6º Workshop Bioeconomia Novas tecnologias para agricultura de precisão EQUIPAMENTOS E TÉCNICAS PARA AUXÍLIO NA CARACTERIZAÇÃO DE SOLOS AGRÍCOLAS José Marques Júnior Grupo CSME UNESP Jaboticabal Agropolo Campinas-Brasil
Demanda atuais e potencial de aplicação Métricas da produção sustentável Como a Ciência do Solo é vista em SP (trechos de depoimentos): Redução no consumo de energia Redução no consumo de água Setor privado: Redução da emissão de gases...em alguns casos falta organização... Redução da emissão de dejetos Aumento na cobertura vegetal Outras áreas do conhecimento: Aumento número de patentes rota tecnológica Fonte: Revista Pesquisa FAPESP edição de outubro 2011...difícil compreensão o que interfere na aplicabilidade... ~R$ 73 M Ausência de informações detalhadas e práticas do solo (aplicabilidade) ~R$ 80 M ~R$ 100 M
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Demanda do setor agrícola pelo mapa de variabilidade dos atributos do solo
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira? amts/ ha Subjetivo Escala 1: 250.000 Escala 1: 50.000 Peso genético: 30 % Peso dos fatores ambientais: 70 % Escala 1: 15.000
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Demanda FAO 1:30.000.000 RADAM 1:5.000.000 Não atende as necessidades da agricultura atual na Região Sudeste Empresas privadas1:10.000 Serviço de levantamento (1975) 11 quadriculas 1:100.000
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Brasil 1:100.000 E.U.A 1: 17.000 Setor privado 10.000 Para algumas aplicações ainda não é suficiente!
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Levantamentos detalhados e ultra-detalhados Segundo Legros (2006) = Técnicas auxiliares para levantamentos de solo: (a) Pedons e polipedons similares (método clássico) (b) livre ou categórico (podem utilizar conceitos de relação solo-paisagem) (c) utilizando análise geoestatística (d) utilizando à lógica fuzzy Levantamento híbrido (Modelos de paisagem+classificação númerica) Em escalha detalhada e ultra-detalhada requer grande número de amostras LEGROS, J.-P. Mapping of the soil, 411 pp., 2006 1.Elevação dos custos 2.Tempo de coleta e análise 3.Erro laboratórial 4.Menor tempo para planejamento 5.Uso de reagentes químicos pelos laboratórios
Áreas de atuação Ferramenta de gestão Ferramental Causa Efeito Aplicabilidade (desenvolvimento de tecnologia) Planejamento Agrícola Planejamento Industrial Setor Agronegócio
Experiência do Grupo CSME em mapeamentos detalhados 1:100.000 Definição do limite: Árvore decisão Lógica fuzzy Coleta de amostras in situ >1:10.000 Transferência da informação de variabilidade para áreas semelhantes
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Relação solo-paisagem (Estratigrafia, geomorfologia e hidrologia)
Modelos de paisagem Por que o relevo é assim?
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Superficies geomórficas I II III Daniels et al. (1971)
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Segmentos de vertente
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira MODELOS DE CURVATURA: Formas do relevo As nove pedoformas básicas propostas por TROEH (1965)
Modelos de paisagem
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Mapa de Solo
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira 1 pt / 4 ha Como representar inúmeros atributos do solo de uma única vez 1 pt / 1 ha e ao mesmo tempo aumentar a quantidade dos pontos de amostragem??
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Caulinita 1900 x Mica 17600 x Esmectita Grão de areia 190 x Ácido fúlvico 23000 x Óxidos de Fe 7500 x
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Solos Oxídicos (Óxidos de Fe, Gibbsita) Solos cauliniticos (Mineral de argila filossilicatado) Arranjo dos cristais em forma de granulos Arranjo dos cristais em forma de placas
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Condutividade hidráulica (após 7 h) de Latossolos brasileiros relacionados com estrutura, teor de argila e mineralogia (Ferreira, 1988). Solos Estrutura Argila Ki Caulinita Gibbsita Goethita Hematita Condutividade Hidráulica mm/h 1/ LE = Latossolo Vermelho-Escuro LR = Antigo Latossolo Roxo Nitossolo LV = Latossolo Vermelho-Amarelo La = Latossolo Amarelo, LU = Latossolo Variação Una 2/ p = pequeno, p = muito pequeno, Bs = blocos subangulares, Bs, a = blocos subangulares e angulares e G = granular.
