AGRICULTURA DE PRECISÃO EM ARGISSOLO … · years could bring significant gains in production, as...
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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JULIO DE MESQUITA FILHOFACULDADE DE CINCIAS AGRRIAS E VETERINRIAS
CMPUS DE JABOTICABAL
AGRICULTURA DE PRECISO EM ARGISSOLO COM VARIAO NAS FORMAS DE RELEVO SOB O CULTIVO
DE CANA-DE-ACAR
Rodrigo Baracat Sanchez Engenheiro Agrnomo
JABOTICABAL SP BRASIL
2007
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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JULIO DE MESQUITA FILHOFACULDADE DE CINCIAS AGRRIAS E VETERINRIAS
CMPUS DE JABOTICABAL
AGRICULTURA DE PRECISO EM ARGISSOLO COM VARIAO NAS FORMAS DE RELEVO SOB O CULTIVO
DE CANA-DE-ACAR
Rodrigo Baracat Sanchez
Orientadores: Prof. Dr. Jos MarquesJniorProf. Dr. Gener Tadeu Pereira
Tese apresentada Faculdade de Cincias Agrrias e
Veterinrias Unesp, Cmpus de Jaboticabal, como
parte das exigncias para a obteno do ttulo de
Doutor em Agronomia (Produo Vegetal).
JABOTICABAL SP BRASIL
Dezembro de 2007
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Sanchez, Rodrigo BaracatS211a Agricultura de preciso em argissolo com variao nas formas de
relevo sob cultivo de cana de-acar / Rodrigo Baracat Sanchez. Jaboticabal, 2007
viii, 101 f.: il.; 28 cm
Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Cincias Agrrias e Veterinrias, 2007
Orientador: Jos Marques JniorBanca examinadora: Marcilio Vieira Martins Filho, Ailto Antnio
Casagrande, Zigomar Menezes de Souza, Jos Paulo MolinBibliografia
1. Variabilidade espacial. 2. Relao solo-paisagem. 3. Saccharum officinarum. I. Ttulo. II. Jaboticabal-Faculdade de Cincias Agrrias e Veterinrias.
CDU 633.61:528.7
Ficha catalogrfica elaborada pela Seo Tcnica de Aquisio e Tratamento da Informao Servio Tcnico de Biblioteca e Documentao - UNESP, Cmpus de Jaboticabal.
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DADOS CURRICULARES DO AUTOR
RODRIGO BARACAT SANCHEZ nascido em 10 de maro de 1976, em Tup-SP, Engenheiro Agrnomo formado pela Faculdade de Cincias Agrrias e
Veterinrias UNESP, cmpus de Jaboticabal, no ano de 1999. No perodo entre
fevereiro de 1996 aedezembro de 1999, realizou estgio na rea de agricultura de
preciso. Em novembro de 2003, concluiu o curso de ps-graduao, pela mesma
escola, para a obteno do ttulo de mestre na rea de concentrao em Cincia do
Solo. Iniciou em fevereiro de 2004 outro curso de ps-graduao em Agronomia, rea
de concentrao em Produo Vegetal, nvel de doutorado, na Universidade Estadual
Paulista (UNESP), Cmpus de Jaboticabal, com trmino em dezembro de 2007.
Atualmente, diretor de Pesquisa e Desenvolvimento da Usina So Domingos Acar e
lcool S/A, onde realiza programas de qualidade do processo industrial e ambiental
(PDCA, SDCA, 5 Ss, ISO 9000 (2001), ISO 14000, OHSAS 18000, AS 8000, Food
Safety) e modelagem matemtica na otimizao do processo sucroalcooleiro.
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Tudo certo, mas nada resolvido.
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Dedico
Aos meus pais, Evandro e Maria Eduarda,
e minha sobrinha, Maria Beatriz.
AGRADECIMENTOS
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Prof. Dr. Jos Marques Jnior;
Prof. Dr. Gener Tadeu Pereira;
Prof. Dr. Marcilio Vieira Martins Filho;
Prof. Dr. Newton La Scala Jnior;
Usina So Domingos Acar e lccol S/A;
Lvia Arantes;
Diogo Mazza Barbieri;
Jorge Baracat Neto;
Marina Guisardi;
Antonio Gilberto Marquesini;
Jesus Hernan Camacho Tamayo.
Agradeo a todos pela dedicao e apoio na realizao deste trabalho.
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"... uma sensao extremamente agradvel chegar ao fim de uma etapa com a conscincia do dever cumprido.
E obter a consagrao, o respeito de todos, o reconhecimento dos colegas, a admirao das pessoas que
amamos... Ouvir o prprio nome com orgulho. Aquele orgulho de quem
viu nos obstculos a oportunidade de crescer. Orgulho de quem soube enfrentar as turbulncias da vida e vencer...
Orgulho de ser um vencedor que no abriu mo dos seus valores fundamentais."
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SUMRIO Pgina
RESUMO........................................................................................................... vii
SUMMARY ........................................................................................................ viii
CAPTULO 1. Consideraes gerais ................................................................. 01
CAPTULO 2. Variabilidade espacial do teor de acares redutores totais (ART)
produtividade da cana-de-acar em diferentes pedoformas ........................... 37
CAPTULO 3. Variabilidade espacial de atributos do solo e fatores de eroso em
diferentes pedoformas ...................................................................................... 53
CAPTULO 4. Uso da geoestatstica e de modelagem matemtica para avaliao
de custos de fertilizao .................................................................................... 74
APNDICES ..................................................................................................... 97
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AGRICULTURA DE PRECISO EM ARGISSOLO COM VARIAO NAS FORMAS DE RELEVO SOB CULTIVO DE CANA-DE-ACAR
RESUMO - O objetivo deste trabalho foi a aplicao de mtodos de agricultura de preciso e modelos matemticos em um argissolo com variaes na forma do
relevo sob cultivo de cana-de-acar na regio de Catanduva (SP). A rea
estudada apresentou duas diferentes pedoformas (uma cncava, C+P+, e outra
convexa, C-P-). Numa rea total de 200 ha, instalou-se uma malha contendo 623
pontos espaados por uma distncia de 50 metros a fim de analisar a variabilidade
espacial dos atributos granulomtricos e qumicos do solo, e a qualidade da
matria-prima (ART acares redutores totais). Nessa mesma rea, foi
confeccionada outra malha contendo 188 pontos espaados por uma distncia de
150 metros para anlise espacial da espessura do horizonte A + E. Amostras de
solos foram coletadas em todos os pontos da malha, na profundidade 0,0-0,2
metro, e anlises granulomtricas, qumicas e de qualidade foram feitas em
laboratrios. Calculou-se a estatstica descritiva, e a dependncia espacial entre
as amostras foi determinada utilizando-se semivariogramas. Mapas de krigagem
foram confeccionados para os atributos estudados. Os resultados mostraram que
a utilizao da agricultura de preciso e modelo matemtico a forma mais eficaz
na reduo de custos para aplicao de adubos. Nessas condies, a pedoforma
cncava necessitou de 12% a menos de fertilizantes quando comparada com a
pedoforma convexa. Esses resultados corroboram a maior fertilidade da rea
cncava, que tambm possui menor taxa de eroso e maior espessura do
horizonte A + E. Ressalta-se que a modelagem matemtica apresenta ndices
para a reduo de custos. Com isso, o uso de tcnicas de agricultura de preciso
poder, ao longo dos anos, trazer ganhos significativos nos sistemas de produo,
pois este identifica zonas especficas de manejo.
Palavras-chave: variabilidade espacial, eroso, qualidade e produo de cana-de-acar, espessura do solo, zona especfica de manejo.
