Correlação da refletância espectral do solo e condutividade elétrica com a umidade e a resistência à penetração de um Latossolo na região de Jaciara, MT Kerollen Langner da Silva 1 Norka da Silva Albernaz Marcilio 1,3 Ricardo Santos Silva Amorim 2 Eduardo Guimarães Couto 2 Valdeir Moraes Soares 1 Paulo Pinto de Oliveira Neto 4 1 Universidade Federal de Mato Grosso UFMT/PPGAT Av. Fernando Corrêa da Costa, 2367 Boa Esperança 78060-900 Cuiabá MT, Brasil kerollen_langner@outlook.com valdeirbad@hotmail.com 2 Universidade Federal de Mato Grosso UFMT/FAMEV/PPGAT Av. Fernando Corrêa da Costa - 2367 - Boa Esperança - 78060-900 - Cuiabá MT, Brasil {rsamorim, couto}@ufmt.br 3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso - IFMT/DACC Rua Professora Zulmira Canavarros - 93 - Centro - 78005-200 - Cuiabá - MT, Brasil albernaz@ccivil.cefetmt.br 4 Universidade Federal de Mato Grosso UFMT/FAMEV Av. Fernando Corrêa da Costa - 2367 - Boa Esperança - 78060-900 - Cuiabá MT, Brasil ppaulo_netto@hotmail.com Abstract. It has become increasingly common to use of sensors in precision agriculture, to extract information from the soil. Recently research has showed the importance of using electromagnetic sensors to assess the distribution of soil components, giving valuable information of the differences and similarities. Thinking this way, it becomes interesting to study the reflectance of a sensor regarding different attributes of a soil. Therefore, the goal of this study was to investigate the relationship of the spectral response of soil with the moisture content and the penetration resistance in Oxisol cultivated with sugar cane. The experiment was conducted in a sandy field, located in the in Jaciara, Mato Grosso, Brazil. In the experimental area, it was made readings through spectral responses VIS-NIR spectrophotometer sensor for continuous pathway in a grid of 50 x 50 m. Samples were collected at a depth of 0-20 cm, for moisture determination. At the same points of soil sampling, it was obtained resistance to penetration with a penetrograph static, with electronic storage of data and readings taken every 1.0 cm deep. For descriptive statistics and Pearson correlation analysis of the variables, it was used the SPSS software, version 17. The moisture content of the soil was positively correlated to the parameter surface electrical conductivity and negative correlation to the variable soil spectral response in the visible spectrum (VIS). The variable penetration resistance, at depths of 20 to 70 cm, showed a negative correlation to the variable moisture content of the soil. Palavras chave: espectrofotometria de campo, resposta espectral, atributos físicos do solo, field spectrophotometer, spectral response, soil physical propeties. 1. Introdução Atualmente há um crescente interesse da agricultura de precisão no uso de sensores para extrair informações do solo. A avaliação da reflectância espectral tem colaborado na caracterização e discriminação de solos, uma vez que o fluxo de radiação eletromagnética, refletida por estes, armazena o comportamento espectral das suas características físicas, químicas e mineralógicas (Madeira Neto, 1996). 9166
A resistência à penetração é um dos atributos físicos do solo que melhor expressa a sua qualidade física e seu grau de compactação (Silveira et al., 2010), além de ser um indicativo da dinâmica de crescimento, desenvolvimento do sistema radicular das plantas (Mercante et al., 2003) e movimento da água no solo (Tavares Filho et al., 2012). A resistência à penetração está correlacionada com vários atributos e condição do solo, como textura, densidade, matéria orgânica e coesão (Giarola et al., 2001). A condutividade elétrica (CE) aparente do solo é utilizada para a caracterização espaço-temporal das propriedades do solo. Os sais presentes na solução do solo podem ser verificados pela avaliação da condutividade elétrica (Barreto et al., 2012). O