Visible and near infrared diffuse reflectance spectroscopy (VisNIR-DRS) is a method being investigated for quantifying soil properties and mapping soil profiles. Because a VisNIR-DRS system mounted in a soil penetrometer is now commercially available for scanning soil profiles in situ, methodologies for using scans to map soils and quantify soil properties are needed. The overall goal of this research is to investigate methodologies for collecting and analyzing VisNIR-DRS scans of intact soil profiles to identify soil series. Methodologies tested include scanning at variable versus uniform moistures, using individual versus averaged spectra, boosting an intact spectral library with local samples, and comparing quantitative and categorical classifications of soil series. Thirty-two soil cores from two fields, representing three soil series, were extracted and scanned every 2.5 cm from the soil surface to 1.5 m or to the depth of parent material at variable field moist conditions and at uniform moist condition. Laboratory analyses for clay, sand, and silt were performed on each horizon. Soil series were classified using partial least squares regression (PLS) and linear discriminant analysis (LDA). A Central Texas intact spectral library (n=70 intact cores) was used for PLS modeling, alone and boosted with the two fields. Because whole-field independent validation was used, relative percent difference (RPD) values were used to compare model performance. Wetting soils to uniform moisture prior to scanning improved prediction accuracy of total clay and RPD improved by 53 percent. Averaging side-by-side scans of the same soil profile improved prediction accuracy of RPD by 10 percent. When creating calibration models, boosting a library with local samples improved prediction accuracy of clay content by 80 and 34 percent for the two fields. Principal component plots provided insight on the spectral similarities between these datasets. Overall, using PLS alone performed the same as LDA at predicting soil series. Most importantly, results of this project reiterate the importance of fully-independent calibration and validation for assessing the true potential of VisNIR-DRS. Using VisNIR-DRS is an effective way for in situ characterization and classification of soil properties.

Na agricultura, técnicas de sensoriamento são um meio prático e barato de se obter informações sobre parâmetros de interesse agronômico, sendo os sensores ópticos uma alternativa para a avaliação da resposta de culturas agrícolas à sua adubação nitrogenada. Para a otimização da eficiência do uso de nitrogênio por culturas agrícolas, algumas estratégias de adubação se baseiam na coleta de dados espectrais em alta frequência no campo, utilizando-os para entender a variabilidade espacial do estado de nutrição da planta com este nutriente. Para a cana-de-açúcar, apesar da efetividade de sensores ópticos em idenificar alguns parâmetros desta cultura, ainda há a dificuldade de estabelecer relações com o seu Teor Foliar de Nitrogênio (TFN). Neste contexto, o presente trabalho acompanhou com sensor óptico hiperespectral (VisNIR) o desenvolvimento do dossel de cana-de-açúcar ao longo de seu ciclo, com o objetivo de avaliar temporalmente a relação entre a sua resposta espectral de reflectância e o seu TFN. Para tanto, foi avaliada uma área experimental com 28 parcelas de cana-deaçúcar, submetidas a tratamentos com diferentes doses de adubação nitrogenada. Ao longo do ciclo da cultura, avaliou-se a sua altura, o TFN e a sua resposta espectral de 400 a 900 nm; ao final do ciclo, foi estimada também a produtividade final de cada parcela. Para a avaliação do comportamento espectral da cultura em função da adubação nitrogenada e de seu desenvolvimento no campo, primeiramente, realizaramse análises de variância (ANOVA) para a altura, o TFN e as diferentes regiões espectrais e, em um segundo momento, análises descritivas e a análise de componentes principais foram conduzidas, ambas sobre os dados espectrais. Em seguida, foram aplicadas diferentes metodologias para a análise quantitativa dos espectros para a predição do TFN. Nessas análises quantitativas, buscou-se avaliar o período ideal do desenvolvimento da cana-de-açúcar para avaliações espectrais de seu TFN serem aplicadas, assim como comprimentos de onda e índices de vegetação (IVs) específicos com relações satisfatórias com o TFN. Os resultados obtidos pelo presente trabalho mostraram possível uma razoável predição do TFN da cana-de-açúcar através de espectroscopia in situ, contudo, esta avaliação só foi possível ao redor de 144 Dias Após o Corte (DAC), momento em que a cultura ainda apresentava resposta do TFN à adubação nitrogenada e no qual o dossel de plantas já estava desenvolvido o suficiente para interromper a influência do solo na leitura espectral. Os IVs avaliados que mais se destacaram para a predição do TFN utilizaram os comprimentos de onda de 490 nm da região do verde; 590 nm da região do laranja; 647 e 652 nm da região do vermelho; 730 nm da região do red-edge; 780 e 880 nm da região do infravermelho próximo. Por fim, o IV que mais se destacou foi o NDRE, índice já sugerido pela literatura com bons