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PRECISION AGRICULTURE APPLIED TO ARGISSOL CULTIVATED WITH SUGAR CANE UNDER DIFFERENT RELIEF FORMS
SUMMARY - The aim of this work was to apply precision agriculture and mathematical models in order to reduce the fertilization cost of a red-yellow
Argissol cultivated with sugar cane in different pedoforms (concave, C + P +, and
convex, CP-) located in the region of Catanduva (SP) . A grid having 623 points
was installed in an area of 200 ha, whith points spaced by 50 meters, in order to
analyze the spatial variability of the texture parameters, soil fertility and amount of
raw material (TRS-total reducing sugars). In the same area another grid having
188 points was installed, with minumum distance of 150 meters, in order to provide
the spatial analysis of the A+E soil horizon thicknesses. Soil samples were
collected in all grid points in the depth of 0,0-0,2 meters. They were submitted to
texture, fertility and quality analyzes in a laboratory. Descriptive statistics was
calculated and spatial dependence of samples determined by using
semivariograms. Maps of kriging were made for all the studied attributes. Results
showed that the use of precision agriculture coupled with mathematical modelling
is the most effective way to reduce costs for fertilizers application. The concave
pedoform needed 12% less fertilizer when compared to the convex pedoform.
These results are in accordance with the higher fertility of concave pedoform that
has also lower erosion rates and higher horizon thickness. Another result obtained
from the mathematical modeling is the derivation of specific indexes for cost
reduction. We believe that the application of precision agriculture over the next
years could bring significant gains in production, as this technique identifies areas
demanding specific management.
Keywords: spatial variability, soil erosion, yield and quality of suga cane production, soil thickness, specific soil management .
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CAPTULO 1 CONSIDERAES GERAIS
1.1 Introduo
O setor sucroalcooleiro, ou bioenergtico, como denominado atualmente,
o segmento do agronegcio mundial que apresenta maior crescimento frente
aos demais setores da agricultura. As produes, na safra de 2006/2007, para o
Brasil, foram de: 29,7 milhes de teladas; 17,9 bilhes de litros, e 426,0 milhes
de teladas, respectivamente, para acar, lcool e cana-de-acar (UNICA).
Uma fatia importante dentro do setor sucroalcooleiro a produtividade
agrcola, significando 70% dos custos do setor. Tal produo est relacionada a
fatores como solo, clima, aplicao e uso de insumos, controle de pragas e
doenas, cultivares e variedades, mecanizao, sistema de colheita, etc. A
necessidade de incorporao de novas tecnologias primordial na racionalizao
de todo o processo produtivo, visto que isto implica a reduo de custos
operacionais e a maior lucratividade de todo e qualquer sistema da agroindstria.
Para tanto, a manipulao, a organizao e o gerenciamento de dados referentes
aos fatores de produo so essenciais (MOLIN, 1997).
A Agricultura de Preciso apresenta-se como uma moderna ferramenta
para auxiliar o produtor na definio das melhores estratgias de manejo a serem
adotadas visando a aumentar a eficincia da atividade agrcola. Especificamente
no manejo do solo, a agricultura de preciso tem como principal conceito aplicar,
no local correto e no momento adequado, as quantidades de insumos necessrios
produo agrcola, para reas cada vez menores e mais homogneas, tanto
quanto a tecnologia e os custos envolvidos o permitam (DOBERMANN & PING,
2004).
Neste contexto, muitos autores tm utilizado as curvaturas do relevo para
auxiliar a definio de zonas especficas de manejo (MONTANARI et al., 2005;
SOUZA et al., 2006; FRANZEN et al., 2006; BARBIERI et al., 2007), objetivando a
construo de mapas de variabilidade de solos e produo com menor custo e
maior preciso. CHANG et al. (2003), SADLER et al. (1998) e BOUMA et al.
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(1999) citam em seus estudos a importncia na utilizao da topografia como
ferramenta para a definio de locais mais homogneos, permitindo o manejo
mais adequado e racional.
Nesse sentido, vrios autores tm estudado a delimitao de zonas
especficas de manejo, com base no mapeamento das superfcies geomrficas
(CUNHA et al., 2005; CAMPOS, 2006) e formas da paisagem (BARBIERI et al.,
2007). O objetivo criar um cenrio de anlise capaz de delimitar com maior rigor
as linhas de transio entre as regies levantadas e prever, de forma quantitativa
e qualitativa, a variabilidade dos atributos do solo de uma forma mais gil e
eficiente (SOUZA et al., 2007). Isto pode ser til e auxiliar a transferncia de
conhecimentos com maior facilidade e agilidade, sendo uma medida mais vivel
do que os levantamentos convencionais que requerem maior giro de capital,
pessoal especializado (pedlogos) e tempo, o que a torna uma ao inadequada
na rotina de produo de uma rea comercial.
Alm da topografia, a geoestatstica tem-se mostrado como uma ferramenta
fundamental para a construo de mapas de recomendao de manejo localizado
confiveis, que possam ser utilizados com eficincia para a agricultura de preciso
(VIEIRA, 2000). Todo embasamento dests ferramenta est na anlise da
variabilidade espacial dos fatores de produo, tais como, atributos do solo e da
produo. A partir dessa anlise, as decises devem ser tomadas para que se
faam, ento, a aplicao dos insumos e o manejo fsico das culturas de uma
forma localizada (PIERCE & NOWAK, 1999). A tecnologia deve ser, no entanto,
validada com base em anlises que promovam as suas vantagens no apenas
econmicas, mas tambm benefcios ao meio ambiente por resultar em menor
excedente de insumos (MOLIN, 1997).
Dessa forma, a agricultura de preciso, aliada a ferramentas como a
topografia e a geoestatstica, tem demonstrado, por meio de vrios estudos, ser
um eficiente sistema de manejo, pois tem diminudo custos (JALALI, 2007; RUFFO
et al., 2006), aumentado a produo e evitando contaminaes ambientais
(BIERMACHER et al., 2006; KORSAETH & RILEY, 2006; LAMBERT et al. 2006).
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Portanto, o presente trabalho teve como objetivo a aplicao de mtodos de
agricultura de preciso e modelos matemticos em um argissolo com variaes na
forma do relevo sob cultivo de cana-de-acar na regio de Catanduva (SP).
1.2 Reviso de Literatura
1.2.1 Formas do relevo e variabilidade dos atributos do solo
O estudo das relaes solo-geomorfologia, em escala de aplicao agrcola
e ambiental, tem sido proposto por vrios autores (TROEH, 1965; RUHE et al.,
1967; DANIELS et al., 1971). Dentre os mtodos usuais, destacam-se aqueles que
propem associao das formas da paisagem (pedoforma) variabilidade
espacial dos atributos dos solos. Esta modalidade de estudo tem contribudo para
mapeamento de reas mais homogneas (SOUZA et al., 2004) cujos limites
podem ser mais facilmente identificados, o que permite que tcnicas agronmicas
possam ser transferidas com facilidade e economia para ambientes semelhantes
(MARQUES JNIOR & LEPSCH, 2000).
Atributos dos solos possuem comportamento diferenciado em segmentos
especficos da paisagem, e suas relaes podem ser entendidas pela
caracterizao da variabilidade espacial dos atributos por meio de tcnicas de
geoestatstica. Esses segmentos podem ser identificados como locais especficos
da paisagem (CHANG et al., 2003, SADLER et al., 1998 e BOUMA et al., 1999).
KRAVCHENCO & BULLOCK (2000), estudando as influncias da posio
topogrfica na produo de milho e soja, e nos atributos qumicos do solo,
verificaram que a combinao das caractersticas topogrficas explicou entre 6 e
54% da variabilidade da produtividade do milho e da soja; porm, quando se
correlacionou s propriedades topogrficas e qumicas, foram explicados de 10 a
78% da variabilidade da produtividade dessas culturas.
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Dentre os processos controlados pela topografia, o que mais afeta a
distribuio espacial dos atributos dos solos, a quantidade, o fluxo e a
distribuio sazonal de gua (DANIELS & HAMMER, 1992). As oscilaes, na
intensidade e direo dos fluxos de gua, condicionam ambientes especficos no
solo, por interferir no movimento de bases e slica, e no comportamento das
argilas. Por conseqncia, fluxos verticais de gua condicionam variaes
morfolgicas e mineralgicas na vertente (MONIZ et al., 1994; ZASLAVSKY &
ROGOWSKI, 1969), alm de interferir nos processos de formao do horizonte B
textural (ALMEIDA et al., 1997; ALVES & RIBEIRO, 1995; VIDAL-TORRADO,
1993; CASTRO, 1989) e na variabilidade de atributos de B latosslicos (POCAY,
2000; SOUZA, 2004).
