SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO... 25

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1 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO CAPÍTULO 2 - FUNDAMENTOS TEÓRICOS A Cultura da Soja Análise de Crescimento Características Espectrais de Culturas Agrícolas Solos Geometria de iluminação e visada Estrutura do Dossel Densidade de cobertura vegetal Características espectrais das folhas Sensoriamento Remoto Hiperespectral de Culturas Agrícolas Sensoriamento remoto hiperespectral e vegetação CAPÍTULO 3 MATERIAL E MÉTODOS Local dos Experimentos Montagem dos Experimentos Equipamentos Métodos Dados agronômicos Dados radiométricos CAPÍTULO 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Análise de Crescimento da Cultura da Soja Caracterização dos parâmetros de crescimento Conteúdo de Pigmentos nas Folhas Características dos espectros de vegetação Reflectância na região azul Reflectância na região verde Reflectância na região vermelha Posiçãoção do comprimento de onda de mínima reflectancia no vermelho (Vmin) Índices Espectrais Razões de reflectância R750/R550 e R750/R Pág.

2 Índices espectrais de bandas estreitas Índices veersus Clorofila a Índices veersus Clorofila b Índices veersus Carotenóides A Influência dos Equipamentos CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES E SUGESTÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE A ANÁLISE QUÍMICA DO SUBSTRATO APÊNDICE B TEMPERATURAS MÁXIMAS, MÍNIMAS E MÉDIAS, OCORIDAS NO PERÍODO DE REALIZAÇÃO DOS DOIS EXPERIMENTOS NA UNICAMP APÊNDICE C ÍNDICES RARSa, PSSRa E PSNDa E SUAS RELAÇÕES COM A CONCENTRAÇÃO DE CLOROFILA a, NO CICLO COMPLETO DA CULTURA E NAS FASES VEGETATIVA E REPRODUTIVA, COM OS RESPECTIVOS MODELOS DE REGRESSÃO E COEFICIENTES DE DETERMINAÇÃO (R 2 ), PARA O SEGUNDO EXPERIMENTO (A SOLO A E B SOLO B) APÊNDICE D ÍNDICES RARSb, PSSRb E PSNDb E SUAS RELAÇÕES COM A CONCENTRAÇÃO DE CLOROFILA b, NO CICLO COMPLETO DA CULTURA E NAS FASES VEGETATIVA E REPRODUTIVA, COM OS RESPECTIVOS MODELOS DE REGRESSÃO E COEFICIENTES DE DETERMINAÇÃO (R 2 ), PARA O SEGUNDO EXPERIMENTO (A SOLO A E B SOLO B) APÊNDICE E ÍNDICES RARSc, PSSRc E PSNDc E SUAS RELAÇÕES COM A CONCENTRAÇÃO DE CAROTENÓIDES, NO CICLO COMPLETO DA CULTURA E NAS FASES VEGETATIVA E REPRODUTIVA, COM OS RESPECTIVOS MODELOS DE REGRESSÃO E COEFICIENTES DE DETERMINAÇÃO (R 2 ), PARA O SEGUNDO EXPERIMENTO (A SOLO A E B SOLO B)

3 LISTA DE FIGURAS Pág. 2.1 Soja no cerrado brasileiro [Glycine max (L). Merril] - (soja) Ilustração esquemática das três grandes fases do ciclo fenológico de uma cultura agrícola de ciclo curto, quanto aos principais componentes do sistema a influenciar na resposta espectral dos dosséis Reflectância bidirecional de dosséis vegetais simulados para: (A) solo claro, e (B) solo escuro, para as bandas verde, vermelha e infravermelha Ilustração do sombreamento de um dossel vegetal incompleto Reflectância múltipla, causada pelo aumento no número de camadas foliares Processo de interação da radiação eletromagnética com uma folha. I energia incidente; R- energia refletida; A- energia absorvida e T- energia transmitida Corte transversal de uma folha mostrando suas diferentes estruturas internas Curva de reflectância típica de uma folha verde sadia O conceito de espectroscopia de imageamento é mostrado como uma medida do espectro para cada elemento espacial da imagem (Conceito AVIRIS) Visualização comparativa das resoluções espaciais e espectrais dos dados TM e AVIRIS Caixas plásticas com plantas de soja (A) Solo recoberto com Neossolo Quartzarênico, (B) Solo recoberto com Latossolo Vermelho eutroférrico Equipamento Spectron SE Equipamento FieldSpec Espectrofotômetro e cubetas utilizados para as determinações de clorofilas e carotenóides Medidor de área foliar (LiCor) Balança digital de precisão utilizada para fazer as determinações de peso verde e seco das plantas de soja... 61

