Artificial neural networks applied for soil class prediction in mountainous landscape of the Serra do Mar¹

Soil information is needed for managing the agricultural environment. The aim of this study was to apply artificial neural networks (ANNs) for the prediction of soil classes using orbital remote sensing products, terrain attributes derived from a digital elevation model and local geology information as data sources. This approach to digital soil mapping was evaluated in an area with a high degree of lithologic diversity in the Serra do Mar. The neural network simulator used in this study was JavaNNS and the backpropagation learning algorithm. For soil class prediction, different combinations of the selected discriminant variables were tested: elevation, declivity, aspect, curvature, curvature plan, curvature profile, topographic index, solar radiation, LS topographic factor, local geology information, and clay mineral indices, iron oxides and the normalized difference vegetation index (NDVI) derived from an image of a Landsat-7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) sensor. With the tested sets, best results were obtained when all discriminant variables were associated with geological information (overall accuracy 93.2 - 95.6 %, Kappa index 0.924 - 0.951, for set 13). Excluding the variable profile curvature (set 12), overall accuracy ranged from 93.9 to 95.4 % and the Kappa index from 0.932 to 0.948. The maps based on the neural network classifier were consistent and similar to conventional soil maps drawn for the study area, although with more spatial details. The results show the potential of ANNs for soil class prediction in mountainous areas with lithological diversity.

Crescimento inicial da cultura da soja em Latossolo Bruno com diferentes graus de compactação

A compactação do solo é um dos principais fatores que altera a qualidade do solo e o crescimento das culturas. O objetivo deste trabalho foi determinar o grau de compactação que restringe o crescimento da cultura da soja num Latossolo Bruno alumínico típico. O experimento foi realizado em casa de vegetação. O solo utilizado foi coletado no município de Guarapuava, PR, na camada de 0-20 cm. Esse possuía 570 g kg-1 de argila, 370 g kg-1 de silte e 60 g kg-1 de areia. Foi compactado para obtenção das densidades do solo de 0,90; 0,96; 1,02; 1,08; 1,14; 1,20; e 1,27 kg dm-3, correspondendo a graus de compactação entre 75 e 105 %, que foram determinados pela relação entre a densidade do solo atual e a densidade do solo máxima, obtida pelo ensaio de Proctor Normal. Durante o período de cultivo da soja avaliaram-se o crescimento radicular e a parte aérea, além da evapotranspiração diária. Aos 60 dias após a emergência, determinou-se a massa seca da parte aérea e das raízes. Qualquer aumento no grau de compactação acima de 75 % reduz o crescimento das raízes na camada compactada; entretanto, as raízes não crescem quando o grau de compactação é igual ou superior a 105 %. Quando o grau de compactação é superior a 82 %, a altura das plantas diminui e quando é superior a 87 e 93 % reduz respectivamente a massa da matéria seca da parte aérea e a evapotranspiração. Assim, o grau de compactação restritivo à cultura da soja depende do atributo que está sendo avaliado.

Comparing the artificial neural network with parcial least squares for prediction of soil organic carbon and pH at different moisture content levels using visible and near-infrared spectroscopy

Visible and near infrared (vis-NIR) spectroscopy is widely used to detect soil properties. The objective of this study is to evaluate the combined effect of moisture content (MC) and the modeling algorithm on prediction of soil organic carbon (SOC) and pH. Partial least squares (PLS) and the Artificial neural network (ANN) for modeling of SOC and pH at different MC levels were compared in terms of efficiency in prediction of regression. A total of 270 soil samples were used. Before spectral measurement, dry soil samples were weighed to determine the amount of water to be added by weight to achieve the specified gravimetric MC levels of 5, 10, 15, 20, and 25 %. A fiber-optic vis-NIR spectrophotometer (350-2500 nm) was used to measure spectra of soil samples in the diffuse reflectance mode. Spectra preprocessing and PLS regression were carried using Unscrambler® software. Statistica® software was used for ANN modeling. The best prediction result for SOC was obtained using the ANN (RMSEP = 0.82 % and RPD = 4.23) for soil samples with 25 % MC. The best prediction results for pH were obtained with PLS for dry soil samples (RMSEP = 0.65 % and RPD = 1.68) and soil samples with 10 % MC (RMSEP = 0.61 % and RPD = 1.71). Whereas the ANN showed better performance for SOC prediction at all MC levels, PLS showed better predictive accuracy of pH at all MC levels except for 25 % MC. Therefore, based on the data set used in the current study, the ANN is recommended for the analyses of SOC at all MC levels, whereas PLS is recommended for the analysis of pH at MC levels below 20 %.