O modelo de paisagem muito utilizado nos estudos de cincia do solo o
de superfcie geomrfica, proposto por RUHE (1956) como sendo uma poro de
terra que definida no espao e no tempo. Em acrscimo a esse conceito,
DANIELS et al. (1971) afirmam que as superfcies geomrficas tm limites
geogrficos definidos e so formadas por um ou mais agentes num determinado
perodo de tempo. Assim, o entendimento das relaes entre solos e superfcie
geomrfica constitui uma ferramenta importante tanto para compreender a
distribuio espacial dos solos na paisagem, como para auxiliar nos
levantamentos e planejamentos de uso do solo (TERAMOTO et al., 2001; MOTTA
et al., 2002).
Outro modelo de paisagem utilizado em mapeamentos detalhados de solos
aquele baseado nas curvaturas do terreno, conforme estabelecido por TROEH
(1965). Nesse modelo, as pedoformas podem variar desde as lineares at as
cncavas, passando pelas convexas, que normalmente associam o perfil
(inclinao) e a curvatura (curva) da paisagem com o grau de intemperismo e
evoluo do terreno. Uma das vantagens desse modelo o registro da influncia
da intensidade e direo dos movimentos da gua (convergncia e divergncia)
nas variaes dos atributos dos solos.
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A variabilidade espacial dos atributos do solo est presente em todas as
classes de solos, e em levantamentos de pequena escala (baixo nvel de detalhe),
pode ser registrada at dentro de uma mesma classe taxonmica. Portanto,
importante sua caracterizao para o gerenciamento adequado do sistema
produtivo. WARRICK (1998) descreve os atributos fsicos, qumicos e biolgicos
dos solos como altamente variveis em todos os nveis de observao. Nesse
sentido, o registro de coordenadas geogrficas na atividade de amostragem de
solo no campo, permite a gerao de mapas de atributos do solo os quais quando
associados a mapas de produo das culturas, podem ser utilizados para
recomendao de aplicao de fertilizantes (BARBIERI et al., 2007). Essa
tecnologia permite aplicar doses de fertilizantes com taxa variada, segundo a
necessidade de cada local especfico. Essa uma ferramenta fundamental para
reduzir os impactos negativos na agricultura (MOLIN, 2001) e no meio ambiente
(BISCARO & GARZELLA, 2006).
Desse modo, o conhecimento da variabilidade espacial dos atributos dos
solos, em associao com os limites de preciso dos locais especficos, torna-se
de grande importncia para a gerao de mapas confiveis para a tomada de
deciso (FRANZEN et al., 2006). Dentre as causas da variabilidade dos solos,
destacam-se as formas do relevo, que tm despertado o interesse de vrios
pesquisadores (SOUZA et al., 2006; KRAVCHENKO & BULLOCK, 2000; CHANG et al., 2003). SOUZA et al. (2006) registraram em seus estudos que a identificao
de compartimentos da paisagem, utilizando modelos de curvatura, mostrou-se
muito eficiente no estudo da variabilidade espacial dos atributos qumicos.
Concluram que pequenas variaes nas formas do relevo condicionam
variabilidade diferenciada para os atributos qumicos.
Para CARVALHO (1981), a participao do relevo importante, pois, de
maneira geral, influencia na quantidade de gua armazenada no solo, acelerando
as reaes qumicas do intemperismo, promovendo o transporte de slidos ou de
materiais em soluo e produzindo efeitos que se traduzem em diferentes tipos de
solos, nas diversas posies das toposseqncias. Essas posies podem ser
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mapeadas, e a coleta de amostras, em intervalos regulares, permite quantificar os
processos do solo em relao ao seu grau de dependncia espacial.
Dentre os nutrientes responsveis pelo desenvolvimento da cultura e
longevidade do canavial, o fsforo destaca-se pelas quantidades requeridas e
custo do elemento. Comprovadamente, as tecnologias de adubao, com taxa
variada, constituem importante ferramenta para a reduo do valor do
investimento. Algumas usinas no Brasil tm utilizado a agricultura de preciso
como ferramenta para a racionalizao do uso de insumos e corretivos com
resultados relevantes (MENEGATTI et al., 2006).
Nesse sentido,o estudo da variabilidade dos atributos dos solos, utilizando
aspectos do relevo, permite elaborar mapeamentos com limites precisos,
possibilitando caracterizar ambientes especficos de manejo e transferncia de
informaes para reas semelhantes.
1.2.2 Aplicao de fertilizantes a taxa varivel
A premissa da aplicao de tcnicas de agricultura de preciso a
aplicao de insumos agrcolas em locais especficos e nas quantidades
requeridas (JALALI, 2007; RUFFO et al., 2006). Insumo aplicado de maneira
inadequada, principalmente agrotxicos e fertilizantes, pode gerar impactos
ambientais severos e aumento do custo de produo das culturas (DAINESE et
al., 2003; BIERMACHER et al., 2006; KORSAETH & RILEY, 2006; LAMBERT et
al., 2006).
MENEGATTI et al. (2006), mencionam que, na experincia de usinas que
implantaram as tcnicas de agricultura de preciso, utilizando critrios localizados
e detalhados de aplicao de insumos, houve reduo no uso desses insumos
sem causar queda na produtividade. Nos trabalhos cujo foi possvel verificar o
efeito na produtividade da cana-de-acar, o resultado foi positivo e consistente.
BARBIERI et al. (2007), estudando argissolos cultivados com cana-de-acar,
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tambm registraram dosagem inadequada na aplicao convencional de
fertilizantes quando comparada a aplicaes de forma localizada.
Na Usina Aucareira Guara, a implantao do sistema de aplicao de
fertilizantes, com taxa variada, resultou em reduo de custo na correo do solo
de 10,94 R$ ha-1, com aumento mdio de produtividade constatada, de 4,5 %,
equivalente a 5,98 t ha-1. Ao preo mdio do Estado de So Paulo em maro de
2006, de 35,09 R$ t-1, representa 210,01 R$ ha-1. A margem de contribuio total
da aplicao em taxa variada foi de 220,95 R$ ha-1 (MENEGATTI et al., 2006).
Nos estudos de MENEGATTI et al. (2006), registrou-se uma diferena de
consumo mdio entre a aplicao em taxa variada e em taxa fixa de fsforo, no
ano de 2004, de 39 %. O consumo real total de insumo foi de 2.493 t, com dose
mdia de 418 kg ha -1, enquanto o consumo estimado em taxa fixa foi calculado
em 4.107 t, com dose mdia estimada de 688 kg ha -1. A economia de insumos foi
calculada em R$ 362.379,63.
Na Usina So Domingos, BARBIERI et al. (2007) trabalhando em rea com
mesmo histrico de manejo, concluiram que a adoo das tcnicas de agricultura
de preciso proporcionou uma economia de aproximadamente 25 kg ha-1 de
adubo fosfatado. Dessa forma, a utilizao da tcnica levaria a uma maior
eficincia e economia do fertilizante, proporcionando assim, alm de menores
custos na adubao, menor impacto ambiental por evitar um excesso de fsforo
na rea.
HAMMOND (1994), avaliando vrias reas de aplicao de fertilizantes,
observou que grandes reas receberiam doses inferiores recomendada,
enquanto outras receberiam quantidades superiores desejada. Esses resultados
sinalizam para aumento de custos e produo no-adequada. STONE et al.
(1995), estudando pequenas parcelas, fizeram comparaes entre a aplicao fixa
e a variada de nitrognio na cultura do trigo. Embora no tenham encontrado
diferena significativa em produtividade, obtiveram reduo na aplicao de
nitrognio em at 50%.
