uso do vis-nir como ferramenta para avaliação de formas de fósforo

XX Congreso Latinoamericano y XVI Congreso Peruano
de la Ciencia del Suelo
“EDUCAR para PRESERVAR el suelo y conservar la vida en La Tierra”
Cusco – Perú, del 9 al 15 de Noviembre del 2014
Centro de Convenciones de la Municipalidad del Cusco
USO DO VIS-NIR COMO FERRAMENTA PARA AVALIAÇÃO DE FORMAS
DE FÓSFORO EM LATOSSOLOS
Felix1*, J.C.; Oliveira1, J.F.; Guimarães1, M.F. ; Vendrame1, P.R.S.; Marchão2, R. L; Brito1, O.R.
1Universidade
Estadual de Londrina. Universidade Estadual de Londrina- UEL.
CPAC-Embrapa, Brasília.
*Autor de contato: Email: [email protected] Universidade Estadual de Londrina- UEL. Rodovia Celso
Garcia Cid, Km 380 - Campus Universitário, Londrina - PR, Brasil; Tel: 55-4333714445
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RESUMO
A espectrometria de infravermelho próximo vem sendo cada vez mais utilizada para avaliação de
atributos físico-químicos do solo, porém poucos estudos foram realizados para predição de formas
fósforo. O objetivo deste trabalho foi utilizar a espectroscopia Vis-NIR como ferramenta para
avaliação de fósforo disponível e remanescente em amostras de solos da região Norte do Paraná.
Foram coletadas 218 amostras de terra em três propriedades com predominância de Latossolos,
textura muito argilosa, nas profundidades de 0-20 cm e 60-80 cm. As análises de rotina
consistiram na determinação do fósforo disponível (P-dis) utilizando o extrator Mehlich-1 e o
fósforo remanescente (P-rem) utilizando a metodologia descrita por Alvarez V. et al. (2000). As
mesmas amostras foram escaneadas na região do visível e do infravermelho próximo (400 a 2500
nm), utilizando um espectrômetro Foss NIRSystems XDS (Silver Spring, MD, USA). O tratamento
dos espectros e as análises multivariadas foram realizados utilizando os softwares WinISI IV v.4.2.
e Unscrambler X v.10.2. Os resultados indicam que a técnica Vis-NIR não possibilitou estimar
com precisão o fósforo remanescente (P-rem) e fósforo disponível (P-dis) em amostras de
Latossolos vermelhos de origem basálticos.
PALAVRAS CHAVE
Fósforo remanescente; reflectância; técnicas espectroscópicas.
INTRODUÇÃO
Os atributos químicos e a mineralogia dos solos têm sido caracterizados utilizando métodos
analíticos tradicionais, que utilizam diversos reagentes químicos e são muito caros. Além disso,
são lentos e geram quantidades apreciáveis de resíduos químicos e gases tóxicos (CLAESSEN et
al. 1997).
Os métodos analíticos convencionais mesmo tendo boa acurácia, podem apresentar erros que
reduzem a precisão e impedem a reprodutibilidade dos resultados. Ultimamente, técnicas
espectroscópicas, como a espectroscopia de reflectância no infravermelho próximo (NIRS) têm
sido adaptadas para o estudo dos solos, e tem se mostrado promissora para avaliação das
propriedades químicas dos solos. Essa técnica além de não destrutiva pode apresentar um menor
custo por amostra avaliada, pois dispensa o uso de reagentes para sua execução (VISCARRA
ROSSEL et al., 2006).
Até o momento ainda é pequeno o número de estudos realizados com o objetivo de calibrar e
validar o uso do NIRS para estimar atributos químicos do solo, especialmente para as formas de
fósforo. O mesmo acontece para atributos físicos, como textura e mineralogia, que são
controladores da disponibilidade de fósforo nos solos (ERTLEN et al., 2010).
Diante do exposto, o objetivo do trabalho foi utilizar a espectroscopia de infravermelho próximo
como ferramenta para avaliação de fósforo disponível e do fósforo remanescente em amostras
solos da região Norte do estado Paraná.
MATERIAL E MÉTODOS
Os solos avaliados foram coletados em três áreas da região Norte do Estado Paraná, uma
cultivada nos últimos 20 anos com a sucessão soja/milho, uma área de mata nativa, e outra de
pastagem. As duas primeiras áreas estão situadas no município de Bela Vista do Paraíso, PR e a
última no município de Londrina. Os solos dessas propriedades foram classificados como
Latossolos vermelhos, textura muito argilosa.Para realização do estudo foram utilizadas 209
amostras de terra coletadas nas camadas de 0-20 cm e 60-80 cm.
A análise convencional para determinação do fósforo disponível (P-dis) seguiu a metodologia
descrita em Claessen (1997), utilizando o extrator Mehlich-1. O fósforo remanescente (P-rem) foi
determinado seguindo a metodologia descrita por Alvarez V. et al. (2000).
Ao mesmo tempo, todas as amostras foram escaneadas para a determinação das diferentes
formas de fósforo, utilizando um espectrômetro Vis-NIR, marca Foss NIRSystems XDS (Silver
Spring, MD, USA). Os dados espectrais obtidos foram convertidos a logaritmos do inverso da
reflectância
[log
(1/R)]
e
analisados
utilizando
os
softwares WinISI
IV
v.4.2 (Foss
NIRSystems/Tecator Infrasoft International, LC, Silver Spring, MD, USA) e Unscrambler X, v.10.2.
