor incerteza entre os modelos foi alcançada pelo RLM2, com R2 de 0,56, 13 covariáveis e 73 amostras. Nos grupamentos com 163 amostras, os melhores modelos foram os RF, com R2 médio de 0,48. A raiz quadrada da média do erro ao quadrado variou entre 0,09 e 0,14. As covariáveis mais importantes no modelo RF foram: carbono orgânico, hidrogênio, areia fina e grossa, saturação por bases e capacidade de troca catiônica. Pelo método "stepwise regression", as variáveis mais importantes foram: a relação silte/argila; areia grossa e fina; carbono orgânico; saturação por bases; e potássio.The objective of this work was the development of models with different sets of data for estimating soil bulk density in tropical mountainous regions, from soil attributes commonly found in the analyses of soil profiles described in regional surveys. The complete dataset is composed of 163 samples and it was divided into six groups, of which three groups have 73 samples and the maximum of 32 covariables, and three have 163 samples and the maximum of 18 covariables. The linear regression (RLM) and randomForest (RF) models were tested. The lowest uncertainty between the models was achieved by RLM2, with R2 of 0.56, 13 covariables, and 73 samples. Considering the groups with 163 samples, the best models were the RFs with mean R2 of 0.48. The root mean squared error ranged between 0.09 and 0.14. The most important covariables in the RF model were: organic carbon, hydrogen, fine and coarse sand, base saturation, and cation exchange capacity. By the stepwise backward regression, the main covariables were: silt and clay relation; fine and coarse sand; organic carbon; base saturation; and potassium

Digital mapping of sand, clay, and soil carbon by Random Forest models under different spatial resolutions

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da resolução espacial do modelo digital de elevação e da eficiência de modelos Random Forest sobre a predição dos teores de areia, argila e carbono orgânico, com uso de número reduzido de amostras. O trabalho foi realizado em área de Cerrado com diversidade litológica, no Estado do Mato Grosso do Sul, tendo-se utilizado atributos morfométricos, dados do sensor TM Landsat 5 e litologia como covariáveis preditoras. Dados da camada superficial (0,0–0,2 m) de 175 perfis de solos (0,009perfis km-2) e de 26 covariáveis preditoras foram utilizados com resolução espacial de 30 (conjunto 1) e 90 m (conjunto 2). A análise realizada pelo Random Forest mostrou que as covariáveis de nível de base do canal de drenagem, da elevação e da litologia foram as mais importantes para explicar a variabilidade. A validação dos modelos apresentou similaridade entre os conjuntos quanto à predição de areia, argila e carbono orgânico, o que explica os seguintes valores de variabilidade espacial, respectivamente: 44, 40 e 33%, para a resolução de30 m; e de 45, 46 e 33%, para a resolução de 90 m. A resolução espacial das covariáveis preditoras tem pouca influência sobre a predição dos atributos, e a abordagem por Random Forest apresenta potencial de utilizaçãopara estimar atributos do solo. The objective of this work was to evaluate the effect of the digital elevation model spatial resolution and of the efficiency of Random Forest models on the prediction of sand, clay, and organic carbon contents, using few soil samples. The study was carried out in a Cerrado area with lithological diversity, in the state of Mato Grosso do Sul, Brazil, using morphometric attributes, TM Landsat 5 sensor data, and lithology aspredictive covariates. The surface layer data (0.0–0.2 m) of 175 soil profiles (0,009 profiles km-2) and of 26 predictor covariates were used with 30 (set 1) and 90-m (set 2) spatial resolutions. The performed analysis by Random Forest models showed that channel base level, elevation, and lithology were the most important ones to explain the variability. The validation of the models showed similarity among sets for the prediction of sand,clay, and organic carbon contents, which explains the following values of spatial variability, respectively: 44, 40, and 33%, for the spatial resolution of 30 m; and 45, 46, and 33%, for the spatial resolution of 90 m. The spatial resolution of the predictive covariates has little effect on attribute predictions, and the Random Forest approach has potential use for estimating soil properties

Aplicação de um sistema automatizado (ALES - Automated Land Evaluation System) na avaliação das terras das microrregiões de Chapecó e Xanxerê, Oeste Catarinense, para o cultivo de grãos

