3. MATERIAL E MÉTODOS
3.8. Descrição do modelo STICS
A funcionalidade dos módulos de rendimento e de balanço hídrico do modelo STICS, em sistema convencional, nas condições de Cerrado, comprovada por meio da calibração e da validação realizadas por AFFHOLDER (2001), foi o principal motivo para adotá-lo como ponto de partida para o alcance de um dos objetivos desta Tese que é “a simulação seqüencial do crescimento e desenvolvimento das culturas do milho e do milheto no sistema de plantio direto em condições de Cerrado”.
O STICS, descrito em detalhes por BRISSON et al. (1998) e apresentado no Anexo 3.2, é um modelo já adaptado para o sistema convencional de preparo do solo que simula o funcionamento do sistema solo-planta-atmosfera com o passo de tempo de um dia.
Ele se apresenta como um modelo genérico com as seguintes características: robustez, pouca exigência por dados de entrada, características de construção modular com fácil adaptação a diversos tipos de culturas. Na Figura 3.6, apresentam-se o modelo conceitual e os principais processos básicos simulados, quais sejam: o crescimento e o desenvolvimento da cultura e os balanços de água e nitrogênio do sistema solo-planta.
Eles estão compartimentados em sete módulos: desenvolvimento; crescimento aéreo; componentes do rendimento; crescimento radicular; balanço hídrico; ambiente térmico da cultura e balanço de nitrogênio.
A cultura é caracterizada por sua biomassa aérea (carbono e nitrogênio), índice de área foliar e o número e biomassa do grão (carbono e nitrogênio).
O solo é considerado como uma sucessão de camadas horizontais, sendo cada uma caracterizada por um conteúdo de água, nitrogênio mineral e orgânico. As raízes da planta, cuja função é propiciar as interações entre o solo e a planta são definidas por sua distribuição e comprimento dentro do perfil do solo.
Entrada Planta ¾espécie ¾variedade Clima ¾temperatura do ar ¾radiação global ¾precipitação ¾evapotranspiração ¾fotoperíodo Solo ¾Capacidade de campo ¾ponto de murcha ¾profundidade máxima das raízes
¾textura Manejo ¾data de plantio ¾irrigação ¾preparo do solo Modelo de cultura estresse hídrico potencial/real evapotranspiração Crescimento radicular Módulo de Desenvolvimento IAF Crescimento da planta Módulo de Carbono (∆Biomassa) Produção de grãos Módulo de balanço hídrico ¾resíduo
Figura 3.6. Modelo conceitual destacando as principais variáveis de entrada e processos simulados pelo modelo STICS.
3.8.1. Adaptações do módulo de balanço hídrico ao sistema plantio direto
A seguir, apresentam-se as possíveis mudanças e adaptações propostas para que o modelo considere os efeitos da palhada sobre fases importantes do ciclo hidrológico:
3.8.1.1. Relação entre quantidade de palha e cobertura do solo
A relação entre taxa de cobertura do solo (TC) e quantidade de palha (Q) pode ser expressa pela seguinte função exponencial (GREGORY, 1982; SCOPEL et al., 1998):
(
1 e Q)
K
TC= ∗ − −α∗ (1)
onde:
TC = taxa de cobertura do solo pela palhada (%); Q = quantidade de resíduo (kg.ha-1);
K e α = parâmetros de ajuste.
3.8.1.2. Taxa de decomposição
A dinâmica de decomposição da palhada também altera a contabilidade de água no solo. As condições de clima, principalmente, temperatura elevada e radiação solar intensa favorecem a decomposição dos resíduos vegetais cujo percentual pode ser expresso em função do tempo pela seguinte função exponencial:
( )
k t0 e
Q
TD = ∗ − ∗ (2)
onde:
TD = taxa de decomposição dos resíduos (%); Q0 = quantidade inicial de resíduos (kg.ha-1); t = tempo (dias);
3.8.1.3. Balanço hídrico
Neste modelo observa-se que os resíduos afetam a disponibilidade de água no solo mediante três processos, quais sejam: 1) interceptação e armazenamento de água da chuva; 2) redução da evaporação do solo e 3) redução do escoamento superficial.
