Chemometric Analysis for the Prediction of Biochemical Compounds in Leaves Using UV-VIS-NIR-SWIR Hyperspectroscopy.

Reflectance hyperspectroscopy is recognised for its potential to elucidate biochemical changes, thereby enhancing the understanding of plant biochemistry. This study used the UV-VIS-NIR-SWIR spectral range to identify the different biochemical constituents in Hibiscus and Geranium plants. Hyperspectral vegetation indices (HVIs), principal component analysis (PCA), and correlation matrices provided in-depth insights into spectral differences. Through the application of advanced algorithms-such as PLS, VIP, iPLS-VIP, GA, RF, and CARS-the most responsive wavelengths were discerned. PLSR models consistently achieved R2 values above 0.75, presenting noteworthy predictions of 0.86 for DPPH and 0.89 for lignin. The red-edge and SWIR bands displayed strong associations with pivotal plant pigments and structural molecules, thus expanding the perspectives on leaf spectral dynamics. These findings highlight the efficacy of spectroscopy coupled with multivariate analysis in evaluating the management of biochemical compounds. A technique was introduced to measure the photosynthetic pigments and structural compounds via hyperspectroscopy across UV-VIS-NIR-SWIR, underpinned by rapid multivariate PLSR. Collectively, our results underscore the burgeoning potential of hyperspectroscopy in precision agriculture. This indicates a promising paradigm shift in plant phenotyping and biochemical evaluation.

Discriminação entre solos formados em região transicional por meio de sua resposta espectral / Dicrimination between soils formed in transitional region through spectral response

Os levantamentos pedológicos são amplamente utilizados nos mapeamentos de solo por serem métodos confiáveis, no entanto, apesar de tal vantagem são demorados e trabalhosos. Dentro deste contexto, surge o sensoriamento remoto como uma técnica rápida e promissora capaz de auxiliar nos levantamentos, de forma a tornar o processo mais dinâmico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade de discriminação de cinco classes de solos localizadas no planalto de Apucarana por meio de suas respostas espectrais. Foi estabelecido um grid de 500 m x 500 m em uma área com dimensão de 2500 ha, a partir do qual foram coletadas amostras a 0-0,2 m e 0,8-1,0 m de profundidade. As reflectâncias foram obtidas com o FiedSpec 3 JR, na faixa de 350 a 2500 nm. Equações discriminantes e simulações foram geradas a partir das respostas espectrais das amostras de solo. Das 88 variáveis avaliadas, apenas 8 foram selecionadas pelo procedimento STEPDISC para fazerem parte dos modelos. As equações discriminantes geradas foram testadas, obtendo-se matrizes de confusão, as quais apresentaram acerto acima de 70% para cada classe de solo. Da mesma forma, equações discriminantes simuladas foram geradas, obtendo-se resultados mais significativos para reclassificação quando utilizados dados que fizeram parte da geração do modelo (60%) em comparação com os dados independentes do modelo (40%). As respostas espectrais das amostras de solo empregadas na análise discriminante foram capazes de dar subsídio para separação das cinco classes de solo da área de estudo, comprovando ser uma ferramenta valiosa mesmo em condições de elevada variabilidade pedológica e de atributos como em regiões transicionais.

The pedological surveys are widely used in soil mapping because they are reliable methods, however, although this advantage are time consuming and laborious. Within this context, remote sensing appears as a quickly and promising technique able to assist in the surveys in order to make the process more dynamic. The objective this work was to evaluate the possibility of discrimination of five classes of soils located in the plateau of Apucarana through their spectral responses. Was established a grid of 500 m x 500 m in an area with dimensions of 2500 ha, from which samples were collected at 0 to 0.2 and of 0.8 to 1.0 m deep. The reflectances were obtained with the FiedSpec 3 JR, in the range 350 to 2500 nm. Discriminant equations and simulations were generated from the spectral responses of soil samples. Of the 88 variables evaluated, only 8 were selected by the procedure STEPDISC to be part of the models. The discriminant equations generated were tested, resulting in confusion matrices, which showed accuracy above 70% for each class of soil. Likewise, simulated discriminant equations were generated, obtaining most significant results for reclassification when used data that were part of the model generation (60%) in comparison with the model independent data (40%). The spectral responses of soil samples used in discriminant analysis were able to give support for separation of five classes of soil in the study area, proving to be a valuable tool even in conditions of high pedological and attribute variability as in transitional regions.