4 4.1 Crescimento em altura das plantas de soja durante as diferentes fases de desenvolvimento. EXP2- experimento 2; Solo A- solo claro e Solo B - solo escuro do primeiro experimento Massa de Matéria Seca da Parte Aérea das plantas de soja durante as diferentes fases de desenvolvimento. EXP2- experimento 2; Solo A- solo claro e Solo B - solo escuro do primeiro experimento Área Foliar Total das plantas de soja durante as diferentes fases de desenvolvimento. EXP2- experimento 2; Solo A- solo claro e Solo B - solo escuro do primeiro experimento Razão de Área Foliar das plantas de soja durante as diferentes fases de desenvolvimento. EXP2- experimento 2; Solo A- solo claro e Solo B - solo escuro do primeiro experimento Taxa de Assimilação Líquida (TAL) das plantas de soja durante as diferentes fases de desenvolvimento. EXP2- experimento 2; Solo A- solo claro e Solo B - solo escuro do primeiro experimento Taxa de Crescimento Relativo (TCR) das plantas de soja durante as diferentes fases de desenvolvimento. EXP2- experimento 2; Solo A- solo claro e Solo B - solo escuro do primeiro experimento Porcentagem de cobertura para os dois experimentos. Solo A experimento 1 com cobertura de solo claro; Solo B experimento 1 com cobertura de solo escura e EXP2 experimento Plantas de soja. A Fase R4, visão superior (% cob); B Visão lateral EXP Índice de área foliar para os dois experimentos. Solo A experimento 1 com cobertura de solo claro; Solo B experimento 1 com cobertura de solo escura e EXP2 experimento Espectros de reflectância da soja em três diferentes fases de desenvolvimento da cultura, no Solo A (EXP1) Espectros de reflectância da soja em três diferentes fases de desenvolvimento da cultura, no Solo B (EXP1) Espectros de reflectância da soja em três diferentes fases de desenvolvimento da cultura, no Solo B, usando Spectron Espectros de reflectância da soja em três diferentes fases de desenvolvimento da cultura, no EXP2, usando FieldSpec Espectros de reflectância da soja em três diferentes fases de desenvolvimento da cultura, no EXP2, usando Esfera Integradora acoplada ao Spectron... 89

5 4.15 Reflectância máxima no verde e os valores obtidos de Clorofila total, para a fase V5 do experimento 1, solo escuro (B) Relação entre a reflectância em 670 nm e 490nm para o primeiro experimento (A Solo A e B Solo B) Relação entre a reflectância R700 e Clorofila a, para o primeiro experimento (A Solo A e B Solo B) Espectro de reflectância e sua segunda derivada para se determinar o ponto de inflexão na Fase V5 para o EXP1, Solo A Variação do ponto de inflexão durante as fases de desenvolvimento da cultura da soja (1A EXP1, Solo A; 1B EXP1, Solo B; 2S- EXP2, Spectron; 2E EXP2, Esfera Integradora e 2FS EXP2, FieldSpec) Variação do comprimento de onda de mínima reflectância no vermelho (Vmin) durante as fases de desenvolvimento da cultura da soja (1A EXP1, Solo A; 1B EXP1, Solo B; 2S- EXP2, Spectron; 2E EXP2, Esfera Integradora e 2FS EXP2, FieldSpec) Relação linear entre o comprimento de onda de mínima reflectância no vermelho e a concentração de Clorofila a, para o segundo experimento usando o espectroradiômetro FieldSpec. (A) todas as fases e (B) fase vegetativa (VC a V5) do segundo experimento Relação linear entre o ponto de inflexão e o conteúdo de Clorofila total (µg/cm 2 ), para o Solo A do EXP Comprimento de onda de mínima reflectância no vermelho (Vmin) x Clorofila total (µg/cm 2 ) para o primeiro experimento Comprimento de onda de mínima reflectância no vermelho (Vmin) x Ponto de Inflexão, para o primeiro experimento Relações lineares da razão R750/R550 com o conteúdo Clorofila a (A) e Clorofila total (B) Relações lineares da razão R750/R700 com o conteúdo de clorofila para o EXP2. (A) para Clorofila a e (B) para Clorofila total Relações lineares da razão R750/R700 com o conteúdo de Clorofila a (A) e Clorofila total (B), para o Solo A (EXP1) Relações lineares da razão R750/R700 com o conteúdo de Clorofila a (A) e Clorofila total (B) para o EXP Relação linear entre os dois índices propostos por Lichtenthaler et al. (1996). (A) EXP1 e (B) EXP

