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

Análise de fragmentos por métricas da paisagem na Microrregião de Santarém no Oeste do Pará

Forest fragmentation causes substantial microclimatic changes in areas with small fragments and exposed soils, changing the level of reflectance and temperature of the region. Given this scenario, Mojuí dos Campos has been the target of major landscape transformations and drastic losses of native vegetation for agricultural and agricultural activities, as well as for urban expansion, which makes the environment increasingly artificial. In this sense, the objective of this article is to evaluate the deforestation occurred in the micro-region of Santarém, through landscape metrics and remote sensing techniques between 1985, 2000, 2010 and 2020. For this, we used data from the MapBiomas Project of collection 7, organized hierarchically by LULC combination. However, there were changes in the average area of the fragments from 0.0081 km² to 0.5300 km², between 1985 and 2000, and in 2010 the average was 2.1100 km² and decreased to 1.6277 km² in 2020. Therefore, the loss of forest formation was 7.9% between 1985 and 2000 and 39.84% between 2010 and 2020. The region is characterized in 2020 by the high number of fragments (n = 2,235) demonstrating the strong impact of anthropic actions in the region. The metrics used in this study were efficient in analyzing the spatial patterns of forest fragmentations whose work is based on the creation and implementation of strategies for landscape conservation and restructuring.A fragmentação florestal acarreta substanciais mudanças microclimáticas em áreas que apresentam pequenos fragmentos e solos expostos, alterando o nível de reflectância e a temperatura da região. Diante desse cenário, Mojuí dos Campos tem sido alvo de grandes transformações de paisagens perdas drásticas de vegetações nativas para as atividades agropecuárias e agrícolas, bem como a expansão urbana, que torna o ambiente cada vez mais artificial. Nesse sentido, objetiva-se com este artigo avaliar o desmatamento ocorrido na microrregião de Santarém, por meio de métricas de paisagem e por técnicas de sensoriamento remoto entre os anos de 1985, 2000, 2010 e 2020. Para isso, utilizou-se dados do Projeto MapBiomas da coleção 7, organizada hierarquicamente por combinação LULC. No entanto, observou-se alterações na média da área dos fragmentos de 0,0081 km² para 0,5300 km², entre o período de 1985 a 2000 e, em 2010 a média era de 2,1100 km² e reduziu-se para 1,6277 km² em 2020. Diante disso, a perda de formação florestal foi de 7,9% entre os anos de 1985 a 2000 e de, 39, 84% entre os anos de 2010 a 2020. A região é caracterizada em 2020 pelo elevado número de fragmentos (n=2.235) demostrando o forte impacto de ações antrópicas na região. As métricas utilizadas nesse estudo foram eficientes em analisar os padrões espaciais de fragmentações florestais cujo trabalho tem como base a criação e implantação de estratégias de conservação e reestruturação da paisagem

NDVI COMO FERRAMENTA DE AVALIAÇÃO DA EXPANSÃO URBANA EM ÁREA DE PROTEÇÃO AMBIENTAL NO MUNICÍPIO DE BELÉM-PA

O desordenado processo de urbanização na cidade de Belém ao longo dos anos ocupou áreas florestais e margens de corpos d’água necessários para estabilidade ecológica, tomando o espaço pertencente à vegetação ciliar. Para a promoção da conservação dos mananciais que abastecem o município de Belém, os lagos Bolonha e Água Preta, foi criado em 1993 o Parque Ambiental de Belém. Este, por sua vez, sofreu processos de degradação com a expansão da Avenida João Paulo II e também, com o aumento populacional ao redor do parque. Sabe-se que a análise espacial de fenômenos é importante para o bom planejamento urbano. Técnicas de sensoriamento remoto são cada vez mais utilizadas para este fim. Objetivou-se com este trabalho, analisar a dinâmica espacial da expansão urbana sob a Área de Proteção Ambiental da Região Metropolitana de Belém através da análise multitemporal de imagens de satélite, dos anos de 1993, 2006 e 2013. Para tanto, utilizaram-se imagens obtidas com sensores dos satélites Landsat 5 e 8, nas quais foi realizada a Classificação Supervisionada de Imagens e determinação do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) com posterior produção de mapas. O avanço da antropização foi crescente no período registrado. A vegetação nativa foi reduzida, em aproximadamente 12% nas Unidades de Conservação entre 1993 e 2006, e 21%, entre 2006 e 2013, contrastante às áreas que sofreram alterações antrópicas, pois tiveram um aumento de 8.641.800 m² entre os anos de 1993 a 2013, confirmando o desenfreado processo de urbanização que vem ocorrendo na cidade