Minerais: Indicadores Zonas de Manejo são formados em locais específicos Hematita Goethita 1º Existe variação dos minerais na paisagem 2 Os atributos físicos e químicos do solo acompanham essa variação 3 Podemos identificar e mapear essa variação Zonas de Manejo 4 Planejamento estratégico, tático e operacional Agricultura de Precisão
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Modelos matemáticos
FERRAMENTAS Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Geoestatistica
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Evolução da Geoestatística Krigagem Indicatriz Krigagem Deriva externa Krigagem Temporal Variograma Cruzado Co-Krigagem Krigagem Fatorial Krigagem Multivariada Sim. Seq. Gaussiano Surgimento da Geoestatistica (D. Krige) Aperfeiçoamento (Matheron) Brasil
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Qual a importância de uma boa modelagem?
Argissolo Vermelho-Amarelo eutrófico textura média/argilosa 1 ha - espaçamento de amostragem: 10 m (sem subamostras)
Argissolo Vermelho-Amarelo eutrófico textura média/argilosa 1 ha - espaçamento de amostragem: 10 m; 110 pontos (sem subamostras) Inverso do quadrado da distância Krigagem (Default) Sem ajuste Krigagem Com ajuste Ads. P Ads. P Ads. P
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Detalhamento do mapa X Custo do n pontos/ ha
Definição de Zonas de Manejo: A Experiência Brasileira Detalhamento do mapa X Custo do n pontos/ ha
Química Física Total Mineralógica Total Custo/amost. (R$) 9 7 80 Área de renovação ~10.000 ha (1 pt/ 4ha) 22.500 33.700 (1 pt/1,5 ha) Expansão ~30.000 ha 67.500 180.000 52.500 140.000 120.000 320.000 600.000 1.600.000 720.000 1.920.000 1 pt/ 4 ha 1 pt/ 1,5 ha Utilizar quantificação indireta para viabilizar mapeamentos detalhados e ultra-detalhados
Proposta CSME: mapeamento da variabilidade dos atributos do solo Custo/tempo Impacto ambiental Erro laboratorial (30%)
Subsídios para levantamentos detalhados para nível de série Medidas Indiretas (Campo e laboratório) Espectroscopia de reflectância difusa & Suscetibilidade magnética
Subsídios para levantamentos detalhados para nível de série Suscetibilidade magnética (SM) Siqueira et al. (2010) Correlation of properties of Brazilian Haplustalfs with magnetic susceptibility measurements. Soil Use and Management, 26, 425 431 Auxílio Pesquisa CNPQ(Proc. 470165/2009-0) Caracterização do Solo Utilizando Técnicas Geomorfologicas e Classificação Númerica Correlação da SM com: Teor de argila (0,68), V% (0,76) e teor de hematita (0,81)
Subsídios para levantamentos detalhados para nível de série Espectroscopia de Reflectância Difusa Principal componente-pc (trabalha os segmentos de diferentes amostras simultaneamente) PC- Visível (Vis) PC- Infravermelho (Nir)
Proposta Geomorfológica...
Experiências anteriores...
Experiências anteriores... Mesmo padrão de variabilidade para atributos do solo e resposta de culturas agrícolas (+ de 20 artigos publicados nestas 3 áreas de estudo)
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO 2. Hipótese
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO As formas côncavas e convexas podem ser consideradas como unidade de manejo para o planejamento do potencial produtivo e qualitativo pelo setor sucroenergético no Planalto Ocidental Paulista, que representa aproximadamente 9,5 milhões de hectares (38% da área total do estado de São Paulo)
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO 3. Objetivo
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Identificar áreas com diferentes potenciais produtivos e de qualidade da cana-de-açúcar em diferentes formas do relevo caracterizadas por assinatura geomórfométrica, suscetibilidade magnética e espessura dos horizontes A+E em Argissolos originados de Arenito com baixo teor de ferro total
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO 4. Material e Métodos: Caracterização da área
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Caracterização geológica e geomorfológica
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Caracterização pedológica Solo de maior ocorrência foi classificado como Argissolo Vermelho-Amarelo eutrófico/typic Hapludalf (SOIL SURVEY STAFF, 1975) com teor de ferro total (Fe 2 O 3 ) menor do que 40 g kg -1 (< 4%). Processo de formação do Argissolo: Lessivagem (movimentação vertical da fração argila)
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Caracterização climática ROLIM, Glauco de Souza et al. Classificação climática de Köppen e de Thornthwaite e sua aplicabilidade na determinação de zonas agroclimáticas para o estado de são Paulo.Bragantia, Campinas, v. 66, n. 4, p. 711-720, 2007.
