Proposição de níveis críticos e predição de nutrientes por espectroscopia VIS-NIR em folhas de pessegueiros
| Ano de defesa: | 2024 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil Agronomia UFSM Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo Centro de Ciências Rurais |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/32001 |
Resumo: | The peach tree (Prunus persica L. Batsch) is a fruit tree of great economic importance in the world. However, the average crop productivity in Brazil is far below that obtained in other traditional producing countries. The lower Brazilian productivity may be related to nutritional problems, since the reference values currently used, such as critical levels (CL) and nutrient sufficiency ranges (SR), were established in a general way, that is, they were not obtained for specific regions and cultivars. In addition, thousands of chemical leaf analyzes are carried out annually to help make decisions about the application of fertilizers. However, traditional methods used to determine the concentration of nutrients in tissue require the use of a mixture of strong acids, in addition to being a time-consuming analysis. Visible (Vis) and near infrared (NIR) spectroscopy techniques emerge as a possible solution to overcome the limitations presented by traditional chemical analyses. The studies in this work aimed to propose nutritional reference values and estimate the concentration of nutrients by Vis-NIR spectroscopy in leaves of peach trees grown in southern Brazil. Study 1 proposed the CL and SR reference values in leaves of two peach cultivars, 'PS10711' and 'Maciel', using the Bayesian Segmented Quantile Regression Frontier Line (RQSB) method for the nutrients N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu and Fe. A database was used with productivity and nutrient concentrations in leaves, obtained in two harvests in the Pinto Bandeira region and in three harvests in the Pelotas region. Study 2 estimated the concentration of nutrients (N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu, Fe, Mn and Zn) in leaves of peach trees cultivated in the two aforementioned regions using spectral data obtained with the Vis technique. -NIR combined with the partial least squares regression (PLSR) machine learning method with pre-processed data with the 1st derivative of Savitski-Golay (SGD1d). In Study 1, RQSB was efficient in proposing new CLs for the nutrients N = 31 g kg-1, K = 23.5 g kg-1, P 'PS' = 2.8 g kg-1 and P 'Maciel' = 2.0 g kg-1, Ca 'PS' = 28.5 g kg-1 and Ca 'Maciel' = 19.5 g kg-1, Mg 'PS' = 4.5 g kg-1 and Mg ' Maciel' = 6.0 g kg-1, S 'PS' = 0.85 g kg-1, B 'PS' = 25 mg kg-1 and B 'Maciel' = 35 mg kg-1, Cu 'PS' = 9.0 mg kg-1 and Cu 'Maciel' = 6.3 mg kg-1, Fe 'PS' = 72 mg kg-1 and Fe 'Maciel' = 56 mg kg-1. In study 2, the local-1 ‘PB’ model showed higher accuracies in nutrient prediction compared to the regional model ‘PB+Pelotas’ and the local-2 model ‘Pelotas’. The results observed in Studies 1 and 2 reinforce the need for new studies with the themes addressed here. |
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Proposição de níveis críticos e predição de nutrientes por espectroscopia VIS-NIR em folhas de pessegueirosProposition of critical levels and prediction of nutrients by VIS-NIR spectroscopy in peach leavesPrunus persicaValores de referênciaLinha de fronteiraAprendizado de máquinaBiblioteca espectral de folhasReference valuesBorderlineMachine learningLeaf spectral libraryCNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLOThe peach tree (Prunus persica L. Batsch) is a fruit tree of great economic importance in the world. However, the average crop productivity in Brazil is far below that obtained in other traditional producing countries. The lower Brazilian productivity may be related to nutritional problems, since the reference values currently used, such as critical levels (CL) and nutrient sufficiency ranges (SR), were established in a general way, that is, they were not obtained for specific regions and cultivars. In addition, thousands of chemical leaf analyzes are carried out annually to help make decisions about the application of fertilizers. However, traditional methods used to