resultados para a determinação da biomassa da cana-de-açúcar. / In agriculture, sensing techniques are a practical and inexpensive way to obtain information on agronomic parameters. Optical sensors can be used as a tool to evaluate the response of agricultural crops to nitrogen (N) fertilization. In order to optimize the efficiency of N use in agricultural crops, some fertilization strategies are based on the collection and analysis of high frequency spectral data in the field to understand the spatial variability of N status of plants. Despite the effectiveness of optical sensors in identifying some agronomic parameters of the sugarcane, establishing relations between these data and the Leaf Nitrogen Content (TFN) of the sugarcane is still quite challenging. To address this issue, in this work the development of the sugarcane canopy was monitored during its cycle with a hyperspectral optical sensor (VisNIR), with the aim of evaluating the relations between its spectral reflectance response and its TFN in time. For this, an experimental area with 28 plots of sugarcane submitted to treatments with different doses of nitrogen fertilization was evaluated. Throughout the crop year were evaluated its height, TFN and spectral response from 400 to 900 nm; at the end of the cycle, the final yield of each plot was also evaluated. To begin with, the analysis of variance (ANOVA) for height, TFN and the different spectral regions was performed to assess the spectral behavior of the crop as a function of nitrogen fertilization and its development in the field. Furthermore, a descriptive analysis and analysis of principal components were conducted, both on spectral data. In addition to this, different methodologies were applied for the spectral quantitative analysis for the prediction of TFN. The aim of these quantitative analyses was to determine the ideal period of sugarcane development in order to apply spectral evaluations of its TFN and to find specific wavelengths and Vegetation Index (IVs) with satisfactory relations with the TFN. The results obtained by the present work showed a reasonable prediction of the sugarcane TFN by in situ spectroscopy. However, this evaluation was only possible around 144 Days After Harvest (DAC). During this period, the culture showed a response of the TFN to N fertilization and the canopy of plants was already developed enough to interrupt the influence of the soil in the spectral reading. The evaluated IVs that showed better results for the TFN prediction used the wavelengths 490 nm of the green region; 590 nm of the orange region; 647 and 652 nm of the red region; 730 nm of the red-edge region and; 780 and 880 nm of the near infrared region. The IV that showed the best result for the TFN prediciton was the NDRE, vegetation index, which was already suggested by the literature with good results for the determination the sugarcane biomass.

Na agricultura, técnicas de sensoriamento são um meio prático e barato de se obter informações sobre parâmetros de interesse agronômico, sendo os sensores ópticos uma alternativa para a avaliação da resposta de culturas agrícolas à sua adubação nitrogenada. Para a otimização da eficiência do uso de nitrogênio por culturas agrícolas, algumas estratégias de adubação se baseiam na coleta de dados espectrais em alta frequência no campo, utilizando-os para entender a variabilidade espacial do estado de nutrição da planta com este nutriente. Para a cana-de-açúcar, apesar da efetividade de sensores ópticos em idenificar alguns parâmetros desta cultura, ainda há a dificuldade de estabelecer relações com o seu Teor Foliar de Nitrogênio (TFN). Neste contexto, o presente trabalho acompanhou com sensor óptico hiperespectral (VisNIR) o desenvolvimento do dossel de cana-de-açúcar ao longo de seu ciclo, com o objetivo de avaliar temporalmente a relação entre a sua resposta espectral de reflectância e o seu TFN. Para tanto, foi avaliada uma área experimental com 28 parcelas de cana-deaçúcar, submetidas a tratamentos com diferentes doses de adubação nitrogenada. Ao longo do ciclo da cultura, avaliou-se a sua altura, o TFN e a sua resposta espectral de 400 a 900 nm; ao final do ciclo, foi estimada também a produtividade final de cada parcela. Para a avaliação do comportamento espectral da cultura em função da adubação nitrogenada e de seu desenvolvimento no campo, primeiramente, realizaramse análises de variância (ANOVA) para a altura, o TFN e as diferentes regiões espectrais e, em um segundo momento, análises descritivas e a análise de componentes principais foram conduzidas, ambas sobre os dados espectrais. Em seguida, foram aplicadas diferentes metodologias para a análise quantitativa dos espectros para a predição do TFN. Nessas análises quantitativas, buscou-se avaliar o período ideal do desenvolvimento da cana-de-açúcar para avaliações espectrais de seu TFN serem aplicadas, assim como comprimentos de onda e índices de vegetação (IVs) específicos com relações satisfatórias com o TFN. Os resultados obtidos pelo presente trabalho mostraram possível uma razoável predição do TFN da cana-de-açúcar através de espectroscopia in situ, contudo, esta avaliação só foi possível ao redor