Avaliação de um modelo agrometeorológico de simulação do
rendimento de grãos de arroz irrigado
Lidiane Cristine Walter1* Nereu Augusto Streck1 Hamilton Telles Rosa1 Ana Paula Schwantes1
Simone Erotildes Teleginski Ferraz2
1
Departamento de Fitotecnia, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa
Maria (UFSM). Santa Maria, RS, Brasil. *Autor para correspondência:
[email protected]
2
Departamento de Física, Centro de Ciências Naturais e Exatas, UFSM.
RESUMO: Este trabalho teve como objetivo adaptar e avaliar o modelo InfoCrop para simulação
do rendimento de grãos de arroz irrigado em Santa Maria, RS. O rendimento de grãos da cultura
do arroz irrigado foi simulado com o modelo InfoCrop adaptado para cultivares locais. Os
rendimentos simulados foram comparados com os rendimentos observados no município de Santa
Maria, no período 1996/97 a 2008/09 disponibilizados pelo Instituto Riograndense do Arroz
(IRGA), e com rendimentos de experimentos realizados na Universidade Federal de Santa Maria
(UFSM) entre os anos agrícolas 1998/99 a 2005/06. O modelo InfoCrop capturou a variação
interanual do rendimento de grãos de arroz irrigado, com tendência de superestimativa.
Palavras-chave: Modelagem matemática, InfoCrop, produtividade, Oryza sativa.
ABSTRACT: The objective of this study was to adapt and evaluate the InfoCrop model for
simulating yield of irrigated rice in Santa Maria, RS. The yield of irrigated rice was simulated
with the InfoCrop model, adjust for local rice cultivars. Simulated yield was compared to
observed yield of Santa Maria country surveyed by the Instituto Riograndense do Arroz (IRGA)
from 1996/97 to 2008/09 and to observed yield from experiments conducted at the Universidade
Federal de Santa Maria (UFSM) from 1998/99 to 2005/06. The InfoCrop model captured the
interannual variability of the irrigated rice yield, with superestimation trend.
Key words: Modeling, InfoCrop, productivity, Oryza sativa.
1 – INTRODUÇÃO
O Brasil é o maior produtor de arroz fora da Ásia e o Rio Grande do Sul (RS) é
responsável por 70% da produção brasileira, com cerca de 8 milhões de Mg produzidas por ano
em mais de 1 milhão de hectares, alcançando elevados rendimentos de grãos (IRGA, 2009).
Existem vários modelos de simulação do rendimento de grãos de arroz. Comparando os
modelos InfoCrop e ORYZA1 na Índia, KRISHNAN et al. (2007) encontraram que o modelo
InfoCrop apresentou melhor desempenho, com menor erro na simulação. O modelo InfoCrop é de
simples aplicação e requer dados de entrada facilmente disponíveis para sua utilização,
características atrativas para os usuários desta ferramenta. Nenhum dos modelos encontrados na
bibliografia foi adaptado ou testado para as condições de cultivo e clima brasileiros, portanto o
objetivo deste trabalho foi adaptar e avaliar o modelo InfoCrop para a simulação do rendimento
de grãos de arroz irrigado em Santa Maria, RS.
2 – MATERIAL E MÉTODOS
O modelo InfoCrop (AGGARWAL et al., 2006a) foi desenvolvido e avaliado para as
condições Asiáticas, na Índia, por isso foram realizados ajustes para a simulação do rendimento
de grãos nas condições de Santa Maria, RS, Brasil. Alguns coeficientes não são disponíveis para
as condições e cultivares locais, neste caso os coeficientes usados são os originais do modelo,
disponíveis em BOUMAN et al. (2004).
O modelo InfoCrop utiliza o conceito de soma térmica para a simulação do
desenvolvimento da cultura e foi adaptado para considerar quatro fases do ciclo de
desenvolvimento da cultura (LAGO, 2008): fase de emergência (semeadura-emergência), fase
vegetativa (emergência-diferenciação do primórdio floral), fase reprodutiva (diferenciação do
primórdio floral-antese) e fase de enchimento de grãos (antese-maturidade fisiológica). O cálculo
da soma térmica foi realizado segundo metodologia utilizada por LAGO (2008) e acumulada
diariamente (Soma Térmica acumulada, STa).
A produção de matéria seca pela cultura é calculada como uma função da Eficiência do
Uso da Radiação (EUR) e do Índice de Área Foliar (IAF). O valor de EUR usado foi de 2,39 g
MJ-1 (KINIRY et al., 2001). Incluiu-se o efeito da temperatura na EUR, utilizando uma função de
resposta com quatro temperaturas cardinais descrita por SOLTANI et al. (2001). Com esta função
a EUR é máxima quando a temperatura média diária do ar está na faixa ótima (entre 22 e 32°C) e
é multiplicada por um fator de correção em temperaturas sub e supra ótimas, que reduz
linearmente a EUR até zero quando a temperatura é igual ou menor que 9°C ou igual ou maior
que 45°C. O valor de 7,5 foi estabelecido como o IAF máximo (CAMARGO et al., 2008a).
