UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO
ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
Juliane Sbaraine Pereira Costa
MODELAGEM MATEMÁTICA NO COMPORTAMENTO DO
TRIGO SOBRE O ESCALONAMENTO E DOSES DE
NITROGÊNIO NOS SISTEMAS DE CULTIVO
Ijuí
2013
MODELAGEM MATEMÁTICA NO COMPORTAMENTO DO
TRIGO SOBRE O ESCALONAMENTO E DOSES DE
NITROGÊNIO NOS SISTEMAS DE CULTIVO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Unijuí, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Modelagem Matemática.
Ijuí
2013
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTU SENSU EM MODELAGEM MATEMÁTICA
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, homologa a Dissertação:
MODELAGEM MATEMÁTICA NO COMPORTAMENTO DO
TRIGO SOBRE O ESCALONAMENTO E DOSES DE
NITROGÊNIO NOS SISTEMAS DE CULTIVO
Elaborada porJULIANE SBARAINE PEREIRA COSTA
Como requisito para obtenção do grau de Mestre em Modelagem Matemática
Comissão Examinadora
ausências, e por a cada instante acrescentar alegria e razão a vida.
Ao meu esposo, Marcelo, companheiro nos bons e difíceis momentos da vida, por todo o amor e paciência ao me apoiar.
Obrigada por terem acreditado nos meus sonhos, por terem sonhado comigo. Amo vocês!
Aos meus pais pelo incentivo, por me ensinaram a importância do estudo e trabalho: o maior presente que me deram foi à educação e o exemplo, que me tornaram a pessoa que sou. A minha irmã, Simone, que de uma forma ou outra sempre esteve ao meu lado, apoiando e auxiliando em todos os momentos que precisei.
Ao professor Dr. José Antonio Gonzalez da Silva, pela experiência e conhecimentos transmitidos e pela confiança em mim depositada.
A professora Tânia Michel Pereira, por acreditar em mim, desde a iniciação científica, pela amizade e incentivo, que foram decisivos para que eu realizasse esse trabalho.
A Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, e demais professores do Mestrado em Modelagem Matemática da UNIJUÍ que contribuíram com minha formação.
A CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pela bolsa de estudos concedida para realização desta pesquisa.
Aos colegas e acima de tudo amigos que construímos ao longo destes dois anos. Em especial, as colegas Rúbia e Simone, obrigada pelo companheirismo, pelas ideias trocadas e amizade.
Aos colegas e amigos do Grupo de Pesquisa, que transformaram as atividades em campo e laboratório em agradáveis momentos de aprendizagem e crescimento profissional.
A dona Geni pela amizade, atenção e disposição sempre prontamente em nos auxiliar.
E a todos aqueles que por ventura não estão aqui citados, mas de uma forma ou outra contribuíram para a execução deste trabalho. Aos esquecidos, minha admiração.
A Deus, por ter permitido que estas pessoas fizessem parte da minha vida. Por me acompanhar onde quer que eu vá, pela capacidade, inteligência e sabedoria.
RESUMO
O máximo potencial produtivo da cultura envolve além do potencial genético condições edafoclimáticas e de manejo adequadas. Entre as técnicas de manejo, a adubação nitrogenada é uma das mais importantes na cultura do trigo, pois o nitrogênio atua na dinâmica de diferentes processos de crescimento e desenvolvimento da planta, interferindo no potencial produtivo de forma a incrementar a produção de biomassa e grãos. A definição da condição mais adequada de aplicação do nitrogênio em cobertura no trigo é uma estratégia importante para otimizar o aproveitamento deste nutriente à produção de grãos. O objetivo deste trabalho foi conhecer a dinâmica de expressão de caracteres de produção de trigo (da classe industrial pão) em relação às diferentes condições de fracionamento e doses de nitrogênio aplicado em cobertura e sob distintos sistemas de sucessão comumente empregados na região noroeste do estado do RS. Foram conduzidos experimentos em delineamento de blocos ao acaso com quatro repetições num esquema fatorial 3x4 para condições de adubação nitrogenada com aplicação total ou fracionada, (V3, V3/V6 e V3/R1) e doses de adubação
nitrogenada (0, 30, 60 e 120 kg de N ha-1) nos sistemas de sucessão de rápida e lenta liberação de N-residual, nos anos agrícolas de 2011 e 2012. A elevada taxa diária de produção de biomassa não é determinante na definição da dose e fracionamento mais ajustado na expressão do rendimento de grãos, independente dos anos e sistemas de cultivo. Em anos favoráveis em relação à precipitação e sistema de menor relação carbono/nitrogênio, a dose cheia se mostra mais indicada. Em condições hídricas restritivas, o fracionamento mostra benefícios mais efetivos apenas nas fases V3 e V3/V6. O modelo de regressão linear múltipla é
indicado na estimativa de produtividade de trigo, principalmente quando inserido no modelo a dose de fornecimento de nitrogênio. O modelo original Villa Nova et al. (2001) para estimativa de colheita não foi eficiente na estimativa de produtividade do trigo, porém, a inclusão de um fator de correção para o modelo melhorou significativamente esta estimativa.
