Molecularly imprinted polymers (MIPs) are biomimetic sensing elements that combine the accuracy and highly specific binding affinity of a biosensor, with the robustness and reusability associated with artificial electrochemical sensors. This thesis investigates the application of a MIP sensor to address the challenge of phosphate detection in precision agriculture. Traditional chemical sensing approaches using portable electrochemical sensors display a significant cross-interference between inorganic phosphate and other nutrient ions. This is due to the low position of phosphate in the Hofmeister Selectivity Series for anions, its high electronegativity and its pH dependent structure, resulting in a molecule that is very difficult to detect. To address this challenge, a sensor was created by spin coating a phosphate selective MIP onto a substrate containing a series of electrodes. These electrode devices allowed for electrical measurements to be taken using an inductance, capacitance and resistance (LCR) testing station, and to observe the change in the materials dielectric constant as the binding sites become occupied by the target analyte. The devices underwent several design reiterations to produce an optimised setup consisting of 100 interdigitated chrome electrodes with a width of 1 μm and a separation distance of 1 μm on a quartz substrate. The final electrode design was used to carry out a nutrient cross-interference study across several polymer permutations. The purpose of this was to develop an optimised MIP formulation for binding specifically to inorganic phosphate ions. From this study, an optimal phosphate selective MIP was identified, based upon a binding site constructed from methacrylic acid around a diphenyl phosphate template molecule. During capacitance measurements, this MIP formulation demonstrated a clear preferential response to phosphate (1610 pF) over the average capacitance results observed following exposure to the competing nitrate (1286 pF) and sulphate (1212 pF) nutrients tested in the cross-interference study.

The world’s population is increasing and along with it, the demand for food. A novel parametric model (Volterra Non-linear Regressive with eXogenous inputs (VNRX)) is introduced for quantifying influences of individual and multiple soil properties on crop yield and normalised difference vegetation Index. The performance was compared to a random forest method over two consecutive years, with the best results of 55.6% and 52%, respectively. The VNRX was then implemented using high sampling resolution soil data collected with an on-line visible and near infrared (vis-NIR) spectroscopy sensor predicting yield variation of 23.21%. A hyperspectral imager coupled with partial least squares regression was successfully applied in the detection of fusarium head blight and yellow rust infection in winter wheat and barley canopies, under laboratory and on-line measurement conditions. Maps of the two diseases were developed for four fields. Spectral indices of the standard deviation between 500 to 650 nm, and the squared difference between 650 and 700 nm, were found to be useful in differentiating between the two diseases, in the two crops, under variable water stress. The optimisation of the hyperspectral imager for field measurement was based on signal-to-noise ratio, and considered; camera angle and distance, integration time, and light source angle and distance from the crop canopy. The study summarises in the proposal of a new method of disease management through suggested selective harvest and fungicide applications, for winter wheat and barley which theoretically reduced fungicide rate by an average of 24% and offers a combined saving of the two methods of £83 per hectare.

Este trabalho analisa as possibilidades de aplicação de redes de sensores sem-fio na agricultura, dentro do contexto da agricultura de precisão. É feita uma revisão bibliográfica genérica sobre redes de sensores sem-fio e específica sobre aplicação em agricultura. Oportunidades para aplicação real de redes de sensores neste ambiente são identificadas e caracterizadas. Uma investigação aprofundada do espaço de projeto de redes de sensores é apresentada. Com base em trabalhos publicados, é feita uma proposta de dimensões de espaço de projeto, como forma de caracterizar diferentes redes. Diversos trabalhos publicados são analisados através das dimensões propostas. Os requisitos para redes para uso agrícola são delineados e caracterizados nas dimensões de projeto. Em um segundo momento, a partir das dimensões propostas, é elaborado um modelo matemático para o funcionamento de redes de sensores. Este modelo permite explorar de forma rápida todas dimensões do espaço de projeto, verificando o impacto global na rede de decisões locais na implementação dos nós. Uma rede experimental foi implementada, sendo caracterizada segundo o modelo e posteriormente testada em condições próximas às reais de uso. Esta rede permitiu a obtenção de dados reais, auxiliou na identificação de oportunidade para uso em agricultura e contribuiu na analise de desempenho do modelo proposto. / This paper analyzes wireless sensor networks application possibilities in precision agriculture. A generic bibliographic review in the domain is done as well as a specific review about applications in agriculture. Real application opportunities in this domain were identified and characterized A deep investigation on wireless sensor networks design space is presented. A proposition of design space dimensions to characterize different networks is made based on published papers. Some previous works are analyzed using the proposed design dimensions. Requirements to the networks targeting agricultural use are delimited and characterized in these design dimensions. In a second moment a mathematical model to wireless sensor networks is proposed based on the design space dimensions. This model allows rapid design space exploration and also the verification of network impact of local node implementation decisions. A WSN was implemented and submitted to application tests. It was characterized according to the proposed model and also tested in conditions similar to the real ones. The experimental WSN allowed real data collection, helped to identified application opportunities in agriculture and contributed to analyze the behavior of the proposed model.

