DESEMPENHO DE DIFERENTES TÉCNICAS DE INTERPOLAÇÃO NA ESPACIALIZAÇÃO DE VARIÁVEIS EDÁFICAS

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1 DESEMPENHO DE DIFERENTES TÉCNICAS DE INTERPOLAÇÃO NA ESPACIALIZAÇÃO DE VARIÁVEIS EDÁFICAS Onar M. de Olvera ¹, Kennedy R. da Slva 1, Elter Martns dos Santos 1 Alexandre R. dos Santos 1 1 Centro de Cêncas Agráras da Unversdade Federal do Espírto Santo, onarmendes@yahoo.com.br, kennedyfloresta03@hotmal.com, elterms@hotmal.com; mundogeomatca@yahoo.com.br. RESUMO O presente estudo fo realzado a partr de dados de análses de solo provenentes de amostras retradas na área de preservação permanente do lago da UHE Rosal, localzada no Muncípo de Guaçuí-ES. A partr destes dados, utlzando-se da metodologa proposta por Caruso e Quarta (1998), automatzada no software Matlab versão 6.5, foram efetuados testes com vstas a determnar o melhor nterpolador será utlzado na espacalzação das concentrações de algumas varáves edáfcas. Para tanto foram testados dversas metodologas e modelos de nterpolação, tas como, nverso do quadrado da dstânca (IDW); krgng (KRG), com modelo de sem-varograma sphercal e splne (SPL) tpo regularzado. Com os melhores modelos foram confecconados mapas de dstrbução espacal das concentrações dos valores de Fósforo dsponível (P), Cálco (Ca), Alumíno (Al) e ph. Os melhores resultados foram obtdos pelo método krgng de nterpolação, sendo os melhores para cada varável os seguntes modelos: modelo exponencal para ph, P e Ca; modelo esférco para Al. PALAVRAS-CHAVE: Sg, Krgagem, Matlab. PERFORMANCE OF DIFFERENT INTERPOLATION TECHNIQUES IN SPATIALIZATION OF SOIL CHARACTERISTICS ABSTRACT Ths study was conducted from data analyss of sol samples taken from the area of preservaton of the Lake of Hydroelectrc Rosal, located n the cty of Guaçuí-ES, Brazl. From these data, usng the methodology proposed by Caruso e Quarta (1998) automated n Matlab verson 6.5, tests were performed n order to determne the best nterpolaton s used for the spatal dstrbuton of concentratons of some sol characterstcs. Therefore, we tested several methods and models of nterpolaton such as nverse dstance squared (IDW); krgng (KRG), to model sem-varogram sphercal and splne (SPL) type rectfed. Wth the best models were made maps of spatal dstrbuton of the values of avalable phosphorus (P), calcum (Ca), Alumnum (Al) and ph. The best results were obtaned usng krgng nterpolaton, and the best for each varable the followng models: exponental model for ph, P and Ca; sphercal model for Al. Keywords: Gs, Krgng, Matlab. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Centífco Conhecer - Goâna, vol.6, N.11; 2010 Pág. 1

