Desenvolvimento de modelo híbrido de simulação para avaliação econômica de sistemas integrados de produção agropecuária

RESUMO

SARTORELLO, G. L. Desenvolvimento de modelo híbrido de simulação para avaliação econômica de sistemas integrados de produção agropecuária. 2021. 125 f. Tese (Doutorado em Ciências) Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Os sistemas integrados de produção agropecuária (SIPAs) podem apresentar vários benefícios em relação aos aspectos sociais, ambientas e econômicos quando comparados aos monocultivos. No entanto, esses sistemas são intensivos no uso dos recursos que compõe o sistema e, assim tornam-se mais complexos para identificar as suas ineficiências. Nesse sentido, técnicas avançadas da Pesquisa Operacional têm sido úteis para o planejamento, projeto e controle desses sistemas. A simulação computacional tem se apresentado como uma das principais ferramentas de análise e se tornado mais útil e difundida pelo uso dos métodos de simulação de eventos discretos (SED) e baseado em agentes (SBA). Na literatura, há quantidade crescente de estudos que utilizaram métodos de simulação com aplicações na agropecuária, mas apenas uma quantidade limitada deles utilizaram modelos híbridos de simulação (MHS) e nenhum deles aplicados em SIPAs. Assim, o objetivo desta tese foi desenvolver e descrever modelo híbrido de simulação SED e SBA com componentes estocásticos para avaliar em sistemas integrados de produção agropecuária uma população de bovinos de corte e de uma cultura agrícola e usá-lo para calcular e comparar os indicadores técnicos e econômico-financeiros dessas produções em sistemas de monocultivo ou integrados. Foi avaliado o efeito do dia de plantio das pastagens (simultaneamente ou 20 dias após ao milho), espaçamento de plantio (75 cm ou 37,5 cm) e o uso de herbicida para controle do crescimento da forrageira (0 dias ou 20 dias pós emergência do milho). O modelo foi desenvolvido utilizando a ferramenta de simulação AnyLogic e foi parametrizado utilizando dados de um experimento realizado a campo. Seis tratamentos foram avaliados i) monocultivo de milho (Milho); ii) monocultura do boi (Boi); iii) SIPA1 o capimmarandu semeado simultaneamente com o milho; iv) SIPA2 semeadura simultânea e 20 dias após o plantio do milho aplicação de herbicida Nicosulfuron (8 g/ha de ingrediente ativo); v) SIPA3 plantio da pastagem 20 dias após o plantio do milho; e vi) SIPA4 as sementes de milho e pastagem foram semeadas simultaneamente, com espaçamento de 37,5 cm e mais aplicação de herbicida como no tratamento SIPA2. Em SIPAs as produções de milho e boi foram bienais. O tempo de análise nas simulações foram de 3.285 dias (nove anos). Os resultados demonstraram que a taxa de lotação foi de 3,2 UA.ha-1 para SIPAs enquanto que foi de 3,5 UA.ha-1 em Boi. As diferentes estratégias de plantio não alteraram o desempenho produtivo dos animais. O menor custo total (CT) na produção de bovinos foi em SIPA3, R$ 11,34/kg; para a produção de milho os menores CT foram nos tratamentos SIPA2 e SIPA4, R$ 0,43/kg e R$ 0,44/kg, respectivamente. Por fim, os seguintes resultados de TIR 120%, -4%, 9%, 19%, 22% e 18% para Milho, Boi, SIPA1, SIPA2, SIPA3 e SIPA4, respectivamente, foram obtidos. O MHS apresentou-se como uma ferramenta útil para avaliar e entender em profundidade o sistema de interesse. O MHS tem potencial de considerar aspectos sociais e ambientais que não foram considerados neste estudo e pode ser adaptado para aplicação em outras áreas de produção.

ABSTRACT

SARTORELLO, G. L. Development of a hybrid simulation model for economic evaluation of integrated crop-livestock system. 2021. 125 f. Tese (Doutorado em Ciências) Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Integrated crop-livestock systems (iCLS) can present several benefits in terms of social, environmental and economic aspects when compared to single agriculture. However, these systems are intensive in the use of the resources that make up the system and, therefore, become more complex to identify their inefficiencies. In this sense, advanced techniques of Operations Research have been useful for the planning, design and control of these systems. Computational simulation has presented itself as one of the main tools of analysis and has become more useful and widespread through the use of discrete event (DES) and agent-based simulation (ABS) methods. In the scientific literature, there is an increasing number of research studies that have used simulation methods with agricultural applications, but only a limited number of them have used hybrid simulation models (HSM) and have none of them applied in iCLS. Thus, this thesis aimed to develop and describe a hybrid simulation model - DES and ABS - with stochastic components to evaluate in integrated crop and livestock systems a population of beef cattle and an agricultural crop and use it to calculate and compare the technical and economic-financial indicators of these productions in monoculture or integrated systems. The effect of the pasture planting day (simultaneously or 20 days after corn), planting spacing (75 cm or 37.5 cm) and the use of herbicide to control the growth of forage (0 days or 20 days after corn emergence) were evaluated. The model was developed using the AnyLogic simulation tool and was parameterized using data from a field experiment. Six treatments were evaluated i) corn monoculture ("Maize"); ii) monoculture of cattle ("Beef"); iii) iCLS1 the marandu grass sown simultaneously with the corn; iv) iCLS2 simultaneous sowing and 20 days after planting corn application of Nicosulfuron herbicide (8 g/ha of the active ingredient); v) iCLS3 planting the pasture 20 days after planting the corn; e vi) iCLS4 corn and pasture seeds were sown simultaneously, with 37.5 cm spacing and more herbicide application as in SIPA2 treatment. In iCLS the corn and beef productions were biennial. The analysis time in the simulations was 3,285 days (nine years). The results showed that the stocking rate was 3.2 UA.ha-1 for iCLS while 3.5 UA.ha-1 in Beef. The different planting strategies have not altered the productive performance of the animals. The lowest total cost (TC) in cattle production was in SIPA3, R$ 11.34/kg; for corn production, the lowest TC were in SIPA2 and SIPA4 treatments, R$ 0.43/kg and R$ 0.44/kg, respectively. Finally, the following IRR results: 120%, -4%, 9%, 19%, 22% and 18% for Maize, Beef, iCLS1, iCLS 2, iCLS 3 and iCLS 4, respectively were obtained. The HSM has presented itself as a useful tool to evaluate and understand in deep detail the system of interest. The HSM has the potential to consider social and environmental aspects that were not considered in this study and can be adapted for application in other production areas.