Laboratory remote sensing on soil chemical alteration by lime application

O conhecimento detalhado da distribuição espacial dos solos e principalmente seus atributos torna-se essencial com a implantação da Agricultura de Precisão. Neste sentido, há a demanda por um grande número de análises químicas de solos. Porém, o custo destas análises é elevado, sendo um dos principais entraves para a avaliação da variabilidade espacial dos solos, tanto na área de manejo químico como em levantamentos pedológicos. Logo, o sensoriamento remoto surge como uma técnica alternativa e eficaz na obtenção de informações sobre a variabilidade espacial dos solos e de seus atributos químicos, físicos e mineralógicos nos diferentes tipos de aquisição de dados, mostrando-se promissor não só pela sua rapidez, mas também por ser uma técnica não destrutiva das amostras e livre de qualquer reagente químico. Desta forma, este trabalho tem por objetivos avaliar através de métodos convencionais de análise de terra e de sensoriamento remoto, as variações químicas ocorrentes em dois tipos de solos cultivados com milho, pela aplicação de corretivos com diferentes graus de reatividade. Além disso, este trabalho visa identificar bandas espectrais relacionadas com as mudanças químicas ocorridas no solo devido à aplicação de calcário, assim como calibrar e avaliar modelos de estimativa de atributos do solo, além de quantificar os valores de corretivos necessários numa amostra de terra. Para tal, dados químicos foram obtidos em laboratório através de métodos já consagrados e permitiram avaliar três calcários com diferentes reatividades. Já os dados radiométricos foram obtidos através do sensor FieldSpec Pro em laboratório na faixa de 350 2500 nm, para amostras de solos coletadas durante quatro ciclos de cultivo do milho. Os dados obtidos através da espectrorradiometria permitiram identificar possíveis bandas relacionadas com alguns atributos químicos dos solos; determinar os teores de atributos químicos dos solos a partir da metodologia utilizada; obter modelos de estimativa específicos para cada atributo químico dos dois solos estudados, assim como estimar a necessidade de calagem destes através de técnicas de sensoriamento remoto, havendo a possibilidade de redução das numerosas e demoradas análises químicas tradicionais, contribuindo desta forma para viabilização da prática da agricultura de precisão.The detailed knowledge of spatial distribution of soils and mainly its attributes became essential with the Precision Agriculture implementation. Therefore, there is the demand for a high number of soil chemical analyses. However, these analyses cost is high, being one of the main impediments to evaluate the soil spatial variability, as in chemical management as in pedologycal surveys. However, the remote sensing rises as an alternative and efficient technique to obtain information about the soil spatial variability and its chemical, physical and mineralogical attributes in different kinds of data acquisition. Showing itself promising not just by its speed, but also because it is a non-destructive technique for the samples and do not uses any chemical reagents. In this way, the objectives of this work are to evaluate through conventional methods of soil analyses and remote sensing, the chemical modifications occurred in two soils cultivated with corn, by the lime application with products of different reaction degrees. Besides, this work seeks to identify spectral bands related to the chemical changes occurred in soil due to the lime application, as to calibrate and to evaluate the soil attributes estimation models, beyond to quantify the lime rate needed in a soil sample. For that, chemical data were obtained in lab through methods already consecrated and allowed to evaluate three lime products with different degrees of reaction. The radiometric data were obtained with the FieldSpec Pro sensor in lab in the range of 350 2500 nm, for soil samples collected during four corn cycles. The data obtained by spectroradiometry allowed to identify possible bands related with some soil chemical attributes; to determine the content of chemical attributes from the used methodology; to obtain specific estimative models for each chemical attribute of both studied soils, as to estimate the need of lime application using remote sensing techniques, with the possibility to reduce the amount of conventional chemical analyses, beyond to contribute to development of the practice of precision agriculture