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Nesse sentido, as tcnicas de agricultura de preciso constituem uma
ferramenta capaz de racionalizar o uso de insumos pela aplicao localizada de
insumos em taxa variada. Sua aplicao condiciona uniformidade ao meio
produtivo, aumento da produtividade, resultados econmicos favorveis e controle
ambiental.
1.2.3 Variabilidade espacial da qualidade da matria-prima (ART - acares redutores totais)
O impacto da qualidade da cana-de-acar sobre o rendimento industrial j
conhecido e comprovado (BOVI & SERRA, 1999, 2001). Dois aspectos so
importantes na avaliao correta da qualidade da cana-de-acar como matria-
prima. So eles: a riqueza da cana em acares (ART) e o potencial de
recuperao destes acares (ATR). Acares Redutores Totais (ART) so
indicadores que permitem avaliar os aspectos da qualidade da cultura, pois
representam a quantidade total de acares na cana (sacarose, glicose e frutose)
(RIPOLI & RIPOLI, 2004), e, para tanto, determinado este valor de acar
redutor total contido na cana, por meio da soma da Pol convertida em acares
redutores (Pol x 1,0526) e do AR (acares redutores). J o ATR um indicador
de eficincia industrial.
A caracterizao espacial do indicador ART, aliada ao conhecimento das
causas da variabilidade nos nveis de produo, pode auxiliar o gerenciamento
localizado da cultura e nas tomadas de decises, proporcionando, entre outras
vantagens, a reduo do custo por unidade produzida (RIPOLI & RIPOLI, 2004).
O conhecimento da variabilidade espacial dos atributos que permitem
avaliar a qualidade das culturas, vem sendo tema de vrios estudos, como o
realizado por ABREU et al. (2003), que avaliaram o padro da variabilidade
espacial da produtividade, qualidade, atributos fsico-hdricos do solo, bem como a
relao entre esses atributos na cultura do trigo. MIRANDA et al. (2005) relatam a
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importncia dos estudos sobre a variabilidade das caractersticas de qualidade em
frutos de melo. J os estudos de MAULE et al. (2001) comprovaram as
diferenas de produtividade agrcola e de maturao da cana-de-acar, em
diferentes solos, regida pela variao das condies hdricas entre os mesmos.
1.2.4 Mtodos estatsticos para a avaliao dos atributos dos solos
1.2.4.1 Estatstica clssica
Mesmo em uma rea de solo considerado homogneo, a medida de um
atributo em alguns pontos pode revelar grandes variaes de valores, pois o solo
produto da ao de diversos fatores de formao e varia continuamente na
superfcie. Um atributo do solo uma varivel contnua, conforme BURGESS &
WEBSTER (1980) e, como tal, constitui uma populao infinita em uma
determinada rea. Para se inferir sobre as caractersticas dessa populao, ou
seja, para descrever o atributo na rea, torna-se necessria uma abordagem
estatstica, onde se procura inferir, a partir de valores amostrais, sobre os
parmetros que caracterizam a sua distribuio de freqncia.
Uma detalhada anlise exploratria dos dados tem papel fundamental para
o entendimento de como os processos geradores definiram o conjunto de dados
em anlise. Indicando a forma da distribuio, os padres espaciais e as
contaminaes, normalmente reveladas por dados discrepantes, auxiliam na
deciso das hipteses que podem ser assumidas, orientando a escolha da anlise
a ser desenvolvida. A anlise prvia dos dados o ponto de partida para a
respectiva manipulao. Na teoria clssica, os dados so analisados por meio de
valores mdios, os quais so usados para represent-los ou para estimar atributos
em locais no-amostrados numa dada regio, e por meio de medidas de
disperso, tais como: coeficiente de variao, desvio-padro, erro-padro e limites
de confiana, para indicar a preciso da mdia como estimador (TRANGMAR et
al., 1985).
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Muitos dos atributos do solo, principalmente aqueles relacionados ao fluxo
de gua, no seguem uma distribuio de freqncia normal e ainda apresentam
uma estrutura de dependncia espacial, o que limita a utilizao da estatstica
clssica para anlise de dados. Para o uso da estatstica clssica em dados
oriundos de experimentos de campo, admitido solo homogneo. O problema
est na impossibilidade de se saber, antes de amostrar, se as amostras so
dependentes ou independentes. Devido a essas limitaes e pelo fato de os solos
serem heterogneos, necessria a utilizao de procedimentos estatsticos
adicionais que considerem e reflitam essas variaes, tal como a geoestatstica,
que pode ser utilizada havendo ou no estrutura de dependncia espacial. Em
geral, atributos do solo com altos valores de coeficiente de variao (CV)
requerem amostragens mais intensivas em uma dada rea do que os atributos
com baixo CV (WILDING et al., 1994).
1.2.4.2 Geoestatstica na anlise da variabilidade do solo
A variabilidade dos solos tem sido abordada pela classificao numrica,
por mtodos de estatstica multivariada, classificao contnua (fuzzy),
geoestatstica, mtodos de fractais, morfologia matemtica e teoria do caos
(BURROUGH et al., 1994). Embora esses mtodos estatsticos permitam inferir
sobre a variabilidade espacial do solo (vertical e horizontal), a dependncia
espacial entre as amostras somente pode ser modelada por meio da
geoestatstica (MULLA et al., 1992; WEBSTER, 2000). Anlises estatsticas
clssicas que consideram a independncia entre as amostras, baseadas na
mdia, vm sendo associadas com anlises geoestatsticas fundamentadas na
teoria das variveis regionalizadas (ISAAKS & SRIVASTAVA, 1989), por meio do
semivariograma e da dependncia espacial.
A geoestatstica teve suas primeiras aplicaes em minerao (DAVID,
1970; JOURNEL, 1974) e depois em hidrologia (DELHOMME, 1976). J existem
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vrios estudos em cincia do solo (SANCHEZ, 2003; VIEIRA et al., 1983;
TRANGMAR et al., 1985; SOUZA et al., 1997; VIEIRA, 1997; BERG & OLIVEIRA,
2000; SOUZA et al., 2001; CARVALHO et al., 2002; SOUZA et al., 2003 a,b;
SILVA et al., 2004).
A anlise geoestatstica de uma varivel nica o mtodo que descreve a
variabilidade espacial e envolve principalmente o semivariograma, que a
estimativa e a modelagem da estrutura espacial da varincia, e a krigagem, que
a predio de valores da varivel regionalizada em pontos ou em regies no-
amostrados (VIEIRA et al., 1983). Varivel regionalizada aquela que mostra
caractersticas intermedirias entre as variveis verdadeiramente casuais e as
completamente determinsticas, apresentando uma aparente continuidade no
espao. A continuidade geogrfica atribuda manifesta-se pela tendncia que a
varivel tem de apresentar valores muito prximos em dois pontos vizinhos e mais
diferentes medida que esses pontos vo ficando mais distantes.
A base da geoestatstica est nos conceitos de variveis regionalizadas,
funes aleatrias e estacionaridade. De acordo com TRANGMAR et al. (1985),
uma varivel aleatria uma medida de particularidade que se espera variar de
acordo com alguma lei de distribuio de probabilidade, sendo caracterizada por
parmetros da distribuio, tais como valor esperado e varincia. Quando a
varivel aleatria assume diferentes valores, em funo da localizao onde
amostrada no campo, caracteriza-se uma varivel regionalizada, e considerando-
se o conjunto de todas as possveis realizaes da varivel aleatria, em todos os
locais do campo, tem-se uma funo aleatria.
Uma funo aleatria Z(x) dita ser de 1a ordem se seu valor esperado for
o mesmo em todos os locais da regio estudada, ou seja:
E [ Z (x) ] = m (1)
E [ Z(x) Z(x+h)] = 0 (2)
11
-
Estacionaridade de 2a ordem aplica-se a covarincia C(h) de cada par Z(x)
e Z(x+h) a mesma (independentemente da posio) em toda a regio de estudo
e dependente de h:
C(h) = E [ z(x) m] [ z (x+h) m] (3)
Quando h cresce, C(h) decresce, e a co-varincia espacial diminui.