de 144 Dias Após o Corte (DAC), momento em que a cultura ainda apresentava resposta do TFN à adubação nitrogenada e no qual o dossel de plantas já estava desenvolvido o suficiente para interromper a influência do solo na leitura espectral. Os IVs avaliados que mais se destacaram para a predição do TFN utilizaram os comprimentos de onda de 490 nm da região do verde; 590 nm da região do laranja; 647 e 652 nm da região do vermelho; 730 nm da região do red-edge; 780 e 880 nm da região do infravermelho próximo. Por fim, o IV que mais se destacou foi o NDRE, índice já sugerido pela literatura com bons resultados para a determinação da biomassa da cana-de-açúcar. / In agriculture, sensing techniques are a practical and inexpensive way to obtain information on agronomic parameters. Optical sensors can be used as a tool to evaluate the response of agricultural crops to nitrogen (N) fertilization. In order to optimize the efficiency of N use in agricultural crops, some fertilization strategies are based on the collection and analysis of high frequency spectral data in the field to understand the spatial variability of N status of plants. Despite the effectiveness of optical sensors in identifying some agronomic parameters of the sugarcane, establishing relations between these data and the Leaf Nitrogen Content (TFN) of the sugarcane is still quite challenging. To address this issue, in this work the development of the sugarcane canopy was monitored during its cycle with a hyperspectral optical sensor (VisNIR), with the aim of evaluating the relations between its spectral reflectance response and its TFN in time. For this, an experimental area with 28 plots of sugarcane submitted to treatments with different doses of nitrogen fertilization was evaluated. Throughout the crop year were evaluated its height, TFN and spectral response from 400 to 900 nm; at the end of the cycle, the final yield of each plot was also evaluated. To begin with, the analysis of variance (ANOVA) for height, TFN and the different spectral regions was performed to assess the spectral behavior of the crop as a function of nitrogen fertilization and its development in the field. Furthermore, a descriptive analysis and analysis of principal components were conducted, both on spectral data. In addition to this, different methodologies were applied for the spectral quantitative analysis for the prediction of TFN. The aim of these quantitative analyses was to determine the ideal period of sugarcane development in order to apply spectral evaluations of its TFN and to find specific wavelengths and Vegetation Index (IVs) with satisfactory relations with the TFN. The results obtained by the present work showed a reasonable prediction of the sugarcane TFN by in situ spectroscopy. However, this evaluation was only possible around 144 Days After Harvest (DAC). During this period, the culture showed a response of the TFN to N fertilization and the canopy of plants was already developed enough to interrupt the influence of the soil in the spectral reading. The evaluated IVs that showed better results for the TFN prediction used the wavelengths 490 nm of the green region; 590 nm of the orange region; 647 and 652 nm of the red region; 730 nm of the red-edge region and; 780 and 880 nm of the near infrared region. The IV that showed the best result for the TFN prediciton was the NDRE, vegetation index, which was already suggested by the literature with good results for the determination the sugarcane biomass.

Les professionnels de la filière vin sont à la recherche de méthodes globales pour suivre la maturité du raisin et ainsi en déterminer la qualité à la vendange pour l'élaboration de leurs vins. Dans ce contexte, le principal objectif de ce travail est de rechercher des méthodes sensorielle et instrumentales innovantes pour suivre globalement la maturation des baies de raisin de Cabernet franc. La spectroscopie VisNIR et l'analyse sensorielle des baies de raisin apparaissent comme les méthodes les plus prometteuses en terme de suivi de maturation pour la filière vin. La technique de double compression à 20 % n'est en revanche pas appropriée pour suivre la maturité « texturale ». D'autres techniques mécaniques destructives pourraient cependant être envisagées comme la pénétrométrie. La spectroscopie de fluorescence a permis de suivre la maturité phénolique du raisin. Mais, cette méthode doit être optimisée pour gagner en précision. Une méthode capable de caractériser la qualité globale du raisin a également été recherchée. La spectroscopie VisNIR et les descripteurs sensoriels permettent de caractériser les différents aspects de la qualité globale du raisin pendant sa maturation. Ces deux techniques permettent en effet une caractérisation en termes de maturités technologique, phénolique, aromatique et « texturale ». La méthode d'analyse sensorielle des baies de raisin est en cours de transfert vers les professionnels de la filière afin d'obtenir un outil d'aide à la décision pour déterminer la date de vendange. La mise au point d'un appareil portable de spectroscopie VisNIR pourrait quant à elle être envisagé afin de réaliser des mesures directes dans les parcelles.

