Avaliação de um sensor NPK de baixo custo

Abstract

O uso de sensores no monitoramento de características do solo tem se expandido devido ao potencial de fornecer informações rápidas, reduzir custos com análises laboratoriais e auxiliar na tomada de decisão em atividades agrícolas. Entretanto, para que as informações fornecidas por esses sensores sejam consideradas confiáveis, é necessário submetê-lo ao processo de avaliação, que permite comprovar sua precisão e aplicabilidade em diferentes condições. Este trabalho teve como objetivo avaliar um sensor de baixo custo para medição de umidade, pH, condutividade elétrica, e teores de nitrogênio, fósforo e potássio do solo. Para isso, comparou- se, em umidades distintas, as leituras fornecidas pelo sensor com os métodos laboratoriais de referência, utilizando amostras de 28 solos com diferentes características físicas e químicas. Para a umidade, realizou-se a comparação entre as medições do sensor e a umidade estimada em laboratório, enquanto as demais características do solo foram avaliadas por meio de análises químicas obtidas em laboratório. Os resultados mostraram que o comportamento entre a umidade medida pelo sensor e a umidade estimada não apresentou relação linear, indicando que o sensor não é capaz de estimar essa característica do solo diretamente. Apesar disso, foi possível observar que as medições acompanharam a variação da umidade real do solo. Também se verificou que houve influência da textura do solo nas medições do sensor. As leituras de pH, condutividade elétrica, nitrogênio, fósforo e potássio também foram fortemente dependentes da umidade do solo. O pH apresentou correlação moderada com os valores laboratoriais, indicando capacidade limitada de representar as variações dessa característica. Para a condutividade elétrica e o nitrogênio, não foi possível realizar uma avaliação direta devido à ausência de características laboratoriais equivalentes para comparação, embora a condutividade elétrica tenha apresentado associações com características relacionadas à fertilidade do solo. Já para fósforo e potássio, determinados pelo método Mehlich-1, as correlações encontradas evidenciaram limitações na capacidade do sensor em quantificar esses nutrientes de forma precisa. Na análise de correlação entre as características medidas pelo sensor, observou-se uma correlação perfeita entre a condutividade elétrica e os teores de nitrogênio, fósforo e potássio, isso indica que essas características estão relacionados e são dependentes entre si, sugerindo que não são medidas de forma isolada, mas calculadas a partir de uma relação matemática comum entre eles. Conclui-se, portanto, que o sensor NPKPHCTH-S CoWintTop apresenta limitações relevantes que comprometem sua aplicabilidade prática, uma vez que suas leituras são fortemente influenciadas pela umidade e pela textura do solo, e que os teores de nitrogênio, fósforo e potássio não são determinados de forma independente, mas estimados a partir da condutividade elétrica. Dessa forma, o sensor não demonstrou precisão e confiabilidade suficientes para substituir os métodos laboratoriais convencionais na avaliação da fertilidade do solo. Palavras-chaves: Sensores de resposta rápida; Agricultura de precisão; Fertilidade do Solo.

The use of sensors to monitor soil characteristics has been expanding due to their potential to provide rapid information, reduce costs associated with laboratory analyses, and aid in decision- making for agricultural activities. However, for the information provided by these sensors to be considered reliable, they must undergo an evaluation process to verify their accuracy and applicability under different conditions. The objective of this study was to evaluate a low-cost sensor for measuring soil moisture, pH, electrical conductivity, and nitrogen, phosphorus, and potassium content. To this end, the sensor’s readings were compared with reference laboratory methods at different moisture levels, using samples from 28 soils with different physical and chemical characteristics. For moisture content, a comparison was made between the sensor’s measurements and the moisture content estimated in the laboratory, while the other soil characteristics were evaluated through chemical analyses obtained in the laboratory. The results showed that the relationship between the moisture content measured by the sensor and the estimated moisture content was not linear, indicating that the sensor is not capable of directly estimating this soil characteristic. Despite this, it was observed that the sensor readings tracked variations in actual soil moisture. It was also found that soil texture influenced the sensor measurements. Readings for pH, electrical conductivity, nitrogen, phosphorus, and potassium were also strongly dependent on soil moisture. pH showed a moderate correlation with laboratory values, indicating a limited ability to represent variations in this characteristic. For electrical conductivity and nitrogen, a direct assessment was not possible due to the absence of equivalent laboratory characteristics for comparison, although electrical conductivity showed associations with characteristics related to soil fertility. As for phosphorus and potassium, determined by the Mehlich-1 method, the correlations found highlighted limitations in the sensor’s ability to quantify these nutrients accurately. In the correlation analysis of the characteristics measured by the sensor, a perfect correlation was observed between electrical conductivity and the levels of nitrogen, phosphorus, and potassium. This indicates that these characteristics are interrelated and interdependent, suggesting that they are not measured in isolation but are calculated based on a common mathematical relationship among them. It is therefore concluded that the CoWintTop NPKPHCTH-S sensor has significant limitations that compromise its practical applicability, since its readings are strongly influenced by soil moisture and texture, and the nitrogen, phosphorus, and potassium contents are not determined independently but are estimated based on electrical conductivity. Thus, the sensor did not demonstrate sufficient accuracy and reliability to replace conventional laboratory methods in assessing soil fertility. Keywords: Rapid-response sensors; Precision agriculture; Soil fertility.