Resumo
Modelos mecanísticos de simulação de crescimento podem auxiliar na síntese e aplicação de conhecimento, bem como ferramentas de tomada de decisão em sistemas agrícolas tropicais. O APSIM-Tropical Pasture é um modelo mecanístico de simulação de crescimento de pastagens tropicais e que pode ser utilizado como uma ferramenta eficiente para descrever os processos em pastagens tropicais. Contudo, ainda é necessário avaliar o modelo para outras espécies tropicais, como a Megathyrsus maximus e em condições subótimas, por meio de estudos de calibração e teste do modelo em condições de estresse severo de N. Assim será possível melhorar a performance do modelo na estimativa de crescimento de forrageiras tropicais em uma ampla faixa de condições ambientais. Objetivou-se com esse estudo calibrar e testar o modelo APSIM-Tropical Pasture para simulação do crescimento e produtividade de Megathyrsus maximus cv. Mombaça sob diferentes condições de disponibilidade hídrica e suprimento de N. Na calibração foram utilizados dados de experimentos de campo com capim-mombaça conduzidos em São Carlos/SP, manejado sob corte em condição irrigada e em sequeiro. Foram realizadas colheitas de massa de forragem (acima de 30 cm) e de massa de resíduo (abaixo de 30 cm até o nível do solo), em quatro frequências de corte (250, 500, 750 e 1000 graus-dia), totalizando 19 ciclos de rebrotação (2010-2012). Para a validação do modelo, foram utilizados dois experimentos independentes, um conduzido entre 2015 e 2016 em Lavras/MG e outro em Sinop/MT, cada um com 11 ciclos. Nesses experimentos, as colheitas de massa de forragem foram feitas acima e abaixo do resíduo (40 cm do nível do solo) com uma frequência de corte de 28 (verão) e 42 (inverno) dias. A avaliação de desempenho do modelo foi realizada por meio dos coeficientes de determinação, índice de concordância (d), índice de eficiência Nash-Sutcliffe (NSE), erro médio (EM), erro absoluto médio (EAM) e raiz do quadrado médio do erro (RQME). Para melhoria na estimativa do crescimento de capim-mombaça foram feitos ajustes na Tb (temperatura basal), foi ajustada de 8,9°C para 10,8°C para o capim-mombaça. O valor de coeficiente de extinção de luz (k) foi ajustado de 0,65 para 0,62 e a área foliar padrão (AFE) padrão de 0,02 para 0,021 m2 g-1. A eficiência de uso da radiação (RUE) para planta inteira de 1,44 g MJ-1 para 1,78 g MJ-1. O modelo apresentou uma boa performance na simulação de massa de forragem viva após teste (R2= 0,64 a 0,93, d= 0,88 a 0,97 e NSE= 0,61 a 0,91, EM= -132,85 a -7,43 g m-2, EMA= 33,29 a 148,29 g m-2 e RQME= 69,56 a 179,29 g m-2), comprovando a capacidade de modelo em simular o crescimento do capim-mombaça manejado sob corte em condição irrigada ou não-irrigado, com ou sem adubação nitrogenada e em diferentes climas e biomas brasileiros. O modelo ainda necessita de melhorias na simulação da partição de fotoassimilados, ao efeito de diferentes doses de N no crescimento da pastagem e da área foliar específica.
Mechanistic models of growth simulation can assist in the synthesis and application of knowledge, and decision-making tools in tropical agricultural systems. APSIM-Tropical Pasture is a generic model of growth simulation of Tropical Pastures, which can be used as an efficient tool to describe the processes in Tropical Pasture agroecosystems. However, it is still necessary to evaluate the model for other tropical species, such as Megathyrsus maximus and in suboptimal conditions, through calibration studies and testing the model under severe N stress conditions. Making it to improve the performance of the model in estimation of growth of tropical forages in a wide range of environmental conditions. The objective of this study was to calibrate and test the APSIM-Tropical Pasture model to simulate the growth and productivity of Megathyrsus maximus cv. Mombaça guineagrass under different conditions of water availability and nitrogen supply. For calibration, were used data from field experiments with Mombaça guineagrass managed under cut-and-carry management in irrigated and rainfed conditions, conducted in São Carlos/SP. Herbage (above 30 cm) and stubble mass (below 30 cm to ground level) were collected at four cutting frequencies (250, 500, 750 e 1000 degree-days), totaling 19 regrowth cycles (2010-2012). Two independent data sets were used to validate the model, collected from experiments carried out in Lavras/MG and Sinop/MT (11 cycles each). In these experiments, the collecting of herbage (above 40 cm) and stubble (below 40 cm from ground level) had a cutting frequency of 28 (summer) and 42 (winter) days, carried out between 2015 and 2016). To assess the performance model were used: coefficient of determination (R2), agreement index (d), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), Mean error (ME), Mean absolute error (MAE) and Root mean square error (RMSE). To improve the estimate of APSIM-Tropical Pasture in simulating the growth of Mombaça guineagrass, adjustments were made in Tb (base temperature) from 8,9°C to 10,8°C. The light extinction coefficient (k) was adjusted from 0,65 to 0,62 and the standard leaf area (AFE) from 0,02 para 0,021 m2 g-1. The Radiation Use Efficiency (RUE) for the whole plant was adjusted from 1,44 g MJ-1 para 1,78 g MJ-1. The model presented good performance in the simulation of live forage mass after testing (R2= 0,64 a 0,93, d= 0,88 a 0,97 e NSE= 0,61 a 0,91, EM= -132,85 a -7,43 g m-2, EMA= 33,29 a 148,29 g m-2 e RQME= 69,56 a 179,29 g m-2), proving the simulation capacity of the model for different evaluated scenarios. The APSIM-Tropical Pasture model proved to be efficient in simulating the growth of Mombaça guineagrass managed by cutting, irrigated or rainfed, with or without nitrogen fertilization and in different Brazilian climates and biomes. Despite this, improvements are still needed in the simulation of the photoassimilated partition, the effect of different doses of N on pasture growth, and the simulation of the specific leaf area.