This study sought to describe the current state fertility levels by analyzing 105,342 soil samples from different regions of the state of Rio Grande do Sul assigned by CCGL Technology. Thus, about 42% of the samples need to correct soil acidity. Phosphorus was the element that needs more attention in the soil correction. Potassium is present in most samples above the critical level suggesting a poor response to application in current models. Correction sulfur has potential response to crop yields in soya. In a second step, we used the data to study the balance of nutrients in the soil. The data were normalized and CTCpH7,0 was the parameter of soil divided into classes considering the normal distribution with a standard deviation for each class. The results showed that the base saturation to achieve the desired pH varied according to CTCpH7,0v soil. Soils with low CTCpH7,0 present trend lower percentage base saturation than a soil with CTCpH7,0 high. It was also found that the CTCpH7,0 soil influences the availability of the potassium equilibrium saturation. Soils with higher CTCpH7,0 require larger amounts of potassium to reach the critical level of 3% CTCpH7,0. The next step was to correlate the levels of elements in the soil and its relation to the levels shown by leaf analysis. For that were conducted soil sampling in grid 2 ha in an area in the municipality of Cachoeira do Sul, RS. This area was located soybean and collected samples of leaves and plants when they were in the flowering stage in the same spots where they were taken soil samples. Reading was also performed with the equipment GreenSeeker order to correlate them with samples of soil and leaves.The CTCpH7,0 soil, directly influences the availability of potassium in equilibrium saturation. Soils with higher cation exchange capacity tend to require larger amounts of potassium to reach the critical level of 3% of CTCpH7,0. The results of tissue samples of whole plants soybean correlate with the levels of potassium in the soil and its percentage in CTCpH7,0. Nevertheless the use of the analysis of the 3rd trifoliate leaf from flowering as a parameter for recommendation requires further study, as the results do not make clear the relationships between these elements in the leaves and in the soil. / A agricultura de precisão vem se consolidando como uma técnica para melhoria dos níveis de fertilidade do solo. Inicialmente o presente trabalho procurou abordar a situação atual dos níveis de fertilidade através da análise de 105.342 amostras de solo provenientes de diferentes regiões do estado do Rio Grande do Sul cedidos pelo CCGL Tecnologia na camada de 0 a 10 cm. Cerca de 42% das amostras apresentaram necessidade de correção da acidez do solo. O fósforo foi o elemento que necessita maior atenção na correção de solo por apresentar 61,8% das amostras em níveis abaixo do teor crítico. O potássio apresentou 72,1% das amostras acima do teor crítico sugerindo baixa resposta a aplicação nos modelos atuais. A correção com enxofre apresenta potencial de resposta a produtividade da cultura da soja. Em um segundo momento, utilizou-se os dados a fim de estudar o equilíbrio dos nutrientes no solo. Foi utilizado a CTCpH7,0 do solo como parâmetro divido em classes, considerando a distribuição normal com um desvio padrão para cada classe, a fim de estudar o comportamento da saturação de bases e do potássio na saturação. Os resultados demonstraram que a saturação por bases, para atingir o pH desejado, variou conforme a CTCpH7,0 do solo. Solos com baixa CTCpH7,0 apresentam tendência de menores percentuais de saturação por bases que um solo com CTCpH7,0 alta. Também se verificou que a CTCpH7,0 do solo influencia a disponibilidade do potássio no equilíbrio de saturação. Solos com CTCpH7,0 acima de 18 cmolc.dm-³ necessitam quantidades de potássio superiores a 240 ppm para atingir o teor crítico de 3% da CTCpH7,0. O próximo passo foi correlacionar os teores dos elementos no solo e sua relação com os teores apresentados pelas análises foliares. Para isso foram realizados amostragens de solo em grid de 2 ha em uma área de produção de soja no município de Cachoeira do Sul, RS. Nesta área foi implantada a cultura da soja e coletadas amostras de folhas e plantas quando estas se encontravam no estádio de florescimento nos mesmos pontos onde foram retirada as amostras de solo. Também realizou-se a determinação com o equipamento Greenseeker a fim de correlacionar os resultados com as amostras de folha e solo. Os resultados das amostras de tecido de plantas inteiras de soja se correlacionam com os teores de potássio no solo e seu percentual na CTCpH7,0. Apesar disso a utilização da análise foliar do 3° trifólio a partir do florescimento como parâmetro para recomendação ainda precisa ser melhor estudado, pois os resultados não deixam claras as relações entre os elementos nas folhas e estes no solo.

