ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS MODELOS MECANÍSTICOS DE SIMULAÇÃO DE CULTURA

Organização geral

O ponto central dos modelos é o módulo de crescimento, que simula os fluxos de carbono no sistema, tanto entre a planta e o ambiente (ganho de carbono pela fotossíntese, perda pela respiração) quanto dentro da planta (partição de fotoassimilados entre órgãos crescendo simultaneamente). O crescimento da biomassa calculado é regulado por dois outros tipos de módulo (Figura 1): (i) o módulo fenológico, que tem papel estratégico,

dividindo o ciclo de desenvolvimento da cultura em fases sucessivas e determinando a duração de cada uma, conforme as condições ambientais; (ii) os módulos de estresses, de água, de temperatura ou de nitrogênio, que atuam como freios nas principais funções do sistema. Os fluxos de matéria considerados nos modelos são os de carbono, de nitrogênio e de água, em cada módulo relativo. Os balanços de nitrogênio e de água calculados resultam em fluxo de informação, que é enviada ao módulo de crescimento.

Módulo fenológico

Módulo de crescimento : Aquisição de carbono e partição

Módulo de nitrogênio Módulo hídrico Piloto Motor Freios

Fig. 1. Representação simplificada da estrutura dos modelos mecanísticos (em uma

analogia ao automóvel)

O módulo fenológico

O módulo fenológico constitui o relógio fisiológico da planta, que estabelece o desenvolvimento do ciclo de vida, tais como seqüência e duração das várias fases de desenvolvimento, velocidade de aparecimento e

desaparecimento dos órgãos, etc. Portanto, ele tem um papel principal na pilotagem trófica do modelo, abrindo e fechando fontes e drenos de carbono.

As fases do ciclo

Os modelos específicos para arroz, Oryza e Ceres, assim como o modelo Sarra-H para milheto, dividem o ciclo de vida da planta em quatro fases de desenvolvimento:

• Fase vegetativa básica (BVP), em que a planta não apresenta

susceptibilidade ao fotoperíodo, que vai do plantio ao início da próxima fase;

• fase vegetativa sensível ao fotoperíodo (PIP), que termina com a iniciação da panícula;

• fase reprodutiva ou de formação da panícula, que termina com o início do florescimento;

• fase de enchimento de grãos, que vai até a maturidade dos grãos. O modelo genérico Stics decompõe o ciclo de forma diferente, com base na dinâmica foliar e não em mudanças fisiológicas ou eventos organogenéticos; define várias fases de crescimento da área foliar, lenta, acelerada,

estabilizada e de senescência, e está focado na estimativa do balanço de carbono e nas relações fonte-dreno. O estádio crítico da transição da fase vegetativa para a reprodutiva não é tomado em conta pelo Stics.

A duração das fases

Numerosos trabalhos evidenciam uma correlação negativa entre a temperatura média do ar e a duração de uma determinada fase. Até uma dada temperatura, quanto mais esta aumenta, menor a duração da fase. Daí a hipótese, atualmente confirmada, de que a duração de uma fase depende da temperatura acumulada e não do número de dias ocorridos. Nos modelos, três temperaturas críticas estão definidas e obedecem a uma função sigmoidal (Figura 2): a) temperatura de base (Tbase), abaixo da qual ocorre inibição do crescimento; b) temperatura ótima (Tot), que assegura velocidade máxima; c) temperatura máxima (Talt), acima da qual ocorre inibição do crescimento. Para o arroz, valores típicos de 12-13 0_{C, 30} 0_{C e} 42 0_{C, para Tbase, Tot e Talt, respectivamente, são geralmente}

considerados.

A temperatura acumulada pela planta é determinada diariamente, a partir dessa equação, que vai acrescentando os valores até que seja atingida a soma de temperatura que caracteriza uma dada fase. O modelo Ceres fornece uma lista de cultivares para as quais a duração das fases

vegetativas e de maturação foram definidas. É interessante notar que a fase reprodutiva, de formação da panícula e diferenciação das espiguetas, tem a mesma duração, qualquer que seja a cultivar. Essa hipótese, provavelmente adequada para comparar cultivares do grupo Indica e japonica de O. sativa, merece ser reavaliada para o caso da O. Glaberrima.

As cultivares Ariete e Thaibonnet, insensíveis ao fotoperíodo, quando cultivadas em Camargue (Sul da França), apresentaram uma duração da fase vegetativa de, respectivamente, 579 e 729 graus-dia.

0 T0 1 0.5 Topt Tmax Taxa de crescimento Temperatura

Fig. 2. Resposta da taxa de crescimento à temperatura.

Ao substituir o número de dias após semeadura (DAS) para expressar a duração de uma fase, pela soma térmica expressa em graus-dia, é possível aplicar o dado a qualquer ambiente. Para uma dada cultivar, a relação estabelecida em unidades térmicas num único local, permite simular as datas de florescimento e maturação para qualquer região de cultivo. Destaca-se assim uma função importante de modelagem, como fonte de economia e de precisão, depois de um investimento inicial necessário em estudos e material. A duração da fase vegetativa pode também ser calculada de forma mais analítica, por meio do filocrono, parâmetro genético estável, definido como o número de dias decorridos entre a emergência de duas folhas consecutivas no colmo principal. Nesse caso, a duração é dada pela seguinte relação:

D = NF x ϕ onde : D = duração

NF = número de folhas ϕ = filocrono

Esta avaliação é muito trabalhosa, e porquanto o objetivo deve justificá-la. Esta mensuração foi feita por Tivet et al. (2000), na Embrapa Arroz e Feijão, em Goiás, com o objetivo de analisar de forma precisa a taxa de

emissão e de alongamento das folhas de três cultivares, sob três níveis de disponibilidade hídrica.

O fotoperiodismo

No arroz, planta de dias curtos, o efeito do fotoperíodo e a duração total da fase vegetativa podem ser avaliados pela equação de Major e Kiniry (1991), apresentada na Figura 3. Esta função é usada em Ceres-arroz para estimar três parâmetros: duração da fase vegetativa básica, valor crítico de resposta e susceptibilidade da resposta

Duração da fase vegetativa

Fotoperíodo Var 1

Var 2 Sorgo tradicional africano

BVP PIP

Fig. 3. Resposta do arroz e do sorgo ao fotoperíodo

Este tipo de resposta é comum, mas não é a única. No sorgo, por exemplo, dois tipos coexistem: o modelo quantitativo de Major e Kiniry e o modelo crítico (resposta do tipo tudo ou nada), presente em ecotipos tradicionais cultivados nas regiões equatoriais, onde a amplitude fotoperiódica é muito reduzida.

A temperatura

Na prática, o acúmulo diário de temperatura é calculado com base na temperatura mínima (Tmin) e temperatura máxima (Tmax) providos pela estação meteorológica. Com os modelos trabalhando no ritmo horário, é estabelecida uma relação para calcular a evolução diária da temperatura. A temperatura média do ar é uma variável de fácil acesso, mas a variável fisiologicamente relevante é a temperatura do meristema apical, sítio de multiplicação celular e de organogênese. Existem algumas equações que

permitem avaliar essa temperatura em função da radiação e do déficit de pressão de vapor (DPV).