A avaliação de terras é o processo que permite estimar o uso potencial da terra com base em seus atributos. Grande variedade de modelos analíticos pode ser usada neste processo. No Brasil, os dois sistemas de avaliação das terras mais utilizados são o Sistema de Classificação da Capacidade de Uso da Terra e o Sistema FAO/Brasileiro de Aptidão Agrícola das Terras. Embora difiram em vários aspectos, ambos exigem o cruzamento de inúmeras variáveis ambientais. O ALES (Automated Land Evaluation System) é um programa de computador que permite construir sistemas especialistas para avaliação de terras. As entidades avaliadas pelo ALES são as unidades de mapeamento, as quais podem ser de caráter generalizado ou detalhado. A área objeto desta avaliação é composta pelas microrregiões de Chapecó e Xanxerê, no Oeste catarinense, e engloba 54 municípios. Os dados sobre os solos e sobre as características da paisagem foram obtidos no levantamento de reconhecimento dos solos do Estado, na escala de 1:250.000. O presente estudo desenvolveu o sistema especialista ATOSC (Avaliação das Terras do Oeste de Santa Catarina) e, na sua construção, incluiu-se a definição dos requerimentos dos tipos de utilização da terra, bem como foi feita a subseqüente comparação destes com os atributos de cada unidade de mapeamento. Os tipos de utilização da terra considerados foram: feijão, milho, soja e trigo, em cultivos solteiros, sob condições de sequeiro e de manejo característicos destas culturas no Estado. As informações sobre os recursos naturais compreendem os atributos climáticos, de solos e das condições da paisagem que interferem na produção destas culturas. Para cada tipo de utilização da terra foram especificados, no ATOSC, o código, o nome e seus respectivos requerimentos de uso da terra. Os requerimentos de cada cultura foram definidos por uma combinação específica das características das terras selecionadas, que determina o nível de severidade de cada um deles em relação à cultura. Estabeleceram-se quatro níveis de severidade que indicam aumento do grau de limitação ou diminuição do potencial para determinado tipo de uso da terra, a saber: limitação nula ou ligeira (favorável); limitação moderada (moderadamente favorável), limitação forte (pouco favorável); e limitação muito forte (desfavorável). Na árvore de decisão, componente básico do sistema especialista, são implementadas as regras que permitirão o enquadramento das terras em classes de adequação definidas, baseado na qualidade dos requerimentos de acordo com o tipo de uso. O ATOSC facilitou o processo de comparação entre as características das terras das microrregiões de Chapecó e Xanxerê e os requerimentos de uso considerados, por permitir efetuar automaticamente a avaliação das terras, reduzindo, assim, o tempo gasto neste processo. As terras das microrregiões de Chapecó e Xanxerê foram enquadradas, em sua maior parte, nas classes de adequação pouco favorável (3) e desfavorável (4) para os cultivos considerados. Os principais fatores limitantes identificados nestas microrregiões foram a fertilidade natural e o risco de erosão, para o feijão e o milho, e condições de mecanização e risco de erosão, para a soja e o trigo

Relações solo- superfície geomórfica e evolução da paisagem em uma área do Planalto Central Brasileiro

Com base em levantamento pedológico de reconhecimento de alta intensidade, foram investigadas relações pedogeomorfológicas em uma área do Planalto Central Brasileiro, com vistas à predição de atributos e distribuição dos solos em áreas vizinhas carentes de mapas pedológicos. Três superfícies geomórficas, com distintos padrões de espacialização de solos, foram identificadas. Na mais elevada, a distribuição dos solos é estreitamente relacionada à variação do regime hídrico ao longo das encostas. Ocorrem Latossolo Vermelho (LV), Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA), Latossolo Amarelo (LA), Latossolo Amarelo plíntico, Latossolo Amarelo petroplíntico (concrecionário) e Plintossolo Háplico, todos muito argilosos, com teores de Fe2O3 e TiO2 relativamente homogêneos e índices Ki e Kr indicativos de mineralogia oxídica. Na segunda superfície, os solos apresentam maior variação quanto à textura e teores de Fe e Ti. Predominam LV e LV acriférrico, além de LVA e LA. Nos limites com as chapadas, observa-se a ocorrência de LVA e LA acriférricos endopetroplínticos. Na terceira superfície, que disseca as anteriores, predominam solos menos intemperizados, com atributos muito variáveis, como Cambissolo Háplico, Argissolos Vermelho e Vermelho-Amarelo, Nitossolo Vermelho eutroférrico, Neossolo Litólico e Neossolo Flúvico. O trabalho inclui a proposição de um modelo de evolução para a paisagem regional.The soil-geomorphic surface relationships were investigated in an area of the Central Brazilian Plateau, based upon a high intensity reconnaissance pedological survey, aiming at the prevision of the soil attributes and their distribution in adjacent areas which don't have pedological maps. Three geomorphic surfaces, with distinctive soil distribution patterns, were identified. In the highest geomorphic surface, the soil distribution is highly related to the hydric regime variation along the hillsides, occurring Red-Latosol (RL), Red-Yellow Latosol (RYL), Yellow Latosol (YL), Plinthic Yellow Latosol, Petroplinthic Yellow Latosol (PYL) (concretionary soil) and Haplic Plinthosol. These soils show very clayey texture, values of Fe2O3 and TiO2 relatively homogeneous, and Ki and Kr indexes indicatives of oxidic mineralogy. In the second surface, the soils show higher variation with respect to texture and iron and titanium contents. RL, Acricferric RL, RYL and YL are the dominant soils, with occurrence of Acriferric Endopetroplinthic RYL and YL near the borders of the high tablelands. In the third surface, that cuts the first and second ones, predominate less weathered soils, with high variable attributes, such as Haplic Cambisol, Red and Red-Yellow Argisols, Eutroferric Red Nitosol, Litholic Neosol and Fluvic Neosol. This work includes a proposition of a regional landscape evolution model