The development and economic growth in Paraguay are highly dependent on agriculture, which in recent years has undergone an expansion. The computerization of operations for managing the crops and the search for improvements based on localized management of inputs and productivity of crops that involve the use of geotechnology and global positioning systems (GPS) applied in the management of agricultural crops, the production of meshes for the realization of georeferenced soil sampling, the structuring of a digital terrain model for mapping of fertility and productivity, variable rate application of inputs, statistical analyzes and interpretation of maps, geostatistics have a promising future in rural management. With this adaptation work to Paraguay of Campeiro CR System, it seeks to meet the need of Paraguay to have software adapted to regional conditions to develop their agriculture projects in their areas of precision agriculture. Therefore, it was translated into Spanish the application of Precision Agriculture and were inserted Departments and Districts of Paraguay, as well as the bands interpretation of various attributes of soil fertility for the generation of maps of fertility according to criteria calibrated with local studies in Paraguay and has been validated tools for Precision Agriculture System through a case study conducted with a plot and a producer of Paraguay, determining spatial variability in soil attributes, and also held a tutorial of the changes affected the operation for use in country with their adaptations to the system to its application in Paraguay agriculture. / O desenvolvimento e o crescimento econômico do Paraguai são altamente dependentes do setor agrícola, o qual nos últimos anos tem passado por uma expansão. A informatização para o gerenciamento das operações nas lavouras e a busca de melhoras baseadas no manejo localizado dos insumos e da produtividade dos cultivos que envolvem o uso de geotecnologias como sistemas de posicionamento global (GPS) aplicadas no manejo de culturas agrícolas, a elaboração de malhas para a realização da amostragem georreferenciada do solo, a estruturação de modelos digitais do terreno para a elaboração de mapas de fertilidade e de produtividade, a aplicação da taxa variável de insumos, as análises estatísticas e a interpretação de mapas, geoestatística, entre outras ferramentas, têm um futuro promissório na gestão rural. Com este trabalho de adaptação para o Paraguai do Sistema CR Campeiro, busca-se satisfazer a necessidade que tem o Paraguai de contar com um software adaptado a suas condições regionais para desenvolver projetos de agricultura de precisão nas suas áreas agrícolas. Para isso, foi traduzido para o espanhol o aplicativo de Agricultura de Precisão e foram inseridos os Departamentos e Distritos do Paraguai, assim como os níveis de fertilidade dos diversos atributos da fertilidade de solo para a geração dos mapas de fertilidade segundo critérios calibrados com pesquisas locais no Paraguai e foram validadas as ferramentas de Agricultura de Precisão do Sistema através de um estudo de caso realizado com um talhão e um produtor do Paraguai, determinando variabilidade espacial em atributos de solos, assim também se realizou um tutorial do funcionamento das mudanças atingidas para uso no país com suas respectivas adaptações no sistema visando a sua aplicação na agricultura paraguaia.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-10-25Bitstream added on 2014-06-13T20:42:18Z : No. of bitstreams: 1 salvador_a_dr_botfca.pdf: 1280062 bytes, checksum: 411b4dc443e64803149f8b1535085870 (MD5) / Os fatores que afetam a produtividade das culturas apresentam variabilidade espacial e temporal nas áreas de produção e estão associados a variações no vigor das plantas. Esta variabilidade permite a identificação de zonas de manejo e tratamento localizado de diferentes regiões dentro do campo. A finalidade deste estudo foi o uso de imagens aéreas multiespectrais na identificação de zonas de manejo e sua implicação na aplicação localizada de insumos em área de produção comercial de algodão. Para tal, imagens aéreas multiespectrais de três anos foram usadas para a geração de classes de vegetação, pelo índice de vegetação com diferença normalizada (NDVI), que dividiram a área em três regiões. Nestas regiões foram amostrados os atributos físicos das plantas de algodão para verificar a existência de diferenças entre as plantas encontradas em cada região e com isso identificar zonas de manejo. Os atributos físicos das plantas de algodão (estande, altura, número total de nós e número total de maçãs por planta) foram amostrados em 8 repetições com 10 plantas por classe de NDVI. A avaliação estatística dos atributos amostrados foi realizada pelo delineamento em parcelas subdivididas com teste de Tukey a 5% de probabilidade. As imagens foram reclassificadas em cinco classes de NDVI para avaliar as implicações dos resultados obtidos a campo sobre a localização dos pontos de amostragens dos atributos físicos das plantas de algodão. As classes de NDVI dos vários anos foram sobrepostas para avaliação das áreas de estabilidade e de transição das imagens e verificar a estabilidade das zonas de manejo no tempo e no espaço. A avaliação da implicação do uso das zonas de manejo na 2 aplicação localizada de insumos foi realizada pelo cálculo da porcentagem de acerto e erro entre a localização das classes de NDVI utilizadas...

