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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2011.tde-12092011-172246
Documento
Autor
Nome completo
Fábio Vale Scarpare
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2011
Orientador
Banca examinadora
Lier, Quirijn de Jong van (Presidente)
Bernardes, Marcos Silveira
Marin, Fábio Ricardo
Pinto, Hilton Silveira
Trivelin, Paulo Cesar Ocheuze
Título em português
Simulação do crescimento da cana-de-açucar pelo modelo agrohidrológico SWAP/WOFOST
Palavras-chave em português
Cana-de-açúcar
Crescimento vegetal - Simulação
Modelagem de dados.
Resumo em português
Modelos de simulação têm sido utilizados em estudos agronômicos e ecológicos como ferramenta de pesquisa, possibilitando organizar o entendimento das respostas das plantas a diferentes condições ambientais e, consequentemente predizer a produtividade das culturas. O sucesso na aplicação de modelos depende de sua calibração e das avaliações efetuadas por meio da estimação dos índices morfofisiológicos e dos parâmetros tecnológicos de rendimento da cultura. No presente estudo os objetivos foram: utilizar o conjunto composto por um modelo agrohidrológico (SWAP, Soil Water Atmosphere and Plant) com um modelo genérico de crescimento de cultura (WOFOST, WOrld FOod STudies) adaptando-o para a cultura da cana-deaçúcar; usar o programa PEST (Parameter ESTimation) para calibrar e realizar a análise de sensibilidade dos parâmetros desse modelo; avaliar a eficácia do modelo calibrado e validado para a estimação de massa fresca de colmos industrializáveis por hectare (TCH) e avaliar a eficácia do modelo estimando as propriedades hidráulicas do solo por funções de pedotransferência (PTFs). Dados experimentais da cultivar SP 81- 3250 foram utilizadas para a calibração (4 ciclos de produção: cana planta e 3 socas conduzidas na usina Santa Adélia), na análise de sensibilidade (cana planta conduzida na usina Santa Adélia) e validação do modelo (8 ciclos de produção: cana planta e 3 socas conduzidas em 2 usinas). A produtividade média de 25 cultivares em 10 locais da região Centro-Sul foi utilizada para avaliar a eficiência do modelo validado na previsão de colheita. A avaliação desses procedimentos foi realizada por meio dos índices estatísticos: raiz quadrada dos quadrados dos desvios (RMSE), coeficiente de regressão linear (R2), índice de concordância (d) e índice de eficiência (E) em dados de matéria seca simuladas pelo modelo versus dados observados a campo. Bons resultados foram obtidos na calibração e validação do modelo, portanto conclui-se o SWAP/WOFOST apto na utilização da simulação da massa seca da parte aérea. De modo geral, o modelo mostrou alta sensibilidade relativa aos parâmetros do grupo de assimilação de CO2 para a massa seca final da parte aérea. Ainda, o programa PEST foi eficaz na otimização dos parâmetros hidráulicos confrontando o conteúdo de água no solo medido a campo pelo método gravimétrico versus simulado pelo modelo. A previsão de safra realizada pelo SWAP/WOFOST apresentou valores de RMSE semelhantes aos obtidos com o APSIM-Sugarcane. Contudo, por meio de outros índices estatísticos o desempenho do SWAP/WOFOST foi intermediário. A eficiência do modelo em simular a massa seca da parte aérea em ambos os ciclos estudados, cana planta e socas, não foi afetada quando os parâmetros hidráulicos do solo foram obtidos por meios de PTFs.
Título em inglês
Sugarcane growth simulation by hydrological model SWAP/WOFOST
Palavras-chave em inglês
Data modelling.
Plant growth simulation
Sugarcane
Resumo em inglês
Simulation models have been used in agricultural and ecological studies as a research tool allowing to organize and comprehend crop response under different environmental conditions, and to predict crop yield. The successful application of models depends on its calibration and assessment performed through morphophysiological index estimation and technological parameters of crop yield. The aims of this study were: to use the combination of a hydrological model (SWAP, Soil Water Atmosphere and Plant) with a generic crop growth model (WOFOST, WOrld FOod STudies) adapted to the sugarcane crop; to use PEST software (Parameter ESTimation) to calibrate and perform the sensitivity analysis of the model parameters; to appraise the model efficiency in estimating fresh weight of cane stems per hectare (TCH) and also to evaluate the effectiveness of the model when estimating soil hydraulic properties generated by pedotransfer functions (PTFs). Experimental data from SP 81-3250 cultivar were used for calibration (4 production cycles: first year cane and 3 ratoons at Santa Adélia sugarcane mill planting area), sensitivity analysis (first year cane at Santa Adélia sugarcane mill planting area) and validation (8 production cycles: 2 first year cane and 6 ratoons at two other sugarcane mill planting areas). Average yield from 25 cultivars grown among 10 different sites in Brazilian South-Central region were used to evaluate the model efficiency on yield prediction. The root mean square error (RMSE), coefficient of determination (R2), index of agreement (d) and coefficient of efficiency (E) were used to evaluate these procedures comparing above ground dry weight simulated by the model versus dry weight measured on the field. Good results were obtained during calibration and validation procedure; hence we may conclude that the SWAP/WOFOST model was able to predict sugarcane above ground dry weight. Model sensitivity analysis showed the group of CO2 assimilation parameters to be the most relevant determining final biomass. PEST software was effective in optimizing the hydraulic parameters by comparing the soil water content simulated by the model against water content measured on the field by the gravimetric method. TCH forecasts made by SWAP/WOFOST showed a similar RMSE as those obtained with the APSIMSugarcane model. However, evaluated by other statistical indexes, the SWAP/WOFOST model performance was intermediate. The model efficiency to simulate the above ground dry weight in crop cycles, first year cane and ratoon, was not affected when the hydraulic input parameters were generated by PTFs.
 
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Data de Publicação
2011-09-21
 
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