dissertação

Predictive modeling for prediction of technological maturity and microterroir zones of grapevines in subtropical region in Brazil

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Escola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL)

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Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Agronomia/Fitotecnia

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG)

Tipo de impacto

Sociais
Tecnológico
Econômicos

Áreas Temáticas da Extensão

Tecnologia e produção

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura

Dados abertos

Resumo

A determinação da qualidade da uva por métodos convencionais é um processo laboratorial destrutivo e oneroso, que limita a compreensão da variabilidade espacial e temporal nos vinhedos. Este trabalho propõe validar abordagens preditivas não destrutivas, fundamentadas em viticultura de precisão e aprendizado de máquina, para o monitoramento da maturação tecnológica e a delimitação de zonas de microterroir. A pesquisa concentra-se no regime de dupla poda (produção de vinhos de inverno) para regiões subtropicais no Brasil, investigado sob duas perspectivas complementares de escala e aquisição de dados. No primeiro estudo, focou-se na macropredição intersazonal (2024–2025) e no zoneamento de microterroir em área subtropical. A integração de Graus-Dia Acumulados (GDA) e Índices de Vegetação (IVs) revelou o algoritmo Random Forest como o mais robusto para a predição temporal de Sólidos Solúveis (SS, R² = 0,73) e Acidez Tartárica (AT, R² = 0,71), embora a modelagem do pH tenha apresentado degradação em dados independentes. Concomitantemente, o agrupamento não supervisionado K-Means integrou o vigor multianual do dossel (via Google Earth Engine), topografia e proxies de solo para delimitar zonas de microterroir, alcançando elevada eficácia na estratificação de características macrofisiológicas (Redução de Variância de 33,62% para clorofila b). No segundo estudo, desenvolveu-se uma estrutura preditiva de alta resolução espacial para o mesmo sistema de manejo. A fusão de dados agrometeorológicos com imagens multiespectrais obtidas por Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) superou significativamente o uso isolado de IVs. O algoritmo XGBoost obteve a maior acurácia (R² = 0,89 para SS; R² = 0,77 para AT), demonstrando que o GDA e a cultivar determinam a dinâmica primária de maturação, enquanto os IVs capturam o refinamento da variabilidade espacial do vigor em escala submétrica. Em síntese, conclui-se que a integração de dados climáticos com plataformas de sensoriamento remoto (orbital e aéreo) fornece um arcabouço analítico robusto para a viticultura de precisão em áreas de dupla poda, otimizando a avaliação da maturidade tecnológica, a gestão de zonas de microterroir e as decisões de colheita.

Abstract

Determining grape quality through conventional methods is a destructive and costly laboratory process that limits the understanding of spatial and temporal variability within vineyards. This study proposes to validate non-destructive predictive approaches, grounded in precision viticulture and machine learning, for monitoring technological maturity and delineating microterroir zones. The research focuses on the double-pruning regime (winter wine production) in subtropical regions of Brazil, investigated under two complementary perspectives of scale and data acquisition. In the first study, the focus was on interseasonal macroprediction (2024–2025) and microterroir zoning in a subtropical area. The integration of Growing Degree-Days (GDD) and Vegetation Indices (VIs) revealed the Random Forest algorithm as the most robust for the temporal prediction of Soluble Solids (SS, R² = 0.73) and Titratable Acidity (TA, R² = 0.71), although pH modeling exhibited performance degradation on independent datasets. Concurrently, K-Means unsupervised clustering integrated multiyear canopy vigor (via Google Earth Engine), topography, and soil proxies to delineate microterroir zones, achieving high efficacy in the stratification of macrophysiological traits (Variance Reduction of 33.62% for chlorophyll b). In the second study, a high-spatialresolution predictive framework was developed for the same management system. The fusion of agrometeorological data with multispectral imagery acquired by an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) significantly outperformed the isolated use of VIs. The XGBoost algorithm achieved the highest accuracy (R² = 0.89 for SS; R² = 0.77 for TA), demonstrating that GDD and cultivar determine the primary maturation dynamics, while VIs capture the refinement of spatial variability in vigor at a sub-metric scale. In summary, it is concluded that integrating climatic data with remote sensing platforms (orbital and aerial) provides a robust analytical framework for precision viticulture in double-pruning areas, optimizing the assessment of technological maturity, the management of microterroir zones, and harvest decisions.

Descrição

Área de concentração

Produção Vegetal

Linha de pesquisa

Manejo e Produção de Plantas Hortícolas

Agência de desenvolvimento

Palavra chave

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DOI

Citação

BARBOSA, Bernardo Siqueira Costa. Predictive modeling for prediction of technological maturity and microterroir zones of grapevines in subtropical region in Brazil. 2026. 84 p. Dissertação (Mestrado em Agronomia/Fitotecnia) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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