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:33:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-05-16Bitstream added on 2014-06-13T20:24:45Z : No. of bitstreams: 1 santos_rs_dr_rcla.pdf: 2486506 bytes, checksum: 6e5457315f1e93a1d96f1e76d8df57f0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho tem por objetivo desvendar e identificar as implicações espaciais e territoriais do progresso técnico-científico sobre o geossistema e quais as contribuições (e as não contribuições) que as políticas públicas de investimento (posteriormente a 1970) proporcionaram ao processo de ocupação territorial na microrregião de Rondonópolis-MT; aferir a efetiva intencionalidade ou não dos atores sociais (poder público e burguesia do agronegócio) no desencadeamento do processo de artificialização e ideologização da natureza; identificar como as políticas públicas de investimentos desenharam a organização territorial e a espacialização da microrregião no seio da acumulação capitalista, a partir da introdução do progresso técnico-científico na agropecuária; apontar a postura política dos atores sociais locais (burguesia do agronegócio e poder público) e o papel do Estado na gestão do território microrregiona frente à natureza e como os atores sociais se articulam politicamente para estabelecer a criação de um espaço racional compatível com a mais-valia. / The present work has as aim to unveil and identify territorial and spatial implications of technical - scientific progress about the geosystem and which contributions (and non-contributions) that public policy of investments (subsequently 1970) provided to territorial occupation process in the Rondonópolis microregion - MT; gauge to effective intention or not of social actors (public power and agribusiness bourgeoise, in the unleashing of artificialization and ideologization process nature; identify as public policy of investments drew the territorial, spatialization organization of microregion in the bosom of capitalist acummulation, from the introduction of technical - scientific progress in the cattle - raising: aim to policy posture of local social actors (agribusiness middle class and public power) and the role of state in the microregion territory gestion front to nature and as social actor articulate themselves politically to stablish the criation of a compatible racional space with the most value.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-06-12Bitstream added on 2014-06-13T21:06:50Z : No. of bitstreams: 1 souza_ck_dr_jabo.pdf: 545455 bytes, checksum: c75e733ce3cac410badbd40e2064934c (MD5) / Unincor-Univ. Vale do Rio Verde / O objetivo deste trabalho é avaliar a distribuição espacial de atributos do solo e produtividade da cultura do café em áreas com diferentes sistemas de manejo: sistema convencional e sistema orgânico, visando à definição de zonas específicas de manejo. Foram feitas amostragens de solos em espaçamento regulares de 15m na transeção e 16m entre transeções em profundidade de 0-20cm. Determinaram-se matéria orgânica, fósforo, potássio, soma de base, capacidade de troca de cátions, saturação por bases, boro, cobre, ferro, manganês, zinco e produção da cultura nas safras 2003/2004 e 2004/2005. Para cada um dos atributos do solo estudados e produtividade da cultura, foi obtido os parâmetros da estatística descritiva, os semivariogramas e mapas de isovalores. Os valores médios, para a maioria dos atributos analisados, foram encontrados no sistema orgânico. O sistema convencional apresentou as maiores variabilidades dos dados expressas pelos maiores valores de coeficiente de variação. Os menores alcances, para a maioria dos atributos, foram observados no sistema convencional. A partir dos mapas de isovalores foi possível visualizar a distribuição espacial dos níveis de fertilidades do solo, sugerindo manejo diferenciado para cada área. Portanto, o estudo da variabilidade espacial dos atributos do solo e produção da cultura associado aos mapas de isovalores, auxiliam na caracterização e diferenciação de zonas específicas de manejo. / The objective of this work is to evaluate the space distribution of attributes of the soil and productivity of coffee in areas with different systems of handling: conventional system transistion and organic system. Ground samplings had been made in 25m in the transect and 16m between transect in the depth of 020cm. Determined organic substance, match, potassium, addition of base, capacity of exchange of cátions, saturation for bases, boron, has covered, iron, manganese, zinc and production in harvests 2003/2004 and 2004/2005. For each one of the attributes of the soil studied and productivity, had been gotten the descriptive statistics, and maps using the method of interpolation for krigagem. The average values, for the majority of the analyzed attributes, had been found in the organic system. The conventional system presented the biggest express variabilities for the biggest values of CV. The minors you reach had been observed in the conventional system indicating bigger space dependence, for ali the attributes of the soil and productivity. From the maps was possible to visualize areas with differentiated behavior, suggesting handling located for each area. Therefore, the study of the space variability of the attributes of soil and production associated with the maps, they assist in the characterization of areas that need differentiated handling.

