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ORCID:  http://orcid.org/0009-0002-2432-8142
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Detecção de fósforo foliar na cultura da batata através de imagens multiespectrais
Alternate title (s): Detection of foliar phosphorus in potato crops using multispectral imaging.
Author: Oliveira, Eduardo Tagliati de
First Advisor: Castoldi, Renata
First coorientator: Martins, George Deroco
First member of the Committee: Castoldi, Renata
Second member of the Committee: Almeida, Cinara Xavier de
Third member of the Committee: Charlo, Hamilton César de Oliveira
Summary: O fósforo é um nutriente essencial ao desenvolvimento da cultura da batata (Solanum tuberosum L.), porém nos solos agrícolas há baixa disponibilidade natural, exigindo aplicações recorrentes. Frente ao cenário de esgotamento de reservas minerais e à necessidade de uma agricultura de precisão, o diagnóstico rápido e não destrutivo do teor foliar desse nutriente torna-se necessário, a fim de reduzir desperdícios, evitar impactos ambientais e maximizar a eficiência produtiva. Dessa forma, o presente trabalho objetivou avaliar a viabilidade do uso de imagens multiespectrais a partir da câmara Survey 3 da MAPIR, obtidas por sensoriamento remoto, para a estimativa do teor foliar de fósforo em plantas de batata. Visando promover variabilidade de dados, um experimento foi conduzido em casa de vegetação, em vasos de 13 litros, no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro – Campus de Uberaba (IFTM), em delineamento de blocos casualizados, composto por oito tratamentos e 40 repetições. Os tratamentos consistiram em doses crescentes de P₂O₅ (0; 50; 100; 200; 400; 800; 1.600 e 3.200 kg ha⁻¹), totalizando 320 vasos, sendo cada vaso considerado como uma unidade experimental. No início da tuberização, foram capturadas imagens multiespectrais de todas as plantas, utilizando-se para isto a câmara Survey 3 da MAPIR. Logo após a obtenção das imagens, foram coletadas amostras foliares para determinação do teor de fósforo. De posse de todos os dados, calcularam-se os seguintes índices de vegetação: índice da diferença normalizada (NDVI), índice de vegetação por diferença normalizada do verde (GNDVI), índice de vegetação verde vermelho (GRVI). Modelos de regressão linear e métodos de aprendizado de máquina (Random Forest, Multilayer Perceptron e SMOreg) foram empregados para testar a capacidade preditiva dos índices e bandas combinados. Observou-se correlação inversa significativa entre o NDVI e o teor foliar de fósforo (r = –0,71), explicada fisiologicamente pelo efeito de diluição nutricional. O algoritmo Random Forest apresentou o melhor desempenho (RMSE relativo de 19,01%), destacando-se entre os métodos avaliados por integrar múltiplos atributos espectrais. A combinação de variáveis multiespectrais permitiu ganhos significativos de precisão na predição do fósforo em relação a abordagens univariadas, ampliando a robustez dos resultados para cenários reais. Os achados reforçam o NDVI como o principal indicador, mas evidenciam o valor agregado da integração multiespectral aliada ao aprendizado de máquina para o diagnóstico nutricional da batata em sistemas de agricultura de precisão.
Abstract: Phosphorus is an essential nutrient for the development of potato crops (Solanum tuberosum L.); however, its natural availability in agricultural soils is low, requiring frequente applications. Given the scenario of depleting mineral reserves and the need for precision agriculture, a rapid and non-destructive diagnosis of leaf phosphorus content becomes necessary to reduce waste, avoid environmental impacts, and maximize production efficiency. Therefore, this study aimed to evaluate the feasibility of using multispectral images obtained through remote sensing with the MAPIR Survey 3 camera to estimate leaf phosphorus contente in potato plants. To generate data variability, an experiment was conducted in a greenhouse using 13-liter pots at the Federal Institute of Education, Science and Technology of the Triângulo Mineiro – Uberaba Campus (IFTM), in a randomized block design with eight treatments and 40 replications. The treatments consisted of increasing doses of P₂O₅ (0, 50, 100, 200, 400, 800, 1,600, and 3,200 kg ha⁻¹), totaling 320 pots, each considered an experimental unit. At the onset of tuberization, multispectral images of all plants were captured using the MAPIR Survey 3 camera. Immediately after imaging, leaf samples were collected to determine phosphorus content. Using the complete dataset, the following vegetation indices were calculated: normalized difference vegetation index (NDVI), green normalized difference vegetation index (GNDVI), and green–red vegetation index (GRVI). Linear regression models and machine learning methods (Random Forest, Multilayer Perceptron, and SMOreg) were employed to test the predictive ability of the indices and combined spectral bands. A significant inverse correlation was observed between NDVI and leaf phosphorus content (r = –0.71), physiologically explained by the nutritional dilution effect. The Random Forest algorithm showed the best performance (relative RMSE of 19.01%), standing out among the evaluated methods for its ability to integrate multiple spectral attributes. The combination of multispectral variables yielded significant gains in accuracy for phosphorus prediction when compared to univariate approaches, enhancing the robustness of the results for real-world scenarios. The findings reinforce NDVI as the primary indicator but also highlight the added value of multispectral integration coupled with machine learning for nutritional diagnosis of potato crops in precision agriculture systems.
Keywords: Solanum tuberosum L.
Sensoriamento remoto
Aprendizado de máquina
Índices de vegetação
Agronomia
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA
Subject: Agronomia
Sensoriamento remoto
Batata - Melhoramento genético
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Agricultura e Informações Geoespaciais
Quote: OLIVEIRA, Eduardo Tagliati de. Detecção de fósforo foliar na cultura da batata através de imagens multiespectrais. 2025. 62 f. Dissertação (Mestrado em Agricultura e Informações Geoespaciais) - Universidade Federal de Uberlândia, Monte Carmelo, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.674.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.674
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/47917
Date of defense: 18-Nov-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 2. Fome zero e agricultura sustentável - Acabar com a fome, alcançar a segurança alimentar e melhoria da nutrição e promover a agricultura sustentável.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Agricultura e Informações Geoespaciais (Monte Carmelo)

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