Avaliação de um modelo agrometeorológico de simulação do rendimento de grãos de arroz irrigado

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1 Avaliação de um modelo agrometeorológico de simulação do rendimento de grãos de arroz irrigado Lidiane Cristine Walter 1 * Nereu Augusto Streck 1 Hamilton Telles Rosa 1 Ana Paula Schwantes 1 Simone Erotildes Teleginski Ferraz 2 1 Departamento de Fitotecnia, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Santa Maria, RS, Brasil. *Autor para correspondência: lidianewalter@gmail.com 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 /99 a /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 /99 to /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

2 as condições e cultivares locais, neste caso os coeficientes usados são os originais do modelo, disponíveis em BOUMAN et al. (). 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 /99 e /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

3 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 (safra /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 quando teve início um período de estiagem e alta disponibilidade de radiação solar no estado que se prolongou até o mês de março de, 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.

4 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. Rendimento (Mg ha -1 ) (a) RQME= 0,795 Mgha Anos Rendimento (Mg ha -1 ) (b) RQME= 0,791 Mg ha Experimentos Simulado Observado Anos de El Niño 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/ Mestrado.

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGGARWAL, P.K. et al. InfoCrop: A dynamic simulation model for the assessment of crop yields, losses due to pests, and environmental impact of agro-ecosystems in tropical environments. I. Model description. Agricultural Systems, v.89, p.1-25, 2006a. AGGARWAL, P.K. et al. InfoCrop: A dynamic simulation model for the assessment of crop yields, losses due to pests, and environmental impact of agro-ecosystems in tropical environments. II. Performance of the model. Agricultural Systems, v.89, p.47-67, 2006b. BOUMAN, B.A.M. et al. ORYZA 2000: modeling lowland rice. Version 2.12, November,. In: Cereal Knowledge Bank, International Rice Research Institute. CAMARGO, E.R. et al. Influência da aplicação de nitrogênio e fungicida no estádio de emborrachamento sobre o desempenho agronômico do arroz irrigado. Bragantia, v.67, n.1, p , 2008a. CAMARGO, E.R. et al. Manutenção da área foliar e produtividade de arroz irrigado com a aplicação de fertilizantes foliares no estádio de emborrachamento. Ciência Rural, v.38, n.5, p , 2008b. INSTITUTO RIO GRANDENSE DO ARROZ. Dados de safra. Porto Alegre, Disponível em: < Acesso em: 20 out KINIRY, J.R. et al. Rice Parameters Describing Crop Performance of Four U.S. Cultivars. Agronomy Journal, v.93, p , KRISHNAN, P. et al. Impact of elevated CO 2 and temperature on rice yield and methods of adaptation as evaluated by crop simulation studies. Agriculture, Ecosystems & Environment, v.122, p , LAGO, I. Desenvolvimento do arroz e do arroz vermelho: modelagem e resposta à mudança climática. 94 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, MARCHEZAN, E. et al. Manejo da irrigação em cultivares de arroz no sistema pré-germinado. Ciência Rural, v.37, n.1, p.45-50, PAULA, G.M. O fenômeno El niño oscilação sul e a erosividade das chuvas em Santa Maria RS. 55 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, SANTOS, F.M. et al. Controle químico de arroz-vermelho na cultura do arroz irrigado. Planta Daninha, v.25, n.2, p , SOLTANI, A. et al. Simulating GFDL Predicted Climate Change Impacts on Rice Cropping in Iran. Journal of Agricultural Science and Technology, v.3, p.81-90, VILLA, S.C.C. et al. Controle de arroz-vermelho em dois genótipos de arroz (Oryza sativa) tolerantes a herbicidas do grupo das imidazolinonas. Planta Daninha, v.24, n.3, p , WEBER, L. et al. Cultivares de arroz irrigado e nutrientes na água de drenagem em diferentes sistemas de cultivos. Ciência Rural, v.33, n.1, p.27-33, 2003.