A adoção de medidas afinadas à conservação do solo não é apenas uma necessidade, há muito passou a ser estratégico desenvolver técnicas que preencham as lacunas de informação e maximizem o uso adequado do solo. A diferenciação textural entre horizontes de solos é um dos principais aspectos a ser considerado quando do planejamento do uso do solo, pois se relaciona estreitamente com fatores como o enraizamento, a percolação e disponibilidade de água e a susceptibilidade dos solos à erosão. Diante disso, objetivou-se desenvolver Índices Espectroscópicos de Relação Textural (IERT) que estabeleçam quantitativamente o grau de diferenciação textural em perfis de solos via espectroscopia VisNIR-SWIR (350-2.500 nm) e MidIR (4000 - 400 cm-1). Foram utilizados dados espectrais de 150 perfis de solos descritos morfologicamente pertencentes a nove municípios das regiões Sudeste e Centro-Oeste do Brasil. Três modelos espectrais, VisNIR-SWIR, MidIR e VisNIR-SWIR-MidIR foram associados aos teores analíticos de matéria orgânica dos horizontes A e B, totalizando nove modelos, afim de se verificar o potencial daqueles puramente espectrais. Todos os modelos foram estudados por análises de funções discriminantes (CP-AFD) e regressão por mínimos quadrados (PLSR). A construção dos IERT\'s, num total de 15, cinco para cada modelo espectral, considerou a diferença de reflectância em bandas específicas ou associações entre elas, as quais foram selecionadas com base no estudo qualitativo e quantitativo das curvas espectrais. De modo geral, a diferenciação entre horizontes é ditada pelas regiões espectrais associadas principalmente aos óxidos de Fe, minerais de argila e quartzo. É possível determinar o grau de diferenciação textural entre horizontes de perfis de solos com excelente acurácia através de dados espectrais com taxa de acerto global de até 100 %, R2 de 0,76 a 0,82 e RPD de 2,02 a 2,35 nos modelos puramente espectrais, com destaque à região MidIR. O uso de IERT\'s produz bons a excelentes resultados, com R2 de 0,71 a 0,80 e RDP de 1,84 a 2,21 para os melhores índices de cada região espectral. O uso de índices espectrais reduz a dependência de métodos estatísticos avançados e dá suporte ao desenvolvimento de equipamentos óticos que trabalhem em regiões espectrais específicas, reduzindo custos e maximizando a aplicabilidade da técnica. Estudos abrangentes e exaustivos são indispensáveis antes que novos métodos como este se estabeleçam, particularmente em ciência do solo, na qual o objeto de estudo é, por natureza, complexo e intrigante. / The adoption of measures related to soil conservation is not only a necessity, long it has become strategic to develop techniques that meet the information deficits and maximize the appropriate use of land. The textural differentiation between soil horizons is one of the main aspects to be considered dealing with land use planning as it closely relates to factors such as rooting, percolation and water availability and the susceptibility of soils to erosion. Therefore, it was aimed to develop Spectral Textural Ratio Indices (STRI) that quantitatively establish the degree of textural differentiation in soil profiles through VisNIR-SWIR (350-2500 nm) and MidIR (4000- 400 cm-1) spectroscopy. Spectral data of 150 soil profiles morphologically described belonging to nine municipalities in the Southeast and Midwest of Brazil were used. Three spectral models, VisNIR-SWIR, MidIR and VisNIR-SWIR-MidIR were associated with analytical organic matter content of the A and B horizons, comprising nine models in order to verify the potential of those purely spectral. All models were studied by discriminant functions analysis (CP-DFA) and Partial Least Square Regression (PLSR). The construction of the STRIs, a total of 15, five for each spectral model, considered the reflectance difference in specific bands or associations between them, which were selected based on the qualitative and quantitative study of spectral curves. In general, the differentiation between horizons is dictated primarily by spectral regions associated with iron oxides, clay minerals and quartz. It is possible to determine the degree of textural differentiation between soil profile horizons with great accuracy through spectral data with overall accuracy rate of up to 100%, R2 from 0.76 to 0.82 and RPD from 2.02 to 2.35 in the purely spectral models, with emphasis on MidIR region. The use of STRIs produces good to excellent results, with R2 ranging from 0.71 to 0.80 and RPD ranging from 1.84 to 2.21 for the best rates of each spectral region. The use of spectral indices reduces reliance on advanced statistical methods and supports the development of optical devices that work in specific spectral regions, reducing costs and maximizing the applicability of the technique. Large and exhaustive studies are imperatives before new methods like this are established, particularly in soil science, in which the object of study is by nature complex and intriguing.