RELAÇÃO ENTRE DENSIDADE DO SOLO E CONTEÚDO DE ÁGUA EM REPETIDOS CICLOS DE CONTRAÇÃO E EXPANSÃO EM UM LATOSSOLO

A compactação do solo é uma consequência indesejável do uso agrícola do solo, sobretudo em sistemas de cultivo com mínimo revolvimento do solo, como é o caso do plantio direto (PD). Contudo, a compactação que o tráfego de máquinas causa no solo sob PD não inviabiliza a produção das culturas, indicando que mecanismos intrínsecos a ele promovem reversão da compactação. Neste estudo, avaliou-se a influência de ciclos de contração e expansão sobre a densidade do solo (ρ) de um Latossolo Vermelho argiloso (0,57 kg kg-1 de argila e 0,12 kg kg-1 de areia) e a mudança temporal da ρ no campo. Amostras de solo foram compactadas no laboratório até atingirem ρ de 1464 kg m-3 e submetidas a cinco ciclos de contração (secagem ao ar) e expansão (saturação). Durante a contração, foi monitorado o conteúdo gravimétrico de água e a ρ. A ρ foi medida também no campo, nos anos de 2010, 2011 e 2013. O decréscimo do conteúdo de água nas amostras provocou aumento da ρ conforme uma função sigmoide com duas assíntotas, e o aumento da ρ foi expressivo em conteúdos de água menores que o do ponto de murcha permanente (1,5 MPa). Embora tenha havido aumento da ρ durante a contração, os sucessivos eventos de contração e expansão reduziram gradativamente a ρ de 1713 para 1570 kg m-3 (final da contração), e de 1464 para 1385 kg m-3 (próximo à saturação). Em solo compactado no campo também foi verificado a variação decrescente de ρ (de 1406 para 1327 kg m-3) a uma taxa de -26 kg m-3 ano-1. Concluiu-se que a diminuição do grau de compactação no campo está ligada em grande parte ao mesmo mecanismo que diminuiu o grau de compactação das amostras no laboratório. Assim, no solo usado neste estudo, a contração e expansão conseguiram reverter grande parte da compactação que o tráfego de máquinas causa nele.

Altura de Pastejo de Braquiária e Carga Animal Limitada pelos Atributos Físicos do Solo em Sistema Integração Lavoura-Pecuária com Soja

O manejo da altura de pastejo das forrageiras pelos bovinos pode comprometer os atributos físicos do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da altura de pastejo de braquiária (Urochloa ruziziensis) e a carga animal média, após três anos de sistema integração lavoura-pecuária com soja, nos atributos físicos de um Latossolo Vermelho distrófico típico. O delineamento experimental foi de blocos casualizados, com três repetições. Cinco tratamentos com 10, 20, 30 e 40 cm de altura de pastejo, após 84 dias de pastejo contínuo mantidos com carga variável de bovinos, e um tratamento testemunha sem pastejo foram avaliados em parcelas experimentais de 1 ha. Em novembro de 2012, após o terceiro período de pastejo, com carga animal média de 1.262, 919, 892 e 724 kg ha-1 de peso vivo, respectivamente, para as alturas de pastejo de 10, 20, 30 e 40 cm, coletaram-se amostras indeformadas de solo nas camadas de 0-10, 10-20 e 20-30 cm, as quais foram utilizadas para determinar as curvas de retenção de água e de resistência do solo à penetração e a densidade do solo (Ds), bem como para calcular o intervalo hídrico ótimo (IHO). A menor Ds ocorreu na camada de 0-10 cm para a altura de pastejo de 31 cm da braquiária que correspondeu a 72 % da carga animal máxima. O maior IHO ocorreu na camada de 10-20 cm para a altura de pastejo de 23 cm da braquiária que correspondeu a 83 % da carga animal máxima. O manejo da altura de pastejo da braquiária foi limitado em 23 cm pela maior carga animal e melhores atributos físicos na camada de 10-20 cm do Latossolo Vermelho distrófico típico.

