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Caraterização das plantas - Comportamento espetral Caraterização do solo - Comportamento espetral Caraterização do solo - sua amostragem Caraterização da água Exemplos de respostas espetrais de alvos naturais Caraterização de outros objetos Departamento de Agronomia UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

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Caraterização das plantas - Comportamento espetral

Caraterização do solo - Comportamento espetral

Caraterização do solo - sua amostragem

Caraterização da água

Exemplos de respostas espetrais de alvos naturais

Caraterização de outros objetos

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Caraterização das plantas - comportamento espetral

- A planta é o melhor sensor sobre o ambiente na qual está inserida;

- Os sensores podem medir o que a cultura está “sentindo” fornecendo informações sobre as

aplicação, a taxas variáveis, dos fatores de produção;

- Uma das formas de analisar o desenvolvimento das culturas é por meio das caraterísticas de

refletância espetral;

- O mapeamento da variabilidade espacial do stress da cultura pode tornar possível o

tratamento de doenças, deficiências de nutrientes ou deficiência de água no solo

- A dificuldade de interpretação da variabilidade espacial do stress da cultura prende-se com a

dificuldade em identificar qual o fator que conduz ao stress, pois todos eles induzem a

cloroses foliares que se distinguem por pequenas variações das assinaturas espetrais.

- O mapeamento pode identificar as áreas com stress e o pessoal de campo pode identificar a

causa do stress.

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Interação da vegetação com a radiação eletromagnética

1- Sensores de clorofila

- Quase todo o azoto foliar está contido nas moléculas de clorofila, pelo que existe uma alta

correlação entre o azoto foliar e o teor de clorofila;

- O teor de clorofila quantificado pelo SPAD (Soil Plant Analysis Development) é apresentado

na forma de um valor relativo sem dimensão;

- A clorofila utiliza (absorve) a luz vermelha, e o medidor de clorofila é baseado na quantidade

de luz vermelha absorvida e na quantidade transmitida através da folha;

- Quanto mais clorofila a folha tem, mais radiação na faixa do vermelho é absorvida;

- O medidor de clorofila é mais sensível na faixa entre

o estado de nutrição azotado deficiente e o adequado;

- O sensor de clorofila não indica o excesso de N

- O sensor mede a diferença relativa do stress de N

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Absorção da energia visível pela clorofila

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Sensor de clorofila - Scouting (1)

- Os sensores de clorofila podem auxiliar na recomendação de N para o milho e sorgo porque

pequenos excessos de N não causam redução de produtividade ou qualidade;

- Excesso de N em culturas como algodão, beterraba, trigo e cevada pode afetar negativamente

a saúde, a produtividade e o valor do produto final;

- A estratégia de amostragem para medir o teor de clorofila deve ser definida para cada cultura

e para cada tipo de folha;

- As leituras devem ser feitas tendo-se em consideração o estágio de crescimento, a idade

relativa das folhas amostradas e a posição na folha onde a medição é feita;

- A maior necessidade de N para o milho verifica-se entre os 30-45 dias após a emergência;

- As folhas devem ser amostradas quando a planta atinge o estágio V6 (planta com cerca de 30

cm - 6 folhas).

Local de medição:

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Sensor de clorofila (Scouting)

- Para se definir a quantidade de N a partir do valor de SPAD o ideal é ter uma área de

referência sem stress de N;

- A leituras de SPAD devem ser efectuadas na mesma variedade/cultivar, mesmo estágio de

crescimento e em áreas com histórico similar;

- Calcula-se um Índice de Suficiência de Azoto (ISN)

100NdestresssemáreanaSPADvalor

áreadaSPADmédiovalorISN

SPADOutubro de 2003

Produtividade(massa de frutos de café por planta)

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2- Comportamento espetral dos alvos

Fatores que interferem nas medições

1- Forma de aquisição de dados

- plataformas terrestres (laboratório ou campo)

- plataformas elevadas (aeronaves ou satélites)

2-Geometria de aquisição de dados

- posições espaciais da fonte, do alvo e do sensor

3-Parâmetros atmosféricos

- humidade atmosférica (absorção da REM: fonte-alvo-sensor)

- presença e quantidade de aerossóis (espalhamento da REM)

