Parametrização do modelo APSIM-Tropical Pasture para a simulação de crescimento de Megathyrsus maximus cv. Mombaça

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.

ABSTRACT

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.