Uma vez simulada a produção de matéria seca, calcula-se a partição da matéria seca total
entre raízes e parte aérea (folhas, colmos e panículas) de acordo com o estágio de
desenvolvimento da cultura. A senescência das folhas e do colmo é calculada pela perda de uma
fração do peso acumulado. O IAF é calculado a partir do peso das folhas e é atualizado
diariamente no cálculo da produção de matéria seca.
O número de espiguetas formadas em um dia no modelo é calculado em função da
matéria seca produzida naquele dia e é acumulado da diferenciação do primórdio floral até a
antese. O número final de espiguetas sofre uma correção em função da esterilidade das espiguetas
causada por temperaturas extremas muito baixas ou muito altas. A partir da antese, parte da
matéria seca produzida diariamente começa a ser translocada para a panícula, dando início ao
enchimento de grãos, em adição, 10% das reservas previamente acumuladas no colmo são
translocadas para os grãos todos os dias. Não foram considerados os efeitos de pragas, doenças e
plantas invasoras, nem manejo de adubação, portanto o rendimento simulado representa o
potencial produtivo, sem a interferência de fatores bióticos e sem deficiência de nitrogênio e água.
Para avaliação do modelo InfoCrop, o rendimento de grãos de arroz foi simulado
utilizando dados meteorológicos da Estação Meteorológica Convencional, pertencente ao 8º
DISME/INMET e localizada em Santa Maria, RS. Santa Maria está situada na região fisiográfica
da Depressão Central, uma das principais regiões orizícolas do Estado (IRGA, 2009), onde
predomina o cultivo de arroz irrigado por inundação.
O modelo foi avaliado comparando-se a média dos rendimentos simulados em três datas
de semeadura (20/09, 20/10 e 20/11) com três cultivares: IRGA 421 (ciclo muito precoce), IRGA
417 (ciclo precoce) e EPAGRI 109 (ciclo longo) com os dados de safra catalogados pelo Instituto
Riograndense do Arroz (IRGA, 2009) entre os anos agrícolas de 1996/97 até 2008/09 que são
valores de rendimentos relativos à média do município de Santa Maria, sem distinção de
cultivares ou datas de semeadura, por isso foi utilizado o rendimento médio das simulações
(cultivares e datas de semeadura) em cada ano agrícola.
Uma segunda avaliação do modelo InfoCrop foi realizada comparando-se o rendimento
simulado com resultados de experimentos realizados na área de várzea da UFSM entre os anos
agrícolas 1998/99 e 2005/06, com as cultivares e datas de semeaduras utilizadas em cada um
destes experimentos (WEBER et al., 2003; MARCHESAN et al., 2007; SANTOS et al., 2007;
VILLA et al., 2006; CAMARGO et al., 2008a e CAMARGO et al., 2008b). Esta avaliação é
importante, pois o rendimento é simulado com dados de uma Estação Meteorológica instalada a
aproximadamente 500 m do local destes experimentos. Além disso, em experimentos há um
controle maior dos fatores bióticos que afetam o rendimento e em geral as práticas de manejo são
realizadas segundo as recomendações para a cultura, resultando em rendimentos mais próximos
do potencial produtivo da cultura, como simulado pelo modelo.
O modelo Infocrop foi implementado em Fortran, utilizando o compilador Force –
Versão 2.0.8p. Para avaliar o desempenho do modelo foi calculada a raiz do quadrado médio do
erro (RQME) e aplicado o Teste t de Student ao nível de 5% entre dados simulados e observados.
3 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na avaliação do modelo InfoCrop com os dados catalogados pelo IRGA, a RQME foi de
0,795 Mg ha-1 e na avaliação do modelo com dados de experimentos realizados na UFSM foi de
0,791 Mg ha-1. Estes valores de RQME correspondem a aproximadamente 13,7% da média do
rendimento observado em todo o período pelo IRGA (5,819 Mg ha-1) e 9,5% da média do
rendimento obtida nos experimentos (8,283 Mg ha-1). Em avaliações do modelo InfoCrop para as
condições Asiáticas, foi encontrado um valor próximo de RQME, de 0,795 Mg ha-1 (KRISHNAN
et al., 2007) e um erro correspondente a 8,3% do rendimento observado (AGGARWAL et al.,
2006b). O maior erro para Santa Maria pode ser em função da diferença entre os locais e
cultivares das avaliações, pois apesar dos ajustes feitos no modelo, muitos coeficientes originais
foram mantidos, pois não se dispõe destas informações para cultivares brasileiras. Além disso, a
versão do modelo InfoCrop usada neste estudo simula o rendimento potencial, sem considerar
efeitos de pragas, doenças e plantas invasoras, nem efeitos abióticos (ventos fortes, umidade
relativa e déficit de saturação do ar) e fatores relacionados ao manejo da adubação, que têm
influência direta e/ou indireta no rendimento de grãos.