3.8.1.3.1. Capacidade de armazenamento da água pela palhada
A capacidade máxima de água da chuva que pode ser armazenada pela palhada (RechpailTot, mm) é proporcional à quantidade da palhada que fica sobre o solo (SCOPEL et
al., 1998) e pode ser expressa pelo seguinte modelo:
(
)
4Tot a Q b 10
chpail
Re = ∗ + ∗ − (3)
onde:
Q = quantidade de resíduo (kg.ha-1); a e b = parâmetros de ajuste.
A quantidade de água da chuva que pode ser armazenada pela palhada em determinado espaço de tempo t (Rechpailt, mm) pode ser calculada pela diferença entre a
capacidade total de armazenamento da água da palhada (RechpailTot, mm) e a água retida no
momento t-1 (Rechpailt-1, mm): 1 t Tot t Rechpail Rechpai chpail Re = − − , (4)
Enquanto, a quantidade atual de água armazenada pela palhada (Rechpailatual, mm) é
função da chuva e da taxa de cobertura do solo pela palhada (TC, %):
[
Totatual minRAINN*TC,Rechpail
chpail
Re =
]
(5)Onde: RAINN é a quantidade de água precipitada já descontada a perda causada pelo escoamento superficial (RUIS, mm).
3.8.1.3.2. Redução da evaporação da água do solo
A radiação solar que alcança a superfície do solo é a fonte de energia responsável pela evaporação potencial da água nele contida (primeiro estádio da evaporação segundo BRISSON et al., 1998) que sofre redução com a presença da palhada em sua superfície.
A quantidade de radiação que atravessa a palhada e chega até o solo (Rss, MJ m-2) é função da quantidade dessa palhada (Q, t/ha) e pode ser calculada, utilizando-se a Lei de Beer (SCOPEL et al., 1998): ) Q * ( EXP * Ri Rss= −γ (6)
Onde: Ri é a radiação solar global que incide sobre os sistemas palhada-solo (MJ m-2) e γ é o coeficiente de extinção da radiação líquida pela palhada. Portanto, a evaporação potencial do solo (EOS, (mm.dia-1)) passa a ser estimada em função da quantidade dos resíduos que ficam sobre a superfície do solo (Q t/ha) e da evapotranspiração de referência (TETP, (mm.dia-1)), tendo como base a seguinte equação:
) Q * ( EXP * ) LAI * ( EXP * TETP EOS= −ε −γ (7) Onde:
LAI é o índice de área foliar da planta e ε é o coeficiente de extinção da radiação líquida pela parte aérea da planta.
A demanda climática também age sobre a água armazenada pela palhada cuja evaporação está diretamente relacionada com a quantidade de energia por ela recebida. Logo, a evaporação da água contida na palhada (EPAIL, mm) é calculada pela seguinte equação:
(
*LAI)
*[
1 EXP(
*Q)]
EXP * TETP
EPAIL= −ε − −γ (8)
Como no STICS a transpiração máxima da cultura é função da quantidade de energia disponível e seu cálculo é feito pela diferença entre a evapotranspiração potencial e o somatório das evaporações do solo e da palhada (EOS + EPAIL), os resíduos que permanecem no solo, no sistema de plantio direto, desempenham um efeito indireto sobre a transpiração e o rendimento final da cultura.
3.8.1.3.3. Redução do escoamento superficial
O escoamento superficial (RUIS, mm) é calculado por uma função empírica simples que relaciona as perdas de água com a quantidade de chuva (RAIN, mm):
(
RAIN a)
b
RUIS= ∗ − para RAIN > a (9)
onde:
os parâmetros empíricos a (mm) e b (%) significam, respectivamente, o valor limite de precipitação abaixo do qual não acontece escoamento superficial e a proporção de água escoada quando o valor limite de precipitação é superado. É evidente que os valores de a e b dependem da declividade, da textura, da porosidade e da rugosidade da superfície do solo.
3.9. Quantificação e modelagem dos efeitos das palhadas de milho, milheto e soja, na