A adoção de medidas afinadas à conservação do solo não é apenas uma necessidade, há muito passou a ser estratégico desenvolver técnicas que preencham as lacunas de informação e maximizem o uso adequado do solo. A diferenciação textural entre horizontes de solos é um dos principais aspectos a ser considerado quando do planejamento do uso do solo, pois se relaciona estreitamente com fatores como o enraizamento, a percolação e disponibilidade de água e a susceptibilidade dos solos à erosão. Diante disso, objetivou-se desenvolver Índices Espectroscópicos de Relação Textural (IERT) que estabeleçam quantitativamente o grau de diferenciação textural em perfis de solos via espectroscopia VisNIR-SWIR (350-2.500 nm) e MidIR (4000 - 400 cm-1). Foram utilizados dados espectrais de 150 perfis de solos descritos morfologicamente pertencentes a nove municípios das regiões Sudeste e Centro-Oeste do Brasil. Três modelos espectrais, VisNIR-SWIR, MidIR e VisNIR-SWIR-MidIR foram associados aos teores analíticos de matéria orgânica dos horizontes A e B, totalizando nove modelos, afim de se verificar o potencial daqueles puramente espectrais. Todos os modelos foram estudados por análises de funções discriminantes (CP-AFD) e regressão por mínimos quadrados (PLSR). A construção dos IERT\'s, num total de 15, cinco para cada modelo espectral, considerou a diferença de reflectância em bandas específicas ou associações entre elas, as quais foram selecionadas com base no estudo qualitativo e quantitativo das curvas espectrais. De modo geral, a diferenciação entre horizontes é ditada pelas regiões espectrais associadas principalmente aos óxidos de Fe, minerais de argila e quartzo. É possível determinar o grau de diferenciação textural entre horizontes de perfis de solos com excelente acurácia através de dados espectrais com taxa de acerto global de até 100 %, R2 de 0,76 a 0,82 e RPD de 2,02 a 2,35 nos modelos puramente espectrais, com destaque à região MidIR. O uso de IERT\'s produz bons a excelentes resultados, com R2 de 0,71 a 0,80 e RDP de 1,84 a 2,21 para os melhores índices de cada região espectral. O uso de índices espectrais reduz a dependência de métodos estatísticos avançados e dá suporte ao desenvolvimento de equipamentos óticos que trabalhem em regiões espectrais específicas, reduzindo custos e maximizando a aplicabilidade da técnica. Estudos abrangentes e exaustivos são indispensáveis antes que novos métodos como este se estabeleçam, particularmente em ciência do solo, na qual o objeto de estudo é, por natureza, complexo e intrigante. / The adoption of measures related to soil conservation is not only a necessity, long it has become strategic to develop techniques that meet the information deficits and maximize the appropriate use of land. The textural differentiation between soil horizons is one of the main aspects to be considered dealing with land use planning as it closely relates to factors such as rooting, percolation and water availability and the susceptibility of soils to erosion. Therefore, it was aimed to develop Spectral Textural Ratio Indices (STRI) that quantitatively establish the degree of textural differentiation in soil profiles through VisNIR-SWIR (350-2500 nm) and MidIR (4000- 400 cm-1) spectroscopy. Spectral data of 150 soil profiles morphologically described belonging to nine municipalities in the Southeast and Midwest of Brazil were used. Three spectral models, VisNIR-SWIR, MidIR and VisNIR-SWIR-MidIR were associated with analytical organic matter content of the A and B horizons, comprising nine models in order to verify the potential of those purely spectral. All models were studied by discriminant functions analysis (CP-DFA) and Partial Least Square Regression (PLSR). The construction of the STRIs, a total of 15, five for each spectral model, considered the reflectance difference in specific bands or associations between them, which were selected based on the qualitative and quantitative study of spectral curves. In general, the differentiation between horizons is dictated primarily by spectral regions associated with iron oxides, clay minerals and quartz. It is possible to determine the degree of textural differentiation between soil profile horizons with great accuracy through spectral data with overall accuracy rate of up to 100%, R2 from 0.76 to 0.82 and RPD from 2.02 to 2.35 in the purely spectral models, with emphasis on MidIR region. The use of STRIs produces good to excellent results, with R2 ranging from 0.71 to 0.80 and RPD ranging from 1.84 to 2.21 for the best rates of each spectral region. The use of spectral indices reduces reliance on advanced statistical methods and supports the development of optical devices that work in specific spectral regions, reducing costs and maximizing the applicability of the technique. Large and exhaustive studies are imperatives before new methods like this are established, particularly in soil science, in which the object of study is by nature complex and intriguing.