Resumo
O crescimento vegetal depende de fatores ligados a genética e as condições ambientais sendo alguns deles passíveis de controle, como o suprimento de água e nutrientes. Objetivou-se com este estudo determinar o potencial de crescimento de dois genótipos forrageiros em função do suprimento de nitrogênio (N) e água e verificar as variações fisiologicas causadas pela falta ou presença de N e água nas plantas cultivadas. O estudo foi conduzido no Departamento de Zootecnia da UFLA em Lavras, MG, de outubro de 2015 a julho de 2016. Dois experimentos idênticos foram conduzidos simultaneamente e adjacentes, um mantido em sequeiro e outro irrigado. Em cada experimento foram estudados dois cultivares (Brachiaria brizantha cv. Marandu e o Panicum maximum cv. Mombaça) e duas doses de N (0 e 550 kg N ha -1 ano -1 ). Foram colhidos a cada 28 dias durante o verão e 42 dias no inverno, deixando-se um resíduo de 15 e 40 cm respectivamente. O delineamento experimental foi de blocos completos casualizados com três repetições. Em cada corte foi medido o acúmulo de forragem, a altura, o índice de área foliar, os ângulos foliares e a interceptação luminosa do dossel e as taxas de fotossíntese foliar e trocas gasosas dos cultivares. Foram avaliados a massa de forragem do resíduo em dois ciclos representantes do verão e do inverno. Os cultivares quando não adubados não diferiram em biomassa acumulada produzindo cerca de 7900 kg MS ha -1 , e quando adubados o cultivar Mombaça produziu mais de 21000 kg MS ha -1 , sendo 51% mais produtivo que o Marandu. Para dose de nitrogênio os capins Marandu e Mombaça, quando adubados, produziram cerca de 62% e 189% mais forragem do que quando não adubados, respectivamente. A fotossíntese variou em função de cultivar e doses de nitrogênio isoladamente, uma vez que fotossíntese do Marandu foi 14% maior que do cultivar Mombaça e a adubação nitrogenada promoveu incremento de 19% na fotossíntese. Para massa de forragem do resíduo o cultivar Marandu (8634 kg MS ha -1 ) acumulou cerca de 31% mais forragem que o cultivar Mombaça mesmo tendo altura de corte mais baixa. A massa de forragem residual não variou com a condição hídrica. Quando adubado em sistema de sequeiro foi produzido 8833 kg MS ha -1 , um incremento de 38%. Os cultivares responderam com diferentes amplitudes ao suprimento de N e água no solo, tanto no crescimento como em estrutura.
Plant growth depends on factors linked to genetics and weather conditions which some factors are controllable, such as water and nutrient supply. The aim of this study was to determine the growth potential of two forage genotypes as function of nitrogen (N) and water supply and verify the physiological variations caused by lack or presence of N and water. The study was conducted at Animal Science Department of UFLA in Lavras, MG, from October 2015 to July 2016. Two identical experiments were conducted simultaneously and adjacent, one kept under rainfed and the other irrigated. In each experiment two cultivars (Brachiaria brizantha cv. Marandu and Panicum maximum cv. Mombaça) and two N doses (0 and 550 kg N ha -1 year -1 ). They were harvested every 28 days during Summer and 42 days in Winter, leaving a residue of 15 and 40 cm respectively. The experimental design was randomized complete blocks with three replications. In each harvest were measured forage accumulation, canopy height, leaf area index, leaf angles and a canopy light interception, as well as foliar photosynthesis and gas exchange rates. Forage mass in residue was evaluated in two cycles (summer and winter). Cultivars when cultivated without N produced 7900 kg DM ha -1 , and when cultivated with N apply, Mombasa produced more than 21000 kg DM ha -1 , being 51% more productive than Marandu. About nitrogen dose, Marandu and Mombasa grasses produced 62% and 189% more forage than zero N treatment, respectively. Photosynthesis varied according to cultivar and nitrogen doses alone, where Marandu photosynthesis was 14% higher than Mombasa and nitrogen fertilization promoted 19% increase in photosynthesis. Marandu residue mass where 8634 kg MS ha -1 accumulated about 31% more biomass than cultivar Mombasa even under lower cutting height. The residual biomass did not change with water supply. When fertilized and under rainfed system, forage achieve 8833 kg DM ha -1 , an increase of 38% related to the system without N. Cultivars responded differently to N supply and water.