2 INTRODUÇÃO As Áreas de Preservação Permanente (APP) são defndas pelo Códgo Florestal como sendo certas áreas públcas, ou partculares, nas quas a supressão total ou parcal da vegetação natural só é permtda, medante préva autorzação do Poder Executvo Federal, quando necessára à execução de obras, planos, atvdades ou projetos de utldade públca ou de nteresse socal. As APP demandam atenção especal porque estão voltadas para a preservação da qualdade das águas, vegetação e fauna, bem como para a dsspação de energa erosva (BARCELOS et al., 1995). Segundo o CONAMA (2006), a função ambental da APP nclu aspectos como o de preservar os recursos hídrcos, a pasagem, a establdade geológca, a bodversdade, o fluxo gênco de fauna e flora, proteger o solo e assegurar o bem estar das populações humanas. Dentre as APP, defndas pelo Códgo Florestal, estão também às margens de reservatóros de água, naturas ou artfcas, localzados no ambente urbano ou rural. O estabelecmento e a manutenção da vegetação nas APP é um processo de suma mportânca, vsto que a cobertura vegetal nestas áreas rá atenuar os efetos erosvos e a lxvação dos solos, contrbundo também para regularzação do fluxo hídrco e redução do assoreamento dos cursos d água e reservatóros (COSTA et al., 1996). Entretanto para que esta atvdade seja realzada de manera correta, é necessáro um conhecmento detalhado da dstrbução da fertldade do solo, dentre outros fatores edáfcos. Dentre estes fatores, foram escolhdas para a realzação deste estudo as concentrações de Fósforo dsponível (P) no solo, Cálco (Ca), Alumíno (Al) e ph do solo. Város trabalhos têm utlzado métodos para estmatva da espacalzação de varáves, utlzando-se de nterpoladores presentes nos Sstemas de Informações Geográfcas (SIG) (ASSAD, 2001; CARVALHO, 2003; BARBOSA, 2006). Os nterpoladores são ferramentas matemátcas que atrbuem valores relatvos a alguma varável em pontos nserdos num campo de valores já exstente, transformando dados dscretos em contínuos (SURFER, 1999). Entretanto é necessáro defnr, para cada stuação qual nterpolador é mas exato. A escolha de um modelo aproprado é essencal para se obter resultados acetáves (Aranoff, 1989). Medante este fato é mportante avalar o desempenho dos nterpoladores para cada varável estudada. O presente trabalho tem por objetvo avalar as prncpas técncas de nterpolação, utlzando-as para a espacalzação das concentrações das varáves edáfcas: concentração de Fósforo dsponível (P) e Cálco (Ca), Alumíno (Al) e ph na APP do reservatóro da Usna Hdrelétrca Rosal (UHE Rosal). MATERIAL E MÉTODOS A Usna Hdrelétrca (UHE) Rosal localza-se no Sul do Estado do Espírto Santo e Norte do Estado do Ro de Janero e é uma usna a fo d'água, aprovetando o potencal hdráulco do ro Itabapoana, no trecho stuado entre as dvsas dos muncípos de Guaçuí (ES), São José do Calçado (ES) e Bom Jesus do Itabapoana (RJ), sendo que as coordenadas centras aproxmadas, no Sstema e Projeção ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Centífco Conhecer - Goâna, vol.6, N.11; 2010 Pág. 2

3 Cartográfca UTM, Datum SAD 69, Zona 24S são: m e m (Fgura 1). Fgura 1. Localzação e esquema de dstrbução dos pontos de amostragem de solo na APP do reservatóro da UHE Rosal, Guaçuí-ES. Os procedmentos de nterpolação foram realzados a partr dos dados de análse das amostras de solo retradas na área da APP. Para tanto, foram determnados 38 pontos de acesso (PA) na área da APP do reservatóro. Em cada ponto de acesso foram coletadas sstematcamente três amostras, de manera que cada amostra fcou separada 40 metros umas das outras, acompanhando a declvdade do terreno. Entretanto sete pontos (ponto 5, 10, 13, 14, 30, 31 e 37) não foram amostradas devdo a dfculdade de acesso ao local. Desta forma foram utlzados nos procedmentos de nterpolação, os dados referentes a 93 amostras de solo, retradas na profunddade de 20 centímetros. Todas as análses de solo foram realzadas no LAFARSOL - Laboratóro de Análses de fertlzantes, águas, mnéros, resíduos, solos e plantas, da UFES. A metodologa utlzada para estmatva dos valores dos nterpoladores em cada amostra é semelhante àquela proposta Caruso e Quarta (1998) e Robnson e Metterncht (2006), onde a nterpolação é realzada por meo da extração de um ponto específco. Dessa forma é possível obter o valor estmado do posto retrado e posterormente compará-lo com o valor real da varável. A espacalzação das varáves edáfcas fo realzada por meo dos nterpoladores: nverso do quadrado da dstânca (IDW); krgng (KRG), com modelo de sem-varograma sphercal e splne (SPL) tpo regularzado. Todo o processo descrto acma pelos autores acma fo automatzado por meo de um ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Centífco Conhecer - Goâna, vol.6, N.11; 2010 Pág. 3

4 programa desenvolvdo por Xaver (2007) no software Matlab versão 6.5, garantndo assm maor agldade nas operações. Assm, no presente estudo as coordenadas de campo utlzadas foram as UTM (unversal transversa de Mercator), materalzados em campo pelos pontos de amostragem de solo, sendo que o valor da varável (z) fo o valor de cada um dos elementos estudados. A avalação de desempenho dos nterpoladores fo realzada utlzando-se dos valores reas e estmados das varáves em estudo para cada ponto. Para esta avalação fo utlzado o índce de confança (c), proposto por Camargo e Sentelhas (1997), que permte analsar conjuntamente a precsão e a exatdão dos resultados obtdos. Este índce é calculado pelo produto do coefcente de correlação (r) e do índce de concordânca (d), proposto por Wllmott (1981) (Tabela 1). Tabela 1. Estmadores dos parâmetros Índce de concordânca (d) e Raz do erro quadrátco médo (REMQ). Índce de concordânca Raz do erro quadrátco médo d = 1 N = 1 N = 1 ( O E ) ( E O + O O ) 2 2 REQM = ( O E ) N 2 Onde: N = número total de parcelas; O = valor da varável na parcela; E = valor da varável estmada para a parcela. Os crtéros de avalação do desempenho de modelos quanto ao seu índce de confança (c) estão apresentados na Tabela 2. Tabela 2. Indcador de desempenho dos nterpoladores utlzados segundo valores de (c). Fonte: CAMARGO e SENTELHAS (1997). Valor de c Desempenho > 0,85 Ótmo 0,76 a 0,85 Muto bom 0,66 a 0,75 Bom 0,61 a 0,65 Medano 0,51 a 0,60 Sofrível 0,41 a 0,50 Mau 0,40 Péssmo ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Centífco Conhecer - Goâna, vol.6, N.11; 2010 Pág. 4