Características agronômicas associadas com índices de vegetação medidos por sensores ativos de dossel na cultura da soja / Agronomic characteristics associated with vegetation index measured by active sensors of the canopy in soybean

A soja sempre se destacou pela sua importância econômica no cenário agrícola nacional tendo sido observado aumento do seu cultivo em todo o território brasileiro. Com o uso crescente da agricultura de precisão (AP) é de suma importância entender a variabilidade das variáveis agronômicas. Atualmente, sensores espectrais em nível terrestre vêm sendo utilizados para estabelecer relações entre as respostas espectrais e parâmetros de crescimento da cultura. Isso é possível por meio da leitura dos índices de vegetação, como o Índice de Vegetação da Diferença Normalizada utilizando a banda verde (GNDVI). Este estudo foi conduzido entre outubro de 2008 e abril de 2009, em Ponta Grossa PR, com o objetivo de avaliar a resposta espectral da cultura da soja por meio do GNDVI e sua correlação com algumas variáveis agronômicas, como: produtividade de grãos, produtividade de massa seca, densidade de plantas e altura de plantas. Leituras do GNDVI foram realizadas em seis estádios fenológicos (EF) utilizando o sensor óptico ativo Crop Circle. Análises de regressão foram utilizadas para determinar quais variáveis agronômicas estabeleciam relação com o GNDVI. O GNDVI na cultura da soja estabeleceu correlações significativas apenas com a produtividade de grãos e a produtividade de MS no EF V9. Assim, para se estabelecer a correlação do GNDVI com essas variáveis recomenda-se que as leituras sejam realizadas nesse EF.(AU)

Soybean has always stood out for its economic importance in the national agricultural scenario with an increase in its cultivation throughout the Brazilian territory. With the increasing use of precision agriculture (PA) is of paramount importance to understand the variability of agronomic variables. Currently, spectral sensors in the ground-level have been used to establish relationships between spectral response and crop growth parameters. This is possible through the reading of vegetation indices such as Normalized Difference Vegetation Index using the green band (GNDVI). This study was conducted between October to 2008 and April to 2009, in Ponta Grossa PR, with the objective of evaluating the spectral response of soybean through GNDVI and its correlation with some agronomic variables, such as: productivity of grain, productivity of dry mass, plant density and plant height. GNDVI readings were taken on six phenological stages using Crop Circle active optical sensor. Regression analyzes were used to determine which agronomic variables established relationship with the GNDVI. The GNDVI in soybean established significant correlations only with grain and MS productivity in EF V9. Thus, to establish the correlation of GNDVI with these variables it is recommended that the readings are carried out in this EF.(AU)

Características agronômicas associadas com índices de vegetação medidos por sensores ativos de dossel na cultura da soja / Agronomic characteristics associated with vegetation index measured by active sensors of the canopy in soybean

A soja sempre se destacou pela sua importância econômica no cenário agrícola nacional tendo sido observado aumento do seu cultivo em todo o território brasileiro. Com o uso crescente da agricultura de precisão (AP) é de suma importância entender a variabilidade das variáveis agronômicas. Atualmente, sensores espectrais em nível terrestre vêm sendo utilizados para estabelecer relações entre as respostas espectrais e parâmetros de crescimento da cultura. Isso é possível por meio da leitura dos índices de vegetação, como o Índice de Vegetação da Diferença Normalizada utilizando a banda verde (GNDVI). Este estudo foi conduzido entre outubro de 2008 e abril de 2009, em Ponta Grossa – PR, com o objetivo de avaliar a resposta espectral da cultura da soja por meio do GNDVI e sua correlação com algumas variáveis agronômicas, como: produtividade de grãos, produtividade de massa seca, densidade de plantas e altura de plantas. Leituras do GNDVI foram realizadas em seis estádios fenológicos (EF) utilizando o sensor óptico ativo Crop Circle. Análises de regressão foram utilizadas para determinar quais variáveis agronômicas estabeleciam relação com o GNDVI. O GNDVI na cultura da soja estabeleceu correlações significativas apenas com a produtividade de grãos e a produtividade de MS no EF V9. Assim, para se estabelecer a correlação do GNDVI com essas variáveis recomenda-se que as leituras sejam realizadas nesse EF.

