tese
Digital soil mapping: evaluation of sampling systems for soil surveys and refinement of soil maps at lower cost using legacy data
Mapeamento digital de solos: avaliação de sistemas de amostragem em levantamentos de solos e refinamento de mapas de solos existentes usando dados legados a baixo custo
Registro en:
SILVA, S. H. G. Digital soil mapping: evaluation of sampling systems for soil surveys and refinement of soil maps at lower cost using legacy data. 2016. 104 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2016.
Autor
Silva, Sérgio Henrique Godinho
Institución
Resumen
In soil surveys, several sampling systems can be used to define the most
representative sites for sample collection and description of soil profiles. In
recent years, the conditioned Latin hypercube sampling system has gained
prominence for soil surveys. In Brazil, most of the soil maps are at small scales
and in paper format, which hinders their refinement. The objectives of this work
include: (i) to compare two sampling systems by conditioned Latin hypercube to
map soil classes and soil properties; (II) to retrieve information from a detailed
scale soil map of a pilot watershed for its refinement, comparing two data
mining tools, and validation of the new soil map; and (III) to create and validate
a soil map of a much larger and similar area from the extrapolation of
information extracted from the existing soil map. Two sampling systems were
created by conditioned Latin hypercube and by the cost-constrained conditioned
Latin hypercube. At each prospection place, soil classification and measurement
of the A horizon thickness were performed. Maps were generated and validated
for each sampling system, comparing the efficiency of these methods. The
conditioned Latin hypercube captured greater variability of soils and properties
than the cost-constrained conditioned Latin hypercube, despite the former
provided greater difficulty in field work. The conditioned Latin hypercube can
capture greater soil variability and the cost-constrained conditioned Latin
hypercube presents great potential for use in soil surveys, especially in areas of
difficult access. From an existing detailed scale soil map of a pilot watershed,
topographical information for each soil class was extracted from a Digital
Elevation Model and its derivatives, by two data mining tools. Maps were
generated using each tool. The more accurate of these tools was used for
extrapolation of soil information for a much larger and similar area and the
generated map was validated. It was possible to retrieve the existing soil map
information and apply it on a larger area containing similar soil forming factors,
at much low financial cost. The KnowledgeMiner tool for data mining, and
ArcSIE, used to create the soil map, presented better results and enabled the use
of existing soil map to extract soil information and its application in similar
larger areas at reduced costs, which is especially important in development
countries with limited financial resources for such activities, such as Brazil. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Em levantamentos de solos, diversos sistemas de amostragem podem ser
empregados para a definição dos locais mais representativos para coleta de
amostras e descrição de perfis. Nos últimos anos, o hipercubo latino
condicionado tem ganhado destaque como sistema de amostragem em
levantamentos de solos. No Brasil, a maioria dos mapas contém escalas menores
e está em formato impresso, o que dificulta o seu refinamento. Os objetivos
deste trabalho contemplam: (I) comparar dois sistemas de amostragem pelo
hipercubo latino condicionado para mapear classes e atributos de solos; (II)
resgatar informações de mapa de solos detalhado de sub-bacia hidrográfica
piloto para o seu refinamento, comparando-se duas ferramentas de mineração de
dados, e validação do novo mapa de solos; e (III) criar e validar um mapa de
solos de área maior e similar a partir da extrapolação das informações extraídas
do mapa de solos existente. Foram criados dois sistemas de amostragem pelo
hipercubo latino condicionado e pelo hipercubo latino condicionado restrito pelo
custo. Em cada local de prospecção, foram realizadas a classificação do solo e
mensurada a espessura do horizonte A. Mapas foram gerados e validados para
cada sistema de amostragem, comparando-se a eficiência desses métodos. O
sistema do hipercubo latino condicionado capturou maior variabilidade de solos
e atributos que o sistema restrito pelo custo, apesar daquele ter proporcionado
maior dificuldade nos trabalhos de campo. O hipercubo latino condicionado
padrão consegue capturar maior variabilidade dos solos da área de interesse e o
hipercubo latino condicionado restrito pelo custo apresenta grande potencial
para uso em levantamentos de solos, principalmente em áreas de difícil acesso.
A partir de um mapa de solos em escala detalhada existente para uma sub-bacia
hidrográfica piloto, foram extraídas as informações topográficas de cada classe
de solo, a partir de um Modelo Digital de Elevação e seus derivados, por
ferramentas de mineração de dados. Mapas foram gerados utilizando-se cada
metodologia. A melhor delas foi utilizada para extrapolação de informações de
solos para a área muito maior e similar e o mapa gerado foi validado. Foi
possível recuperar informações do mapa de solos existente e aplicá-las em área
maior, que apresenta fatores de formação do solo semelhantes, a mais baixo
custo financeiro. A ferramenta KnowledgeMiner, para mineração de dados, e o
ArcSIE, para criar o mapa de solos, apresentaram melhores resultados e
possibilitaram o uso de mapa de solos existente para extrair informações de
solos e aplicá-las em áreas maiores, com baixo custo financeiro, o que é
importante principalmente em países em desenvolvimento com escassez de
recursos para tais atividades, como o Brasil.