Pode-se observar na Figura 1 que a simulação com o modelo InfoCrop conseguiu
capturar a variação interanual do rendimento de grãos de arroz observadas no município de Santa
Maria e nos experimentos, e houve tendência de superestimativa do rendimento médio de grãos
em ambas avaliações. Ainda na Figura 1, estão indicados por setas os anos em que ocorreram
eventos de El Niño e La Niña (PAULA, 2009). Na região Sul do Brasil são observados menores
rendimentos de arroz irrigado em anos de El Niño e maiores rendimentos em anos de La Niña no
RS, comparados aos anos Neutros em função principalmente da disponibilidade de radiação solar
maior em anos de La Niña. Nos anos de El Niño os valores simulados ficam bem próximos do
observado (Figura 1a), com exceção do ano de 2004 (safra 2004/05), que foi um ano em que o
evento de El Niño foi de intensidade fraca (PAULA, 2009) e se descaracterizou a partir de
dezembro de 2004 quando teve início um período de estiagem e alta disponibilidade de radiação
solar no estado que se prolongou até o mês de março de 2005, o que é benéfico para a cultura do
arroz no RS por ser irrigada.
O modelo InfoCrop superestimou o rendimento de grãos de arroz irrigado em anos em
que houve alta disponibilidade de radiação solar e poucos dias chuvosos (anos de La Niña, Figura
1a), com exceção do ano 2000 (safra 2000/01) quando o evento foi classificado como La Niña de
intensidade fraca (PAULA, 2009). Uma possível explicação para isto é a simplificação assumida
no modelo no que diz respeito à fotossíntese, pois se utiliza um valor fixo de EUR no cálculo da
produção de matéria seca. Com esta simplificação não são considerados alguns fatores
importantes como a abertura estomática, que tem grande influência na fotossíntese das plantas.
Outra hipótese para explicar a superestimativa do modelo em anos com elevada disponibilidade
de radiação solar é a possibilidade de o manejo do nitrogênio ser um fator limitante para a
produção potencial nas lavouras comerciais do estado, tendo em vista que a versão do modelo
InfoCrop utilizada nesta simulação não considera limitação do rendimento por deficiência de
nitrogênio.
Os rendimentos de grãos de arroz irrigado simulados e observados não diferiram pelo
Teste t ao nível de 5% de probabilidade, indicando que o modelo de simulação do rendimento de
grãos de arroz irrigado simula satisfatoriamente a tendência dos rendimentos da cultura. A análise
de regressão linear (y = 1,0097x + 0,709 e R² = 0,82) indicou que o coeficiente angular da reta
entre valores simulados e observados não é diferente de 1, o que confirma a capacidade preditiva
da tendência dos rendimentos, com um erro médio da superestimativa de 0,709 Mg ha-1,
representado pelo coeficiente linear da regressão.
12
Rendimento (Mg ha-1)
(a)
10
8
6
4
2
RQME = 0,795 Mg ha-1
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
0
Anos
Rendimento (Mg ha-1)
12
(b)
10
8
6
4
2
RQME = 0,791 Mg ha-1
2005
2005
2004
2004
2004
2003
2002
1998
1998
0
Experimentos
Simulado
Anos de El Niño
Observado
Anos de La Niña
Figura 1 – Rendimento de grãos de arroz irrigado simulado com o modelo InfoCrop e divulgado
pelo Instituto Riograndense do Arroz no município de Santa Maria, RS (a) e rendimento simulado
com o mesmo modelo e observado em experimentos na Universidade Federal de Santa Maria (b).
Os valores simulados em (a) são a média de três cultivares em três datas de semeadura, a barra
representa o Erro Padrão desta média. RQME é a raiz do quadrado médio do erro.
4 – CONCLUSÃO
O modelo InfoCrop, após adaptado para cultivares locais, tem desempenho satisfatório
para a simulação do rendimento de grãos de arroz irrigado em Santa Maria, RS.
AGRADECIMENTO
Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico –
CNPq pelo financiamento do projeto ao qual este trabalho está vinculado, através do Edital
MCT/CNPq n° 27/2007 - Mestrado.
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