ANÁLISE DE SUPERFÍCIES: VARIÁVEIS DO SOLO VS. PRODUTIVIDADE DE CULTURAS AGRÍCOLAS

Transcrição

1 p ANÁLISE DE SUPERFÍCIES: VARIÁVEIS DO SOLO VS. PRODUTIVIDADE DE CULTURAS AGRÍCOLAS NILTON NOBUHIRO IMAI 1 EDUARDO ALVES DA SILVA 2 ELENO TORRES 2 DANIEL LUÍS DE LIMA 1 1 Universidade Estadual Paulista - Unesp Faculdade de Ciências e Tecnologia - FCT Departamento de Cartografia, Presidente Prudente - SP {nnimail, dll}@prudente.unesp.br 2 Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Embrapa Centro Nacional de Pesquisa de Soja - CNPSo, Londrina - PR {eduardo, eleno}@cnpso.embrapa.br RESUMO Na ciência do solo são inúmeros os trabalhos apontando para uma relação detrimental entre alta resistência do solo à penetração ou a presença de camadas compactadas e o desenvolvimento e a produtividade das culturas agrícolas. Embora muito bem exemplificadas, as evidências do possível relacionamento espacial entre a resistência do solo à penetração e o rendimento das culturas numa determinada área carecem de comprovação, principalmente na agricultura de precisão, uma vez que poderão dar suporte ao seu tratamento localizado. Nesse sentido, utilizando-se uma área experimental sobre latossolo roxo e explorada comercialmente com o binômio Soja-Trigo, foi determinada a resistência do solo à penetração em diferentes profundidades, selecionando-se os dados das amostras adquiridas a 9, 15 e 20cm; bem como dados de rendimento do trigo, na safra de As amostras de ambas variáveis foram georreferenciadas, de forma que foi possível realizar a reconstrução das superfícies representativas de cada variável. Essas superfícies foram representadas como imagens tons de cinza e combinadas em representações RGB, de maneira a possibilitar sua avaliação através de análise visual. Com base em amostras extraídas das áreas de maiores valores de resistência à penetração e maiores valores de rendimento do trigo estimou-se a correlação entre essas variáveis. Como era esperado, obteve-se uma correlação espacial negativa entre resistência do solo à penetração e rendimento do trigo para as três profundidades avaliadas. ABSTRACT - The aim of this paper is to show spatial relation between soil physics and the crop yield. In this sense, sample georeferenced data sets from these variables had been surveyed. So that it was possible to reconstruct the surfaces. These surfaces had been represented as images in RGB mode to make possible the visual analysis. On the basis of critical values extracted from the surfaces it was evalueted correlation between these variable. As it was waited, it was possible to verify a negative spatial correlation between variables. 1 INTRODUÇÃO O uso agrícola da terra varia no espaço em decorrência de descontinuidades no clima; na topografia do terreno; na geomorfologia; nos tipos, características e o manejo ao qual os solos têm sido submetidos na propriedade rural, de forma que variações no desenvolvimento e produção das culturas são a regra, muito mais do que a exceção. Assim, parte das ineficiências dos agricultores pode ser explicada pela sua impossibilidade de tratar a variabilidade espacial do ambiente, que imputa variações ao rendimento das culturas. A agricultura de precisão é uma estratégia de gerenciamento fundamentada no estudo localizado dos fatores determinantes da produção e na aplicação localizada e econômica dos recursos. Uma abordagem útil à descrição sistemática das áreas de produção fundamenta-se na caracterização do clima, do relevo e dos solos predominantes na propriedade, seguida do mapeamento básico da área, visando sua estratificação em zonas homogêneas de manejo. Uma vez que a maioria das áreas de produção agrícola apresenta variações espaciais, o mapeamento do rendimento das culturas pode prestar-se como um indicador da magnitude e da escala dessa variabilidade,