4- Objetos adjacentes ao alvo

- objetos ao redor do alvo interferem na medida de refletância

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Interação da vegetação com a radiação eletromagnética solar (REM)

• 28% da REM absorvida pelas folhas são para realizar fotossíntese

• Depende das propriedades óticas da folha que são função da:

- Qualidade e intensidade da REM

- Espécie

- Espessura e estrutura foliar

- Teor de clorofila e caroteno

- Teor de matéria seca por unidade de área

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• Depende da REM que atinge a folha, que é refletida, transmitida ou absorvida, que

está relacionada com o:

- Comprimento de onda

- Ângulo de incidência

- Textura, propriedades óticas e bioquímicas das folhas

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Interação Folha-REM (cont)

• Para DR (deteção remota), três bandas da REM são importantes:

- Visível

- IV próximo

- IV médio

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Visível

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IV Próximo

• A estrutura interna da folha é o fator predominante para controlar a reposta espetral ao IV próximo

- Distribuição e arranjo dos espaços com ar

- Tamanho e forma das células

• Alta refletância e transmitância

• % absorvida é mínima

• Resposta do dossel é diferente de uma folha isolada

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IV Médio

• Baixa refletância

• Alta absorção pela H2O (2.660, 2.730 e 6.270 nm)

• Média absorção pela H2O (1.200, 1.450, 1.940 e 2.500 nm)

Interação Folha-REM (cont)

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(1)

(1) No infravermelho grande parte da energia é refletida pois, caso contrário, as plantas queimavam-se. No verde a radiação é

refletida daí a cor das plantas. Uma folha tem refletância baixa no visível (azul e vermelho), por causa da alta absorção pela

clorofila nessas bandas, e alta no infravermelho próximo, porque a folha espalha e não absorve nessa banda, e baixa no

infravermelho, em torno de 1,3 mm, devido a absorção pela água.

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Comportamento espetral da Vegetação

6CO2 + 6H2O C6H2O6 + 6O2

- Radiação visível (0.4 a 0.7 m) : PAR

- A nível de epiderme, somente 2 a 3% de refletância

- Interações microscópicas (Clorofila a, b e nos carotenóides)

- Na região do visível, o sinal é dominado pela refletância superficial; a refletância

interna é muito baixa

- Três regiões controlam a assinatura de uma folha:

- Visível: muito baixa refletância (absorções dominadas por pigmentos)

- NIR: alta refletância (refletância relacionada à estrutura da folha)

- MIR: refletância baixa (absorções controladas pela presença de água)

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Comportamento espetral da Vegetação

Sete Regiões Principais

- Azul (0.4 a 0.5 m): absorções controladas por carotenos e clorofila

- Verde (0.5 a 0.6 m): refletância ligeiramente mais alta (absorções devido

a clorofila…)

- Vermelho (0.6 a 0.7 m): sensibilidade à presença de clorofila

- Zona de transição (visível – infravermelho): “red edge”

- Sensível ao stress (1ª derivada)

- Faixa do NIR (0.7 a 1.3 m): ausência de absorções

- Radiação refletida e transmitida

- Zona de transição (NIR MIR):

- “NIR edge”

- MIR (1.3 a 2.5 m):

- Absorções OH- (H2O) predominam

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(1)

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Interação Folha-REM

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Refletância das folhas

(1)

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Refletância típica de uma copa de uma cultura

Comprimento de onda (nm)

Ref

letâ

nci

a

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Exemplos de curvas de refletância

(1)

(2)

(1) A areia com valores baixos na zona do visível; absorve e transmite bte calor, razão pela qual a areia na praia é tão quente.

(2) A neve tem uma refletância alta no visível (B). É por isso que fechamos parcialmente os olhos e ficamos bronzeados na presença da neve.