teor de umidade no momento da determinação da resistência à penetração e a densidade do solo são consideradas as propriedades mais significativas (Silva e Kay, 1997; Imhoff et al., 2000). A umidade apresenta grande influência sobre a reflexão da radiação de onda curta nas superfícies de solo nas regiões visível (VIS) e infravermelho próximo (NIR) do espectro (Lobell e Asner, 2002). Considera-se o teor da umidade como um dos atributos que mais afetam a acurácia dos sensores espectrais que atuam no comprimento de onda do VIS e NIR para determinação de outras propriedades do solo, sendo que o aumento da reflectância é uma indicação de diminuição da umidade do solo (Mouazen et al., 2006). Poucos estudos estão disponíveis sobre o uso de espectrometria em campo para realizar mensurações das propriedades do solo. Portanto, objetivou-se com este trabalho verificar a relação da resposta espectral do solo e da condutividade elétrica com o teor de umidade e a resistência penetração em Latossolo cultivado com cana-de-açúcar. 2. Metodologia de Trabalho O experimento foi realizado em um talhão comercial de cana-de-açúcar, de aproximadamente 20 ha, pertencente a uma usina de produção de açúcar e álcool, localizada no município de Jaciara, no estado de Mato Grosso. A área experimental apresenta solo do tipo Latossolo, de textura arenosa, clima tipo tropical quente e sub-úmido, segundo a classificação de Köppen, com temperatura média anual ao redor de 22 ºC, e precipitação média anual de 2.200 mm. 2.1 Coleta e Análise de amostras As coletas de amostras de solo de superfície (0-20 cm) foram realizadas em uma malha amostral de 50 m x 50 m, resultando em 94 pontos amostrais. Os pontos de amostragem do solo foram georreferenciados em UTM por meio de um aparelho receptor de Sistema de Posicionamento Global (GPS). A digitalização dos pontos amostrais foi feita no software ArcGis, o qual permitiu que se construísse uma base digital da área estudada. Para determinar o teor de umidade do solo (U%) foram medidas as massas das amostras e colocadas em estufa de ventilação forçada a 105ºC por 24h; posteriormente, foram medidas as massas das amostras secas, sendo o teor de umidade do solo o resultado da diferença da massa úmida das amostras menos a massa seca dividida pela massa seca. Nos mesmos pontos de coleta das amostras de solo foi determinada a resistência do solo a penetração, com um penetrógrafo estático, com armazenamento eletrônico dos dados e leituras realizadas a cada 1,0 cm de profundidade, totalizando 80 informações. Os dados de resistência à penetração foram agrupados e realizaram-se as médias aritméticas a cada dez centímetros de profundidade. 2.3 Levantamento Espectral e de Condutividade Elétrica A condutividade elétrica e as respostas espectrais da área experimental foram medidas nas faixas de comprimento de onda do Visível (VIS) e Infravermelho Próximo (NIR) pelo 9167
sensor de caminhamento contínuo, denominado Veris Espectrophotometer VIS-NIR, com intervalo espectral de 342,86 a 2223 nm, em uma velocidade média de 8 km/h, seguindo a linha de plantio e utilizando o mesmo grid da coleta das amostras de solo. O espectrofotômetro é equipado com sensores (VIS/NIR) que medem a resposta espectral do solo em função dos seus componentes e sensores que mensuram a condutividade elétrica em superfície (EC_SH) e profundidade (EC_DP). A preparação dos dados espectrais e de condutividade elétrica passou pelas seguintes etapas: (i) pré-tratamento dos dados para retirada de valores impuros; (ii) médias das intensidades de reflectância para cada faixa de comprimento de onda: VIS, NIR e MIR e; (iii) análise de correlação dos dados. Foi usado o software estatístico SPSS (Statistical Package for the Social Sciences), versão 17, para a estatística descritiva e análise de correlação de Pearson das variáveis estudadas. 