2 embora nem sempre seja possível determinar suas causas (HUGGINS & ALDERFER, 1995). As condições físicas de um solo adequadas ao desenvolvimento e estabelecimento do sistema radicular de plantas de diversas espécies vegetais exploradas economicamente tem sido, intensamente, estudadas e descritas nas Ciências dos Solos. Entretanto, a possibilidade de espacialização desses fenômenos tornou-se, no contexto da agricultura de precisão, uma das etapas fundamentais no processo de diagnóstico e conseqüente manejo localizado de fatores restritivos à produção. A fim de reafirmar a hipótese de relacionamento espacial entre a resistência do solo à penetração e o rendimento das culturas procurou-se, neste trabalho, apresentar evidências deste relacionamento. Nesse contexto, foram adquiridos dados amostrais descritivos da resistência do solo à penetração em diversas profundidades na área, dos quais selecionou-se àqueles para 9, 15 e 20cm; bem como dados do rendimento do trigo na safra de Uma vez que a coleta de dados sobre parâmetros físicos do solo é condicionada por limitações operacionais, econômicas e técnicas a posse de informações sobre possíveis correlações entre as referidas variáveis pode facilitar seu processo de mapeamento. O desafio do presente trabalho é avaliar em que extensão o rendimento do trigo, apresenta-se espacialmente correlacionado com a resistência do solo à penetração. 2 MATERIAIS & MÉTODOS A variabilidade espacial no rendimento do trigo e na resistência do solo à penetração nas profundidades: 9cm, 15cm e 20cm foram avaliadas numa Área Piloto de Agricultura de Precisão, em Londrina, Paraná. Nesta área experimental, de 15ha, sobre latossolo roxo, o trigo foi cultivado, sob semeadura direta, na safra Para monitoramento inicial do rendimento da cultura e da resistência do solo à penetração nas profundidades de 9cm, 15cm e 20cm, foi implantada na área, uma malha de amostragem de 50m X 50m, com adensamentos, utilizando-se de DGPS, totalizando 167 elementos amostrais. Em cada ponto da malha foram centradas parcelas experimentais de 6,4m 2, paralelas às linhas de semeadura, nas quais determinou-se o rendimento do trigo através de colheita semimanual, pesagem dos grãos e correção da umidade. Esta malha foi utilizada como suporte à coleta de dados sobre a resistência do solo à penetração que foi realizada utilizando-se penetrômetro de impacto, seguida da coleta de amostras de solo em diferentes profundidades, através do método do anel volumétrico, com a posterior determinação dos parâmetros umidade e densidade global do solo, para cada ponto da referida malha. Os valores obtidos, indexados em suas posições, forneceram as amostras de modelos numéricos para a análise de superfícies de tendência (BUSSAB, 1986; LANDIM, 1998; GEMAEL, 1994), para a análise estatística exploratória, assim como para a geração do modelo de variabilidade espacial (ISAAKS & SRIVASTAVA, 1989) que é dado por : γ (h) = ½ Σ [z(i) - z(i + h)] 2, i = 1,2,...,N (1) Utilizando-se deste modelo foi realizada interpolação, por krigagem. A reconstrução da superfície do rendimento do trigo e das superfícies de resistência do solo à penetração nas profundidades de 9cm, 15cm e 20cm foi realizada com os recursos do software Spring, o qual foi útil, inclusive, nas tarefas posteriores de tratamento, visualização, aquisição de amostras e análise de correlação das variáveis. Os modelos numéricos que representam as superfícies foram transformados em imagens tons de cinza para facilitar a análise entre as superfícies: rendimento do trigo e resistência do solo à penetração. Foram geradas combinações coloridas com essas imagens a fim de realizar uma pré-análise desses dados e, ainda, coletar amostras para a estimativa de possíveis correlações entre as variáveis. Finalmente, estimou-se a matriz de correlação entre as variáveis com todos os dados que representam as superfícies como também com dados amostrais coletados, sempre das mesmas posições no terreno, com os seguintes critérios: Células próximas a um local de coleta de dados (elemento amostral); Maiores valores de resistência à penetração, em cada profundidade; Maiores valores de rendimento. Algumas suposições orientaram essa aquisição de amostras, são elas: Em locais cujo valor de resistência a penetração seja muito elevado, pode haver restrição ao desenvolvimento da cultura; e Em locais onde o rendimento da cultura é muito alto é provável que a resistência `penetração não atinja valores restritivos ao desenvolvimento do trigo, obtendo-se rendimentos satisfatórios. Além disso, considerou-se o fato de que os dados coletados próximos de elementos amostrais coletados no terreno tenham sido obtidos com menor grau de incerteza. 3 RESULTADOS Os resultados da análise de superfície de tendência para a resistência à penetração, assim como para rendimento do trigo são apresentados na tabela 1. Tabela 1 - Variável analisada e polinômio indicado Variável Grau do polinômio Resistência à penetração em 9 cm de profundidade Grau 4 Resistência à penetração em 15 cm de profundidade Grau 2 Resistência à penetração em 20 cm de profundidade Grau 5 Rendimento da cultura de trigo Grau 4 Nas figuras 1, 2, 3 e 4 estão representadas as superfícies de tendência, selecionadas pela análise, para

