Chlorophyll content for millet leaf using hyperspectral imaging and an attention-convolutional neural network / Estimativa do teor de clorofila para folhas de milheto usando imagens hiperespectrais e uma rede neural atenção-convolucional

ABSTRACT: Chlorophyll is a major factor affecting photosynthesis; and consequently, crop growth and yield. In this study, we devised a chlorophyll-content detection model for millet leaves in different stages of growth based on hyperspectral data. The hyperspectral images of millet leaves were obtained under a wavelength range of 380-1000 nm using a hyperspectral imager. Threshold segmentation was performed with near-infrared (NIR) reflectance and normalized difference vegetation index (NDVI) to intelligently acquire the regions of interest (ROI). Furthermore, raw spectral data were preprocessed using multivariate scatter correction (MSC). A correlation coefficient-successive projections algorithm (CC-SPA) was used to extract the characteristic wavelengths, and the characteristic parameters were extracted based on the spectral and image information. A partial least squares regression (PLSR) prediction model was established based on the single characteristic parameter and multi-characteristic parameter fusion. The determination coefficient (Rv 2) and the root-mean-square error (RMSEv) of the validation set for the multi-characteristic parameter fusion model were reported to be 0.813 and 1.766, respectively, which are higher than those obtained by the single characteristic parameter model. Based on the multi-characteristic parameter fusion, an attention-convolutional neural network (attention-CNN) (Rv 2 = 0.839, RMSEv = 1.451, RPD = 2.355) was established, which is more effective than the PLSR (Rv 2 = 0.813, RMSEv = 1.766, RPD = 2.167) and least squares support vector machine (LS-SVM) models (Rv 2 = 0.806, RMSEv = 1.576, RPD = 2.061). These results indicated that the combination of hyperspectral imaging and attention-CNN is beneficial to the application of nutrient element monitoring of crops.

RESUMO: A clorofila é um fator importante que afeta a fotossíntese e, consequentemente, o crescimento e o rendimento das culturas. Neste estudo, um modelo de detecção de conteúdo de clorofila é construído para folhas de milheto em diferentes estágios de crescimento, com base em dados hiperespectrais. As imagens hiperespectrais dos diferentes estágios de crescimento das folhas de milheto foram obtidas para 380-1000 nm, utilizando um gerador de imagens hiperespectrais. Uma segmentação de limiar foi realizada com refletância no infravermelho próximo (NIR) e índice de vegetação com diferença normalizada (NDVI) para adquirir de forma inteligente as regiões de interesse (ROI). Além disso, os dados espectrais brutos foram pré-processados usando o método de correção de dispersão multivariada (MSC). Um algoritmo de projeção de coeficiente de correlação sucessivo (CC-SPA) foi utilizado para extrair os comprimentos de onda característicos, e os parâmetros característicos foram extraídos com base nas informações espectrais e de imagem. O modelo de previsão de regressão parcial dos mínimos quadrados (PLSR) foi estabelecido com base nos parâmetros de característica única e na fusão de parâmetros de característica múltipla. O coeficiente de determinação (Rv2) e o erro quadrático médio da raiz (RMSEv) do conjunto de validação para o modelo de fusão de parâmetros com várias características foram obtidos como 0,813 e 1,766, sendo melhores do que os do modelo de parâmetro de característica única. Com base na fusão de parâmetros com várias características, foi estabelecida uma rede neural atenção-convolucional (atenção-CNN) (Rv2 = 0,839, RMSEv = 1,451, RPD = 2,355) mais eficaz que o PLSR (Rv2 = 0,813, RMSEv = 1,766, RPD = 2,167) e mínimos quadrados que suportam modelos de máquina de vetores (LS-SVM) (Rv2 = 0,806, RMSEv = 1,576, RPD = 2,061). Estes resultados indicam que o modelo atenção-CNN atinge uma previsão efetiva do teor de clorofila nas folhas de milheto usando os dados hiperespectrais. Além disso, esta pesquisa demonstra que a combinação de imagens hiperespectrais e a atenção-CNN se mostra benéfica para a aplicação do monitoramento dos elementos nutricionais das culturas.

Influence of tannery wastewater sludge doses on biometric and chlorophyll fluorescence parameters in conilon coffee / Influence of tannery wastewater sludge doses on biometric and chlorophyll fluorescence parameters in conilon coffee = Influência de doses de lodo de curtume nos parâmetros biométricos e de fluorescência da clorofila em café conilon

Tannery wastewater sludge is an industrial residue that can be used in the pure form or associated to other residues, such as byproduct production from cultivated plants. The objective of the present study was to assess substrate composition for producing conilon coffee stem cuttings, varying increasing tannery wastewater sludge doses. A randomized block design was used with four treatments, three increasing doses of tannery wastewater sludge and one conventional treatment. The stem cuttings were assessed for parameters related to photosystem II functioning and biometry. The results indicated that substrates consisting of tannery wastewater sludge, humus and subsoil promote, in general, improvement in plant growth compared to conventional substrates, highlighting the Dickson quality index. Both chlorophyll fluorescence parameters and chlorophyll contents estimates were not affected by using tannery wastewater sludge in the mixture to formulate substrate for conilon coffee stem cuttings.