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A refletância da vegetação (fatores que afetam a refletância)

Fatores Morfológicos

- Densidade da cobertura vegetal

- Densidade da plantação

- Largura da folha

- Distância entre folhas

- Inserção foliar

Fatores Fisiológicos

- Idade da planta

- Deficit hídrico

- Tipo e espessura das folhas

- Nutrientes

- Conteúdo de água na folha

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Outros fatores

- Refletância efetiva de fundo (background, solo, rocha,

folhas mortas, sombra)

- Ângulo de iluminação solar

- Azimute do sol

- Ângulo de visada

Fatores que afetam a refletância da vegetação (cont)

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A refletância da vegetação - os índices de vegetação

Os índices de vegetação são indicadores que se baseiam nas grandes diferenças de refletância

que a vegetação verde apresenta nas regiões do visível e do infravermelho refletido, ao

contrário da vegetação morta ou seca e dos outros tipos de ocupação do solo (água, solo nu,

etc.). São uma combinação de operações aritméticas entre bandas espetrais, testadas

primeiramente com o sensor MMS e depois com os sensores TM e AVHRR.

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Como a AP pode desempenhar o seu papel

Os índices de refletância são obtidos por fórmulas baseadas em somas, diferenças ou frações de

dois ou mais comprimentos de onda do espetro indicativo de importantes funções da cultura.

Os índices mais comuns da vegetação (VI) são simples fracções (SR = RNIR / RR)(1) e índices

normalizados de diferenças vegetativas (NDVI= RNIR-RR / RNIR+RR);

PRI - Photochemical reflectance índex > PRI (R570-R531)/(R570 + R531), tem sido apresentado

com um bom índice para descriminar as culturas relativamente às diferenças entre os teores de

água e podem ser indicados como um bom índice do stress hídrico das plantas

Vários índices como RARSa, RARSb, RARSc estão relacionados com as alterações da composição

dos pigmentos e podem ser usados para deteção de deficiências de nutrientes, stress

ambientais e ataques de pragas

A biomassa verde (LAI), o índice de área verde (GAI), o índice de área verde das folhas (GLAI), a fração

fotossinteticamente ativa da radiação (PAR) estão correlacionados positivamente com os VI’s.

O acesso ao stress nas plantas é uma ferramenta fisiológica importante que tem sido demonstrada como

associada a alguns índices espetrais;

O índice de água (WI) tem demonstrado estar associado à quantidade de água, ao potencial hídrico das

folhas, à condutância dos estomas e à temperatura das folhas;

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Como a AP pode desempenhar o seu papel

Medindo-se periodicamente os índices da vegetação durante o ciclo vegetativo é possível

estimar a área foliar (LAD). Os indicadores de tolerância ao stress e a PAR total absorvida pela

copa são os fatores mais fiáveis para estimar a produção.

Os índices de refletância fotoquímicos (PRI)(2) permitem determinar o PRUE(3) e este PRUE é

induzido pelo estado nutricional da planta e stress hídrico.

A utilidade dos pigmentos na deteção remota inclui o acesso aos estados fenológicos da cultura

e à ocorrência de vários fatores do stress.

A previsão das produções utilizando índices de vegetação é uma das utilizações mais

importantes das propriedades espetrais.

Uma relação significativa pode ser estabelecida entre altas e baixas produções de genótipos de

soja pela utilização do NDVI como índice de refletância espetral (Ma et al., 2001)

DR pode fornecer informação fiável para monitorização da produção em trigos de inverno sob

diferentes situações de stress de azoto (Serrano et al., 2000)

(1)SR- Simple Ratio Index; (2) PRI - Photochemical reflectance índex > PRI (R570-R531)/(R570 + R531)

(3) PRUE- Photosynthetic radiation-use-efficiency https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/014311697217387

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Como a AP pode desempenhar o seu papel

O NDVI calculado a partir do estado do afilhamento (tillering) até ao início da floração é útil para

a predição da matéria seca total dos trigos de inverno (Aase and Siddoway,1981)

NDVI, SR e PRI podem explicar 52, 59 e 39 % da variabilidade da produção em trigo duro

(Aparicio et al., 2000)

O NDVI verde (GNDVI) calculado quando o milho grão está meio formado, permitiu encontrar

correlações significativas (r = 0.72 to 0.92) com a variação da produção (Shanahan et al., 2001)

Experiências com trigos de inverno, em nove localizações e em dois anos consecutivos (Raun et

al., 2001), permitiram, utilizando o NDVI como um índice vegetativo, explicar 50% da

variabilidade da produção.