6 4.30 Comportamento dos índices R750/R500, R750/R700 e NDVI, durante as fases de desenvolvimento da cultura da soja, para o primeiro experimento (curvas normalizadas) Comportamento do índice R750/R550 durante as fases de desenvolvimento da cultura da soja, para o segundo experimento (S- Spectron; E Esfera Integradora e FS FieldSpec) Comportamento do índice R750/R700 durante as fases de desenvolvimento da cultura da soja, para o segundo experimento (S- Spectron; E Esfera Integradora e FS FieldSpec) Relações entre o índice R750/R700 e o índice NDVI, com o conteúdo de Clorofila a para o EXP1 (A) e EXP2 (B) Comportamento do índice RARSa, durante o ciclo da soja, para os dois FieldSpec, Spectron e Esfera Integradora) Comportamento do índice PSSRa, durante o ciclo da soja, para os dois FieldSpec, Spectron e Esfera Integradora) Comportamento do índice PSNDa, durante o ciclo da soja, para os dois FieldSpec, Spectron e Esfera Integradora) Comportamento do conteúdo de Clorofila a, durante o ciclo da soja, para o primeiro experimento (A Solo A e B- Solo B) Validação do modelo gerado a partir da relação entre o índice PSSRa e o conteúdo de Clorofila a estimado em laboratório, para a fase reprodutiva da cultura da soja, no primeiro experimento Comportamento do índice RARSb, durante o ciclo da soja, para os dois FieldSpec, Spectron e Esfera Integradora) Comportamento do índice PSSRb, durante o ciclo da soja, para os dois FieldSpec, Spectron e Esfera Integradora) Comportamento do índice PSNDb, durante o ciclo da soja, para os dois FieldSpec, Spectron e Esfera Integradora) Comportamento do conteúdo de Clorofila b, durante o ciclo da soja, para o primeiro experimento (A Solo A e B- Solo B)

7 4.43 Validação do modelo gerado a partir da relação entre o índice PSSRb e o conteúdo de Clorofila b estimado em laboratório, para a fase reprodutiva da cultura da soja, no primeiro experimento Comportamento do índice RARSc, durante o ciclo da soja, para os dois FieldSpec, Spectron e Esfera Integradora) Comportamento do índice PSNDc, durante o ciclo da soja, para os dois FieldSpec, Spectron e Esfera Integradora) Comportamento do índice PSSRc, durante o ciclo da soja, para os dois FieldSpec, Spectron e Esfera Integradora) Comportamento do conteúdo de Carotenóides, durante o ciclo da soja, para o primeiro experimento (A Solo A e B- Solo B) Validação do modelo gerado à partir da relação entre o índice PSSRc e o conteúdo de Carotenóides estimado em laboratório, para a fase reprodutiva da cultura da soja, no primeiro experimento

8 LISTA DE TABELAS 2.1. Fases fenológicas da cultura da soja e respectivas simbologias Trabalhos executados por diferentes autores em nível de folha e de dossel, com o uso de espectroradiômetros de laboratório/campo ou imageadores aerotransportados, nos últimos 12 anos Valores obtidos para a caracterização da altura de plantas de soja em seus estádios de crescimento e comparação entre médias de plantas por fase dos experimentos (em cm) (Solo A solo claro e Solo B solo escuro; VC a V5 fase vegetativa e R2 a R8 fase reprodutiva) Valores obtidos para a caracterização da massa de matéria seca da parte aérea para as plantas de soja em seus estádios de crescimento e comparação entre médias dos experimentos (em mg) (Solo A solo claro e Solo B solo escuro; VC a V5 fase vegetativa e R2 a R8 fase reprodutiva) Valores obtidos para a caracterização da área foliar total para as plantas de soja em seus estádios de crescimento e comparação entre médias dos experimentos (em cm 2 /caixa) (Solo A solo claro e Solo B solo escuro; VC a V5 fase vegetativa e R2 a R8 fase reprodutiva) Valores obtidos para a caracterização da razão de área foliar para as plantas de soja em seus estádios de crescimento e comparação entre médias dos experimentos (em cm 2 /g) (Solo A solo claro e Solo B solo escuro; VC a V5 fase vegetativa e R2 a R8 fase reprodutiva) Valores obtidos para a caracterização da taxa de assimilação líquida para as plantas de soja em seus estádios de crescimento e comparação entre médias dos experimentos (em µg/cm 2.dia) (Solo A solo claro e Solo B solo escuro; VC a V5 fase vegetativa e R2 a R8 fase reprodutiva) Valores obtidos para a caracterização da taxa de crescimento relativo para as plantas de soja em seus estádios de crescimento (em µg/g.dia) (Solo A solo claro e Solo B solo escuro; VC a V5 fase vegetativa e R2 a R8 fase reprodutiva) Valores obtidos para a caracterização da porcentagem de cobertura para as plantas de soja em seus estádios de crescimento (em porcentagem) (Solo A solo claro e Solo B solo escuro; VC a V5 fase vegetativa e R2 a R8 fase reprodutiva) Valores obtidos para a caracterização do índice de área foliar para as plantas de soja em seus estádios de crescimento (Solo A solo claro e Pág.

