FT-NIR spectroscopy was capable of discriminating wood from natural fallen trees from the Lecythidaceae family.
Degraded samples carry 50% of the identification bands at the genus level.
The spectral signature is the key to identifying wood types.
The mathematical treatment (2nd derivate, Norris, and Savitzky-Golay smoothing) increased the identification accuracy.
FT-NIR is a powerful tool for taxonomic purposes in accurate and non-destructive identification and classification of wood.
SUMMARY
The scientific identification of natural fallen trees in tropical forests is complex due to the lack of fertile material in field collection. The study evaluated the use of near-infrared spectroscopy with Fourier-transform (FT-NIR) in the discrimination of wood from fallen trees of the Lecythidaceae family. Seven trees were collected in the Central Amazonian region (Brazil), from which 63 specimens were prepared from the wood, and NIR spectra were obtained on different wood surfaces (total 756 spectra). Chemometric models were developed with a spectral data set, and the Mahalanobis algorithm was applied. The discriminant model with 2nd derivative spectra improved the identification capacity, resulting in errors < 5% in the identification of genus Couratari (3 ssp.), Eschweilera (2 ssp.), Holopyxidium (1 sp.) and Lecythis (1 sp.). The comparison of the spectral signatures of samples of fallen trees and wood library revealed that even when wood was exposed to environmental weathering, around 50% of the original bands were preserved, favouring discrimination at the genus level. The accuracy of the chemometric models developed indicates the applicability of FT-NIR spectroscopy integrative in identifying fallen trees from the Lecythidaceae family in the tropical forests.
A identificação científica de árvores caídas naturalmente em florestas tropicais é complexa devido à falta de material fértil na coleta de campo. O estudo avaliou o uso da espectroscopia no infravermelho próximo com transformada de Fourier (FT-NIR) na discriminação de madeira de árvores caídas da família Lecythidaceae. Sete árvores foram coletadas na região da Amazônia Central (Brasil), sendo que 63 corpos-de-prova foram preparados a partir da madeira, e espectros NIR foram obtidos em diferentes superfícies de madeira (total de 756 espectros). Modelos quimiométricos foram desenvolvidos com um conjunto de dados espectrais, e o algoritmo Mahalanobis foi aplicado. O modelo discriminante com espectros na 2a derivada melhorou a capacidade de identificação, resultando em erros < 5% na identificação dos gêneros Couratari (3 ssp.), Eschweilera (2 ssp.), Holopyxidium (1 sp.) e Lecythis (1 sp.). A comparação das assinaturas espectrais de amostras de árvores caídas e da biblioteca de madeira revelou que mesmo quando a madeira foi exposta ao intemperismo físico e biológico, cerca de 50% das bandas NIR originais foram preservadas, favorecendo a discriminação em nível de gênero. A precisão dos modelos quimiométricos desenvolvidos indica a aplicabilidade integrativa da espectroscopia FT-NIR na identificação de árvores caídas da família Lecythidaceae em florestas tropicais.
L'identification scientifique des arbres tombés naturellement dans les forêts tropicales est complexe en raison du manque de matériel fertile lors des récoltes sur le terrain. L'étude a évalué l'utilisation de la spectroscopie proche infrarouge avec transformée de Fourier (FT-NIR) pour la discrimination du bois des arbres tombés de la famille des Lecythidaceae. Sept arbres ont été collectés dans la région de l'Amazonie centrale (Brésil), à partir desquels 63 spécimens ont été préparés à partir du bois, et des spectres NIR ont été obtenus sur différentes surfaces de bois (total 756 spectres). Des modèles chimiométriques ont été développés avec un ensemble de données spectrales et l'algorithme de Mahalanobis a été appliqué. Le modèle discriminant avec les spectres de 2e dérivée amélioré la capacité d'identification, entraînant des erreurs < 5% dans la classification des genres Couratari (3 ssp.), Eschweilera (2 ssp.), Holopyxidium (1 sp.) et Lecythis (1 sp.). La comparaison des signatures spectrales d'échantillons d'arbres tombés et de la xylothèque a révélé que même lorsque le bois était exposé aux intempéries environnementales, environ 50% des bandes originales étaient préservées, favorisant la discrimination au niveau des genres. La précision des modèles chimiométriques développés indique l'applicabilité de la spectroscopie FT-NIR intégrative pour identifier les arbres tombés de la famille des Lecythidaceae, provenant des forêts tropicales.
La identificación científica de árboles caídos naturalmente en los bosques tropicales es compleja debido a la falta de material fértil durante las cosechas en el campo. El estudio evaluó el uso de espectroscopia de infrarrojo cercano por transformada de Fourier (FT-NIR) para discriminar madera de árboles caídos de la familia Lecythidaceae. Se recolectaron siete árboles en la región amazónica central (Brasil), de los cuales se prepararon 63 especímenes a partir de la madera y se obtuvieron espectros NIR en diferentes superficies de madera (total 756 espectros). Se desarrollaron modelos quimiométricos con un conjunto de datos espectrales y se aplicó el algoritmo de Mahalanobis. El modelo discriminante con los espectros 2a derivados mejoró la capacidad de identificación, resultando en < 5% de errores en la clasificación de los géneros Couratari (3 ssp.), Eschweilera (2 ssp.), Holopyxidium (1 sp.) y Lecythis (1 sp.). La comparación de las firmas espectrales de muestras de árboles caídos y de la biblioteca de madera reveló que incluso cuando la madera estuvo expuesta a la intemperie ambiental, aproximadamente el 50% de las bandas originales se conservaron, favoreciendo la discriminación a nivel de género. La precisión de los modelos quimiométricos desarrollados indica la aplicabilidad de la espectroscopia FT-NIR integradora para identificar árboles caídos de la familia Lecythidaceae, originarios de bosques tropicales.
