XRF na análise de fertilidade de solo

Tiago Rodrigues Tavares, Engenheiro Agrônomo (UFG) e doutorando em Engenharia de Sistemas Agrícolas (ESALQ/USP)

tiagosrt@usp.br

Modernização das análises de fertilidade de solo: XRF como um método rápido e ambientalmente limpo

Os solos brasileiros são predominantemente ácidos e de baixa fertilidade, o que torna necessário o uso de fertilizantes para produção vegetal. Essa necessidade faz o Brasil ser o quarto maior consumidor de fertilizantes do mundo (FAO, 2017), bem como um grande consumidor de análises laboratoriais para a avaliação da fertilidade do solo.

O diagnóstico da fertilidade de solos é crucial para o correto manejo de fertilizantes. Esse entendimento já está consolidado entre grandes e médios produtores brasileiros que determinam a necessidade de adubação em função dos resultados de análises de solo. Porém, esse tipo de suporte não alcança a agricultura familiar. Estima-se que cerca de 4 milhões de amostras de solo são analisadas anualmente por laboratórios brasileiros.

As bases científicas da análise de solos no Brasil foram estabelecidas, em grande medida, a partir de um projeto bem-sucedido conduzido, em meados de 1960, pelo então Instituto de Química Agrícola do Ministério da Agricultura (atualmente parte da Embrapa Solos), em parceria com a Universidade da Carolina do Norte (EUA) e com a participação das mais expressivas instituições de pesquisa do país (Van Raij, 2011).

Embora os métodos tradicionais de análise de solo tenham se apresentado eficientes até então, hoje, novas questões têm pressionado a comunidade acadêmica a buscar alternativas para a modernização desses métodos. Isso é necessário por uma série de fatores, tais como: (i) redução ou eliminação do uso de reagentes químicos de potencial risco ambiental (ex., dicromato e ácidos) que ainda são empregados em algumas análises; (ii) simplificação de procedimentos analíticos para acelerar as rotinas de análise dentro dos laboratórios, que já começam a ser um gargalo em momentos de grande demanda por análise (ex., meses de entressafra); (iii) bem como viabilização de procedimentos de análise in situ (ex., com equipamentos embarcados em máquinas agrícolas), o que promoveria melhor gestão da variabilidade espacial da fertilidade do solo em talhões agrícolas via abordagens de Agricultura de Precisão.

Neste contexto, sensores com o princípio de funcionamento compatível com a análise direta de sólidos, como a espectrometria de fluorescência de raios X (XRF), espectrometria de absorção molecular nas faixas visível e infravermelho próximo, espectrometria de emissão ótica induzida por laser, entre outros, são considerados alternativas promissoras para a modernização dos métodos de análise de solo de forma não-destrutiva.

Dentre as técnicas mencionadas acima, a XRF tem recebido destaque nos últimos anos em função do bom desempenho de predição, como nos métodos desenvolvidos por Lima et al., 2019; Andrade et al., 2020; Tavares et al., 2021. A XRF permite a determinação da presença e concentração de diferentes elementos presentes nas amostras de solo. Para seu uso como um método de diagnóstico da fertilidade de solos, a informação relacionada à constituição elementar da amostra é modelada usando métodos estatísticos multivariados e, em seguida, convertida em atributos de fertilidade.

Figura 1. Esquema geral da análise de XRF em amostras de solo.

É importante mencionar que essa aplicação do XRF está em seu estágio inicial de desenvolvimento e, portanto, ainda não é comercial. Pesquisas brasileiras, conduzidas pela Universidade de São Paulo e Universidade Federal de Lavras, são pioneiras e tem avançado na aplicação da técnica.

O desenvolvimento de um método robusto baseado em XRF que permita a diagnose de parâmetros de fertilidade ainda requer: (i) desenvolvimento de bancos de dados espectrais compatíveis com as regionalidades que podem afetar o desempenho dos sensores; (ii) busca da melhor estratégia de modelagem preditiva considerando grandes conjuntos de dados; (iii) entendimento dos fatores limitantes do desempenho, bem como desenvolvimento de estratégias para sua mitigação.

Por fim, destaco que, pelo menos em um primeiro momento, a proposta de desenvolvimento do XRF como um método alternativo de análise de solo não visa a substituição dos métodos tradicionais, mas sim, viabilizar procedimentos analíticos mais ágeis, baratos e ambientalmente mais amigáveis. Nesse contexto, a Agricultura de Precisão poderá e aumentar a densidade de amostras analisadas sem depender exclusivamente das análises de solo tradicionais. E, o ganho para a comunidade agrícola em geral será a disponibilização de análises de solo mais sustentáveis (com uso reduzido de reagentes), mais rápidas e, possivelmente mais baratas.

Referências:

Andrade, R.; Faria, W.M.; Silva, S.H.G.; Chakraborty, S.; Weindorf, D.C.; Mesquita, L.F.; Guilherme, L.R.G.; Curi, N. Prediction of soil fertility via portable X-ray fluorescence (pXRF) spectrometry and soil texture in the Brazilian Coastal Plains. Geoderma 2020, 357, 113960, doi:10.1016/j.geoderma.2019.113960.

FAO. World Fertilizer Trends and Outlook to 2020; Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO): Rome, Italy, 2017.

Lima, T.M.; Weindorf, D.C.; Curi, N.; Guilherme, L.R.; Lana, R.M.; Ribeiro, B.T. Elemental analysis of Cerrado agricultural soils via portable X-ray fluorescence spectrometry: Inferences for soil fertility assessment. Geoderma 2019, 353, 264–272, doi:10.1016/j.geoderma.2019.06.045.

Molin, J.P. and Tavares, T.R., 2019. Sensor systems for mapping soil fertility attributes: Challenges, advances, and perspectives in Brazilian tropical soils. Engenharia Agrícola, 39, pp.126-147.

Tavares, T.R.; Molin, J.P.; Javadi, S.H.; Carvalho, H.W.P.D.; Mouazen, A.M. Combined Use of Vis-NIR and XRF Sensors for Tropical Soil Fertility Analysis: Assessing Different Data Fusion Approaches. Sensors 2021, 21(1), p.148, doi: 10.3390/s21010148.

Van Raij, B. Fertilidade do Solo e Manejo de Nutrientes; International Plant Nutrition Institute (IPNI): Piracicaba, São Paulo, Brazil, 2011; p. 420.