9 Solo B solo escuro; VC a V5 fase vegetativa e R2 a R8 fase reprodutiva) Valores obtidos por análises de laboratório para Clorofila a, Clorofila b, Clorofila total, Carotenóides e xantofilas (em µg/cm 2 ), nas plantas de soja, nas diferentes fases da cultura (EXP1 Experimento 1, A- solo A e B solo B; EXP2 experimento 2) Relação entre pigmentos encontrados em laboratório, para os dois experimentos, com seu respectivos modelos de regressão e R 2, significativo a 5% de probabilidade (A- solo A e B solo B para o primeiro experimento) Valores determinados dos pontos de inflexão e dos comprimentos de onda de mínima reflectância no vermelho (nm). (1A EXP1 Solo A; 1B EXP1 Solo B; 2S EXP2 Spectron; 2E EXP2 Esfera Integradora e 2FS EXP2 FieldSpec) Valores médios obtidos entre as razões de reflectância R750/R550, R750/R700 e NDVI, para os dois experimentos (A/B Solos A e B juntos) Índices RARSa, PSSRa e PSNDa e suas relações com a concentração de Clorofila a, no ciclo completo da cultura e nas fases vegetativa e reprodutiva, com os respectivos modelos de regressão e coeficientes de determinação (R 2 ), para o primeiro experimento (A- Solo A e B- Solo B) Índices RARSb, PSSRb e PSNDb e suas relações com a concentração de Clorofila b, no ciclo completo da cultura e nas fases vegetativa e reprodutiva, com os respectivos modelos de regressão e coeficientes de determinação (R 2 ), para o primeiro experimento (A- Solo A e B- Solo B) Índices RARSc, PSSRc e PSNDc e suas relações com a concentração de Carotenóides, no ciclo completo da cultura e nas fases vegetativa e reprodutiva, com os respectivos modelos de regressão e coeficientes de determinação (R 2 ), para o primeiro experimento (A- Solo A e B- Solo B)

10 LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS AFE - Área Foliar Específica ASD - Analytical Spectral Devices ATP - Adenosina Trifosfato AVIRIS - Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Cars - Carotenóides + Xantofilas Clor a - Clorofila a Clor b - Clorofila b Clor t - Clorofila total (a+b) DAF - Duração de Massa Foliar DB - Duração da Biomassa DMSO - Dimetil Sulfóxido EXP1 - Experimento 1 EXP2 - Experimento 2 FAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo FOV - Field of View IAF - Índice de Área Foliar IFOV - Instantaneous Field of View INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais IVP - Infravermelho próximo LANDSAT - Land Satellite LARAD - Laboratório de Radiometria MS - Massa Seca NADPH - Nicotinamida Adenina Denucleotídeo Fosfato NDVI - Índice de Vegetação por Diferença Normalizada NPK - Nitrogênio, Fósforo e Potássio PI - Ponto de Inflexão PSND - Pigment Specific Normalized Diference - Diferença Normalizada para Pigmento Específico PSNDa - Diferença Normalizada para Pigmento Específico para Clor a PSNDb - Diferença Normalizada para Pigmento Específico para Clor b PSNDc - Diferença Normalizada para Pigmento Específico para Cars PSSR - Pigment Specific Simple Ratio - Razão Simples para Pigmento Específico PSSRa - Razão Simples para Pigmento Específico para Clor a PSSRb - Razão Simples para Pigmento Específico para Clor b PSSRc - Razão Simples para Pigmento Específico para Cars Rε - Reflectância infinita RAF - Razão de Área Foliar

11 RARS RARSa RARSb RARSc RMF Solo A Solo B TAL TCC TCR TM TUF UNICAMP USP V Vmin - Ratio Analysis of Reflectance Spectra - Análise de Razão do Espectro de Reflectância - Análise de Razão do Espectro de Reflectância para Clor a - Análise de Razão do Espectro de Reflectância para Clor b - Análise de Razão do Espectro de Reflectância para Cars - Razão de Massa Foliar - Solo de cobertura espectralmente claro - Solo de cobertura espectralmente escuro - Taxa Assimilatória Líquida - Taxa de Crescimento da Cultura - Taxa de Crescimento Relativo - Tematic Mapper - Taxa de Unidade Foliar - Universidade Estadual de Campinas - Universidade de São Paulo - Vermelho - Comprimento de onda de mínima reflectância no vermelho