Laboratory remote sensing on soil chemical alteration by lime application

O conhecimento detalhado da distribuição espacial dos solos e principalmente seus atributos torna-se essencial com a implantação da Agricultura de Precisão. Neste sentido, há a demanda por um grande número de análises químicas de solos. Porém, o custo destas análises é elevado, sendo um dos principais entraves para a avaliação da variabilidade espacial dos solos, tanto na área de manejo químico como em levantamentos pedológicos. Logo, o sensoriamento remoto surge como uma técnica alternativa e eficaz na obtenção de informações sobre a variabilidade espacial dos solos e de seus atributos químicos, físicos e mineralógicos nos diferentes tipos de aquisição de dados, mostrando-se promissor não só pela sua rapidez, mas também por ser uma técnica não destrutiva das amostras e livre de qualquer reagente químico. Desta forma, este trabalho tem por objetivos avaliar através de métodos convencionais de análise de terra e de sensoriamento remoto, as variações químicas ocorrentes em dois tipos de solos cultivados com milho, pela aplicação de corretivos com diferentes graus de reatividade. Além disso, este trabalho visa identificar bandas espectrais relacionadas com as mudanças químicas ocorridas no solo devido à aplicação de calcário, assim como calibrar e avaliar modelos de estimativa de atributos do solo, além de quantificar os valores de corretivos necessários numa amostra de terra. Para tal, dados químicos foram obtidos em laboratório através de métodos já consagrados e permitiram avaliar três calcários com diferentes reatividades. Já os dados radiométricos foram obtidos através do sensor FieldSpec Pro em laboratório na faixa de 350 2500 nm, para amostras de solos coletadas durante quatro ciclos de cultivo do milho. Os dados obtidos através da espectrorradiometria permitiram identificar possíveis bandas relacionadas com alguns atributos químicos dos solos; determinar os teores de atributos químicos dos solos a partir da metodologia utilizada; obter modelos de estimativa específicos para cada atributo químico dos dois solos estudados, assim como estimar a necessidade de calagem destes através de técnicas de sensoriamento remoto, havendo a possibilidade de redução das numerosas e demoradas análises químicas tradicionais, contribuindo desta forma para viabilização da prática da agricultura de precisão.The detailed knowledge of spatial distribution of soils and mainly its attributes became essential with the Precision Agriculture implementation. Therefore, there is the demand for a high number of soil chemical analyses. However, these analyses cost is high, being one of the main impediments to evaluate the soil spatial variability, as in chemical management as in pedologycal surveys. However, the remote sensing rises as an alternative and efficient technique to obtain information about the soil spatial variability and its chemical, physical and mineralogical attributes in different kinds of data acquisition. Showing itself promising not just by its speed, but also because it is a non-destructive technique for the samples and do not uses any chemical reagents. In this way, the objectives of this work are to evaluate through conventional methods of soil analyses and remote sensing, the chemical modifications occurred in two soils cultivated with corn, by the lime application with products of different reaction degrees. Besides, this work seeks to identify spectral bands related to the chemical changes occurred in soil due to the lime application, as to calibrate and to evaluate the soil attributes estimation models, beyond to quantify the lime rate needed in a soil sample. For that, chemical data were obtained in lab through methods already consecrated and allowed to evaluate three lime products with different degrees of reaction. The radiometric data were obtained with the FieldSpec Pro sensor in lab in the range of 350 2500 nm, for soil samples collected during four corn cycles. The data obtained by spectroradiometry allowed to identify possible bands related with some soil chemical attributes; to determine the content of chemical attributes from the used methodology; to obtain specific estimative models for each chemical attribute of both studied soils, as to estimate the need of lime application using remote sensing techniques, with the possibility to reduce the amount of conventional chemical analyses, beyond to contribute to development of the practice of precision agriculture

