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O solo, esta fina camada da superfície da Terra composta por substâncias inorgânicas e orgânicas, é o principal recurso natural para produção de alimentos, fibras e bioenergia, além de desempenhar papel importante nos ecossistemas e na regulação do clima global. É formado por diversos componentes sólidos (minerais, orgânicos), líquidos e gasosos, que interagem entre si e com o ambiente externo. Por isso, além de garantir a produção, provém serviços ambientais como estoque de carbono, ciclagem de nutrientes, infiltração e armazenamento de água, e abrigo da biodiversidade. Os solos são heterogêneos por natureza devido as grandes variações entre eles como o material original (rochas), paisagem (topografia), clima, intemperismo (processo natural de desgaste, decomposição e alteração das rochas) e ação de organismos. 

Estas diferenças se refletem nas suas propriedades físicas, químicas e biológicas, que podem variar devido às interações complexas dos fatores biológicos (minhocas, microrganismos, formigas, por exemplo), edáficos (textura, estrutura, matéria orgânica, nutrientes), antropogênicos (ou ação humana), topográficos (declive, baixada ou elevação) e climáticos (temperatura, umidade, precipitação). 

As características do solo podem variar espacialmente dentro de um mesmo talhão ou piquete, até uma escala regional. Essas variações podem ter origem nos fatores de formação do solo, ou ainda nas práticas de manejo, adubação e rotação de culturas. O físico irlandês William Thomson disse que “aquilo que não se pode medir, não se pode melhorar”, e confirma que as variações das propriedades do solo devem ser monitoradas e quantificadas para entender os efeitos do uso da terra e sistemas de manejo.  Por isso, a caracterização é essencial para tomada de decisões sobre o manejo sustentável dos solos e dos sistemas de produção agropecuários, garantindo segurança alimentar, ou seja, produções em quantidade e qualidade necessárias. E ainda há outros problemas urgentes como monitorar os efeitos das mudanças climáticas no solo, evitar degradação das terras e preservar os serviços ambientais. Essas aplicações têm levado ao desenvolvimento de sensores para medir as propriedades do solo e complementar, ou substituir, as técnicas laboratoriais mais convencionais usadas para suas análises. As novas técnicas são aliadas para complementar o conhecimento dos ramos da ciência do solo, da pedologia, que estuda a origem, evolução e classificação do solo considerando-o um componente natural da paisagem, e da edafologia, que estuda sua influência nos seres vivos. 

Pode-se destacar três linhas para o monitoramento do solo. A primeira, e mais tradicional, utiliza métodos convencionais baseados na coleta de amostras e medições laboratoriais. A segunda utiliza o sensoriamento remoto, com imagens de veículos aéreos e satélites, e, a terceira, o sensoriamento proximal. 

Atualmente, o método tradicional envolve amostragem de solo no campo, e a análise no laboratório, em diversas etapas segmentadas de trabalho. O processo geral de amostragem e análise de solo segue as etapas de planejamento e amostragem, preparação da amostra, análise do solo, gerenciamento de dados, interpretação e recomendação. Geralmente, os métodos utilizados pelos laboratórios tradicionais, com produtos químicos, são mais demorados, têm impacto ambiental e podem ter valor elevado. 

Já a caracterização das superfícies e do solo por sensoriamento remoto por veículos aéreos (pilotados presencial ou remotamente) ou satélites teve grandes avanços. É uma abordagem eficiente e sem contato, que não requer acesso direto ao campo. Avançou muito na questão da resolução espacial e temporal. Mas ainda há problemas de interferência de nuvens e da cobertura do solo, como a vegetação, as plantações e os resíduos de colheita. As técnicas de sensoriamento remoto oferecem vantagens sobre outros métodos de medição de propriedades do solo, incluindo cobertura em larga escala, sua natureza não destrutiva, a possibilidade de monitoramento temporal, diferentes espectros de luz captados e rápida aquisição de dados. No entanto, novas técnicas têm sido amplamente estudadas, como o sensoriamento proximal do solo, com o uso de sensores de campo. Os sensores fornecem resultados quantitativos e podem ser mais eficazes em termos de tempo e custo do que as análises laboratoriais convencionais. Eles estão se tornando menores, mais rápidos, mais precisos, mais eficientes em termos de energia, sem fio e mais inteligentes. Há diferentes sensores proximais para medidas de propriedades químicas, físicas e biológicas do solo, e que atuam de forma não-destrutiva e invasiva ou não. Incluem sensores eletromagnéticos, ópticos, mecânicos, acústicos ou eletroquímicos. 