Capacidade de Suporte de Carga do Solo em Sistemas de Produção de Laranja Conservacionistas

Sistemas conservacionistas em pomares de laranja podem aumentar a capacidade de suporte de carga do solo minimizando os seus riscos de compactação. O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de suporte de carga por meio da pressão de preconsolidação e sua dependência a conteúdo de água, densidade e carbono orgânico de um Argissolo Vermelho distrófico latossólico, após 18 anos de implantação de plantas de cobertura permanentes nas entrelinhas de um pomar de laranja. O delineamento experimental foi de blocos ao acaso, com três repetições. Foram estudados três tratamentos de manejo por meio de roçadas nas entrelinhas do pomar, desde o plantio do pomar em 1993: gramínea Paspalum notatum, leguminosa Arachis pintoi e vegetação espontânea. Cento e oito amostras indeformadas de solo foram coletadas em 2011 sob o rodado e entrerrodado das máquinas nas estrelinhas do pomar com textura arenosa nas camadas de 0,00-0,10 m (87 g kg-1 de argila) e 0,10-0,20 m (122 g kg-1 de argila). Determinaram-se as pressões de preconsolidação das curvas de compressão do solo (25, 50, 100, 200, 400, 800 e 1.600 kPa) em conteúdos de água sob três potenciais (-80, -330 e -1.000 hPa), a densidade do solo e o teor de carbono orgânico do solo. A pressão de preconsolidação não foi dependente do conteúdo de água, da densidade do solo e do teor de carbono orgânico do solo. A pressão de preconsolidação sob o rodado na camada de 0,00-0,10 m foi menor nos tratamentos leguminosa e vegetação espontânea. A manutenção permanente da gramínea manejada com roçadas nas entrelinhas do pomar de laranja proporcionou maior capacidade de suporte de carga do solo sob o rodado na camada superficial arenosa.

PRODUTIVIDADE DO EUCALIPTO, ATRIBUTOS FÍSICOS DO SOLO E FRAÇÕES DA MATÉRIA ORGÂNICA INFLUENCIADAS PELA INTENSIDADE DE TRÁFEGO E RESÍDUOS DE COLHEITA

O número de passadas das máquinas, os tipos de rodados e a alta umidade do solo durante as operações de colheita agravam o processo de compactação, devendo-se conhecer esses impactos e quais alternativas para reduzí-los. O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto de diferentes frequências de tráfego doforwarder e o efeito de condições distintas de resíduos da colheita do eucalipto ao fim da rotação subsequente na produtividade, nos atributos físicos do solo e nos teores de matéria orgânica de um Latossolo Vermelho (LV), localizado em São João Evangelista, MG, e um Latossolo Amarelo (LA), localizado em Belo Oriente, MG. Os tratamentos consistiram de um esquema fatorial 2 × 3, sendo: duas ou oito passadas na entrelinha sobre resíduo da colheita sem casca; com casca; e sem resíduo. A perda de produtividade dos plantios pela compactação do solo proveniente das passadas doforwarder é atenuada com a permanência dos resíduos da colheita especialmente com a manutenção da casca na área. A remoção de resíduo, particularmente quando há remoção da casca, leva à redução dos teores de C orgânico total e de frações mais lábeis de C e N do solo. O tráfego doforwarder na colheita do eucalipto da rotação anterior sobre solo sem resíduos promove perdas na qualidade física do solo, com aumento da densidade do solo e resistência à penetração, e redução na porosidade e condutividade hidráulica do solo. Esses efeitos negativos perduraram até o final da rotação seguinte.