A primeira derivada foi utilizada em conjunto com a transformação normal padrão da variância
(SNVD) visando reduzir o efeito do tamanho de partículas e da variação de base, bem como
retirar o efeito de tendência linear e curvilínea de cada espectro. A análise de componentes
principais (ACP) foi aplicada ao conjunto de 209 amostras e as componentes principais
resultantes foram utilizadas para medir a distância de Mahalanobis (H). O valor de H permitiu
testar a homogeneidade dos dados e as amostras com valor de H superior a 3,0 foram
consideradas “outliers” e eliminadas do modelo. Utilizando o software WinISI IV, selecionou-se um
conjunto das 160 amostras mais representativas de toda a população para construir a curva de
calibração e um conjunto de 49 amostras foram utilizadas para avaliação da acurácia de predição
do modelo. Uma regressão por mínimos quadrados parciais (mPLS) foi utilizada para
correlacionar os valores de referência com os dados espectrais do conjunto de calibração (SHENK
E WESTERHAUS, 1991). O procedimento de validação cruzada foi realizado para determinar o
número ótimo de termos para minimizar o erro de predição para o modelo de regressão.
A performance do modelo de calibração foi expressa pelo erro padrão da calibração (SEC), pelo
coeficiente de determinação da calibração (Rc2), pelo erro padrão da validação cruzada (SECV) e
ainda pela taxa de desvio de performance (RPD), que expressa a relação entre o desvio padrão e
o valor de SECV. Posteriormente, a acurácia do modelo foi avaliada por meio do conjunto de
validação, utilizando o erro padrão de predição (SEP).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1 estão apresentados os valores de P-dis e P-rem obtidos pelos métodos analíticos
convencionais. O valor médio do P-dis foi de 5,38 mg kg-1, com amplitude de 0,13 mg kg-1 a 54,97
mg kg-1. De acordo informações da Silva (2009) estes teores variam de muito baixo a muito alto.
Tabela 1. Resultados da estatística descritiva para os dados oriundos das análises de referência.
Variável
Média
DP
Mínimo
Máximo
P dis (mg kg-1)
5,38
7,49
0,13
54,97
P rem (mg L-1)
11,52
7,49
1,75
25,68
P-dis: Fósforo disponível, extrator Mehlich-1; P-rem: Fósforo remanescente; DP: Desvio padrão.
O valor médio do P-rem foi de 11,52 mg L-1, com variações de 1,75 mg L-1 a 25,68 mg L-1. Valores
próximos a esses foram encontrados por Brito et al., (2013) quando estudaram o P-rem em solos
da mesma região. A baixa amplitude dos valores pode ser explicada pela homogeneidade de
textura e mineralogia, pois quanto maiores os conteúdos de argila e de óxidos de ferro e alumínio,
maior será a adsorção de fósforo e consequentemente menor será o valor do P-rem (NOVAIS et
al., 2007).
O modelo Vis-NIR-PLS desenvolvido apresentou bons coeficientes de calibração (Rc2= 0,9946),
no entanto isso não aconteceu para os coeficientes de validação (Rv2= 0,4029) para estimar o Prem em Latossolos vermelhos de solos de origem de basalto (Figura 1). Esses resultados de
validação corroboram com aqueles encontrados por Brito et al. (2013) que estudaram os solos de
origem basáltica e não conseguiram determinar um coeficiente de validação para o P-rem.
Figura 1. Resultados da etapa de calibração (a), e validação (b) para o teor de fósforo
remanescente
Para o P-dis não foi observada uma boa calibração, não permitindo validar a metodologia Vis-NIR
para estimar os teores de P-dis em amostras de solo. A baixa acurácia do modelo para a
determinação de P-rem e P-dis em solos de basalto pode estar ligada a sua homogeneidade
mineralógica. Com isso há necessidade de realizar novos estudos utilizando amostras de outros
solos para se estabelecer com maior precisão a possibilidade de uso desta tecnologia para avaliar
essa forma de fósforo do solo.
CONCLUSÃO
A técnica espectroscópica Vis-NIR não possibilitou estimar com precisão o fósforo remanescente
(P-rem) e o fósforo disponível (P-dis) em amostras de Latossolos vermelhos de solos de origem
de basalto.
BIBLIOGRAFIA
ALVAREZ V., V.H.; NOVAIS, R.F.; DIAS, L.E.; OLIVEIRA, J.A.; Determinação e uso do fósforo
remanescente. Boletim Informativo. SBCS, 25:27-33,2000.
BRITO, O.R.; FELIX, J.C.; VENDRAME, P.R.S.; MARCHÃO, R.L.; GUIMARÃES, M.F.;
BECQUER, T. Potencial da espectroscopia Vis-Nir na predição de fósforo disponível, fósforo
remanescente e matéria orgânica em solos de basalto do Paraná. XXXIV Congresso Brasileiro de
Ciência do solo. SBCS, Florianópolis, SC. p.1-4, 2013.
CLAESSEN MEC (ORG). 1997. Manual de métodos de análise de solo. 2 ed., Embrapa-CNPS,
Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 212p.
ERTLEN, D.; SCHWARTZ, D.; TRAUTMANN, M.; WEBSTER, R.; BRUNET, D. Discriminating
between organic matter in soil from grass and forest by near-infrared spectroscopy. European
Journal of Soil Science, v.61, p.207-216, 2010.
SHENK, J.; WESTERHAUS, M. New standardization and calibration procedure for NIR analytical
systems. Crop Science, 31: 1694-1692, 1991.
SILVA, F.C. Manual de análise químicas de solos, plantas e fertilizantes. 2.ed, Brasilia,
DF:Embrapa Informação Tecnológica, 627p. 2009.
VISCARRA ROSSEL, R.A.; WALVOORT, D.J.J.; MCBRATNEY, A.B.; JANIK, L.J.; SKJEMSTAD,
J.O. Visible, near infrared, mid infrared or combined diffuse reflectance spectroscopy for
simultaneous assessment of various soil properties. Geoderma, v.131, p.59-75, 2006.