Soybean has always stood out for its economic importance in the national agricultural scenario with an increase in its cultivation throughout the Brazilian territory. With the increasing use of precision agriculture (PA) is of paramount importance to understand the variability of agronomic variables. Currently, spectral sensors in the ground-level have been used to establish relationships between spectral response and crop growth parameters. This is possible through the reading of vegetation indices such as Normalized Difference Vegetation Index using the green band (GNDVI). This study was conducted between October to 2008 and April to 2009, in Ponta Grossa – PR, with the objective of evaluating the spectral response of soybean through GNDVI and its correlation with some agronomic variables, such as: productivity of grain, productivity of dry mass, plant density and plant height. GNDVI readings were taken on six phenological stages using Crop Circle active optical sensor. Regression analyzes were used to determine which agronomic variables established relationship with the GNDVI. The GNDVI in soybean established significant correlations only with grain and MS productivity in EF V9. Thus, to establish the correlation of GNDVI with these variables it is recommended that the readings are carried out in this EF.

Use of spectral data for estimating the relationship between iron oxides and 2:1 minerals with their respective reflectances / Uso de dados espectrais para estimar a relação entre óxidos de ferro e minerais 2:1 com suas respectivas reflectâncias

Iron oxides and 2:1 minerals have a strong influence on the spectral behavior of soils. However, studies that address more deeply the relationship between them and their reflectances are scarce. Thus, the objective of this study was to estimate the relationship between iron oxides and 2:1 minerals with their reflectance factors, and assess whether such a relationship presents a linear behavior. The experimental design was completely randomized with four replicates per treatment. The spectral readings of the samples of hematite, goethite, magnetite and bentonite were performed using the equipment FieldSpec jr 3, which covers the spectral range from 350 to 2500 nm. After the readings, were chosen the intervals that best represented the minerals and performed statistical analysis from the average reflectance factors found in these points. The results showed that the hematite, goethite and magnetite have nonlinear relationship with their reflectance factors, while bentonite has not only linear relationship in the range studied, but in the entire area covered by the equipment. Thus, we conclude that relatively small amounts of iron oxides are able to affect soil reflectance in the same way that amounts close to 100%. With respect to mineral 2:1 concludes that the increase in the proportion of them in a certain class of soil leads to a progressive decrease of the reflectance factor a

Os óxidos de ferro e os minerais 2:1 possuem forte influência sobre o comportamento espectral dos solos. No entanto, estudos que abordem de maneira mais profunda a relação entre ambos e suas respectivas reflectâncias são escassos. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi de estimar a relação entre óxidos de ferro e minerais 2:1 com seus respectivos fatores de reflectância, e avaliar se tal relação apresenta comportamento linear. O delineamento utilizado foi inteiramente casualizado com 4 repetições por tratamento. As leituras espectrais das amostras de hematita, goethita, magnetita e bentonita foram realizadas por meio do equipamento FieldSpec 3 jr, o qual recobre a faixa espectral de 350 a 2500 nm. Após as leituras, foram escolhidos os intervalos que melhor representavam os minerais e realizaram-se as análises estatísticas a partir dos fatores de reflectância médios encontrados nestes pontos. Os resultados mostraram que a hematita, goethita e magnetita apresentam relação não linear com seus respectivos fatores de refletância, enquanto que a bentonita apresenta relação linear não só no intervalo estudado, mas em toda faixa coberta pelo equipamento. Desta maneira, conclui-se que quantidades relativamente pequenas destes óxidos de ferro são capazes de afetar a reflectância do solo da mesma forma que quantidades próximas de 100%. Com relação aos minerais 2:1 conclui-se que o aum

Use of spectral data for estimating the relationship between iron oxides and 2:1 minerals with their respective reflectances / Uso de dados espectrais para estimar a relação entre óxidos de ferro e minerais 2:1 com suas respectivas reflectâncias