determine the concentration of nutrients in tissue require the use of a mixture of strong acids, in addition to being a time-consuming analysis. Visible (Vis) and near infrared (NIR) spectroscopy techniques emerge as a possible solution to overcome the limitations presented by traditional chemical analyses. The studies in this work aimed to propose nutritional reference values and estimate the concentration of nutrients by Vis-NIR spectroscopy in leaves of peach trees grown in southern Brazil. Study 1 proposed the CL and SR reference values in leaves of two peach cultivars, 'PS10711' and 'Maciel', using the Bayesian Segmented Quantile Regression Frontier Line (RQSB) method for the nutrients N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu and Fe. A database was used with productivity and nutrient concentrations in leaves, obtained in two harvests in the Pinto Bandeira region and in three harvests in the Pelotas region. Study 2 estimated the concentration of nutrients (N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu, Fe, Mn and Zn) in leaves of peach trees cultivated in the two aforementioned regions using spectral data obtained with the Vis technique. -NIR combined with the partial least squares regression (PLSR) machine learning method with pre-processed data with the 1st derivative of Savitski-Golay (SGD1d). In Study 1, RQSB was efficient in proposing new CLs for the nutrients N = 31 g kg-1, K = 23.5 g kg-1, P 'PS' = 2.8 g kg-1 and P 'Maciel' = 2.0 g kg-1, Ca 'PS' = 28.5 g kg-1 and Ca 'Maciel' = 19.5 g kg-1, Mg 'PS' = 4.5 g kg-1 and Mg ' Maciel' = 6.0 g kg-1, S 'PS' = 0.85 g kg-1, B 'PS' = 25 mg kg-1 and B 'Maciel' = 35 mg kg-1, Cu 'PS' = 9.0 mg kg-1 and Cu 'Maciel' = 6.3 mg kg-1, Fe 'PS' = 72 mg kg-1 and Fe 'Maciel' = 56 mg kg-1. In study 2, the local-1 ‘PB’ model showed higher accuracies in nutrient prediction compared to the regional model ‘PB+Pelotas’ and the local-2 model ‘Pelotas’. The results observed in Studies 1 and 2 reinforce the need for new studies with the themes addressed here.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqFundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGSO pessegueiro (Prunus persica L. Batsch) é uma espécie frutífera de grande importância econômica no Mundo. Entretanto, a produtividade média da cultura no Brasil está muito abaixo das obtidas em outros tradicionais países produtores. A menor produtividade brasileira pode estar relacionada a problemas nutricionais, uma vez que os valores de referência utilizados atualmente, como níveis críticos (NC) e faixas de suficiência (FS) de nutrientes, foram estabelecidos de forma generalista, ou seja, não foram obtidos para regiões e cultivares específicas. Somado a isso, anualmente são realizadas milhares de análises químicas de folha que auxiliam na tomada de decisão sobre a aplicação de fertilizantes. No entanto, os métodos tradicionais usados na determinação da concentração dos nutrientes no tecido requerem o uso da mistura de ácidos fortes, além de ser uma análise demorada. As técnicas de espectroscopia do visível (Vis) e infravermelho próximo (NIR), surgem como uma possível solução para contornar as limitações apresentadas pelas análises químicas tradicionais. Os estudos deste trabalho objetivaram propor valores de referência nutricionais e estimar a concentração de nutrientes por espectroscopia Vis-NIR em folhas de pessegueiros cultivados no Sul do Brasil. O Estudo 1 propôs os valores de referência NC e FS em folhas de duas cultivares de pessegueiro, ‘PS10711’ e ‘Maciel’, através do método de Linha de Fronteira Regressão Quantílica Segmentada Bayesiana (RQSB) para os nutrientes N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu e Fe. Utilizou-se um banco de dados com a produtividade e as concentrações de nutrientes em folhas, obtidos em duas safras na região de Pinto Bandeira e em três safras na região de Pelotas. O Estudo 2 estimou a concentração de nutrientes (N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu, Fe, Mn e Zn) em folhas de pessegueiros cultivados nas duas regiões supracitadas através de dados espectrais obtidos com a técnica do Vis-NIR aliada ao método de aprendizado de máquina de regressão por mínimos quadrados parciais (PLSR) com