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- Utilizado na descrição da vegetação

- Calculado a partir da radiação do infravermelho (R900 nm) e do vermelho (visível - R680 nm):

NDVI = (IV - ver) ÷ (IV + ver)

- Estes valores dão informações muito importantes acerca da produtividade ou teores de

clorofila ("greenness“) e da densidade da vegetação.

Aplicações dos NDVI à AP

- Criação de mapas

- Obtenção de dados de grandes áreas

- Deteção de problemas nas plantas

- Deteção do desenvolvimento vegetativo / maturação

Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)

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(1)

(1) Os valores B-140, R-175 , ..,, indicam o nível radiométrico (refletância) na faixa do azul e verde (varia de 0 a 256).

Pode-se considerar que existe uma relação direta entre o nível radiométrico e a refletância;

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Comportamento Espetral da Vegetação

(1) (2)

(1) 50 % da REM no IV é refletida; 8 % da REM no visível é refletida.

(2) 40 % da REM no IV é refletida; 30 % da REM no visível é refletida.

Utilizar os valores de refletância em % ou entre 0 e 1 é igual.

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(1)

(1) Os valores do NDVI variam de -1 a +1 (sem vegetação e com coberto vegetal)

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Relação entre o SPAD e o GNDVI

GNDVI - green normalized difference vegetation index

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Os diferentes híbridos apresentam teores de N diferentes.

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LAI > ~ 2.0

(1)

NDVI = (NIR - RED) / (NIR + RED); GNDVI = (NIR - GREEN) / (NIR + GREEN)

(1) As curvas estão tão afastadas por causa da refletância no verde e vermelho

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(1)

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As plantas com stress devido à deficiência de nutrientes, seca ou ataques de pragas são facilmenteidentificadas pois têm cor azul e verde claro (têm valores de NDVI + baixos).

Qto + verde > é o teor de clorofila + vigorosas são as plantas.

Índices normalizados das diferenças na vegetação (Normalized Difference Vegetation Index)

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(1)

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Mapa da quantidade de biomassa gerado pelo sistema N-Sensor, a partir da leitura da refletância da luz pela planta

Fonte: Emilio Gil. 2004

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Caraterização do solo - Comportamento espetral

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Comportamento espetral dos solos

• Comportamento espetral dos solos

- Os solos são compostos de substâncias em três fases:.

- Sólida (minerais e matéria orgânica):

- Solos com minerais opacos e óxido de ferro: baixa refletância

- Solos arenosos tem maior refletância do que os argilosos (matéria orgânica)

Quanto maior a quantidade de matéria orgânica menor é a refletância

- Líquida (água):

- Alta humidade: baixa refletância

- Gasosa (ar)

(2)

(1)

(1) Os óxidos de ferro são avermelhados pois só refletem na faixa do vermelho, absorvendo a radiação no restante espetro; qto

mais claros os minerais maior é a sua refletância.

(2) A MO absorve grande parte da radiação, tem baixa refletância, daí a sua cor escura

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Comportamento espetral

Comportamento espetral das rochas e minerais:

- composição físico-química influência a resposta dos vários sensores (região do infravermelho

térmico) mesmo das zonas cobertas por vegetação e solo.

- rochas ricas em sílica (quartzo-feldspáticas) apresentam alta refletância (tonalidades claras)

- rochas ricas em magnésio e ferro caraterizam-se por baixa refletância (tonalidades escuras)

- rochas sedimentares arenosas apresentam maior refletância (tonalidades claras)

- argilas apresentam baixa refletância (tonalidades escuras)

- rochas sedimentares têm baixa refletância (ferro, carbono orgânico e argilas) (tonalidades

escuras)

Utilização deste tipo de informação pelas empresas do ramo de prospecção mineral.

Rocha é um aglomerado natural de minerais.

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Fatores que afetam a refletância dos solos

1. Humidade (maior humidade causará uma menor refletância);

2. Conteúdo de matéria orgânica ( um aumento em matéria orgânica causará uma diminuição

da refletância);

3. Quantidade de óxido de ferro (um aumento em óxido de ferro causará uma diminuição de

refletância);

4. Percentagem relativa de argila, silte (limo) e areia (uma diminuição do tamanho das

partículas aumentará a refletância);

5. caraterísticas de aspereza da superfície dos solos (uma diminuição na “aspereza” da

superfície causará um aumento do nível de refletância).