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO 4. Material e Métodos: Planejamento amostral e avaliação do Solo
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Definição da Área Piloto 200 ha (Estudos Ultra-Detalhados) 2 Teses de Livre Docência + de 3 Teses de Doutorado + de 4 Dissertações + de 10 artigos em revistas A2 e B1
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Caracterização da área Piloto Município: Catanduva SP Material de origem: rochas areníticas sedimentares do Grupo Bauru, Formação Adamantina Solos: Argissolo Vermelho-Amarelo eutrófico textura média/argilosa Uso: cana-de-açúcar Área: 200 ha Pontos amostrados: 623 pontos 2 malhas de 1 ha (121 pontos) Côncava Convexa Finalistas da 11ª edição do Prêmio FINEP de Inovação Tecnólogica Dissertações: Barbieri, D. M. (2007), Camargo, L. A. (2009) Tese de Doutorado: Baracat, R. S. (2006) Tese de Livre-Docência: Marques Jr. (2009) Caracterização de áreas de manejo específico no contexto das relações solo-relevo (Bolsa FAPESP de Pesquisa no Exterior, Proc. FAPESP Processo: 2007/08457-9)
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Definição da Quadrícula - 100.000 ha -
15 formas com 3 pontos de amostragem de solo
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Avaliação dos atributos do Solo
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Suscetibilidade Magnética (SM)
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Suscetibilidade Magnética (SM): Covariativa da Mineralogia do Solo CO 2 Mineralogia Argila Disponibilidade de nutrientes Estabilidade do agregado Volume de poros Infiltração de água no solo Resistência do solo à penetração Densidade
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Espessura do horizonte A+E: expressa o processo de formação do solo
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO 4. Material e Métodos: Montagem do banco de dados para cana-de-açúcar
Sobreposição para seleção dos talhões Histórico (2008 a 2014) das áreas cultivadas com cana-de-açúcar ( 20.000 ha) (n = 280 observações por forma da paisagem) Os resultados de TCH e Pol analisados são uma média geral de mais de 15 variedades sujeitas a variação do clima, ataque de pragas, plantas daninhas e outros fatores durante o período avaliado. Quadrícula de 100.000 ha
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO 4. Material e Métodos: Análise dos dados
Comparativo (gráfico de dispersão+teste de Médias) Área Piloto vs Quadrícula
Gráfico de Percentual de Acertos (Exatidão) Modelo da Área Piloto para resposta da cana-de-açúcar: Hipótese: TCH CC > TCH CX Verdadeiro ( n = 280 observações) Pol CC < Pol CX Verdadeiro ( n = 280 observações)
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO 5. Resultados e Discussão
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO SM CC > SM CX Está mais próximo do horizonte com maior teor de argila onde estão presentes minerais com expressão magnetica (Ex.: ferridrita e maghemita) (N = 121 pontos por forma) (N = 45 pontos por forma)
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO + preciso - preciso
TCH Estes valores médios são úteis para alimentar modelos de produção e eficiência de produção de açúcar
Pol Estes valores médios são úteis para alimentar modelos de produção e eficiência de produção de açúcar
Os resultados de TCH e Pol analisados são uma média geral de mais de 15 variedades sujeitas a variação do clima, ataque de pragas, plantas daninhas e outros fatores durante o período avaliado.
Convencional Modelagem Paisagem Aumento Economia Aumento 5,04% ha -1 US$ 88,5 ha -1 22%
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO 6. Conclusão
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO O mapeamento de formas do relevo foi eficaz na identificação de áreas com potencial para cultivo da cana-de-açúcar e podem auxiliar no gerenciamento da cultura visando obtenção de áreas mais homogêneas para uma padronização da qualidade da matéria prima. O TCH da forma côncava foi 0,71% superior em relação a forma convexa e o Pol da forma convexa foi 1,2% superior em relação a forma côncava. Assim, o modelo de resposta da cana-de-açúcar em função das formas do relevo apresentou em média exatidão de 55% para produtividade (TCH) e 64% para Pol em Argissolos do Planalto Ocidental Paulista.
PRODUÇÃO E QUALIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR EM DIFERENTES FORMAS DO RELEVO Agradecimentos