A análise de solo baseada em imagens e sensores fornece várias vantagens sobre os métodos convencionais de laboratório, como menor custo, maior eficiência, resultados mais rápidos e coleta de grandes conjuntos de dados. Mas qual a melhor tecnologia para o monitoramento do solo? A medida mais eficiente vai depender do objetivo, mas a combinação de sensores remotos e proximais, e ainda dos métodos laboratoriais, pode ser vantajosa. Então, a escolha do método depende da medição que se está buscando. Um único sensor muitas vezes não gera informações suficientes para prever com segurança diversas propriedades do solo. Assim, a fusão de dados de diferentes sensores, medindo diferentes propriedades, pode aumentar a precisão da previsão. A tendência futura do monitoramento do solo indica que o uso de imagens e sensores com dados de alta resolução, associado às determinações laboratoriais mais localizadas e específicas. 

A análise e processamento em tempo real das informações poderão aumentar a exatidão, precisão e velocidade de diagnósticos. Para isso, as novas tecnologias digitais serão essenciais. Temos visto que as tecnologias emergentes, muitas delas resultado da atuação da pesquisa, das grandes empresas e das AgTechs (startups ligadas à agricultura), estão promovendo inovação orientada por dados, que melhoram a tomada de decisões estratégicas. A crescente necessidade de monitoramento do solo impulsiona inovações nos métodos, sensores e equipamentos. As tecnologias digitais como internet das coisas (IoT) combinando sensores, robôs e VANTs com tecnologias de software de inteligência artificial (IA), blockchaim, realidade virtual e aumentada estão impulsionando o rápido avanço dos sistemas de informação de gestão na agricultura. E têm grande potencial para uso no monitoramento e manejo dos solos. 

Há sensores habilitados para IoT que coletam, analisam e transmitem dados de parâmetros como temperatura, umidade, condutividade elétrica e concentração de nutrientes em tempo real. A robótica também poderá impactar o monitoramento do solo, permitindo amostragens e análises mais precisas e eficientes, ao mesmo tempo em que reduz o esforço e aumenta a capacidade de trabalho. A análise de dados, incluindo processamento de sinais, amostragem, calibração, está avançando com a inteligência artificial, englobando aprendizado de máquina, modelagens e fusão de dados de múltiplos sensores.

As técnicas para o mapeamento digital de solos, aplicando as de inteligência artificial, também avançaram, relacionando dados geograficamente referenciados de medições feitas em campo e laboratório, e dados ambientais. Estes mapas fornecem dados sobre a variabilidade espacial das propriedades do solo em uma determinada área identificando potencial de degradação, como erosão e esgotamento de nutrientes, compactação, por exemplo. 

Há ainda tecnologias imersivas, como realidade virtual (RV) e realidade aumentada (RA), que poderão colaborar para melhorar a eficiência e a precisão da coleta e análise de dados do solo. Com a RV será possível criar simulações realistas de diferentes ambientes de produção, permitindo que técnicos e agricultores testem e avaliem práticas de manejo. E a RA permitirá sobrepor informações sobre condições do solo, crescimento de culturas e outras informações da paisagem e do clima. É uma oportunidade para que técnicos e agricultores identifiquem facilmente áreas que podem exigir atenção, como pontos críticos de infestação de pragas ou deficiências de nutrientes. 

Por fim, o blockchain pode trazer segurança e transparência aos dados coletados pelos sensores de solo, bem como permiter o rastreamento de vários equipamentos e insumos na cadeia de suprimentos. Os dados coletados são armazenados de forma descentralizada e à prova de adulteração, garantindo segurança dos dados e melhorando a transparência e a rastreabilidade para agricultores e proprietários de terras. 

A Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO) estabeleceu o dia 5 de dezembro como o Dia Mundial do Solo. A data serve para nos lembrar da importância para nossa vida desse recurso natural. O tema deste ano destaca a importância dos dados e informações para conhecer o solo e apoiar as melhores decisões para o manejo sustentável, segurança alimentar e serviços ambientais.  Além do mais, o solo bem manejado é chave para a alcançar vários dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), como aqueles relacionados à redução da fome (ODS 2) e pobreza extrema (ODS 1, 3) e melhoria da proteção do meio ambiente (ODS 6 , 11, 12, 14, 15) e o clima global (ODS 13).