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UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

Comportamento espetral do solo

- o λ contribui significativamente para o sinal eletromagnético refletido pela maioria dos

alvos naturais terrestres;

- elementos do solo que definem o comportamento espetral:

- constituição mineral;

- proporção de matéria orgânica;

- granulometria (textura e estrutura);

- humidade.

(1)

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UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

Fatores que afetam a refletância dos solos

Óxidos de ferro

Em geral, os óxidos de ferro absorvem bastante a energia eletromagnética (EEM) da região do

infravermelho próximo (com máximo de absorção em torno de 900 nm); a quantidade de

energia absorvida depende da quantidade do óxido de ferro.

Os solos contendo maiores teores de óxidos de ferro, como os Latossolos Ferríferos e os

Latossolos Roxos, têm espetros de energia refletida, principalmente na região do infravermelho

próximo, bastante atenuados em razão da presença do óxido de ferro, que se sobrepõe às

influências dos demais parâmetros do solo (1).

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UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

Fatores que afetam a refletância dos solos

Matéria orgânica

A composição e o conteúdo de matéria

orgânica no solo são reconhecidamente fatores

de forte influência sobre a refletância dos

solos.

À medida que o teor de matéria orgânica

aumenta, a refletância do solo decresce no

intervalo de comprimento de onda de 400 a

2500 nm.

Quando o teor de matéria orgânica no solo

excede os 2,0 %, ela desempenha um papel

importante na determinação das propriedades

espetrais do solo.

Quando o teor é menor que 2,0 % outros

constituintes do solo passam a ser mais

influentes no comportamento espetral do solo

do que a matéria orgânica.

Na figura são mostradas três curvas espetrais,

obtidas de solos com materiais orgânicos em

diferentes estádios de decomposição; ou seja,

materiais sápricos (altamente decompostos),

materiais hêmicos (moderadamente decom-

postos) e materiais fíbricos (fracamente

decompostos).

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UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

Fatores que afetam a refletância dos solos

Rugosidade e formação da crosta superficial

Nas pesquisas sobre deteção remota em solos, foi possível reconhecer a presença de formação

de torrões superficiais (área mobilizada) e áreas sem torrões (não mobilizadas), pela diferença

no comportamento espetral dessas áreas em relação às adjacentes do mesmo tipo de solo.

A formação de torrões faz com que solos húmidos apresentem um comportamento espetral de

solo seco. Solos com presença de torrões apresentam maiores valores de refletância na região

espetral de 430 a 730 nm, em relação àqueles cujos torrões foram desfeitos (1). Este facto foi

mais tarde evidenciado em estudos sobre identificação e mapeamento de solo preparado para

plantio, na região de Ribeirão Preto.

Nestes estudos foram utilizados dados do MSS (Multispectral Scanner Sensor) do Landsat,

bandas 6 e 7 (visível e infravermelho próximo) e fotografias aéreas com falsa cor, escala

aproximada 1:20.000. Durante as fases de interpretação dos dados dos satélite e das fotografias

aéreas, notaram-se que certas áreas preparadas para plantio apresentaram, nos dados do

Landsat (banda 4) dois tons de cinza bastante distintos: um bem escuro, proveniente da maior

absorção da radiação nesta faixa, pela presença de óxido de ferro e outro, mais claro, embora

fosse o mesmo solo.

(1) Qto > a rugosidade > a refletância.

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UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

Rugosidade e formação de torrões à superfície

Após a verificação de campo, constatou-se a presença de torrões no solo exactamente onde a

tonalidade de cinza era mais clara. Neste caso, a formação de torrões estava associada à

diferença de tempo entre o preparo do solo, nestas áreas, e o período de recolha dos dados do

satélite.

Por outro lado, durante a preparação do solo, principalmente no período das lavouras, é comum

a formação de torrões. Este facto, gera, sobre o solo, uma certa rugosidade do terreno, o que

interfere na refletância do mesmo.

A rugosidade pode causar efeitos tanto de espalhamento como de sombreamento.

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Fatores que afetam a refletância dos solosHumidade do solo

Solos húmidos apresentam, em geral, uma refletância menor que os secos, na faixa de

comprimento de onda de 400 a 2600 nm. Para ilustrar, na figura são mostradas várias curvas

espetrais de solos contendo diferentes percentagens de água.