NDVI COMO FERRAMENTA DE AVALIAÇÃO DA EXPANSÃO URBANA EM ÁREA DE PROTEÇÃO AMBIENTAL NO MUNICÍPIO DE BELÉM-PA

O desordenado processo de urbanização na cidade de Belém ao longo dos anos ocupou áreas florestais e margens de corpos d’água necessários para estabilidade ecológica, tomando o espaço pertencente à vegetação ciliar. Para a promoção da conservação dos mananciais que abastecem o município de Belém, os lagos Bolonha e Água Preta, foi criado em 1993 o Parque Ambiental de Belém. Este, por sua vez, sofreu processos de degradação com a expansão da Avenida João Paulo II e também, com o aumento populacional ao redor do parque. Sabe-se que a análise espacial de fenômenos é importante para o bom planejamento urbano. Técnicas de sensoriamento remoto são cada vez mais utilizadas para este fim. Objetivou-se com este trabalho, analisar a dinâmica espacial da expansão urbana sob a Área de Proteção Ambiental da Região Metropolitana de Belém através da análise multitemporal de imagens de satélite, dos anos de 1993, 2006 e 2013. Para tanto, utilizaram-se imagens obtidas com sensores dos satélites Landsat 5 e 8, nas quais foi realizada a Classificação Supervisionada de Imagens e determinação do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) com posterior produção de mapas. O avanço da antropização foi crescente no período registrado. A vegetação nativa foi reduzida, em aproximadamente 12% nas Unidades de Conservação entre 1993 e 2006, e 21%, entre 2006 e 2013, contrastante às áreas que sofreram alterações antrópicas, pois tiveram um aumento de 8.641.800 m² entre os anos de 1993 a 2013, confirmando o desenfreado processo de urbanização que vem ocorrendo na cidade

Modelos de quantificação de atributos do solo a partir de bibliotecas espectrais

Soil science has sought to develop better techniques for the soil evaluation, 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 (i) assess the quality of models to predict soil attributes, clay and iron (Fe2O3), obtained by spectral libraries of distinct soils from several agricultural regions of Brazil., (ii) illustrate the use of a spectral library of soils in the quantification of its attributes, (iii) evaluate the performance of a benchmark for when the data set is subdivided according to their spectral characteristic. Spectral data were collected (using a Fieldspec sensor, 3502,500 nm) for the horizons of 223 soil profiles from the several regions of Brazil. A Principal Component Analysis (PCA) of the data was then performed. Using a K-means clustering and the PCA scores, samples were divided in 3 subgroups. A PLSR was applied in each subgroup, algorithms to predict clay and iron based on soil spectra were created. A discriminant analysis was performed, we aimed to create a model which indicates if samples from validation set are similar to subgroup 1, 2 or 3. According to this classification, validation dataset was divided. These validation sets were used to evaluate PLSR models performance.Pages: 8683-868

Spectral regionalization of tropical soils in the estimation of soil attributes

ABSTRACT Conventional soil analysis produces large amount of residues and demand resources and time consuming. The construction of soil spectral database for estimating soil attributes is the newest alternative on soil mapping. The objective in this study was to build spectral libraries and study the quality of the generated prediction models for soil attributes. It was obtained 7185 soil spectral (400-2500 nm) in laboratory with respective soil analysis. The spectral libraries "general", "regional", and "local" were generated from these spectral readings. The general spectral library contained the full range of data and several states, the regional libraries contained data from geographically close municipalities, and the local libraries contained soil data from a single municipality. In general we observed the sequence of R2 for General (0.85), Regional (0.67 to 0.77) and Local (0.55 to 0.77). In conclusion, the best database was the general one. On the other hand, independent of the size of the database, predictive models based on physical attributes such as sand, clay, and organic matter generate good predictions until an R2 of 0.7. The determination of spectral libraries including highly variable soils formed from different parent materials create worse results for the estimation of chemical attributes and better results for the estimation of the physical ones. The low range of variation in a given attribute was a limiting factor in the generation of effective predictive models. A great spectral library can certainly improve soil quantitative evaluation

Using proximal soil sensors and fuzzy classification for mapping Amazonian Dark Earths

We tested if hand-carried field proximal soil sensing (PSS) can be used to map the distribution of anthropogenic Amazonian Dark Earths (ADE). ADE soils are rich in archaeological artefacts, nutrients, organic matter and carbon in the very stable form of pyrogenic carbon, also referred to as black carbon or biochar. To test the capacity of PSS to detect signature ADE properties we measured electrical conductivity (ECa), magnetic susceptibility (MSa) and gamma ray data by transect sampling and compared these readings, using fuzzy classification, with datasets on chemical soil properties from a 28 ha large study area located on the Belterra Plateau of the Lower Amazon in northern Brazil. Results indicate that ECa and MSa measurements were good indicators of ADE signatures, but that the gamma radiation sensor was less useful in the deeply weathered soils. PSS and fuzzy classification can be used for rapid field mapping of ADE for both agricultural and archaeological purposes