Iron oxides and 2:1 minerals have a strong influence on the spectral behavior of soils. However, studies that address more deeply the relationship between them and their reflectances are scarce. Thus, the objective of this study was to estimate the relationship between iron oxides and 2:1 minerals with their reflectance factors, and assess whether such a relationship presents a linear behavior. The experimental design was completely randomized with four replicates per treatment. The spectral readings of the samples of hematite, goethite, magnetite and bentonite were performed using the equipment FieldSpec jr 3, which covers the spectral range from 350 to 2500 nm. After the readings, were chosen the intervals that best represented the minerals and performed statistical analysis from the average reflectance factors found in these points. The results showed that the hematite, goethite and magnetite have nonlinear relationship with their reflectance factors, while bentonite has not only linear relationship in the range studied, but in the entire area covered by the equipment. Thus, we conclude that relatively small amounts of iron oxides are able to affect soil reflectance in the same way that amounts close to 100%. With respect to mineral 2:1 concludes that the increase in the proportion of them in a certain class of soil leads to a progressive decrease of the reflectance factor a

Os óxidos de ferro e os minerais 2:1 possuem forte influência sobre o comportamento espectral dos solos. No entanto, estudos que abordem de maneira mais profunda a relação entre ambos e suas respectivas reflectâncias são escassos. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi de estimar a relação entre óxidos de ferro e minerais 2:1 com seus respectivos fatores de reflectância, e avaliar se tal relação apresenta comportamento linear. O delineamento utilizado foi inteiramente casualizado com 4 repetições por tratamento. As leituras espectrais das amostras de hematita, goethita, magnetita e bentonita foram realizadas por meio do equipamento FieldSpec 3 jr, o qual recobre a faixa espectral de 350 a 2500 nm. Após as leituras, foram escolhidos os intervalos que melhor representavam os minerais e realizaram-se as análises estatísticas a partir dos fatores de reflectância médios encontrados nestes pontos. Os resultados mostraram que a hematita, goethita e magnetita apresentam relação não linear com seus respectivos fatores de refletância, enquanto que a bentonita apresenta relação linear não só no intervalo estudado, mas em toda faixa coberta pelo equipamento. Desta maneira, conclui-se que quantidades relativamente pequenas destes óxidos de ferro são capazes de afetar a reflectância do solo da mesma forma que quantidades próximas de 100%. Com relação aos minerais 2:1 conclui-se que o aum

Employment of GPR in the study of soils and its correlation with laboratory methods / Emprego de GPR no estudo de solos e sua correlação com métodos laboratoriais

This work aims to evaluating some physical properties of soil using georadar associated to the CRIM equation, as well as its correlation with laboratory methods. Soil samples were obtained from deformed and undeformed in two transects to a depth of 0.5 m to determine the soil volumetric humidity and total porosity by laboratorial methods. At the same places and depths, georadar investigations were carried out, to determine the soil dielectric constant (k), which was applied the semi-empirical CRIM equation to determine the total porosity and subsequently volumetric humidity. The statistical analysis, carried out by the (t test), showed a significant difference at a level of 5% between the results for total porosity and volumetric humidity obtained by laboratorial and geophysical methods which are influenced by the high amount of clay and potassium in solution from the fertilizer and vinasse application. The correlation between parameters estimated with GPR and achieved with the laboratory analysis was low (r = 0.58 for total porosity and r = 0.59 for volumetric humidity), showing the difficulty in determining physical properties through such geophysical techniques.