Soil-geomorphic surface relationships and landscape evolution in an area of the Brazilian Central Plateau

Com base em levantamento pedológico de reconhecimento de alta intensidade, foram investigadas relações pedogeomorfológicas em uma área do Planalto Central Brasileiro, com vistas à predição de atributos e distribuição dos solos em áreas vizinhas carentes de mapas pedológicos. Três superfícies geomórficas, com distintos padrões de espacialização de solos, foram identificadas. Na mais elevada, a distribuição dos solos é estreitamente relacionada à variação do regime hídrico ao longo das encostas. Ocorrem Latossolo Vermelho (LV), Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA), Latossolo Amarelo (LA), Latossolo Amarelo plíntico, Latossolo Amarelo petroplíntico (concrecionário) e Plintossolo Háplico, todos muito argilosos, com teores de Fe2O3 e TiO2 relativamente homogêneos e índices Ki e Kr indicativos de mineralogia oxídica. Na segunda superfície, os solos apresentam maior variação quanto à textura e teores de Fe e Ti. Predominam LV e LV acriférrico, além de LVA e LA. Nos limites com as chapadas, observa-se a ocorrência de LVA e LA acriférricos endopetroplínticos. Na terceira superfície, que disseca as anteriores, predominam solos menos intemperizados, com atributos muito variáveis, como Cambissolo Háplico, Argissolos Vermelho e Vermelho-Amarelo, Nitossolo Vermelho eutroférrico, Neossolo Litólico e Neossolo Flúvico. O trabalho inclui a proposição de um modelo de evolução para a paisagem regional.The soil-geomorphic surface relationships were investigated in an area of the Central Brazilian Plateau, based upon a high intensity reconnaissance pedological survey, aiming at the prevision of the soil attributes and their distribution in adjacent areas which don't have pedological maps. Three geomorphic surfaces, with distinctive soil distribution patterns, were identified. In the highest geomorphic surface, the soil distribution is highly related to the hydric regime variation along the hillsides, occurring Red Latosol (RL), Red-Yellow Latosol (RYL), Yellow Latosol (YL), Plinthic Yellow Latosol, Petroplinthic Yellow Latosol (PYL) (concretionary soil) and Haplic Plinthosol. These soils show very clayey texture, values of Fe2O3 and TiO2 relatively homogeneous, and Ki and Kr indexes indicatives of oxidic mineralogy. In the second surface, the soils show higher variation with respect to texture and iron and titanium contents. RL, Acricferric RL, RYL and YL are the dominant soils, with occurrence of Acriferric Endopetroplinthic RYL and YL near the borders of the high tablelands. In the third surface, that cuts the first and second ones, predominate less weathered soils, with high variable attributes, such as Haplic Cambisol, Red and Red-Yellow Argisols, Eutroferric Red Nitosol, Litholic Neosol and Fluvic Neosol. This work includes a proposition of a regional landscape evolution model

Relações solo-superfície geomórfica e evolução da paisagem em uma área do Planalto Central Brasileiro

Com base em levantamento pedológico de reconhecimento de alta intensidade, foram investigadas relações pedogeomorfológicas em uma área do Planalto Central Brasileiro, com vistas à predição de atributos e distribuição dos solos em áreas vizinhas carentes de mapas pedológicos. Três superfícies geomórficas, com distintos padrões de espacialização de solos, foram identificadas. Na mais elevada, a distribuição dos solos é estreitamente relacionada à variação do regime hídrico ao longo das encostas. Ocorrem Latossolo Vermelho (LV), Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA), Latossolo Amarelo (LA), Latossolo Amarelo plíntico, Latossolo Amarelo petroplíntico (concrecionário) e Plintossolo Háplico, todos muito argilosos, com teores de Fe2O3 e TiO2 relativamente homogêneos e índices Ki e Kr indicativos de mineralogia oxídica. Na segunda superfície, os solos apresentam maior variação quanto à textura e teores de Fe e Ti. Predominam LV e LV acriférrico, além de LVA e LA. Nos limites com as chapadas, observa-se a ocorrência de LVA e LA acriférricos endopetroplínticos. Na terceira superfície, que disseca as anteriores, predominam solos menos intemperizados, com atributos muito variáveis, como Cambissolo Háplico, Argissolos Vermelho e Vermelho-Amarelo, Nitossolo Vermelho eutroférrico, Neossolo Litólico e Neossolo Flúvico. O trabalho inclui a proposição de um modelo de evolução para a paisagem regional