Estacionaridade de C(h) implica estacionaridade da varincia amostral S2. A
covarincia espacial aproximar-se- da varincia amostral quando a distncia de
separao, h, tender a zero.
A estacionaridade de 2a ordem no se aplica se uma varincia e co-varincia
finita no podem ser definidas, como no caso de estudos de fenmenos com
tendncia (TRANGMAR et al., 1985). Assim, uma forma menos restritiva de
estacionaridade, chamada de hiptese intrnseca, pode ser assumida. A hiptese
intrnseca requer que, para todos os vetores h, a varincia do incremento Z(x)
Z(x+h) seja finita e independente da posio dentro da regio em anlise, ou seja:
VAR [ Z(x) Z(x+h)] = E [ Z(x) Z(x+h)]2 = 2(h) (4)
Dividindo-se por 2, obtm-se a semivarincia (h). A semivarincia
depende do vetor de separao h. Idealmente, zero quando h = 0, mas
aumenta com o aumento de h (TRANGMAR et al., 1985).
muito importante observar que a geoestatstica no se refere a um tipo
especial ou diferente de estatstica, mas que cada observao descrita no
apenas pelo seu valor, mas tambm por informaes da sua posio, expressa
em um sistema de coordenadas euclidianas. Os mtodos geoestatsticos
consideram a dependncia espacial das observaes porque assumem que
observaes mais prximas geograficamente tendem a ter valores similares e no
se pode trabalhar com a suposio de independncia.
12
-
A geoestatstica dispe de diversas ferramentas que permitem estudar o
grau de dependncia espacial de atributos do solo ou das plantas e a interao
entre eles.
1.2.4.2.1 Semivariograma
A estimativa da dependncia espacial ou temporal entre amostras vizinhas
pode ser feita por meio da autocorrelao que de grande utilidade quando se
est fazendo amostragem em uma direo. Quando a amostragem envolve duas
direes, a ferramenta mais apropriada na estimativa da dependncia entre
amostras o semivariograma. O semivariograma define o tipo e a forma da
associao espacial e, segundo VIEIRA et al. (1983), constitui-se no primeiro
passo da anlise geoestatstica.
O semivariograma um grfico que caracteriza a estrutura de dependncia
espacial da varivel (ou variveis) sob estudo, ou seja, o semivariograma uma
funo que relaciona a semivarincia com o vetor distncia, podendo ser
representada analtica e/ou graficamente, sendo estimado pela seguinte equao:
h= 12Nh i=1N h
[Z x i Z xih ]2
(5)
Em que, N(h) o nmero de pares experimentais de dados separados pelo
vetor h, e Z representa os valores medidos para atributos do solo ou da cultura. O
semivariograma normalmente representado pelo grfico de (h) versus h.
O esquema mostrado na Figura 1 expressa o comportamento tpico de um
semivariograma experimental de um atributo que apresenta dependncia espacial.
Pontos prximos entre si so mais semelhantes do que pontos mais afastados. A
13
-
funo de semivarincia quantifica a dissimilaridade entre os pontos, ao contrrio
da correlao.
O semivariograma comea com um baixo valor, denominado efeito pepita
puro ou Nugget effect (C0) e cresce medida que h cresce, at uma distncia,
denominada alcance ou Range, representada por a, que determina a distncia
at a qual o atributo se apresenta espacialmente dependente. A partir dessa
distncia, os dados podem ser considerados independentes. Para distncias
maiores que o alcance, o semivariograma tende a se estabilizar em torno de um
valor denominado patamar (C0+C1) para dados estacionrios, onde C o patamar
ou sill, segundo MALLANTS et al. (1996) e WEBSTER (2000). A razo entre o
efeito pepita (C0) e o patamar (C0+C1) pode ser usada para definir classes distintas
de dependncia espacial dos atributos do solo, classificao segundo
CAMBARDELLA et al. (1994) sendo:
1) C0/(C0+C1) 25 %: varivel apresenta forte dependncia espacial;
2) C0/(C0+C1) entre 25 % e 75 %: varivel apresenta moderada dependncia
espacial;
3) C0/(C0+C1) > 75 %: varivel apresenta fraca dependncia espacial.
Figura 1. Exemplo de semivariograma experimental, com os parmetros C0 (efeito pepita), C0+C1 (patamar) e (a) alcance.
Uma vez que os atributos do solo variam continuamente no espao, os seus
semivariogramas so funes contnuas. O semivariograma experimental consiste
em alguns pontos estimados ao longo dessa funo e, portanto, sujeitos a erros.
De acordo com WEBSTER (1985) e WEBSTER (2000), possvel ajustar funes
simples a esses pontos. Um modelo matemtico a ser ajustado ao
semivariograma precisa incluir trs parmetros: um intercepto ou efeito pepita, um
patamar, atingido aps uma distncia correspondente ao alcance. Alm disto, a
forma da curva deve-se ajustar bem aos pontos experimentais na regio de
crescimento da funo, ou seja, para h entre zero e o alcance (0 < h < a).
Varincia estrutural (C1)
Patamar (Co + C1)
Alcance (a) Varincia pepita (Co)
Semivarincia
Modelo ajustado
Distncia (m )
Se
miv
ari
ncia
14
-
Alguns modelos matemticos podem ser usados, desde que algumas
condies sejam atendidas, como descrito por McBRATNEY & WEBSTER (1986).
Segundo os autores, a matriz de co-varincia no processo de krigagem deve ser
positiva definida, garantindo que o sistema de krigagem tenha soluo nica. Se
ao invs da co-varincia for usada a semivarincia na matriz, como usual, o
modelo do semivariograma deve ser negativo semidefinido condicional (NSDC).
As funes que atendem a essa condio, so denominadas modelos autorizados,
sendo em nmero relativamente restrito. Os autores apresentam os modelos mais
comumente usados:
1- Modelo esfrico:
h=C 0C1[32 ha 12 ha 3] para 0< h < a (6) (h) = C0+C1 para h a (7)
O modelo esfrico obtido selecionando-se os valores do efeito pepita ( C0
) e do patamar ( C0C1 ), depois passando-se uma reta que intercepte o eixo y
em C0 e seja tangente aos primeiros pontos prximos de h=0 . Essa reta
cruzar o patamar a distncia, a '=2/3a . Assim, o alcance a ser a=3a ' /2 .
O modelo esfrico linear at aproximadamente 1/3 a (VIEIRA, 2000), sendo
esse modelo o de maior ocorrncia para os atributos de solo (TRANGMAR et al.,
1985).
2- Modelo exponencial
h=C 0C 1[1exp3 ha ] para 0 < h < d (8)Sendo que d a mxima distncia na qual o semivariograma definido.
Uma diferena fundamental entre o modelo exponencial e o esfrico que esse
modelo atinge o patamar assintoticamente, com o alcance prtico definido como a
distncia na qual o valor do modelo 95 % do patamar (ISAAKS & SRIVASTAVA,
15
-
1989). Os parmetros C0 e C1 , para o modelo exponencial, so determinados
da mesma maneira que para o esfrico (VIEIRA, 2000).
3- Modelo gaussiano:
h=C 0C 1[1exp3ha 2] para 0 < h < d (9)Onde d a mxima distncia na qual o semivariograma definido. O
modelo gaussiano usado muitas vezes para modelar fenmenos extremamente
contnuos. Semelhantemente ao modelo exponencial, o modelo gaussiano atinge
o patamar assintoticamente, e o parmetro a definido como o alcance prtico ou
distncia na qual o valor do modelo 95 % do patamar (ISAAKS & SRIVASTAVA,
1989). O que caracteriza esse modelo seu ponto de inflexo prximo origem.