5 Através dos índces estatístcos fornecdos pela valdação cruzada dos dados, fo possível realzar a avalação do desempenho dos nterpoladores e seleção do modelo, utlzando como um dos crtéros de decsão o menor valor da raz do erro médo quadrátco (REMQ), conforme Phllps et al. (1992), Addnk e Sten, (1999), Legates e Mccabe Jr. (1999). Segundo Robertson (1998) e Gumarães (2004) a utlzação do (REMQ) na seleção do modelo é o preferdo, por ser este mas sensível e mas robusto quando comparado somente com o coefcente de determnação (R 2 ). De acordo com este modelo, o melhor nterpolador para cada varável, é aquele que apresentar o menor valor do REQM. O coefcente de efcênca ajustado (E ) também é um índce mportante, Legates e Mccabe Jr. (1999) defnram esse índce, que vara de - a 1, com os maores valores ndcando melhor performance. Anda os mesmos autores ndcam que, como nformação adconal, deve ser ncluído o erro médo absoluto (EMA). Fnalmente Chong et al. (1982) recomendam a utlzação do erro médo percentual (EMP). RESULTADOS E DISCUSSÃO Com base na valdação cruzada dos dados, a Tabela 3 apresenta, dentre todos os métodos e modelos testados, os melhores nterpoladores para a concentração de Fósforo dsponível (P) e Cálco (Ca), Hdrogêno e Alumíno (H+Al) e PH, assm como seus respectvos índces estatístcos calculados. A escolha do melhores para cada varável avalada é realzada com auxílo dos referdos índces, levando-se em conta prncpalmente a análse do valor REQM. Tabela 3. Índces estatístcos calculados para análse do desempenho dos nterpoladores utlzados na estmatva de varáves edáfcas na APP do reservatóro da UHE Rosal, Guaçuí, Espírto Santo. Índces Varáves Edáfcas Estatístcos Calculados ph P Ca Al R² 0,56 0,39 0,44 0,44 REQM 0,33 0,28 0,58 0,41 d 0,86 0,78 0,81 0,81 c 0,64 0,49 0,54 0,54 E 0,54 0,35 0,41 0,36 EMA 0,25 0,20 0,42 0,32 EMP(%) 4,94 11,27 77, ,00 Desempenho Medano Mau Sofrível Sofrível Melhores Interpoladores Modelo Exponencal Modelo Exponencal Onde : R 2 = coefcente de determnação da valdação cruzada; REMQ = raz do erro médo quadrátco; d = índce deconcordânca; c = índce de confança; E = coefcente de efcênca ajustado; EMA = erro médo absoluto Modelo Exponencal Modelo Esférco ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Centífco Conhecer - Goâna, vol.6, N.11; 2010 Pág. 5