3. Resultados e Discussão As análises estatísticas descritivas para a resistência à penetração (Tabela 1) apresentaram diferenças importantes entre as profundidades avaliadas, porém os valores médios foram muito altos, ficando muito acima do limite crítico de 2,5 MPa (Camargo e Alleoni, 1997), com exceção das camadas de 0-10 cm e 70-80 cm. No entanto, deve-se considerar que a resistência à penetração possui relação potencial com a umidade do solo (Busscher et al., 1997). A umidade altera a coesão entre as partículas do solo (Beltrame et al., 1981). Assim, quando o solo apresenta baixo conteúdo de água, suas partículas apresentam-se mais próximas e difíceis de serem separadas por qualquer força externa, justificando os valores encontrados nas camadas mais próximas da superfície. Tabela 1. Média (Md), desvio padrão (DP), variância (VAR) e coeficiente de variação (CV), para teor de umidade do solo (U%), faixas de comprimento de onda Visível (VIS) e Infravermelho Próximo (NIR) e resistência a penetração em diferentes profundidades, em Jaciara-MT. Resistência a Penetração U% VIS NIR Parâmetro (00-10) (10-20) (20-30) (30-40) (40-50) (50-60) (60-70) (70-80) Estatístico ----------------------------------- (Mpa) -------------------------------------- (%) ------- nm ------ Md 0,98 2,88 3,56 3,34 2,98 2,54 2,14 1,84 10,52 1,58 1,26 DP 0,95 1,27 1,02 0,92 0,68 0,50 0,44 0,43 2,34 0,23 0,24 VAR 0,91 1,61 1,04 0,84 0,47 0,25 0,19 0,18 5,48 0,05 0,06 CV (%) 97,27 44,09 28,69 27,44 22,91 19,78 20,42 23,22 22,24 14,54 18,83 Os resultados de correlação entre a resistência à penetração, o teor de umidade do solo, a condutividade elétrica em superfície e em profundidade, e as faixas de comprimento de onda visível e infravermelho próximo, encontram-se na Tabela 2. O parâmetro conteúdo de água no solo apresentou correlação negativa para a variável resposta espectral do solo na faixa de comprimento de onda do visível e correlação positiva para o parâmetro condutividade elétrica em superfície (EC_SH) provavelmente devido absorção da luz pela água diminuir a reflectância, enquanto a umidade do solo aumenta a condutividade elétrica. Bedidi et al. (1992), observaram que o comportamento espectral dos solos, em relação a umidade, depende do comprimento de onda utilizado, fato observado neste trabalho. 9168
Tabela 2. Correlação entre resistência a penetração () em diferentes profundidades, teor de umidade (U%), condutividade elétrica em superfície (EC_SH) e em profundidade (EC_DP), e faixas de comprimento de onda Visível (VIS) e Infravermelho Próximo (NIR). 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 U% EC_SH EC_DP VIS NIR 00-10 0,622 ** NS NS NS NS -0,217 * -0,300 ** NS NS NS NS NS 10-20 0,492 ** 0,321 ** 0,213 * NS NS NS NS NS NS NS NS 20-30 0,887 ** 0,711 ** 0,475 ** 0,225 * NS -0,208 * NS NS NS NS 30-40 0,842 ** 0,633 ** 0,386 ** 0,218 * -0,244 * NS NS NS NS 40-50 0,783 ** 0,486 ** 0,303 ** -0,238 * NS NS NS NS 50-60 0,754 ** 0,537 ** -0,281 ** -0,210 * NS NS NS 60-70 0,808 ** -0,239 * NS NS NS NS 70-80 NS NS NS NS NS U% 0,377 ** NS -0,260 * NS EC_SH 0,252 * -0,346 ** NS EC_DP NS NS VIS 0,573 ** Valores de correlação com * e ** são significativos entre si a 5 e 1% de probabilidade, respectivamente, pelo teste de correlação de Pearson. As variáveis condutividade elétrica em profundidade (EC_DP) e faixas de comprimento de onda VIS e NIR, não foram influenciadas pela resistência à penetração () em nenhuma profundidade avaliada, enquanto a condutividade elétrica em superfície (EC_SH) apresentou correlação negativa somente com a resistência a penetração na profundidade de 50 a 60 cm. Assim, provavelmente, a compactação do solo não influencia na leitura do equipamento. Tavares Filho et al. (2008), avaliando o comportamento espectral de diferentes solos e profundidades, obtiveram resposta espectral variável em função da profundidade do solo, o que difere dos resultados encontrados neste trabalho, possivelmente devido à variação da textura ao longo do perfil, observado por estes autores. A variável resistência a penetração nas profundidades de 20 a 70 cm apresentou correlação negativa para a variável teor de umidade do solo, indicando que em solos mais compactados apresentam menor teor de umidade. Isto se deve, provavelmente, a diminuição da porosidade em solos mais compactados (Lopes et al., 2011). 