4- Modelo linear:
h =C0C1ah para0 < h < a (10)
(h) = C0+C1 para h a (11)
Em que C1/a o coeficiente angular para 0 < h < a. Nesse modelo, o
patamar determinado por inspeo. O C1/a determinado pela inclinao da reta
que passa pelos primeiros pontos de (h), dando-se maior peso queles que
correspondem o maior nmero de pares. O efeito pepita (C0) determinado pela
interseo da reta no eixo (h). O alcance (a) o valor de h correspondente ao
cruzamento da reta inicial com o patamar; e C1 = patamar - C0, segundo VIEIRA
(2000).
Escolher o modelo mais adequado no um procedimento automtico. Em
geoestatstica, comum o ajuste visual do modelo selecionado aos pontos
experimentais, o que carece de sustentao estatstica. De acordo com
16
-
McBRATNEY & WEBSTER (1986), ajustes so normalmente feitos pelos mtodos
da minimizao do quadrado dos desvios, assumindo normalidade e
independncia dos resduos e homogeneidade de varincias. O uso desse mtodo
para ajustar semivariogramas muito criticado em funo dessas hipteses
assumidas, sobretudo no que diz respeito varincia. O mtodo dos mnimos
quadrados generalizados contorna essa questo, mas muito trabalhoso. O
mtodo dos mnimos quadrados ponderados, onde o peso associado a cada ponto
experimental funo do nmero de pares de observaes que o originou, uma
alternativa que tem sido adotada.
1.2.4.2.2 Krigagem
A krigagem um processo de interpolao que estima valores de atributos
medidos em locais no-amostrados, sem tendncia e com varincia mnima,
podendo expressar os resultados em forma de mapas de isolinhas ou de
superfcie tridimensional. O valor da varivel espacial num local no-amostrado
estimado por combinao linear de valores medidos em outros locais, levando-se
em conta o conhecimento espacial da varivel, expressa pelo semivariograma e
os locais dos valores conhecidos. Pontos perto dos locais no-amostrados tm
maior peso do que pontos afastados, e pontos agrupados levam mais peso do que
pontos isolados (VIEIRA et al., 1983; BORGELT et al., 1994).
Dentre os diversos mtodos de interpolao disponveis, esto: inverso da
potncia da distncia, mnima curvatura, base radial, shepard, regresso
polinomial, triangulao e krigagem. A krigagem apresenta, entre outras
vantagens, maior preciso geral e fidelidade aos dados originais (VIEIRA, 2000).
LANDIM (1998) afirma ainda que a expresso do erro associado aos valores
estimados distingue-o dos demais algoritmos disposio. Esse mtodo tambm
descrito como geoestatstico, exigindo a construo prvia, anlise e ajuste de
semivariograma. Para este fim, o estimador clssico de Matheron o mais
17
-
utilizado, apresentando-se mais estvel sob normalidade, sendo recomendvel a
utilizao de um estimador robusto em casos de dados assimtricos (VIEIRA,
2000).
A krigagem utiliza um interpolador linear no-tendencioso e de varincia
mnima que assegura a melhor estimativa (VIEIRA et al., 1983; ISAAKS &
SRIVASTAVA, 1989; JOURNEL & HUIJBRETS, 1991). Este estimador utiliza as
informaes obtidas no semivariograma para determinar pesos otimizados que
so usados para a estimativa de pontos no-amostrados. Assumindo que o
semivariograma uma funo da distncia, os pesos mudam de acordo com a
distribuio espacial das amostras. O valor interpolado para os locais no-
amostrados definido por meio da expresso:
Z x0 =i=1
n
i Z xi (12)
Z x0 , o valor estimado para locais no-amostrados (x0); i , o peso atribudo a cada valor amostrado Z (xi);
n, o nmero de pontos vizinhos usados na estimativa;
Z (xi), o valor da varivel Z no local xi.
A utilizao das tcnicas de geoestatstica em atributos de solos, na
inferncia de pontos no-amostrados (krigagem), inicialmente apresentada nos
trabalhos de BURGESS & WEBSTER (1980), BURGESS et al. (1981), VIEIRA et
al. (1981), YOST et al. (1982) e BRAGA & DRUCK (1993). Esses autores
mostraram a boa adequao dos interpoladores geoestatsticos aos dados de
solos e consideraram que a krigagem apresenta uma estrutura terica desejvel,
condies favorveis de implementao e uma estabilidade s variaes
amostrais.
A estimativa de valores para locais no-amostrados, por meio da tcnica de
krigagem, possibilita estabelecer um mapa da rea de estudo para os atributos do
solo, permitindo a definio de linhas de isovalores, as quais podem ser de grande
utilidade no planejamento experimental e na interpretao do comportamento
18
-
espacial dos dados. BURGESS & WEBSTER (1980), auxiliando no planejamento
das atividades agrcolas e no fornecimento de subsdios para tomadas de
decises, CRISTBAL et al. (1996) e ROBAINA & SEIJAS (2002), estudando a
distribuio espacial da condutividade hidrulica do solo saturado em uma rea
com cana-de-acar, afirmam que o mtodo de interpolao por krigagem pode
ser muito til quando se querem obter os mapas de isolinhas de uma varivel com
altos coeficientes de variao, como no caso da condutividade hidrulica do solo
saturado.
Nos ltimos anos maior ateno tem sido dada para a variabilidade do solo,
como meio de melhorar a quantificao dos conceitos pedogenticos e o
entendimento dos fatores casuais do padro de distribuio do solo e evoluo da
paisagem. O uso da geoestatstica tem permitido estudar o comportamento espacial
de atributos do solo e sua visualizao espacial ao longo da paisagem.
1.3 Modelagem Matemtica
Os modelos matemticos quantitativos de otimizao baseiam-se na anlise
de funes - objetivo que desejamos minimizar ou maximizar - dadas as restries
expressas como equaes ou inequaes (RAVINDRA et al.,1987; WINSTON,
1997; HILLIER & LIEBERMAN, 1988; GOLDFARB & LUNA, 2000).
Em virtude das vrias peculiaridades inerentes aos diversos contextos que
se podem analisar, os modelos de programao matemtica so classificados em
subcategorias. Encontramos os modelos de programao linear (PL), caso
particular dos modelos de programao matemtica, em que as variveis so
contnuas e apresentam comportamento linear tanto com relao s restries
quanto com relao funo-objetivo. Tambm temos os modelos de
programao no-linear (PNL), caracterizados por serem problemas de
19
-
programao de qualquer tipo de no-linearidade, seja na funo-objetivo, seja em
qualquer uma de suas restries. A seguir, vm os modelos de programao
inteira (PI), que apresentam variveis que no podem assumir valores contnuos,
ficando condicionadas a assumir valores discretos e os modelos de programao
linear inteira mista (PIM), quando so utilizadas variveis inteiras e contnuas num
mesmo modelo linear (JOHNSON & MONTGOMERY, 1974; HAX & CANDEA,
1984; PAIVA, 2006).
1.3.1 Programao matemtica na indstria sucroalcooleira
No Brasil, a partir da dcada de 90, observa-se o surgimento de algumas
contribuies sobre a utilizao de mtodos quantitativos na indstria
sucroalcooleira. Por exemplo, BARATA (1992) utilizou programao linear para
desenvolver um modelo de avaliao tcnoeconmica aplicado s questes
relacionadas ao corte e reforma de canaviais. GRISOTTO (1995) apresentou um
modelo de otimizao para o transporte de cana-de-acar, utilizando transporte
rodovirio. YOSHIZAKI et al. (1996) aplicaram modelagem matemtica para
solucionar o problema da distribuio de lcool no Sudeste do Brasil. YAMADA
(1999) modelou atividades produtivas de uma usina de acar e lcool utilizando
Redes de Petri atemporizadas para fornecer informaes para a construo de
modelos de simulao. COLIN et al. (1999) apresentaram um modelo de
programao linear para a otimizao do sistema logstico de distribuio e
armazenamento de acar, considerando um depsito central e vrios depsitos
secundrios. SAITO (2000) fez uso de simulao baseada em sistemas dinmicos
para a anlise da cadeia agroindustrial da cana-de-acar. IANNONI &
MORABITO (2006) estudaram o sistema de recepo de cana de uma usina
utilizando simulao discreta para analisar a logstica de transporte de cana.
