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???metadata.dc.type???: Tese
Title: Mapeamento digital de atributos do solo em áreas remotas sob Floresta Amazônica: um estudo de caso na formação Solimões
Other Titles: Digital mapping of soil attributes in remote areas under the Amazon Forest: a case study in the Solimões formation
???metadata.dc.creator???: Ferreira, Ana Carolina de Souza 
???metadata.dc.contributor.advisor1???: Ceddia, Marcos Bacis
???metadata.dc.contributor.referee1???: Ceddia, Marcos Bacis
???metadata.dc.contributor.referee2???: Pinheiro, Helena Saraiva Koenow
???metadata.dc.contributor.referee3???: Carvalho Junior, Waldir de
???metadata.dc.contributor.referee4???: Costa, Elias Mendes
???metadata.dc.contributor.referee5???: Brandão, Diego Nunes
???metadata.dc.description.resumo???: Atualmente a procura pelo mapeamento digital de solos (MDS) tem crescido consideravelmente nos estudos ambientais. Diante dessas demandas e a falta de informações sobre os solos em escala adequada, é mais que necessário o desenvolvimento de pesquisas, técnicas e métodos que permitam auxiliar no estudo de solos e seus atributos. Este estudo foi divido em dois capítulos, a saber: o primeiro capítulo teve como objetivo avaliar a aplicação de modelos de aprendizagem de máquina (AM) na predição de estoque de carbono do solo a 30cm (SOCS30) e 100cm (SOCS100) de profundidade e no segundo capítulo na predição da composição granulométrica do solo em superfície e subsuperfície. Os objetivos específicos foram: comparar duas formas de distribuição de dataset: área de referência (AR) e área total (AT), avaliar duas categorias de seleção de covariável: "método wrapper" e "seleção prévia de covariável" como etapa de pré-processamento, antes da calibração do AM e avaliar o desempenho de três algoritmos de AM: “Regression Tree” (RT), “Random Forest” (RF) e “Support Vector Machine” (SVM) na modelagem dos atributos do solo. O local do estudo foi dividido em três blocos, denominados blocos Urucu, Araracanga e Juruá. O conjunto de dados consistiu em 120 observações de estoque de carbono e 151 observações de composição granulométrica combinadas com 21 covariáveis (20 covariáveis de relevo e 1 índice derivado da banda P do radar) que foram abordadas em dois datasets diferentes: (AR) e (AT). A similaridade entre a AR e a paisagem dos blocos foi avaliada por meio do índice geral de Gower e a estatística descritiva das covariáveis. Os resultados mostraram que o uso da seleção de covariáveis, combinada com o uso de conjunto de dados da AR, permitiram desenvolver modelos mais precisos para prever a maior parte dos atributos mapeados. De acordo com o índice geral de Gower, a AR possui alta similaridade com os blocos Urucu, Araracanga e Juruá. Entretanto, as estatísticas mostraram que aumentando a distância da AR, algumas covariáveis de relevo são mais diferentes. No primeiro capítulo os modelos de predição desenvolvidos para predizer o SOCS100 apresentaram maior acurácia e transferibilidade do que aqueles desenvolvidos para predizer o SOCS30. O algoritmo RF gerou os mapas mais acurados de SOCS100 para os Blocos de Urucu e Juruá (R2 = 0,70 e 0,51, respectivamente). Os valores de SOCS100 dos mapas gerados para a região do Bloco de Urucu variaram de 3,89 kg C. m-2 a 10,64 kg C .m-2, enquanto para o bloco Juruá variaram de 5,03 kg C. m-2 a 10,42 kg C. m-2. No capítulo 2 o melhor desempenho também foi obtido com o algoritmo RF na predição de silte em superfície e subsuperfície para os Blocos Urucu e Juruá (R2 = 0,58 e 0,52, 0,51 e 0,56 respectivamente). Os valores de silte superficial e subsuperficial dos mapas gerados para a região do Bloco Urucu variaram de 208,97 g kg-1 a 576,68 g kg-1 e 215,32 g kg-1 a 517,06 g kg-1, enquanto para o bloco Juruá variaram de 236,10g kg-1 a 555,70 g kg-1 e 229,83 g kg-1 a 460,56 g kg-1, respectivamente. Apesar da baixa densidade de observação do conjunto de dados disponível, os resultados mostram não só a importância dos algoritmos de AM para mapear os atributos do solo, mas também do uso de conhecimento pedológico especializado gerado em uma AR para apoiar uma seleção de covariáveis antes de calibrar os algoritmos.
