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.

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.

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.