O objetivo deste trabalho foi avaliar algumas propriedades físicas do solo utilizando o georadar associado à equação CRIM, assim como, sua correlação com os métodos laboratoriais. Foram obtidas amostras de solos deformadas e indeformadas em dois transectos, até a profundidade de 0,5 m para determinação da umidade volumétrica e da porosidade total do solo por métodos laboratoriais. Nestes mesmos locais e profundidades foram feitas investigações com o georadar para determinação da constante dielétrica do solo (k) a qual foi aplicada à equação semi-empírica CRIM para determinação de porosidade total e posteriormente umidade volumétrica. A análise estatística realizada por meio do (teste t) mostrou a existência de diferença significativa ao nível de 5% entre os resultados de porosidade total e umidade volumétrica obtidos por métodos laboratoriais e geofísicos, sendo estes, influenciados pela elevada quantidade de argila e de potássio em solução, proveniente da adubação e aplicação de vinhaça. A correlação obtida entre os parâmetros estimados com o GPR e os conseguidos com as análises laboratoriais foi baixa, (r = 0,58 para porosidade total e r = 0,59 para umidade volumétrica), mostrando a dificuldade em se determinar propriedades físicas por meio de tais técnicas geofísicas.

Contaminação química de água em arroz irrigado no estado do Paraná, Brasil / Chemical contamination of water in irrigated rice on Paraná State, Brazil

O objetivo deste trabalho foi avaliar a contaminação da água provocada pelo uso de agroquímicos na cultura de arroz irrigado em parte da Área de Proteção Ambiental das Ilhas e Várzeas do Rio Paraná, no município de Querência do Norte. Esta região é caracterizada por uma grande riqueza natural, bem como pela necessidade de produção agrícola. Foram realizadas quatro seções de coletas de água, sendo duas no verão e duas no inverno, que ocorreram em pontos pré-estabelecidos, nos rios e canais de drenagem em torno das áreas de cultivo de arroz, inclusive no rio Ivaí que é receptor de águas destes locais, utilizando-se galões de 5 litros. Para determinação da concentração dos herbicidas, foi utilizada alíquota de 250 mL de cada amostra, com solução hexano/diclorometano, concentração do extrato e aferição do volume em acetonitrila. A medição foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência com espectrometria de massa sequencial. Os resultados demonstraram presença de Organofosforados, Metilcarbamatos, Cloroacetamidas, Triazóis, Piretróides, Triazinas, Acetamidas e Pirazóis. O composto Carbofurano é o mais abundante na área de estudos. A Atrazina é encontrada e determinada como originária de regiões próximas à área de estudo. Além da Atrazina, outros compostos não recomendados para arroz irrigado são usados nesta região, sendo passíveis de ações legais para punição.

The objective of this study was to evaluate water contamination caused by chemicals used in rice irrigated cultivation of a small part of the Environmental Protection Area of the Islands and Floodplains of the Paraná River, specifically the portion covered by municipality Querência do Norte. This region is characterized by great natural wealth, as well the need for agricultural production. Four sections were made of water samples, two in summer and two in winter. These samples were at pre-established in rivers and drainage ducts that surround the area under cultivation, and the Ivaí River receiving water from these locations, using containers of 5 L. To determine the concentration of herbicides, was used an aliquot of 250 mL of each sample, with a solution of hexane/dichloromethane, concentration of the extract and measure the volume of acetonitrile. The measurement was performed by high performance liquid chromatography with mass spectrometry sequence. The interpretation of obtained results demonstrated which presence of organophosphorus, methylcarbamates, chloroacetamides, triazoles, pyrethroids, triazines, pyrazoles and acetamides. The compound carbofuran is more abundant in the study area whereas the Atrazine and other compounds are not recommended for irrigated rice was founded in close regions to this area.

Contaminação química de água em arroz irrigado no estado do Paraná, Brasil / Chemical contamination of water in irrigated rice on Paraná State, Brazil

O objetivo deste trabalho foi avaliar a contaminação da água provocada pelo uso de agroquímicos na cultura de arroz irrigado em parte da Área de Proteção Ambiental das Ilhas e Várzeas do Rio Paraná, no município de Querência do Norte. Esta região é caracterizada por uma grande riqueza natural, bem como pela necessidade de produção agrícola. Foram realizadas quatro seções de coletas de água, sendo duas no verão e duas no inverno, que ocorreram em pontos pré-estabelecidos, nos rios e canais de drenagem em torno das áreas de cultivo de arroz, inclusive no rio Ivaí que é receptor de águas destes locais, utilizando-se galões de 5 litros. Para determinação da concentração dos herbicidas, foi utilizada alíquota de 250 mL de cada amostra, com solução hexano/diclorometano, concentração do extrato e aferição do volume em acetonitrila. A medição foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência com espectrometria de massa sequencial. Os resultados demonstraram presença de Organofosforados, Metilcarbamatos, Cloroacetamidas, Triazóis, Piretróides, Triazinas, Acetamidas e Pirazóis. O composto Carbofurano é o mais abundante na área de estudos. A Atrazina é encontrada e determinada como originária de regiões próximas à área de estudo. Além da Atrazina, outros compostos não recomendados para arroz irrigado são usados nesta região, sendo passíveis de ações legais para punição.