Este trabalho analisa as possibilidades de aplicação de redes de sensores sem-fio na agricultura, dentro do contexto da agricultura de precisão. É feita uma revisão bibliográfica genérica sobre redes de sensores sem-fio e específica sobre aplicação em agricultura. Oportunidades para aplicação real de redes de sensores neste ambiente são identificadas e caracterizadas. Uma investigação aprofundada do espaço de projeto de redes de sensores é apresentada. Com base em trabalhos publicados, é feita uma proposta de dimensões de espaço de projeto, como forma de caracterizar diferentes redes. Diversos trabalhos publicados são analisados através das dimensões propostas. Os requisitos para redes para uso agrícola são delineados e caracterizados nas dimensões de projeto. Em um segundo momento, a partir das dimensões propostas, é elaborado um modelo matemático para o funcionamento de redes de sensores. Este modelo permite explorar de forma rápida todas dimensões do espaço de projeto, verificando o impacto global na rede de decisões locais na implementação dos nós. Uma rede experimental foi implementada, sendo caracterizada segundo o modelo e posteriormente testada em condições próximas às reais de uso. Esta rede permitiu a obtenção de dados reais, auxiliou na identificação de oportunidade para uso em agricultura e contribuiu na analise de desempenho do modelo proposto. / This paper analyzes wireless sensor networks application possibilities in precision agriculture. A generic bibliographic review in the domain is done as well as a specific review about applications in agriculture. Real application opportunities in this domain were identified and characterized A deep investigation on wireless sensor networks design space is presented. A proposition of design space dimensions to characterize different networks is made based on published papers. Some previous works are analyzed using the proposed design dimensions. Requirements to the networks targeting agricultural use are delimited and characterized in these design dimensions. In a second moment a mathematical model to wireless sensor networks is proposed based on the design space dimensions. This model allows rapid design space exploration and also the verification of network impact of local node implementation decisions. A WSN was implemented and submitted to application tests. It was characterized according to the proposed model and also tested in conditions similar to the real ones. The experimental WSN allowed real data collection, helped to identified application opportunities in agriculture and contributed to analyze the behavior of the proposed model.

Master of Agribusiness / Agricultural Economics / Terry Griffin / Agricultural runoff containing phosphorus is believed to be a major contributor of algae blooms in the Western Lake Erie Basin. However, the implementation of best management practices (BMPs) can be used to help reduce the runoff of phosphorus. This research involved conducting surveys to analyze the current implementation of BMPs in Michigan and Indiana. The hypothesis is that the survey results are similar between the two states. An additional hypothesis is that the Michigan and Indiana results are similar to results from two other studies that were previously conducted. The results from this research generally support the hypothesis that a similar number of farmers in Michigan and Indiana are already implementing best management practices on their farms. In addition to the results being similar across Michigan and Indiana, there is also some evidence that shows that the results are similar to studies from the Ohio State University (LaBarge and Prochaska 2014), CropLife magazine (Erickson and Widmar 2015) and NRCS (U.S. Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service 2016); however upon further investigation there are distinct differences before and after media mentions of ramifications from the Lake Erie algal blooms. While it is difficult to force farmers to implement BMPs, the results of this study may help to educate them, which may cause them to add these practices to their operations.