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dc.creatorAndrade, Renata-
dc.date.accessioned2022-03-14T21:33:11Z-
dc.date.available2022-03-14T21:33:11Z-
dc.date.issued2022-03-14-
dc.date.submitted2022-02-23-
dc.identifier.citationANDRADE, R. Application of proximal sensors for the prediction of soil classes and attributes in Brazil. 2022. 106 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/49480-
dc.description.abstractKnowledge of soil properties makes a significant contribution towards sustainable soil management, decision making, and soil conservation. For that, a quick, environmentally friendly, non-invasive, cost-effective, and reliable method for soil properties assessment is desirable. As such, this study used portable X-ray fluorescence (pXRF) spectrometry, visible near-infrared spectroscopy (Vis-NIR) and NixProTM color sensor data to characterize 1019 Brazilian tropical soils samples, exploring the ability of six machine learning algorithms [ordinary least squares regression (OLS), Support Vector Machine with Linear Kernel (SVMLK), Cubist Regression (CR), XGBoost (XGB), Artificial Neural Network (ANN), and Random Forest (RF)] for prediction of different soil properties. The soil samples were collected in both surface and subsurface horizons of different soil classes, under several land uses, and with varying parent materials. Numerical prediction models were built for surface, and subsurface horizons separately and combined for the following soil properties: total nitrogen (TN), cation exchange capacity (CTC), soil organic matter (SOM), and soil texture (total sand, silt, clay, coarse sand, and fine sand contents). The study also encompasses the categorical prediction of properties, such as soil taxonomic classification at order and suborder levels, and soil textural classes (complete and simplified textural triangles). The NixProTM color sensor data were scanned under both dry and moist conditions. Four preprocessing methods were applied on the raw Vis-NIR spectra: first derivative, absorbance, smoothed, and binning. Samples were randomly separated into 70% for modeling and 30% for validation. The best approach varied according to the predicted soil property. However, pXRF data were a key information for the accuracy of soil properties prediction, followed by Vis-NIR spectra, and then, NixProTM color data. The results showed the increase in accuracy via fusion of proximal sensors data for soil properties prediction: TN (R2 = 0.50), CEC (0.75), SOM (0.56), total sand (0.84), silt (0.83), clay (0.90), coarse sand (0.87), fine sand (0.82), soil order (overall accuracy = 81.19%), soil suborder (74.35%), Family particle size classes (96.55%), and USDA soil texture triangle (82.75%). The results reported in this study for the tropical soils represent alternatives for reducing costs and time needed for assessing such soil properties data, supporting agronomic and environmental strategies.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Lavraspt_BR
dc.rightsacesso abertopt_BR
dc.subjectPropriedades do solopt_BR
dc.subjectManejo sustentável do solopt_BR
dc.subjectAprendizado de máquinapt_BR
dc.subjectModelos de prediçãopt_BR
dc.subjectConservação do solopt_BR
dc.subjectMachine learningpt_BR
dc.subjectPrediction modelspt_BR
dc.subjectSustainable soil managementpt_BR
dc.subjectSoil conservationpt_BR
dc.subjectSoil propertiespt_BR
dc.titleApplication of proximal sensors for the prediction of soil classes and attributes in Brazilpt_BR
dc.title.alternativeAplicação de sensores próximos para a predição de classes e atributos do solo no Brasilpt_BR
dc.typetesept_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência do Solopt_BR
dc.publisher.initialsUFLApt_BR
dc.publisher.countrybrasilpt_BR
dc.contributor.advisor1Silva, Sérgio Henrique Godinho-
dc.contributor.referee1Curi, Nilton-
dc.contributor.referee2Poggere, Giovana Clarice-
dc.contributor.referee3Guzman, Salvador Francisco Acunã-
dc.contributor.referee4Avanzi, Junior Cesar-
dc.description.resumoO conhecimento das propriedades do solo contribui significativamente para o manejo sustentável do solo, tomada de decisões e conservação do solo. Para isso, é desejável um método rápido, ecologicamente correto, não invasivo, econômico e confiável para avaliação das propriedades do solo. Assim, este estudo utilizou a fluorescência de raios X (pXRF) portátil, espectroscopia no infravermelho próximo e visível (Vis-NIR) e dados do sensor de cores NixProTM para caracterizar 1019 amostras de solos tropicais brasileiros, explorando a capacidade de seis algoritmos de aprendizado de máquina [ordinary least squares regression (OLS), Support Vector Machine with Linear Kernel (SVMLK), Cubist Regression (CR), XGBoost (XGB), Artificial Neural Network (ANN), and Random Forest (RF))] para predição de diferentes propriedades do solo. As amostras de solo foram coletadas em horizontes superficiais e subsuperficiais de diferentes classes de solos, sob diversos usos da terra e com diferentes materiais de origem. Modelos numéricos de predição foram construídos para horizontes de superfície e subsuperfície separadamente e combinados, para as seguintes propriedades do solo: nitrogênio total (NT), capacidade de troca de cátions (CTC), matéria orgânica do solo (MOS) e textura do solo (areia total, silte, argila, areia grossa e areia fina). Este estudo também abrange a predição categórica de propriedades, como classificação taxonômica do solo em níveis de ordem e subordem e classes texturais do solo (triângulos texturais). Os dados do sensor de cores NixProTM foram adquiridos em condições secas e úmidas. Quatro métodos de pré-processamento foram aplicados nos espectros de Vis-NIR: primeira derivada, absorbância, smoothed e binning. As amostras foram separadas aleatoriamente em 70% para modelagem e 30% para validação. A melhor abordagem variou de acordo com a propriedade do solo a ser predita. No entanto, os dados pXRF foram uma informação chave para a acurácia da predição das propriedades do solo, seguidos pelos espectros do Vis-NIR e, em seguida, os dados de cor do NixProTM. Os resultados mostraram o aumento da acurácia via fusão de dados de sensores proximais para predição das propriedades do solo: TN (R2 = 0,50), CEC (0,75), SOM (0,56), areia total (0,84), silte (0,83), argila (0,90), areia grossa (0,87), areia fina (0,82), ordem do solo (precisão geral = 81,19%), subordem do solo (74,35%), Family particle size classes (96,55%) e triângulo de textura do solo do USDA (82,75%). Os resultados reportados neste estudo para os solos tropicais representam alternativas para redução de custos e tempo necessário para a avaliação dessas propriedades do solo, subsidiando estratégias agronômicas e ambientais.pt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento de Ciência do Solopt_BR
dc.subject.cnpqCiência do Solopt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2964875705905386pt_BR
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