The objective of this study was to evaluate water contamination caused by chemicals used in rice irrigated cultivation of a small part of the Environmental Protection Area of the Islands and Floodplains of the Paraná River, specifically the portion covered by municipality Querência do Norte. This region is characterized by great natural wealth, as well the need for agricultural production. Four sections were made of water samples, two in summer and two in winter. These samples were at pre-established in rivers and drainage ducts that surround the area under cultivation, and the Ivaí River receiving water from these locations, using containers of 5 L. To determine the concentration of herbicides, was used an aliquot of 250 mL of each sample, with a solution of hexane/dichloromethane, concentration of the extract and measure the volume of acetonitrile. The measurement was performed by high performance liquid chromatography with mass spectrometry sequence. The interpretation of obtained results demonstrated which presence of organophosphorus, methylcarbamates, chloroacetamides, triazoles, pyrethroids, triazines, pyrazoles and acetamides. The compound carbofuran is more abundant in the study area whereas the Atrazine and other compounds are not recommended for irrigated rice was founded in close regions to this area. 

Employment of GPR in the study of soils and its correlation with laboratory methods / Emprego de GPR no estudo de solos e sua correlação com métodos laboratoriais

This work aims to evaluating some physical properties of soil using georadar associated to the CRIM equation, as well as its correlation with laboratory methods. Soil samples were obtained from deformed and undeformed in two transects to a depth of 0.5 m to determine the soil volumetric humidity and total porosity by laboratorial methods. At the same places and depths, georadar investigations were carried out, to determine the soil dielectric constant (k), which was applied the semi-empirical CRIM equation to determine the total porosity and subsequently volumetric humidity. The statistical analysis, carried out by the (t test), showed a significant difference at a level of 5% between the results for total porosity and volumetric humidity obtained by laboratorial and geophysical methods which are influenced by the high amount of clay and potassium in solution from the fertilizer and vinasse application. The correlation between parameters estimated with GPR and achieved with the laboratory analysis was low (r = 0.58 for total porosity and r = 0.59 for volumetric humidity), showing the difficulty in determining physical properties through such geophysical techniques.

O objetivo deste trabalho foi avaliar algumas propriedades físicas do solo utilizando o georadar associado à equação CRIM, assim como, sua correlação com os métodos laboratoriais. Foram obtidas amostras de solos deformadas e indeformadas em dois transectos, até a profundidade de 0,5 m para determinação da umidade volumétrica e da porosidade total do solo por métodos laboratoriais. Nestes mesmos locais e profundidades foram feitas investigações com o georadar para determinação da constante dielétrica do solo (k) a qual foi aplicada à equação semi-empírica CRIM para determinação de porosidade total e posteriormente umidade volumétrica. A análise estatística realizada por meio do (teste t) mostrou a existência de diferença significativa ao nível de 5% entre os resultados de porosidade total e umidade volumétrica obtidos por métodos laboratoriais e geofísicos, sendo estes, influenciados pela elevada quantidade de argila e de potássio em solução, proveniente da adubação e aplicação de vinhaça. A correlação obtida entre os parâmetros estimados com o GPR e os conseguidos com as análises laboratoriais foi baixa, (r = 0,58 para porosidade total e r = 0,59 para umidade volumétrica), mostrando a dificuldade em se determinar propriedades físicas por meio de tais técnicas geofísicas.

Optimum size in grid soil sampling for variable rate application in site-specific management

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.

