Condição hidráulica determinante à ocorrência de estresse hídrico na cultura da cana-de-açúcar

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Melo, Marina Luciana Abrêu de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Saccharum spp.; Crop model; Inverse modeling; Modelagem inversa; Modelo de cultura; Transpiração; Transpiration
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11140/tde-06032020-151119/

A baixa disponibilidade de água no solo frequentemente resulta em estresse hídrico, que é a principal limitação à produção de cana-de-açúcar no Brasil. Modelos de simulação de culturas baseados em processos podem auxiliar no entendimento dos fatores que determinam o estresse hídrico. O objetivo deste trabalho foi estimar os potenciais matriciais limitantes da função de redução da transpiração de Feddes (h3h, h3l e h4) para a cana-de-açúcar, por modelagem inversa com o modelo SWAP/WOFOST, e utilizar o modelo calibrado e validado para simular a produtividade da cultura e os componentes do balanço hídrico em cenários distintos de solo. O modelo foi calibrado para reproduzir as condições de um experimento de 22 meses de cultivo de cana-de-açúcar (2014-2016) no município de Jaú, São Paulo (SP), Brasil. O potencial matricial (h, cm) foi medido nas profundidades de 0,2, 0,4 e 1,0 m por sensores com leitura automatizada. Amostras de solo foram coletadas nas mesmas profundidades para determinar a curva de retenção de água no solo (CRA). A partir da CRA, os valores de h foram convertidos em valores de conteúdo de água no solo (&#952;, cm3 cm-3). A evapotranspiração real da cultura (ETr, mm d-1) foi estimada a partir de dados registrados por torres micrometeorológicas. O programa Parameter ESTimation foi utilizado para estimar os parâmetros (h3h, h3l e h4) simultaneamente, a partir dos dados observados de &#952; e de ETr. A qualidade da calibração, antes e após a estimativa dos parâmetros, foi avaliada pelos índices estatísticos raiz do erro médio quadrático (RMSE), coeficiente de eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE) e coeficiente de determinação (R2). O modelo calibrado foi validado com dados experimentais de cana-de-açúcar cultivada durante 30 meses (2005-2007) no município de Jaboticabal, SP. Determinações de &#952; e de massa seca da parte aérea foram utilizadas na comparação entre dados observados e simulados pelo modelo. A qualidade da validação foi avaliada pelas mesmas estatísticas empregadas na calibração. O modelo calibrado e validado foi utilizado para simular 30 ciclos de cana-de-açúcar (1987-2017), com seis solos da Mesorregião produtora do município de Piracicaba, SP. Para cada ciclo, avaliaram-se a produtividade da cultura em massa seca da parte aérea por unidade de área (kg ha-1) e os componentes do balanço hídrico (transpiração, interceptação, evaporação do solo, escoamento superficial e drenagem profunda) em lâmina (mm), que representa o volume por área. Na etapa de calibração, o modelo simulou satisfatoriamente &#952; (RMSE = 0,018 cm3 cm-3; NSE = 0,39; R2 = 0,74) e insatisfatoriamente ETr (RMSE = 2,24 mm d-1; NSE = -1,05; R2 = 0,34). Os valores estimados para representar a condição hidráulica limitante à cultura da cana-de-açúcar foram: h3h = -460 cm, h3l = -1.968 cm e h4) = -9.646 cm. Na etapa de validação, o modelo simulou satisfatoriamente tanto &#952; (RMSE = 0,023 cm3 cm-3; NSE = 0,61; R2 = 0,70) quanto à massa seca da parte aérea (RMSE < 7.000 kg ha-1; NSE &ge; 0,85; R2 &ge; 0,90). Os parâmetros hidráulicos dos solos utilizados nas simulações para Piracicaba não foram determinantes à produtividade da cultura. A transpiração, a evaporação do solo, o escoamento superficial e a drenagem profunda variaram significativamente com as condições edáficas. Conclui-se que a função de Feddes implementada no modelo SWAP/WOFOST promove baixa sensibilidade aos seus parâmetros, o que dificulta sua calibração de forma confiável. Idealmente, este estudo deve ser realizado a partir de um experimento detalhado que considere variáveis do solo, da planta e da atmosfera adequadamente medidas. A partir desse experimento ideal, seria possível parametrizar e calibrar modelos físicos robustos que reproduzam adequadamente o complexo processo de extração de água do solo pelas raízes da cana-de-açúcar.