Abstract: Currently, the demand for digital soil mapping (DSM) has grown considerably in environmental studies. Faced with these demands and the lack of information on soils on an adequate scale, it is more than necessary to develop research, techniques and methods that help in the study of soils and their attributes. This study was divided into two chapters: The first chapter aimed to evaluate the application of machine learning models (ML) in the prediction of soil carbon stock at 30cm (SOCS30) and 100cm (SOCS100) depth and in the second chapter in the prediction in surface and subsurface the soil texture composition. The specific objectives were; Compare two forms of dataset distribution; reference area (RA) and total area (TA), to evaluate two categories of covariate selection: "wrapper method" and "pre-selection of covariate" as a pre-processing step, before ML calibration, and to evaluate the performance of three ML algorithms: regression tree (RT), random forest (RF) and support vector machine (SVM) in the modeling of soil attributes. The study site was divided into three blocks, called Urucu, Araracanga and Juruá blocks. The dataset consisted of 120 carbon stock observations and 151 particle size composition observations combined with 21 covariates (20 relief covariates and 1 P-band- derived index from radar) that were addressed in the two different datasets: (RA) and (TA). The similarity between the RA and the landscape of the blocks was evaluated using the Gower general index and the descriptive statistics of the covariates. The results showed that the use of the previous covariates selection, combined with the use of an RA dataset, allowed the development of more accurate models to predict most of the attributes studied. According to Gower's general index, the RA has high similarity with the Urucu, Araracanga and Juruá blocks. However, statistics showed that increasing the distance from the RA, some relief covariates are more different. In the first chapter, the prediction models developed to predict SOCS100 showed greater accuracy and transferability than those developed to predict SOCS30. The RF algorithm generated the most accurate SOCS100 maps for the Urucu and Juruá Blocks (R2 = 0.70 and 0.51, respectively). The SOCS100 values of the maps generated for the Urucu Block region ranged from 3.89 kg C. m-2 to 10.64 kg C. m-2, while for the Juruá block they ranged from 5.03 kg C. m -2 to 10.42 kg C. m-2. In chapter 2, the best performance was also obtained with the RF algorithm in the prediction of surface and subsurface silt for the Urucu and Juruá Blocks (R2 = 0.58 and 0.52, 0.51 and 0.56 respectively). The surface and subsurface silt values of the maps generated for the Urucu Block region ranged from 208.97 g kg-1 to 576.68 g kg-1 and 215.32 g kg-1 to 517.06 g kg-1, while for the Juruá block they ranged from 236.10g kg-1 to 555.70 g kg-1 and 229.83 g kg-1 to 460.56 g kg-1, respectively. Despite the low observation density of the available dataset, the results show not only the importance of ML algorithms to map soil attributes, but also the use of specialized pedological knowledge generated in an RA to support a selection of covariates before calibrate the ML algorithms.
Keywords: Aprendizado de máquina
Mapeamento digital de solo
Área de referência
Machine learning
Digital soil mapping
Reference area
???metadata.dc.subject.cnpq???: Agronomia
Language: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
???metadata.dc.publisher.initials???: UFRRJ
???metadata.dc.publisher.department???: Instituto de Agronomia
???metadata.dc.publisher.program???: Programa de Pós-Graduação em Agronomia - Ciência do Solo
Citation: FERREIRA, Ana Carolina de Souza. Mapeamento digital de atributos do solo em áreas remotas sob Floresta Amazônica: um estudo de caso na formação Solimões. 2022. 99 f. Tese (Doutorado em Agronomia - Ciência do Solo) - Instituto de Agronomia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2022.
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
URI: https://tede.ufrrj.br/jspui/handle/jspui/6748
Issue Date: 28-Feb-2022
Appears in Collections:Doutorado em Agronomia - Ciência do Solo

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