3 resistência do solo à penetração, nas profundidades de 9cm, 15cm e 20cm, bem como para o rendimento do trigo. Verificou-se que uma vez que as superfícies foram ajustadas globalmente, as mesmas não foram capazes de representar representar variações regionais (locais). Mesmos assim, essas superfícies fornecem uma indispensável noção preliminar sobre a distribuição espacial de cada variável Figura 1 - Superfície de tendência para resistência do solo à penetração (Mpa), a 9cm de Figura 3 - Superfície de tendência para resistência do solo à penetração (Mpa), a 20cm de Figura 2 - Superfície de tendência para resistência do solo à penetração (Mpa), a 15cm de Uma análise estatística exploratória foi realizada para obter uma descrição preliminar das variáveis em estudo, além de facilitar a análise da dependência espacial. teóricos Figura 4 - Superfície de tendência para o rendimento do trigo (kg/ha). A análise de dependência espacial foi realizada com base no cálculo de variogramas experimentais e o ajuste de um modelo teórico para cada situação, ilustradas pelos modelos apresentados nas figuras 5 e 6. Figura 5 - Modelos teóricos ajustado aos semivariogramas experimentais para a resistência do solo à penetração a 9cm, 15cm e 20cm de Figura 6 - Modelo teórico ajustado aos semivariogramas experimentais para o rendimento do trigo nas direções 0º, 120º e ominidirecional.

4 Com os parâmetros dos modelos ajustados foram realizadas interpolações por krigagem gerando MNTs que representam as distribuições espaciais das variáveis interpoladas. A fim de avaliar a possível correlação espacial entre a resistência do solo à penetração em três diferentes profundidades, assim como a correlação destas resistências e o rendimento do trigo aplicou-se uma transformação nos MNTs reduzindo a resolução da variável real para o conjunto de inteiros entre 0 e 255 que caracteriza imagens tons de cinza. Desta forma, foi possível possível representar em uma imagem cada uma das três superfícies de resistência do solo à penetração combinando-as com a superfície representativa do rendimento do trigo. Adotou-se as variações de verde para representar o rendimento trigo e as variações de magenta (azul e vermelho) para representar cada uma das superfícies. As composições coloridas obtidas, nas quais também se representou os pontos de coleta de dados de resistência do solo à penetração, são apresentadas nas figuras 7, 8 e 9. Figura 7-7a.Resistência do solo à penetração a 9cm de profundidade, 7b. Combinação de 7a com 7c, 7c. Rendimento do trigo. Figura 8-8a.Resistência do solo à penetração a 15cm de profundidade, 8b. Combinação de 8a com 8c, 8c. Rendimento do trigo. Figura 9-9a. Resistência do solo à penetração a 20cm de profundidade, 9b Combinação de 9a com 9c, 9c. Rendimento do trigo.