Crescimento radicular de plântulas de milho afetado pela resistência do solo à penetração

A resistência do solo à penetração é relacionada com a textura, compactação e umidade do solo. No presente trabalho se estudou o efeito da interação desses fatores sobre o crescimento de raízes de milho. Materiais de solo com 22, 30, 34, 41 e 48% de argila foram acondicionados em tubos de PVC de 10 cm com 4,3 cm de diâmetro interno, nas densidades globais de 1,07, 1,18, 1,36 e 1,53 g cm-3, em três tensões de água: -0,034, -0,106 e -0,640 MPa. Plântulas de milho foram cultivadas nos tubos por 48 horas. Quando a densidade do solo é baixa, a textura tem papel preponderante no crescimento radicular. Esse efeito é menor à medida que aumenta a densidade global. O aumento da resistência do solo à penetração causa diminuição no comprimento e número de raízes seminais adventícias; a raiz seminal primária mostra menor capacidade de penetração do que as raízes seminais adventícias. Resistências do solo à penetração da ordem de 1,3 MPa reduzem à metade o crescimento das raízes seminais adventícias do milho.

Alterações físicas introduzidas por diferentes níveis de compactação em latossolo vermelho-escuro textura média

Visando avaliar o efeito de diferentes níveis de compactação nos atributos físicos: densidade do solo, porosidade total, conteúdos volumétricos de sólidos e de água e distribuição dos poros para retenção de água/ar, diferentes quantidades de massa de um Latossolo Vermelho-Escuro textura média foram introduzidas mediante uma prensa hidráulica em anéis de PVC de 0,88 dm³. Utilizando fórmulas desenvolvidas na mecânica dos solos e com os valores de densidades obtidos no feixe de raios-gama e densidade de partículas, observou-se que a aplicação de uma carga (pressão) sobre o solo reduziu linearmente tanto a porosidade total como o espaço de aeração, e aumentou na mesma magnitude os conteúdos volumétricos de sólidos e o de água.

Aplicações da curva de resistência no controle da qualidade física de um solo sob pastagem

A degradação da qualidade física do solo pode estar associada com a compactação causada pelo pisoteio dos animais. A resistência do solo à penetração (RP) é um parâmetro físico utilizado para estabelecer o grau de compactação do solo. Contudo, esta varia com a umidade (teta) e densidade do solo (Ds). O objetivo deste trabalho foi obter a curva de resistência do solo e utilizá-la na avaliação da qualidade física do solo num sistema de pastejo intensivo rotacionado de capim-elefante. A curva de resistência do solo foi determinada por meio de 48 amostras indeformadas, obtidas na profundidade de 0-10 cm numa Terra Roxa Estruturada utilizada com pastagem em sistema intensivo de exploração. Os resultados demonstraram correlação negativa entre a RP e teta, e correlação positiva entre RP e Ds. Estimativas indicaram que no potencial de -0,01 MPa a RP não atinge valores considerados restritivos ao crescimento radicular. Entretanto, no potencial de -0,3 MPa, a RP atinge níveis limitantes em toda a área. Quanto ao sistema de manejo e a espécie estudada, os resultados sugerem que a curva de resistência do solo pode ser utilizada para orientar as práticas de manejo visando à manutenção de uma qualidade física do solo adequada para o crescimento das plantas.

Sistemas de cultivo de arroz irrigado e a compactação de um Planossolo

Em 1993 foi avaliada a compactação de um Planossolo cultivado sob diferentes sistemas de manejo, medindo-se a densidade do solo, por meio do método do anel volumétrico, em três camadas de solo. Os tratamentos consistiram de seis sistemas de manejo, selecionados de um experimento conduzido na Embrapa-Centro de Pesquisa Agropecuária de Clima Temperado, desde 1985. Observaram-se, de maneira geral, valores altos de densidade do solo; na primeira camada de solo (0-10 cm) o sistema que apresentou o menor valor foi o cultivo de arroz em plantio direto sob a resteva do azevém e nos sistemas que envolvem maior mobilização do solo (arroz contínuo e rotação arroz-soja-milho) os valores de densidade do solo foram maiores em relação aos sistemas de preparo reduzido do solo (azevém x arroz plantio direto e soja x arroz plantio direto). Ocorreu maior compactação, em relação à primeira camada, na camada intermediária (1020 cm), em todos os sistemas de cultivo, exceto no sistema de rotação arroz-soja-milho, no qual não houve diferença de densidade entre as camadas de solo.