Todas as curvas apresentam bandas de maior absorção em 1400, 1900 e 2200 nm.

Comprimentos de onda ( um)

refle

tância

(%

)

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Fatores que afetam a refletância dos solos

Distribuição do tamanho das partículas

Os solos são formados por partículas de diferentes tamanhos, sendo a caraterização da textura

feita em função das fracções areia, limo e argila.

Observando os valores de areia (2 a 0,05 mm), limo (0,05 a 0,002 mm) e argila (< 0,002 mm),

nota-se que cada uma dessas fracções pode estar no solo em diferentes proporções pelo que

um solo pode apresentar refletância espetral diferente de outro solo da mesma classe devido

à concentração e tamanho das partículas que os compõem.

Por outro lado, o arranjo físico e a agregação dessas partículas proporcionam ao solo uma

estrutura. A textura e a estrutura são responsáveis pela quantidade e tamanho dos espaços

porosos no solo, que são ocupados pela água e o ar.

No caso de um solo ideal para cultivo, sem problema com excesso de humidade, o ar ocupa os

poros maiores que 5 mm e a água poros menores que 5 mm.

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Distribuição do tamanho das partículas (cont)

A fracção argila é a mais activa quimicamente e pode ser constituída por minerais secundários,

como a caulinite, montmorilonite e por sesquióxidos de alumínio e ferro.

Cada constituinte do solo interage com a radiação eletromagnética de forma diferente mas

como esses minerais não ocorrem isoladamente mas formando o complexo do solo, a energia

refletida é a soma integrada de todas as energias refletidas pelos diferentes componentes do

solo.

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Sensor para determinação da MO do solo

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(1)

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Utilização da refletância para caraterização dos solos

(1)

(1) Muck - rocha ou terra retirada durante uma escavação

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Caraterização do solo - sua amostragem

<

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A amostragem dos solos

Os diferentes tipos de solos apresentam atributos intrínsecos (ex. morfologia, composição

química, etc.) e extrínsecos (cor, teor de água, etc.) caraterísticos que determinam o potencial

de suporte à produção das culturas, pelo que a amostragem dos mesmos fornece informação de

suporte à aplicação localizada dos recursos para produção.

Deve ser possível monitorizar o aumento da biomassa das produções através de índices

vegetativos, devendo aquela estar relacionada com o potencial dos solos.

Recolha das amostras do solo:

- por grelha (A) - o campo é divido numa grelha com células de um dado tamanho;

- por zona (B) - o campo é dividido em zonas definidas em função de uma dada caraterística

(condutividade elétrica, cor, textura, etc.)

A B

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1- Amostragem por grelha

1- Criar um mapa (layer) com os limites das parcelas

- utilizando um GPS marcar os limites das parcelas;

- carregar o mapa com os limites num programa GIS.

2- No GIS definir a grelha com células de tamanho adequado.

3- Com um GPS utilizar o sistema de navegação para se deslocar

para os pontos de recolha das amostras (centro das células)

- recolha as amostras;

- marque as amostras com as coordenadas do local

4- Enviar as amostras de solo para um laboratório para análise.

5- “Carregar2 o mapa da parcela no GIS e os dados

georeferenciados provenientes do laboratório.

6- Criar um mapa de predição

7- Utilizar o mapa de predição para controlo da aplicação dos

fatores.

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Recolha de amostras de solo georeferenciadas

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Mapa de grelha e de contornos com os dados da amostragem das análises do solo.Fonte: http://www.ces.purdue.edu/extmedia/AE/SSM-2-W.pdf

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Amostragem por grelha do solo

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Amostragem e análise de solos

A amostragem de solo para agricultura de precisão pode ser realizada em grade regular ou dirigida

Grade Regular

Os dados devem ser amostrados em grade dirigida e depois interpolados para grade regular

Baixavariabilidade

Altavariabilidade

Grade Dirigida

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Amostragem por grelha do solo (Grid soil sampling)

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Amostragem por grelha do solo

• Depois das análises serem efetuadas os

SIG constroem mapas de variabilidade

para cada um dos indicadores.