5 Uma representação generalizada dos MNTs, obtida pelo fatiamento em classes de interesse, é mostrada na figura 10. Nas figuras 10.a, 10.b e 10.c estão representados os níveis de resistência do solo à penetração nas nas respectivas profundidades, enquanto que na figura 10.d foram apresentadas as classes de rendimento mapeadas. a. b c d Figura 10 Resistência do solo à penetração, nas profundidades de: 9cm (a), 15cm (b), 20cm (c); e o Rendimento do trigo: (d). Realizou-se uma análise de correlação entre as superfícies que representam a resistência do solo à penetração. Os resultados são apresentados na tabela 2. Tabela 2 - Matriz de correlação entre as resistências do solo à penetração nas três profundidades Variáveis Res_09cm Res_15cm Res_20cm Matriz de Correlação Esses resultados mostram que a resistência do solo à penetração nas profundidades de 9cm, 15cm e 20cm apresentaram-se moderadamente correlacionados indicando uma tendência dos valores de resistência à penetração para as profundidades de 9 e 20cm apresentarem maior similaridade entre si, distinguindo-se dos valores a 15cm. Uma análise semelhante foi realizada com resistência do solo à penetração nas três profundidades e rendimento do trigo. O resultado obtido está, a seguir, na tabela 3. Tabela 3 - Matriz de correlação entre as resistências do solo à penetração nas três profundidades e o rendimento do trigo. Variáveis Rend_trigo Res_09cm Res_15cm Res_20cm Matriz de Correlação Nesse caso, aparentemente não há correlação espacial entre o rendimento da cultura e a resistência do solo à penetração. Entretanto, vale lembrar que outras variáveis podem estar influenciando no desempenho da cultura. Como resultado de uma análise visual, foi possível perceber que algumas regiões aparentam estar correlacionadas, a figura 11 é um exemplo de uma dessas regiões.

6 Posteriormente, para mostrar a distribuição espacial dos locais onde existe correlação entre a resistência à penetração do solo em diferentes profundidades e o rendimento da cultura, prevê-se o desenvolvimento de uma classificação cruzada. a Figura 11 - Região de alta resistência à penetração a 9cm (a), Região de baixo rendimento do trigo (b). A fim de procurar encontrar alguma evidência de correlação, selecionou-se amostras com elementos que representam situações nas quais é mais provável que outras variáveis não estejam limitando o desempenho da cultura ou que as condições físicas do solo possam constituir uma das variáveis limitantes. Os critérios de seleção foram apresentados no método. Os resultados obtidos são apresentados na tabela 4. Esses resultados indicam que nas regiões selecionadas para as amostras analisadas existe correlação de moderada a alta entre a resistência do solo à penetração e o rendimento do trigo. Tabela 4 - Matriz de correlação entre a resistência do solo à penetração e o rendimento do trigo. Variáveis Rend_trigo Res_09cm Res_15cm Res_20cm Matriz de Correlação CONCLUSÃO As superfícies representativas da resistência do solo à penetração nas profundidades de 9cm, 15cm e 20cm apresentaram-se moderadamente correlacionadas. O relacionamento espacial esperado entre o rendimento do trigo e a resistência do solo à penetração se manifesta em situações extremas onde os maiores valores de rendimento encontram-se associados à condições físicas do solo mais favoráveis ao desenvolvimento e produção da cultura. Por outro lado, para as porções da área onde o solo apresentou valores mais elevados de resistência à penetração, nas três profundidades avaliadas, ficou caracterizada a ação restritiva da compactação do solo sobre o rendimento do trigo. Nesse sentido, a espacialização do fenômeno contribui efetivamente para o diagnóstico do problema auxiliando no planejamento de ações para o controle localizado. b AGRADECIMENTOS À Embrapa pelo suporte físico e financeiro decorrentes do Projeto À Unesp pela cooperação técnica que viabilizaram a implantação deste Projeto de Pesquisa. BIBLIOGRAFIA HUGGINS, D. R.; ALDERFER, R. D. Yield variability within a long-term corn management study: Implications for precision farming. In: Site-specific management for agricultural systems, P. C. Robert, R. H. Larson, (eds.) ASA, CSSA, SSSA. Madison. p , ISAAKS, E. H.; SRIVASTAVA, R. M. An introduction to applied geostatistics. Oxford University Press. New York, CAMARGO, E.C.G. Desenvolvimento, Implementação e Teste de Procedimentos Geoestatísticos (Krigagem) no Sistema de Processamento de Informações Georreferenciadas (SPRING). São José dos Campos, Disponível em: Acesso: 21 de Junho de GEMAEL, Camil. Introdução ao ajustamento de observações: aplicações geodésicas. Curitiba: Editora da UFPR, LANDIM, Paulo Milton Barbosa. Análise Estatística de Dados Geológicos. SP: Editora Unesp, BUSSAB, Wilton O. Análise de Variância e de Regressão. SP: Editora Atual, 1986 (coleção mét. quantitativos).