6 EMP(%) = erro médo percentual. O modelo Exponencal aplcado ao método da krgagem fo consderado o melhor para a estmatva dos valores de ph, P e Ca na área de estudo. Entretanto para a varável Al, o modelo esférco fo consderado o melhor. De acordo com o crtéro defndo por Camargo e Sentelhas (1997), os métodos consderados melhores para as varáves ph, P, Ca e Al, apresentaram desempenhos Medano, Mau, Sofrível e Sofrível respectvamente. Este fato talvez seja explcado pela menor varação espacal da varável ph. Os métodos de nterpolação defndos como melhores, consequentemente, apresentaram melhores resultados para os índces estatístcos calculados. Isto ndca que estes métodos são aqueles capazes de proporconar, a partr dos dados levantados, as melhores correlações possíves entre os valores reas e os valores estmados das varáves em estudo. Nota-se, na Tabela 3, que não houve varação expressva do valor do índce de concordânca (d) para as varáves avaladas, com os valores se mantendo próxmos a 1 (um), o que pode ndcar exatdão do modelo seleconado. Assm, pode-se afrmar que matematcamente exste uma aproxmação entre os valores reas e os valores estmados pelos modelos de nterpolação testados para as varáves em estudo. Dentre as varáves edáfcas submetdas à análse, a que apresentou melhor desempenho, segundo o crtéro defndo por Camargo e Sentelhas (1997), fo o ph (valor de c gual a 0,64), apesar do valor de REQM apresentado por P ser nferor (Tabela 3). Nenhum modelo seleconado apresenta valor negatvo para o coefcente de efcênca ajustado (E ), ndcando que, sob a ótca deste índce estatístco, podem ser usados para estmar valores das varáves edáfcas avaladas, pos quanto menor o valor de E por é a desempenho do modelo (LEGATES e McCABE JR., 1999). Os dados da Tabela 6 mostram varação de EMP entre 4,94% e ,00%. Levando em consderação o EMP, o melhor desempenho dentre as varáves estudas fo apresentado pelo ph, segudo pelo P, Ca e Al. Os valores do EMP apresentado pelos nterpoladores utlzados nas varáves ph e P podem ser consderados baxos, prncpalmente por se tratar de dados relaconados a fatores edáfcos, cujas concentrações no solo podem apresentar grande varação espacal. Entretanto, estes valores são muto dferentes dos apresentados pelas varáves, Ca e prncpalmente Al, cujos valores são muto elevados, contudo Chong et al. (1982), já alertavam que essa equação tende a apresentar valores altíssmos de EMP, quando os valores observados (O ) são baxos. CONCLUSÕES A partr dos resultados obtdos fo possível conclur que: As varáves edáfcas sob estudo apresentam desempenhos dferentes com relação a dferentes nterpoladores; Nem todas as varáves edáfcas podem ter seus valores espacalzados a partr de nterpoladores; ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Centífco Conhecer - Goâna, vol.6, N.11; 2010 Pág. 6

7 Na área sob estudo o valor da varável ph pode podem ser espacalzados a partr da técnca de nterpolação; Na área sob estudo os valores das varáves P, Ca e Al não podem ser espacalzados a partr da técnca de nterpolação. LITERATURA CITADA ADDINK, E.A.; STEIN, A. A comparson of conventonal and geostatstcal methods to replace cluoded pxels n NOAA-AVHRR mages. Internatonal Journal of Remote Sensng, Dundee, v.20, n.5, p , ARANOFF, S. Geographc nformaton systems: a management perspectve. Ottawa: WDL Publcatons, p. ASSAD, E. D. et al. Zoneamento agroclmátco para a cultura de café (Coffea arabcal.) no estado de Goás e sudoeste do estado da Baha. Revsta Braslera de Agrometeorologa, Passo Fundo, v. 9, n.3, p , BARBOSA, J. P. M. Utlzação de método de nterpolação para análse e espacalzação de dados clmátcos: o sg como ferramenta. CAMINHOS DE GEOGRAFIA, v. 9, n. 17, p , fev Dsponível em: < Acesso em: 13 set BARCELOS, J. H. et al. (1995), Ocupação do Leto Maor do Rberão Claro por Habtações. Socedade e Natureza, Uberlânda, 7 (13 e 14): , janero/dezembro BRASIL, Resolução CONAMA Nº 303 de 20 de março de Dspõem sobre os parâmetros, defnções e lmtes de Áreas de Preservação Permanente. CAMARGO, Â. P.; SENTELHAS, P.C. Avalação do desempenho de dferentes métodos de estmatva da evapotranspração potencal no estado de São Paulo, Brasl. Revsta Braslera de Agrometeorologa, v.5, n.1, p.89-97, CARUSO, C.; QUARTA, F. Interpolaton Methods Comparson. Computers Mathematcal applcaton. v.35, p , CARVALHO, J. R. P.; ASSAD, E. D. Otmzação de nterpolação espacas para estmar chuva no Sstema Agrtempo. Campnas: EMBRAPA Embrapa Informátca Agropecuára, p. COSTA, T.C.C. et al. Delmtação e caracterzação de áreas de preservação permanente, por meo de um sstema de nformações geográfcas (SIG). In: VIII Smpóso Braslero de Sensoramento Remoto, 4.,1996, Salvador. Anas... Salvador: Inpe, CD-ROM. GUIMARÃES, E. C. Geoestatístca básca e aplcada. Uberlânda, Unversdade Federal de Uberlânda, p. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Centífco Conhecer - Goâna, vol.6, N.11; 2010 Pág. 7

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