Determinação da variabilidade espacial de alumínio em função da distribuição de argila em solos de Querência do Norte/Paraná, Brasil / Determination of spatial variability of aluminum according to the clay distribution in soils of Querência do Norte/Paraná state, Brazil

A maior parte dos solos brasileiros possui altos teores de alumínio e, em muitos casos, este elemento ocorre em níveis fitotóxicos. Constituinte dos minerais de argila, pode ter sua liberação diretamente na forma trocável ou para a solução do solo. O objetivo deste trabalho foi demonstrar a relação entre a variabilidade espacial do alumínio e a distribuição de argila do solo. Para isto, foi coletada uma malha de amostras de solo em campo, definida por meio de fotointerpretação e observação de imagens. Os resultados obtidos em laboratório foram submetidos a análises estatísticas visando a verificação da dependência espacial, que foi comprovada posteriormente. A continuidade espacial foi estudada mediante a elaboração de semivariogramas utilizando-se diferentes modelos. Os melhores semivariogramas foram escolhidos mediante a validação cruzada executada por meio de "krigagem" ordinária. Dessa forma, pôde-se observar que as variáveis estudadas apresentaram estrutura de dependência espacial, com correlação positiva entre si. Esses resultados possibilitaram a geração de mapas capazes de auxiliar o melhor aproveitamento agrícola da área.

The major part of Brazilian soils shows elevated aluminum contents and in several cases this element occurs in phytotoxic levels. Aluminum is a constituent of the soil ́s clay minerals. Its release can occur to the exchangeable fraction or to the soil solution. The objective of this work was to demonstrate the relationship between the spatial variability of aluminum and the distribution of soil clay. In order to achieve that, a grid of soil samples was collected in field, defined by means of photointerpretation and observation of images. The results obtained in laboratory were submitted to statistical analyses to verify spatial dependence, which was proven later. The space continuity was studied by means of the semivariogram's elaboration using different models. The best semivariograms were chosen by cross validation performed through "ordinary kriging". Thus, it could be observed that these variables showed structure of spatial dependence, with a positive correlation between them, besides it was possible to make maps in order to allow a better agricultural exploitation.

Optimum size in grid soil sampling for variable rate application in site-specific management

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.

Determination of spatial variability of aluminum according to the clay distribution in soils of Querência do Norte/Paraná State, Brazil / Determinação da variabilidade espacial de alumínio em função da distribuição de argila em solos de Querência do Norte/Paraná, Brasil

The major part of Brazilian soils shows elevated aluminum contents and in several cases this element occurs in phytotoxic levels. Aluminum is a constituent of the soil´s clay minerals. Its release can occur to the exchangeable fraction or to the soil solution. The objective of this work was to demonstrate the relationship between the spatial variability of aluminum and the distribution of soil clay. In order to achieve that, a grid of soil samples was collected in field, defined by means of photointerpretation and observation of images. The results obtained in laboratory were submitted to statistical analyses to verify spatial dependence, which was proven later. The space continuity was studied by means of the semivariograms elaboration using different models. The best semivariograms were chosen by cross validation performed through "ordinary kriging". Thus, it could be observed that these variables showed structure of spatial dependence, with a positive correlation between them, besides it was possible to make maps in order to allow a better agricultural exploitation.

A maior parte dos solos brasileiros possui altos teores de alumínio e, em muitos casos, este elemento ocorre em níveis fitotóxicos. Constituinte dos minerais de argila, pode ter sua liberação diretamente na forma trocável ou para a solução do solo. O objetivo deste trabalho foi demonstrar a relação entre a variabilidade espacial do alumínio e a distribuição de argila do solo. Para isto, foi coletada uma malha de amostras de solo em campo, definida por meio de fotointerpretação e observação de imagens. Os resultados obtidos em laboratório foram submetidos a análises estatísticas visando a verificação da dependência espacial, que foi comprovada posteriormente. A continuidade espacial foi estudada mediante a elaboração de semivariogramas utilizando-se diferentes modelos. Os melhores semivariogramas foram escolhidos mediante a validação cruzada executada por meio de krigagem ordinária. Dessa forma, pôde-se observar que as variáveis estudadas apresentaram estrutura de dependência espacial, com correlação positiva entre si. Esses resultados possibilitaram a geração de mapas capazes de auxiliar o melhor aproveitamento agrícola da área.