dados pré-processados com a 1ª derivada de Savitski-Golay (SGD1d). No Estudo 1 a RQSB foi eficiente na proposição de novos NC para os nutrientes N = 31 g kg-1, K = 23,5 g kg-1, P ‘PS’ = 2,8 g kg-1 e P ‘Maciel’ = 2,0 g kg-1, Ca ‘PS’ = 28,5 g kg-1 e Ca ‘Maciel’ = 19,5 g kg-1, Mg ‘PS’ = 4,5 g kg-1 e Mg ‘Maciel’ = 6,0 g kg-1, S ‘PS’ = 0,85 g kg-1, B ‘PS’ = 25 mg kg-1 e B ‘Maciel’ = 35 mg kg-1, Cu ‘PS’ = 9,0 mg kg-1 e Cu ‘Maciel’ = 6,3 mg kg-1, Fe ‘PS’ = 72 mg kg-1 e Fe ‘Maciel’ = 56 mg kg-1. No estudo 2, o modelo local-1 ‘PB’ apresentou acurácias mais altas na predição de nutrientes em relação ao modelo regional ‘PB+Pelotas’ e o modelo local-2 ‘Pelotas’. Os resultados observados nos Estudos 1 e 2 reforçam a necessidade de novos estudos com as temáticas aqui abordadas.Universidade Federal de Santa MariaBrasilAgronomiaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Ciência do SoloCentro de Ciências RuraisMallmann, Fábio Joel Kochemhttp://lattes.cnpq.br/3193437805018266Bueno, Jean Michel MouraTiecher, TalesNatale, WilliamHindersmann, Jacson2024-06-10T12:24:34Z2024-06-10T12:24:34Z2024-02-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/32001ark:/26339/00130000103g2porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-06-10T12:24:35Zoai:repositorio.ufsm.br:1/32001Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2024-06-10T12:24:35Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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The peach tree (Prunus persica L. Batsch) is a fruit tree of great economic importance in the world. However, the average crop productivity in Brazil is far below that obtained in other traditional producing countries. The lower Brazilian productivity may be related to nutritional problems, since the reference values currently used, such as critical levels (CL) and nutrient sufficiency ranges (SR), were established in a general way, that is, they were not obtained for specific regions and cultivars. In addition, thousands of chemical leaf analyzes are carried out annually to help make decisions about the application of fertilizers. However, traditional methods used to determine the concentration of nutrients in tissue require the use of a mixture of strong acids, in addition to being a time-consuming analysis. Visible (Vis) and near infrared (NIR) spectroscopy techniques emerge as a possible solution to overcome the limitations presented by traditional chemical analyses. The studies in this work aimed to propose nutritional reference values and estimate the concentration of nutrients by Vis-NIR spectroscopy in leaves of peach trees grown in southern Brazil. Study 1 proposed the CL and SR reference values in leaves of two peach cultivars, 'PS10711' and 'Maciel', using the Bayesian Segmented Quantile Regression Frontier Line (RQSB) method for the nutrients N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu and Fe. A database was used with productivity and nutrient concentrations in leaves, obtained in two harvests in the Pinto Bandeira region and in three harvests in the Pelotas region. Study 2 estimated the concentration of nutrients (N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu, Fe, Mn and Zn) in leaves of peach trees cultivated in the two aforementioned regions using spectral data obtained with the Vis technique. -NIR combined with the partial least squares regression (PLSR) machine learning method with pre-processed data with the 1st derivative of Savitski-Golay (SGD1d). In Study 1, RQSB was efficient in proposing new CLs for the nutrients N = 31 g kg-1, K = 23.5 g kg-1, P 'PS' = 2.8 g kg-1 and P 'Maciel' = 2.0 g kg-1, Ca 'PS' = 28.5 g kg-1 and Ca 'Maciel' = 19.5 g kg-1, Mg 'PS' = 4.5 g kg-1 and Mg ' Maciel' = 6.0 g kg-1, S 'PS' = 0.85 g kg-1, B 'PS' = 25 mg kg-1 and B 'Maciel' = 35 mg kg-1, Cu 'PS' = 9.0 mg kg-1 and Cu 'Maciel' = 6.3 mg kg-1, Fe 'PS' = 72 mg kg-1 and Fe 'Maciel' = 56 mg kg-1. In study 2, the local-1 ‘PB’ model showed higher accuracies in nutrient prediction compared to the regional model ‘PB+Pelotas’ and the local-2 model ‘Pelotas’. The results observed in Studies 1 and 2 reinforce the need for new studies with the themes addressed here. |
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