• Estes programas fazem as interpolações

necessárias para se obterem manchas de

variabilidade.

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Amostragem por grelha - Determinação da dimensão das células

Geoestatística

Os variogramas descrevem em modelos matemáticos a distribuição espacial das variáveis com

interesse.

Analisa quais e em que grau de complexidade, as variáveis determinantes do rendimento das

culturas podem ser ajustadas a modelos teóricos que melhor possam explicar o seu

comportamento espacial.

Identifica e sistematiza os procedimentos que facilitam a obtenção de modelos teóricos para a

reconstrução de superfícies por Krigeagem.

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( N h)

O que é um semivariograma:

A semivariância é:

[z(sh) z(s)]2

1

2N(h)(h)

onde:

(h) é a semivariância;

Z (s+h) e z(s) são os valores separados pelo vector h;

N (h) é o nº de pares de valores [z(s+h)-z(s)] separados pelo vector h;

z é a variável em estudo.

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Utilização de semivariogramas para determinação da dimensão das células da grelha

150

50 100 150 200 250

Distance (m)

A distância em que começa a deixar de haver variância dos valores é a indicada para a dimensão da célula

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Utilização de semivariogramas para determinação da dimensão das células da grelha

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2- Amostragem do solo por zonas

Objectivos:

- Obtenção de dados quantitativos sobre a humidade, rugosidade, densidade, etc.

- Cartografia dos solos das parcelas

- Modulação das operações culturais

- Monitorização da evolução do solo (indicador ambiental)

- Gestão espacial dos agrosistemas

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Caraterização do solo à escala da parcela (amostragem por zona)

1- método eletromagnético

2- método mecânico

1- Método eletromagnético

Princípio

- por radar (hiperfrequência embarcada)

- antena de emissão

- retrodifusão (retroespalhamento) no solo

- captação com uma antena de recepção.

Parâmetros medidos

- parâmetros geométricos, forma e estado da superfície. Aumento da componente difusa da

onda refletida pelo aumento da rugosidade do solo.

- parâmetros dielétricos ligados à humidade e condutividade do solo. Aumenta a humidade →

aumenta a permissividade → aumenta o coeficiente de retrodifusão.

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Definição de zonas de amostragem

Determinação de zonas uniformes de solo

pela utilização da indução eletromagnética,

sem contacto com o solo.

Execução de medições em contínuo

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Definição de zonas de amostragem. Utilização do EM38

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Utilização do EM38 para determinação da condutividade do solo

Disk eletrodes are move through the soil and collect clay content, soil texture, and amount of salts.

Os discos exteriores criam o campo magnético e os interiores medem as suas variações (dois pares duas profundidades).

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Mapa da condutividade elétrica de uma parcela

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Captor de condutividade / resistividade elétrica do solo

(1)

(1) Qto + afastados estiverem os discos de medição maior a profundidade de medição.

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2- Método mecânico

(medição da resistência específica do solo)

Problemas de compactação (circulo vicioso: compactação, equipamento mais potente e mais

pesado, maior compactação)

Acompanhamento da estrutura do solo (função da textura, matéria orgânica, acção das

máquinas)

Cartografia da resistência do solo

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Sensores para medição da resistência específica do solo

Resistência mecânica

Fx - força horizontal (tração)

Fz - Força vertical

My - Binário de transferência

Medições efectuadas por um

captor dinamométrico

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Penetrometer 24.5 - 35.0 cm Chisel Till vs. Zone Till

Early Late

Early Late

Less

StrengthMore

Strength

Root

Limiting

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Caraterização da água

<

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A água não reflete radiação para λ acima da região do visível

A existência de sedimentos na água provoca um aumento da refletância.

O aumento do teor de clorofila na água provoca uma diminuição de refletância na zona do azul

e um aumento na zona da verde

Interação da radiação com a água

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Comportamento espetral dos Alvos

• Comportamento espetral da Água

- Estado Líquido

- absorve toda radiação < 0,38 m e > 0,70 m;

- entre 0,38 m e 0,70 m a refletância baixa.

Justificação:

- a concentração de materiais em suspensão na água

- profundidade da água.