4. Conclusões Não houve correlação entre a resistência a penetração em diferentes profundidades com as faixas de comprimento de onda visível e infravermelho próximo e com a condutividade elétrica em superfície e em profundidade. O parâmetro teor de umidade do solo apresentou correlação negativa para a variável resposta espectral do solo na faixa do visível e correlação positiva para o parâmetro condutividade elétrica em superfície. A resistência a penetração apresentou correlação negativa para o teor de umidade do solo na profundidade de 20 a 70 cm. Referências Bibliográficas Barreto, H.B.F; Amaral Junior, V.P.; Lira, J.F.B.; Maia, F.E.N; Miranda, N.O. Distribuição espacial do ph e condutividade elétrica em um solo aluvial no Rio Grande do Norte. Revista Agropecuária Científica no Semiárido, vol. 8, n. 1, p.28-33, 2012. 9169
Bedidi, A.; Cervelle, B.; Madeira, J.; Pouget, M. Moisture effects on visible spectral characteristics of lateritic soils. Soil Science, Baltimore, v. 153, n. 2, p. 129-141, 1992. Beltrame, L.F.S.; Gondin, L.A.P. & Taylor, J.C. Estrutura e compactação na permeabilidade de solos do Rio Grande do Sul. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 5, p. 145-149, 1981. Busscher, W.J.; Bauer, P.J.; Camp, C.R. & Sojka, R.E. Correction of cone index for soil water content differences in a coastal plain soil. Soil and Tillage Research, v. 43, p. 205-217, 1997. Camargo, O.A. & Alleoni, L.R.F. Compactação do solo e o desenvolvimento de plantas. Piracicaba: Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 1997. 132p. Giarola, N.F.B.; Silva, A.P.; Tormena, C.; Souza, L.S.; Ribeiro, L.P. Similaridades entre o caráter coeso dos solos e o comportamento Hardsetting: Estudo de caso. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 25, p. 239-247, 2001. Imhoff, S.; Silva, A.P.; Tormena, C.A. Aplicações da curva de resistência no controle da qualidade física de um solo sob pastagem. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 35, n. 7, p. 1493-1500, 2000. Lobell, D. B.; Asner, G. P. Moisture Effects on Soil Reflectance. Soil Science Society of America Journal, v. 66, p. 722 727,2002. Lopes, R. S.; Sampietro, J. A.; Lombardi, K. C.; Dias, A. N. Avaliação da umidade na avaliação do solo submetido ao tráfico de máquinas de colheita florestal. Revista Árvore, Viçosa-MG, v. 35, n. 3, p. 659-667, 2011. Madeira Netto, J.S. Spectral reflectance properties of soils. Photo Interpretation, v. 34, n. 2, p. 59-72, 1996. Mercante, E.; Uribe-Opazo, M.A.; Souza, E.G. Variabilidade espacial e temporal da resistência mecânica do solo à penetração em áreas com e sem manejo químico localizado. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.27, n. 6, p.1149-1159, 2003. Mouazen, M.; Karoui, R.; De Baerdemaeker, J.; Ramon, H. Characterization of Soil Water Content Using Measured Visible and Near Infrared Spectra. Soil Science Society of America Journal, v. 70, n. 4, p. 1295-1302, 2006. Silva, A.P.; Kay, B.D. Estimating the least limiting water range of soils from properties and management. Soil Science Society of America Journal, v. 61, n. 3, p. 877-883, 1997. Silveira, D. C.; Filho, J. F. M.; Sacramento, J. A. A. S.; Silveira, E. C. P. Relação umidade versus resitência à penetração para um Argissolo Amarelo Distrocoeso no recôncavo da Bahia. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 34, p. 659-667, 2010. Tavares Filho, J.; Feltran, C. T. M.; Oliveira, J. F.; Almeida, E. Modelling of Soil Penetration Resistance for an Oxisol under No-Tillage. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 36, n. 1, p. 89-95, 2012. 9170