Uma inovação brasileira promete transformar a forma como se calcula o
Combinando técnica fotônica e modelo de aprendizado de máquina, o método estima a densidade aparente do solo e o teor de carbono. A solução é adequada para aplicações de campo em larga escala, como na agricultura de precisão e monitoramento ambiental. A técnica é embasada na espectroscopia de emissão por plasma induzido por laser (LIBS, na sigla em inglês), e substitui, em uma única análise, medições separadas de densidade aparente e a concentração de carbono.
Para superar os desafios de métodos tradicionais, como o anel volumétrico, que requer amostras não perturbadas ou indeformadas e impõe etapas longas de coleta e preparo, o pesquisador Paulino Ribeiro Villas-Boas, em coautoria com Ladislau Martin Neto e Débora Milori, desenvolveram um modelo baseado em LIBS para estimativa eficiente e econômica da densidade aparente e do estoque de carbono no solo.
O método já está com pedido de patente depositado no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) e em processo de licenciamento junto ao setor privado. A solução tecnológica será apresentada no Simpósio Nacional de Instrumentação Agropecuária (Siagro), que será realizado de 14 a 16 de outubro, em São Carlos (SP).
Método une eficiência, rapidez e economia
Segundo Villas-Boas, o método proposto emprega modelos de regressão de aprendizado de máquina calibrados com espectros LIBS de amostras de solo com densidade aparente e concentração de carbono conhecidas. “Treinamos e avaliamos o modelo usando um conjunto de 880 amostras diversas de solo brasileiro, divididas aleatoriamente em 70% para treinamento e 30% para teste”, contou.
As amostras foram coletadas em experimentos de campo de longa duração, em instituições de pesquisa, propriedades agrícolas e áreas de floresta nativa, com maior representatividade dos biomas Cerrado e Mata Atlântica. As coletas ocorreram em trincheiras de 0 a 100 cm de profundidade, para captar variações de matéria orgânica da superfície ao subsolo.
“O método desenvolvido estima não apenas a densidade aparente do solo, como também o teor de carbono, o que permite calcular o estoque de carbono com uma única análise feita por LIBS. Com a metodologia desenvolvida, o processo de coleta de amostras de solo é facilitado, pois podem ser coletadas amostras deformadas, que sofreram alterações em sua estrutura durante a coleta”, esclareceu o pesquisador.
LIBS requer tratamento mínimo
A espectroscopia de emissão com plasma induzido por laser (LIBS) é uma ferramenta rápida na avaliação de amostras de solo, porque captura características essenciais associadas à densidade aparente e ao teor de carbono. Milori esclareceu que a técnica LIBS consiste em focalizar um pulso de laser de alta energia na superfície da amostra para gerar um microplasma (uma nuvem de átomos, íons e elétrons em alta temperatura). Esse plasma emite uma luz característica que funciona como uma “impressão digital” do material, uma vez que cada elemento químico (como carbono, ferro, cálcio) emite luz em comprimentos de onda específicos.
Segundo a pesquisadora, outra vantagem importante é que a técnica requer um pré-tratamento mínimo da amostra, incluindo remoção de partículas maiores que grãos de areia (gravetos, fragmentos de raízes, folhas e pedras), além de secagem, homogeneização e peletização.
“O espectro LIBS de uma amostra de solo exibe centenas de linhas de emissão correspondentes a elementos comuns do solo, como carbono, silício, alumínio, magnésio, ferro e cálcio. Essas características espectrais, que são influenciadas tanto pela composição elementar quanto pelas propriedades estruturais, desempenham um papel crucial na estimativa da densidade do solo”, detalhou Villas-Boas.
Villas-Boas acrescenta que variações na estrutura e na composição do solo se refletem nos espectros de LIBS, os quais, quando associados a modelos de aprendizado de máquina, permitem estimar a densidade aparente do solo.