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Comportamento espetral da Água (cont)

- Estado Gasoso (nuvens)

- altíssima refletância

- ondulações na curva espetral devido à absorção (1,3 a 2,0 m - Infravermelho próximo)

- Estado Sólido (neve)

- até 1,2 m (infravermelho próximo) a curva de refletância da água é maior que no gasoso

- de 1,2 a 2,5m verifica-se decréscimo acentuado

- absorção nos seguintes λ - 1.5, 2.0 e 2.5 m

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Fatores que afetam a refletância da água

A refletância da água do rio Tietê é típica de

água com elevada concentração de material

inorgânico em suspensão, com acentuada

refletância na faixa do vermelho, indicando

baixa absorção da energia nesta região espetral.

A água do rio Piracicaba apresenta uma

refletância bastante baixa, com pico de máxima

refletância na região do verde (± 23%). Este

facto, é um indicador forte da presença de

material orgânico em suspensão.

A refletância da água, obtida no corpo central

do reservatório de Barra Bonita, onde as águas

dos dois rios já estão misturadas, mostra

claramente a transição entre os dois espetros

anteriores.

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Fatores que afetam a refletância da água

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Refletância da água

A água tem uma baixa reflexão na zona do visível, sendo a maioria da radiação transmitida e uma

pequena parte absorvida.

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Exemplos de respostas espetrais de alvos naturais

<

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Pigmentos da

folha

Estrutura celular

interna da folhaConteúdo de água

Fatores determinantes

da refletância da folha

Azu

l

Verd

e

Verm

elh

o

0.4 0.6 0.8 1.0 1.41.2 1.6 2.01.8 2.2 2.4 2.6

Região

espetral

Comprimento de onda (µm)

Visível Infravermelho

Infravermelho

próximo Infravermelho médio

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Absorção por água Bandas de

absorção

refl

etâ

ncia

(%

)

Absorção por clorofila e

xantofila, carotenos,

Comportamento espetral da Vegetação

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Resposta espetral da vegetação

Pigmento

da FolhaEstrutura

da Célula Conteúdo de ÁguaFator dominantecontrolando a reflectância

da folha

Absorção de

Clorofila

Absorção

de Água

Bandas primárias de absorção

Comprimento de Onda ( m)

IV Refletido

IV MédioIV Próximo

Região Espectral

Visível

}

}

}

Ref

lect

ân

cia (

%)

80

70

60

50

40

30

20

10

00.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

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Resposta espetral de alvos naturais

Vegetação

Água de Rio Turvo

Solo Argiloso

Solo Arenoso

Água de Rio Límpido

COMPRIMENTO DE ONDA (MICROMETROS)

50

40

REFLECTÂNCIA

(%)

30

20

10

0

Visível IV Próximo.4 .5 .6 .7 .8 .9 1.0 1.1 1.5 1.6 1.7 1.8

IV Médio IV Médio IV Termal

8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0

.5 .6 .7 .8 1.1

4 5 6 7

8.0 12.6

8 (apenas LANDSAT 3)MSS (LANDSAT 1,2,3,4 e 5)

.45 .52 .6

1 2

.76 .9

3 4 TM (LANDSAT 4 e 5)

1.55 1.75

5

2.08 2.35

7

10.3 12.5

6

.48 .52 .68 .69 .83

1 2 3 RBV (LANDSAT 1 e 2)

.51 .75

RBV (LANDSAT 3)

XS

P

SPOT

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Exemplo da utilização de sensores remotos

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Objetos que não podem ser distinguidos na região do visível podem ter caraterísticas espetrais distintas em outras regiões do espetro.

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Assinatura espetral - Curva de refletância

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Assinatura espetral - Curva de refletância

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Assinaturas espetrais da casta Cabernet Sauvignon , grão de bico (chick-peas) e solo (red-brown soil).

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Comparação entre a refletância actual da vegetação e a refletância na faixa do infravermelho utilizando (a) 4 bandas (multiespetrais) e (b) 13 bandas (hyperespetrais).

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Resolução espetralRefere-se a largura da banda espetral na qual a imagem é adquirida

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Folhas de milho com diferentes teores de humidade

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Espetro da folha x água

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Assinatura espetral das folhas e água

Assinatura espetral da grama

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081009AP-02

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Caraterização de outros objetos

(atmosfera, construções, etc.)

<

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