O lodo de curtume é um resíduo industrial que pode ser aproveitado de forma pura ou associado a outros resíduos, como na produção de substratos de plantas cultivadas. Neste sentido, o objetivo desse trabalho foi avaliar a composição de substrato para a produção de mudas de café conilon, variando doses crescentes de lodo de curtume. O delineamento utilizado foi em blocos casualizados, com quatro tratamentos, sendo três doses crescentes de lodo e um tratamento convencional. As mudas foram avaliadas em relação aos parâmetros relacionados ao funcionamento do fotossistema II e a biometria. Os resultados indicam que substratos compostos por lodo, húmus e terra de subsolo promoveram, em geral, melhoria no crescimento das mudas quando comparados aos substratos convencionais, destacandose o índice de qualidade de Dickson. Os parâmetros de fluorescência e estimativas do teor de clorofila não foram afetados pela utilização do lodo de curtume na mistura para formulação de substrato de mudas de café conilon.

Parâmetros fisiológicos de mudas de copaíba sob diferentes substratos e condições de sombreamento / Physiological parameters in seedlings of copaiba under different shade conditions and substrates

O presente trabalho teve como objetivo avaliar parâmetros fisiológicos de mudas de copaíba produzidas sob o efeito de diferentes níveis de sombreamento e tipos de substratos. O experimento teve a duração de 130 dias e foi conduzido em blocos casualizados no esquema fatorial 5x4, com cinco substratos: Bioplant®; 70% vermiculita + 30% casca de arroz carbonizada; 40% vermiculita + 30% casca de arroz carbonizada + 30% fibra de coco; 50% vermiculita + 30% casca de arroz carbonizada + 20% areia; 70% vermiculita + 15% casca de arroz carbonizada + 15% vermicomposto de resíduo de indústria têxtil; quatro níveis de sombreamento (100, 70, 50 e 30% do pleno sol) e três repetições. O nível de sombreamento de 50% em relação ao pleno sol possibilitou a produção de mudas de copaíba com maiores teores de clorofila b e clorofila total, além de proporcionar os menores valores de transpiração diária e ao longo do dia das plantas. A área foliar, os teores de clorofila e a transpiração das mudas de copaíba independem do tipo de substrato, podendo ser produzidas em qualquer um dos meios de crescimento avaliados.

This research aimed to evaluate physiological parameters of seedlings of copaiba produced under the effect of different shading levels and types of substrates. The experiment lasted 130 days and was conducted in randomized blocks in factorial scheme 5x4 with five substrates: Bioplant®, 70% vermiculite + 30% rice hulls, 40% vermiculite + 30% rice charred hulls + 30% fiber coconut, 50% vermiculite + 30% rice charred hulls + 20% sand, 70% vermiculite + 15% rice charred hulls + 15% vermicompost residue of textile industry; four shading levels (100, 70, 50 and 30% full sun) and three replications. The shade level of 50% compared to full sun, enabled the production of seedlings of Copaiba with higher concentrations of chlorophyll b and total chlorophyll, and provided the lowest daily transpiration throughout the day and the plants. The leaf area, chlorophyll content and transpiration of seedlings of Copaiba independent of the substrate and can be produced in any of the growth media evaluated.

Características morfofisiológicas em plantas de Tabebuia heptaphyilla (vell.) tol. em condições de luminosidade / Morphophysiological characteristics in plants of Tabebuia heptaphyilla (vell.) tol., in conditions of luminosity

Um fator importante na determinação da sobrevivência de uma espécie, é sua adaptação à condição de alta ou baixa luminosidade. O objetivo deste estudo foi verificar o desenvolvimento inicial, teores de clorofila e alocação de biomassa em plantas de Tabebuia heptaphyilla (Vell.) Tol, em três condições de luminosidade. O experimento foi conduzido em delineamento de blocos casualizados, com três níveis de luminosidade (pleno sol, 50 por cento de luz e sombra natural) e com 15 repetições em cada tratamento, sendo cada planta considerada como uma repetição. Foram avaliados a altura e diâmetro aos 60, 82, 103, 124, 145 dias após a emergência das plântulas. Plantas expostas ao ambiente de sombra natural apresentaram menor desempenho vegetativo do que as demais condições de cultivo testadas (50 por cento e 100 por cento de luminosidade). A condição de 50 por cento de luminosidade pode ser recomendada para a formação de mudas, no entanto, essa prática também pode ser realizada a pleno sol.

Important factor in determining species survival, for example, its adaptability to high or low conditions of luminosity. The objective of this study was to verify the initial development, chlorophyll content, and biomass allocation in plants of Tabebuia heptaphyilla (vell.) tol., in three lighting conditions. The experiment was carried out in randomized complete blocks, with three levels of luminosity (full sunlight, 50 percent of light, and natural shade) and 15 repetitions of each treatment, and each plant considered as a repetition. The height and diameter were studied on 60, 82, 103, 124, 145 days after the emergence of the plants. Plants exposed in the shade showed lower vegetation performance than the other conditions tested (50 percent and 100 percent of RFA). The 50 percent luminosity, as well as full sunlight, can be recommended for the formation of seedlings.