Micromorfologia do solo e sua relação com atributos físicos e hídricos

O objetivo deste trabalho foi avaliar a relação entre atributos micromorfológicos e físicos de um Latossolo Vermelho eutroférrico, sob cultivo de cana-de-açúcar. As amostras de solo foram coletadas nos pontos de cruzamento de uma malha, com intervalos regulares de 10 m, perfazendo um total de 100 pontos, nos horizontes A1 e AB. Os altos valores da densidade do solo, microporosidade e resistência do solo à penetração, e os baixos valores da macroporosidade, porosidade total e condutividade hidráulica do solo saturado, principalmente no horizonte AB, indicaram compactação confirmada pela análise de imagens (micromorfologia).

Qualidade física do solo na produtividade da cultura do feijoeiro num Argissolo

O objetivo deste trabalho foi determinar as propriedades físicas e o intervalo hídrico ótimo (IHO) de um Argissolo, sob diferentes estados de compactação, cultivado com feijoeiro. Foram utilizados três experimentos, cujos tratamentos constituíram-se de: plantio direto (PD); plantio direto compactado pelo tráfego de quatro passadas de máquina (PDc); e escarificação em área anteriormente sob plantio direto (Esc). Avaliaram-se a densidade, a porosidade, a umidade volumétrica e a resistência à penetração do solo. Nas plantas, avaliaram-se a distribuição do sistema radicular e a produtividade. A densidade crítica obtida pelo IHO foi de 1,75 Mg m-3. No PDc a densidade do solo foi superior à crítica na maioria das camadas, enquanto o PD e Esc apresentaram densidade acima da crítica em poucas camadas. A umidade do solo ficou fora dos limites do IHO na maior parte do ciclo da cultura. A resistência à penetração ficou acima da crítica no PDc em todas as avaliações. O sistema radicular concentrou-se superficialmente no PDc com melhor distribuição e desenvolvimento no PD e Esc. Nos três experimentos, a produtividade do Esc foi de 2 a 12% menor, e a do PDc foi de 30 a 62% menor do que no PD. A escarificação não foi necessária para as condições físicas do PD.

Grau de compactação, propriedades físicas e rendimento de culturas em Latossolo e Argissolo

O objetivo deste trabalho foi avaliar os parâmetros físicos do solo e o rendimento das culturas da soja (Glycine max) e feijoeiro (Phaseolus vulgaris) em resposta ao grau de compactação de um Latossolo e um Argissolo. Nos dois solos, foram determinados a macroporosidade, a resistência à penetração (RP), o grau de compactação (GC), a altura e o rendimento de culturas. Quanto ao Argissolo, avaliou-se também a condutividade hidráulica de solo saturado (Ktetas). O aumento do GC provoca redução linear da macroporosidade e da Ktetas e aumento da RP. Valores de GC correspondentes aos valores críticos de macroporosidade e RP dependem do tipo de solo. Em Latossolo os limites críticos de aeração e de resistência à penetração são alcançados com menor grau de compactação do que em Argissolo. A cultura da soja é favorecida por um grau de compactação intermediário em Latossolo, e o grau de compactação ótimo para a cultura da soja é de 86%. No Argissolo não é possível determinar um GC ótimo para as culturas da soja e do feijoeiro devido à elevada compactação nesse solo.

Biologia e tabela de vida de fertilidade de Agrotis ipsilon em dieta artificial

O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma dieta artificial para criação de Agrotis ipsilon em laboratório com base em parâmetros biológicos e na tabela de vida de fertilidade. A dieta artificial utilizada continha feijão, caseína, proteína de soja, levedura e germe de trigo como fontes protéicas. Os parâmetros biológicos duração e viabilidade das fases larval e pupal, peso de pupas, de ambos os sexos, com 24 horas de idade, razão sexual, longevidade dos adultos, período de pré-oviposição e número de ovos produzidos por fêmea e a tabela de vida de fertilidade foram avaliados. Foram observados seis ínstares larvais com duração de 25,4 dias e viabilidade de 93%. A duração da fase pupal foi de 12,4 dias e viabilidade de 96%. A viabilidade de ciclo total foi 72%. O peso de pupas foi 387 mg (machos) e 484 mg (fêmeas). A razão sexual foi 0,46. O período de pré-oviposição foi de um dia, com 1.806 ovos por fêmea. Na tabela de vida verificou-se que a taxa líquida de reprodução e a razão finita de aumento foram 616,9 e 1,14, respectivamente. A dieta artificial é adequada à manutenção da criação de A. ipsilon, em laboratório.