Biblioteca espectral del suelo en infrarrojo cercano (NIR) que utiliza el analizador NIR portátil NeoSpectra de Si/Ware

Resumen:

La información actualizada sobre las propiedades del suelo y la capacidad de rastrear los cambios en las propiedades del suelo a lo largo del tiempo son fundamentales para mejorar las múltiples decisiones sobre la seguridad del suelo a diversas escalas, que van desde la elaboración de modelos y políticas sobre el cambio climático global hasta la planificación ambiental y de desarrollo a nivel nacional y la gestión de los recursos a nivel agrícola y de campo. La espectroscopia infrarroja de reflectancia difusa se ha convertido en una herramienta de laboratorio indispensable para la estimación rápida de numerosas propiedades del suelo, con el fin de respaldar diversas aplicaciones de cartografía, monitoreo y análisis del suelo. Los avances recientes en la tecnología de hardware han permitido el desarrollo de sensores portátiles con especificaciones de rendimiento similares a las de los espectrómetros de infrarrojo cercano (NIR) de laboratorio. En este caso, hemos compilado una biblioteca espectral NIR portátil (1350/2550 nm) utilizando el analizador NIR portátil NeoSpectra desarrollado por Si/Ware. Cada escáner está equipado con la tecnología Fourier/Transform, basada en la técnica de fabricación de sistemas microelectromecánicos (MEMS) de semiconductores, lo que promete precisión y uniformidad entre los dispositivos. Esta biblioteca incluye 2.106 muestras distintas de suelo mineral escaneadas en 9 de estos espectrómetros NIR portátiles de bajo costo (indicados con el número de serie). Se seleccionaron 2.016 de estas muestras de suelo para representar la diversidad de suelos minerales que se encuentran en los Estados Unidos, y se seleccionaron 90 muestras en Ghana, Kenia y Nigeria. El Centro de Investigación Climática Woodwell seleccionó y escaneó 519 de las muestras estadounidenses. Estas muestras se consultaron en los archivos de suelos NSSC/KSSL del NRCS del USDA por tener un conjunto completo de ocho propiedades medidas (TC, OC, TN, CEC, pH, arcilla, arena y limo). Se estratificaron según el horizonte principal y el orden taxonómico, omitiendo las categorías con menos de 500 muestras. Luego, se seleccionó al azar el tres por ciento de cada estrato (es decir, una combinación del horizonte principal y el orden taxonómico) como el último subconjunto obtenido del archivo físico de suelos de la KSSL en forma de muestras tamizadas de 2 mm. Las 1604 muestras estadounidenses restantes fueron consultadas en los archivos de suelos NRCS NSSC/KSSL del USDA por la Universidad de Nebraska/Lincoln para cumplir con los siguientes criterios: profundidad inferior <= 30 cm, rango de pH de 4,0 a 9,5, carbono orgánico < 10%, límites de detección superiores a los inferiores, muestras físicas reales disponibles en el archivo, muestras recolectadas y analizadas a partir de 2001, muestras con análisis completos de propiedades de alta prioridad (arena, limo, arcilla, CEC) C, Ca intercambiable, Mg intercambiable, K intercambiable, Na, CaCO3, OC, TN intercambiables) y MIR escaneados. Todas las muestras se escanearon en seco y se tamizaron 2 mm. Se agregaron aproximadamente 20 g de muestra a un bote de pesaje de plástico donde se colocaría el escáner NeoSpectra para que entrara en contacto directo con la superficie del suelo. El escáner se movió suavemente por la superficie de la muestra mientras se tomaban 6 réplicas de escaneos. Luego, estas réplicas se promediaron para que hubiera un espectro por muestra por escáner en la base de datos resultante. El repositorio contiene: Neospectra_database_column_names.csv: describe las variables (columnas) de los datos del sitio y del suelo, y el rango de los espectros NIR y MIR. Tanto NeoSpectra_WoodwellKSSL_AVG como NeoSpectra_WoodwellKSSL_REPS comparten las mismas columnas. El CSV se compone del nombre del archivo, el nombre de la columna, el tipo, el ejemplo y la descripción con la unidad de medida. Neospectra_project_summary.txt: el resumen del proyecto con el propósito, el origen de las muestras de suelo, la instrumentación y un breve POE. Neospectra_WoodwellKSSL_avg_MIR.csv: la lista de espectros MIR equivalentes de muestras de neoespectros extraída de la base de datos KSSL y formateada según las especificaciones del OSSL. neospectra_woodwellKSSL_AVG_soil+site+NIR.csv: suelo, sitio y NIR de Neospectra. Cada fila contiene los espectros promediados de un escáner y una muestra de suelo determinados (1 espectro por escáner por muestra de suelo). La información del suelo y del sitio se rellena en la misma muestra de suelo. Neospectra_WoodwellKSSL_REPS_SOIL+SITE+NIR.csv: suelo, sitio y NIR de Neospectra. Cada fila contiene un espectro replicado de un escáner determinado (6 repeticiones por escáner por muestra de suelo). La información del suelo y del sitio se rellena en la misma muestra de suelo.