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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.64.2011.tde-22032012-141049
Document
Author
Full name
Angélica Jaconi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2011
Supervisor
Committee
Feigl, Brigitte Josefine (President)
Galdos, Marcelo Valadares
Silva, Wilson Tadeu Lopes da
Title in Portuguese
O uso da espectroscopia no infravermelho próximo na quantificação de carbono em solos sob o cultivo de cana-de-açúcar
Keywords in Portuguese
Cana de açúcar
Carbono
Espectroscopia NIR
Solo
Abstract in Portuguese
A metodologia da espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS Near Infrared Spectroscopy), recentemente empregada em várias áreas da ciência do solo associada à quimiometria, está sendo utilizada na quantificação de atributos químicos e físicos do solo. Esta técnica rápida, não destrutiva, reprodutiva e de baixo custo fundamenta-se na medida da intensidade de absorção de radiação eletromagnética na região do infravermelho próximo. De um modo geral, a NIRS tem se mostrado uma ferramenta válida para quantificar o teor de carbono (C) em amostras de solo. A importância da determinação do teor de C no solo reside no fato de representar a fixação do CO2 atmosférico na forma de matéria orgânica do solo (MOS), um compartimento chave do ciclo global deste elemento. O manejo sustentável dos agrossistemas deve assegurar a manutenção dos teores de carbono através da restituição de matéria orgânica ao solo. No caso da cultura de cana de açúcar, a substituição do sistema de colheita de manual com prévia queima da palhada (cana queimada) para mecanizada (cana crua) em que a palhada permanece sobre o solo, favorece o acúmulo e a diferenciação do teor de C no solo. O presente trabalho teve como objetivo comparar a metodologia NIRS, associada à quimiometria, com o método de referência tradicional da combustão a seco na quantificação do teor de C em amostras de solo provenientes do agroossistema cana-de-açúcar. Foram analisadas amostras de solo provenientes de três situações: cana queimada, cana crua e uma área nativa, totalizando 450 amostras, apresentando respectivamente teores médios de C de 18,30, 22,36 e 24,72 g kg-1. Modelos de calibração foram ajustados utilizando PLS nos dados espectrais, submetidos a 1ª derivada suavizados com Savitz Golay alisados com janela 15. As amostras foram aleatorizadas e divididas em 3 partes iguais, sendo 2/3 das 450 amostras para a calibração e validação cruzada e 1/3 para validação externa. Os parâmetros quimiométricos para a avaliação da qualidade do modelo escolhido foram: RMSEC, RMSECV, RMSEP, R2, BIAS, CV% e RPD. Os resultados de RMSEC> 1,93, RMSEP > 1,90, satisfatórios R2 0,94. Na área nativa obteve-se RMSEP 1,53 e R2 0,95, e na área de cana queimada RMSEP 1,90 e R2 0,50. Ao comparar as técnicas, de referência e NIRS, demonstrou que a técnica de referência tem SD 0,12 e CV% 0,65 e a técnica NIRS SD 0,18 e CV% 0,18, provando a eficiência do emprego da NIRS para a determinação de C no solo
Title in English
The use of near infrared spectroscopy in the quantification of carbon in soils under sugar cane crop
Keywords in English
Carbon
NIR spectroscopy
Soil
Sugar cane
Abstract in English
The methodology of near infrared spectroscopy, recently used in several areas of soil science associated with chemometrics, has been used in the quantification of chemical and physical soil attributes. This rapid, nondestructive, reproductive and low cost technique is based on the measurement of the intensity of the electromagnetic radiation absorption in the near infrared region. In general, the NIRS has been proved as an effective tool to quantify the carbon (C) content in soil samples. The importance this determination is that it represents the fixation of atmospheric CO2 as soil organic matter (SOM), an important compartment of the global C cycle. The sustainable management of agro-systems must assure the maintenance of the carbon levels through the restoration of soil organic matter. In case of sugar cane crop, the replacement of the manual cutting system, preceded by residue burning (preharvest burning), by mechanized harvest (raw sugar cane) where the straw remains on the field, favors the accumulation and differentiation of the C content in the soil. This study aimed to compare the NIRS methodology, associated with chemometrics, to the traditional reference method of dry combustion quantifying the C content in soil samples from the sugar cane agro-system. Soil samples from three situations were analyzed: burnt sugar cane, raw sugar cane and a native area, totalizing 450 samples, with levels of respectively 18.30, 22.36 and 24.72 g C kg-1. Calibration models were adjusted using PLS in the spectral data, submitted to the first derivative and smoothing with Savitz Golay with window 15. Samples were randomized and divided into 3 parts: 2/3 of the 450 samples were designated to calibration and cross validation, and the odder 1/3 to external validation. The chemometrics parameters RMSEC, RMSECV, RMSEP, R2, BIAS, CV% and RPD were chosen to estimate the quality of the model. The results of RMSEC> 1.93, RMSEP> 1.90, and R2 0.94 were satisfactory. In the native area a range of RMSEP 1.53 and R2 0.95 was obtained, while in the area of burnt sugar cane it was R2 0.50 and RMSEP 1.90. Comparing the reference technique and NIRS, the first showed a SD 0.12 and CV 0.65%, while a SD 0.18 CV 0.81% was obtained for the second, proving the efficiency of the use of NIRS to determine C content in soil
 
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Mestrado.pdf (2.05 Mbytes)
Publishing Date
2012-03-23
 
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