Em outros pases produtores de cana-de-acar (Austrlia, Cuba e
Colmbia, por exemplo), a utilizao de modelos e de mtodos quantitativos
20
-
aplicados aos problemas da indstria sucroalcooleira j aparece reportada em
trabalhos menos recentes. Por exemplo, MATHEW & RAJENDRAM (1993)
utilizaram simulao para analisar a programao das atividades de manuteno
de uma usina aucareira, onde se pretendeu determinar um bom intervalo entre as
paradas para manuteno da usina. HIGGINS & DAVIES (2005) aplicaram
simulao computacional para planejar a capacidade do sistema de transporte de
cana-de-acar. Alm disso, alguns trabalhos mais recentes apresentam mtodos
e tcnicas de otimizao matemtica aplicados programao e integrao do
corte de cana com o transporte dessa matria-prima at a usina (HIGGINS et al.,
2004).
Existe um esforo constante e crescente em desenvolver e aplicar modelos
e mtodos quantitativos para auxiliar nas principais operaes do setor
sucroalcooleiro. O destaque para os modelos de planejamento da colheita,
programao do transporte de cana, distribuio e armazenagem de acar e
lcool, seleo de variedades de cana e de programao da reforma do canavial.
Todos esses modelos matemticos esto relacionados com a rea agrcola.
Na etapa industrial, os esforos que vm sendo empregados para modelar
o processo de produo de acar, lcool e subprodutos, esto mais restritos s
reas da engenharia qumica, engenharia de alimentos, engenharia eltrica e
engenharia de processo aucareiro e alcooleiro. Esses estudos esto focados na
representao das transformaes qumicas e fsicas que acontecem nas diversas
operaes unitrias de produo de acar e lcool, embasando estudos de
anlise de investimentos e de melhorias de projetos de equipamentos.
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CAPTULO 2 - VARIABILIDADE ESPACIAL DO TEOR DE ACARES REDUTORES TOTAIS (ART) E PRODUTIVIDADE DA CANA-DE-ACAR EM DIFERENTES PEDOFORMAS
RESUMO A qualidade da cana-de-acar de fundamental importncia para os rendimentos agrcolas e industriais. O objetivo deste trabalho foi
caracterizar a variabilidade espacial do teor de ART (acares redutores totais) e
produtividade da cana-de-acar em argissolos sob diferentes pedoformas.
Amostras de planta foram coletadas nos pontos de cruzamento de quatro malhas,
com espaamento de 10 x 10 m, totalizando 121 pontos cada malha, sendo duas
presentes em uma superfcie convexa (Malhas A e B) e duas em uma superfcie
cncava (Malhas C e D). A variabilidade dos dados foi analisada pela estatstica
descritiva, e a variabilidade espacial, por meio de tcnicas de geoestatstica. A
superfcie convexa apresentou uma mdia de acares redutores totais superior
36
-
(p
-
produtividade agrcola e maturao da cana-de-acar em diferentes solos, regida
pela variao das condies hdricas entre os mesmos.
O impacto da qualidade da cana-de-acar sobre o rendimento industrial j
conhecido e comprovado (BOVI & SERRA, 1999, 2001). Dois aspectos so
importantes na avaliao correta da qualidade da cana-de-acar como matria-
prima: a riqueza da cana em acares (ART) e o potencial de recuperao destes
acares (ATR). Acares Redutores Totais (ART) so indicadores que permitem
avaliar os aspectos da qualidade da cultura, pois representam a quantidade total
de acares na cana (sacarose, glicose e frutose) (RIPOLI & RIPOLI, 2004). J o
ATR um indicador de eficincia industrial.
A caracterizao espacial do indicador ART, aliada ao conhecimento das
causas da variabilidade nos nveis de produo, pode auxiliar o gerenciamento
localizado da cultura e nas tomadas de decises, proporcionando, entre outras
vantagens, a reduo do custo por unidade produzida (RIPOLI & RIPOLI, 2004). O
conhecimento da variabilidade espacial dos atributos que permitem avaliar a
qualidade das culturas, vem sendo tema de vrios estudos, como o realizado por
ABREU et al. (2003), que avaliaram o padro da variabilidade espacial da
produtividade, qualidade, atributos fsico-hdricos do solo, bem como a relao
entre esses atributos na cultura do trigo. MIRANDA et al. (2005) relataram sobre a
importncia dos estudos da variabilidade das caractersticas de qualidade em
frutos de melo.
MARQUES JNIOR (1995), CAMPOS (2006) e CUNHA (2000) atriburam
s superfcies geomrficas e aos segmentos de encostas como elementos causais
da variabilidade espacial de atributos fsicos e qumicos dos solos estudados.
Pequenas variaes do relevo permitem a diviso da rea em formas cncavas,
convexas e lineares (TROEH, 1965), e tambm influenciam no padro espacial de
ocorrncia de atributos fsicos e qumicos do solo (SOUZA, 2004; SOUZA et al.,
2006). LEO (2004) demonstrou haver a influncia dessas formas do relevo na
variabilidade espacial dos ndices de colheita de frutos ctricos e atributos fsicos e
qumicos do solo. J, KRAVCHENKO & BULLOCK (2002) relataram a
38
-
variabilidade do teor de protena e leo dos gros de soja em funo da
topografia.
Tendo em vista que o ART (acares redutores totais) uma expresso da
integrao de atributos do solo, clima e potencial gentico da cultura, objetiva-se
com o presente estudo determinar esse indicador de qualidade e a produtividade
da cana-de-acar em argissolos sob diferentes pedoformas.
MATERIAL E MTODOS
A rea de estudo est localizada na Fazenda Boa Vista, pertencente
Usina So Domingos Acar e lcool S/A, no municpio de Catanduva SP, cujas
coordenadas geogrficas so: 21o05'57,11" de latitude sul e 49o01'02,08" de
longitude oeste. O clima da regio foi classificado pelo mtodo de Kppen, como
tropical quente mido, tipo Aw, seco no inverno. No ano de 2004, registraram-se
os seguintes dados meteorolgicos: precipitao de 1.360 mm, temperatura mdia
anual de 22,3 oC, com mxima de 39,4 C e mnima de 4,4 C e umidade relativa
do ar de 74%. A vegetao primria da regio de Catanduva foi classificada como
floresta pluvial estacional e cerrado. Atualmente, o principal uso agrcola o da
cultura de cana-de-acar, com mais de 20 anos em sistema de colheita ps-
queimada.
A rea foi caracterizada utilizando fotos areas da regio na escala
1:35.000, perfil altimtrico e, no campo, classificao geomorfolgica e pedolgica.
O solo foi classificado como Argissolo Vermelho-Amarelo eutrfico, textura
mdia/argilosa, de acordo com os critrios da EMBRAPA (1999), e a separao
das unidades geomrficas foi baseada na estratigrafia e forma do terreno,
considerando os arredores e toda a vertente, conforme TROEH (1965) (Figura 1).
39
-
cncava-cncavoconvexa-convexo
MALHA A
MALHA B
MALHA C
MALHA D
Figura 1. Modelo de elevao digital do terreno indicando as malhas dos pontos de amostragem e localizao das pedoformas cncava e convexa e linha do espigo.
Quatro malhas de um hectare foram delimitadas e georreferenciadas na
rea, sendo 2 malhas (A e B) localizadas numa pedoforma convexa e outras duas
(C e D) numa pedoforma cncava (Figura 1). O modelo de elevao digital das
quatro malhas encontram-se na Figura 2. O espaamento das malhas foi de 10 x
10 m. Os solos foram coletados no ponto do cruzamento das malhas, na
profundidade de 0,00 0,20 m. A composio granulomtrica foi determinada pelo
mtodo da pipeta, utilizando-se de soluo de hidrxido de sdio na concentrao
de 0,1N como dispersante qumico e agitao mecnica em aparato de baixa
rotao, por 16 horas, conforme metodologia proposta por DAY (1965). A frao
areia, aps a secagem e pesagem, foi subdividida em quatro subfraes, a saber:
areia grossa, areia mdia, areia fina e areia muito fina, em peneiras de : 1 0,5
mm; 0,5 0,25 mm; 0,25 0,10 mm 0,10 0,05 mm, respectivamente. A frao
argila foi separada por sedimentao, conforme lei de Stokes. Na caracterizao
40
-
qumica do solo, foram determinados: teores de potssio, clcio, magnsio,
fsforo, acidez potencial (pH em cloreto de clcio) e acidez ativa (H + Al), segundo
RAIJ et al. (1987). Com resultados obtidos da anlise qumica, calcularam-se a
soma de bases (SB), a capacidade de troca catinica (CTC) e a porcentagem de
saturao por bases (V%). Uma amostra de dez colmos de cana-de-acar para
avaliao de qualidade e de produo foi coletada nos pontos de cruzamento de
duas malhas (A e D), totalizando 121 pontos por malha, nas pedoformas convexa
e cncava. A cana-de-acar amostrada era cana-planta (primeiro corte), que foi
submetida adubao lquida com a frmula 04-12-10 e pertencente variedade
SP-813250.
Todas as amostras de colmos foram coletadas durante o ms de agosto de
2004 e enviadas ao laboratrio industrial da Usina So Domingos Acar e lcool
S/A para serem realizadas as anlises que determinam os teores de acares
presentes na cana. Foram determinados, segundo CONSECANA (2003), Pol %
cana (PC) e acares redutores (AR).
Sendo que, a pol da cana (PC) foi calculada pela equao:
PC=S10, 01F C
(1)
Em que S a pol do caldo, F o teor de fibra da cana e C corresponde ao
coeficiente de transformao da pol do caldo extrado em pol do caldo absoluto.
Os aucares redutores foram determinados pela frmula:
AR caldo=3,6410, 0343Q (2)
Onde Q representa a purs aparente do caldo, expressa em porcentagem.
Com base nesses dados, foi determinado o teor dos acares redutores
totais (ART) (RIPOLI & RIPOLI, 2004) pela frmula:
ART= PC0, 95AR
(3)
41
-
Os resultados das anlises de solo e planta foram submetidos anlise
estatstica descritiva obtendo-se mdia, desvio-padro, assimetria, curtose,
coeficiente de variao e tipo de distribuio dos dados, com o uso do pacote
estatstico SAS (SCHLOTZHAVER & LITTELL, 1997). A anlise de dependncia
espacial foi realizada aplicando-se tcnicas de geoestatstica (VIEIRA et al., 1983),
utilizando-se de semivariogramas e, quando apresentaram estrutura de
dependncia espacial, foram ajustados a um modelo matemtico para definio de
seus parmetros. Em caso de dvidas entre mais de um modelo para o mesmo
semivariograma, foi utilizada a tcnica de validao cruzada. Valores interpolados
por krigagem foram usados, juntamente com os valores medidos, para construo
de mapas dos atributos estudados. O programa utilizado para avaliao da
dependncia espacial foi o GS+ (ROBERTSON, 1998), e o SURFER (1999), na
confeco dos mapas.
RESULTADOS E DISCUSSO
Os resultados do teor de argila e da qumica dos solos na profundidade de
0,00 0,20 metros podem ser vistos na Tabela 1.
Tabela 1. Estatstica descritiva dos atributos teor de argila e qumica do solo nas pedoformas cncava e convexa, na profundidade de 0,00-0,20 m.
AtributoPedoforma Convexa Pedoforma Cncava
Mdia
Desvio padro
Coeficiente de variao Mdia
Desvio padro
Coeficiente de variao
Argila (g kg-1) 23,00 3,62 15,74 18,92 5,20 27,48pH (CaCl2) 4,81 0,48 9,98 5,65 0,59 10,44P (mg dm-3) 6,76 3,47 51,33 11,57 4,71 40,71K (mmolc dm-3) 1,45 0,40 27,59 1,32 0,38 28,79Ca (mmolc dm-3) 19,35 6,07 31,37 25,25 5,89 23,33Mg (mmolc dm-3) 9,07 3,31 36,49 9,67 3,21 33,20SB (mmolc dm-3) 30,51 7,99 26,19 36,73 6,47 17,62CTC (mmolc dm-3) 61,08 6,22 10,18 52,17 6,72 12,88Saturao por bases (%) 50,00 12,32 24,64 70,74 8,10 11,45
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-
Os solos nesta profundidade apresentam textura mdia e so eutrficos. Na
pedoforma cncava, os teores de argila e CTC so relativamente menores, porm
apresentam maior saturao por bases.
O teste de Anderson-Darling (Tabela 2) indicou normalidade nos valores de
ART das malhas A, B e D. Os valores da mdia e mediana, para todas as malhas,
esto prximos, mostrando que, independemente de a distribuio dos dados no
apresentarem distribuio normal pelo teste de Anderson-Darling, so simtricas,
o que pode ser comprovado pelo coeficiente de assimetria prximo de zero.
Tabela 2. Estatstica descritiva da caracterstica tecnolgica ART cana das quatro malhas estudadas e produtividade para duas malhas.
----------Pedoforma convexa---------- ----------Pedoforma cncava----------Malha A Malha B Malha C Malha D
ART Produtividade(t ha-1) ART ART ARTProdutividade
(t ha-1)Mdia 19,16 125,94 19,31 18,26 18,34 149,36Mediana 19,18 125,00 19,28 18,30 18,37 150,00Mnimo 18,15 89,29 17,96 16,82 17,05 104,55Mximo 20,04 164,29 20,41 19,95 19,48 186,36Varincia 0,16 410,35 0,28 0,36 0,27 309,47Assimetria -3,3E-0,1 0,08 -2,6E-01 -5,9E-02 -3,3E-01 -0,27Curtose -3,1E-0,1 -1,00 -4,0E-01 0,30 -3,5E-01 -0,35Desvio padro 0,41 20,26 0,53 0,60 0,51 17,59
CV(%) 2,14 16,08 2,74 3,29 2,78 11,78p* 0,256 - 0,218 0,008* 0,169 -*p
-
valores mdios. Este resultado pode ser atribudo ao fato de esta caracterstica
tecnolgica estar sendo influenciada por atributos edficos, como estudados por
LINGLE & WIEGAND (1997), MAULE et al. (2001) e ABREU et al. (2003), e o
comportamento dos mesmos serem dependentes da paisagem (MARQUES
JNIOR, 1995; CUNHA, 2000; SOUZA et al., 2004a; 2004b, 2004c; SOUZA et al.,
2006). A influncia das formas do relevo na produo e resposta a tratos culturais
de diversas culturas vem sendo confirmada por estudos como o realizado por
PENNOCK et al. (2001), que observaram a influncia de diferentes
compartimentos da paisagem (reas cncavas, convexas e lineares), na resposta
da cultura de canola adubao nitrogenada.
Tabela 3. Valores mdios dos ART das pedoformas convexa e cncava.Pedoforma Mdia + Erro padro CVconvexa 19,23 a 0,03 2,47cncava 18,30 b 0,04 3,05Mdias seguidas por mesma letra no diferem entre si, pelo teste t, a 5%de probabilidade.
Semivariogramas isotrpicos foram ajustados para avaliar a dependncia
espacial do ART. Em todas as malhas, constatou-se a dependncia espacial do
atributo ART (Figura 2). O modelo matemtico esfrico ajustou-se aos
semivariogramas das malhas A e B, enquanto os das malhas C e D se ajustaram
ao modelo exponencial. MIRANDA et al. (2005), estudando caractersticas de
qualidade na cultura do melo, encontraram os mesmos modelos ajustados aos
semivariogramas. A anlise da relao C0/