Palavras-chave: Triticum aestivum L., fracionamento do N, equações polinomiais, regressão linear múltipla, modelo EPY.
ABSTRACT
The maximum crop yield potential involves beyond genetic potential environmental conditions and appropriate handling. Among the techniques of management, nitrogen fertilization is one of the most important in wheat, nitrogen acts as the dynamics of different processes of growth and development of the plant, interfering with the production potential in order to increase biomass production and grain. The most appropriate definition of the condition of nitrogen application in wheat topdressing is an important strategy to optimize the utilization of this nutrient to the crop production. The objective of this study was to understand the dynamics of character expression in wheat production class in industrial bread production variables linked interface with the different conditions of fractionation and nitrogen applied to coverage under different systems of succession commonly employed in Northwestern the RS. Experiments were conducted in a randomized block design with four replications in a 3x4 factorial conditions for nitrogen fertilizer application with full or fractional, (V3, and V3/V6 V3/R1) and nitrogen fertilizer levels (0, 30, 60 and 120 kg N ha-1)
in systems of succession of fast and slow release of N-residual, in the years 2011 and 2012. The high rate of biomass production per unit of day is not essential for determining the dose adjusted more and partitioning in the expression of grain yield, regardless of years and cropping systems. In favorable years in relation to rainfall and lower system carbon / nitrogen ratio, the full dose proves more suitable. In restrictive water conditions, the most effective fractionation shows benefits only in stages V3 and V3/V6. The multiple linear regression
model is indicated in the estimated productivity of wheat, especially when inserted into the model the dose of nitrogen supply. The original model Villa Nova et al. (2001) to estimate crop was not efficient in estimating wheat yield, however, the inclusion of a correction factor to the model significantly improved this estimate.
Keywords: Triticum aestivum L., N partitioning, polynomial equations, multiple linear regression, model EPY.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Planta de trigo ... 18
Figura 2. Estrutura de uma espiga ... 19
Figura 3. Estrutura do grão de trigo em corte longitudinal ... 20
Figura 4. Plantas em pleno afilhamento ... 23
Figura 5. Plantas na fase de alongamento e início do emborrachamento ... 24
Figura 6. Plantas no início do espigamento ... 25
Figura 7. Unidade experimental ... 64
Figura 8. Detalhes do campo experimental ... 65
Figura 9. Resultados da área foliar por planta ... 67
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Fertilizantes nitrogenados solúveis mais utilizados... 30
Tabela 2. Recomendação de adubação nitrogenada para a cultura do trigo e/ou triticale, RS/SC. ... 33
Tabela 3. Análise de variância para experimento bifatorial no delineamento em blocos ao acaso ... 41
Tabela 4. Analise de variância de ... 47
Tabela 5. Analise de Variância da equação de regressão ... 50
Tabela 6. Distância generalizada de Mahalanobis ... 56
Tabela 7. Análise de trilha ... 58
Tabela 8. Resumo da análise de variância de equação de regressão e seus parâmetros para a matéria seca total (MST) em trigo com os valores médios gerais de rendimento de grãos (RG) sobre resíduo de soja. UNIJUI, 2013... 72
Tabela 9. Resumo da análise de variância de equação de regressão e seus parâmetros para a matéria seca total (MST) em trigo com os valores médios gerais de rendimento de grãos (RG) sobre resíduo de milho. UNIJUI, 2013. ... 74
Tabela 10. Resumo da análise de variância de equação de regressão e seus parâmetros para época e fracionamento de N ideal em trigo com os valores estimados de rendimento de grãos (RGE). UNIJUI, 2013. ... 76
Tabela 11. Resumo da análise de variância da equação de regressão e seus parâmetros para o rendimento de grãos e médias de produção na ligação dos estádios com os dias de aplicação de N em cada condição de cultivo. UNIJUI, 2013. ... 78
Tabela 12. Resumo da análise de variância de equação de regressão e seus parâmetros para o rendimento biológico (RB), rendimento de grãos (RG), rendimento de palha (RP) e índice de colheita (IC) das condições de adubação nitrogenada V3, V3/V6, V3/R1 em sistema de sucessão soja, com o valor médio e o valor estimado. UNIJUI, 2013. ... 81
Tabela 13. Resumo da análise de variância de equação de regressão e seus parâmetros para o rendimento biológico (RB), rendimento de grãos (RG), rendimento de palha (RP) e índice de colheita (IC) das condições de adubação nitrogenada V3, V3/V6, V3/R1 em sistema de sucessão de resíduo de milho, com o valor médio e o valor estimado. UNIJUI, 2013. ... 83
e 2012. UNIJUI, 2013. ... 88 Tabela 15. Análise de correlação e trilha a partir dos estádios de aplicação de N nas diferentes
doses do fertilizante em trigo sobre resíduo de soja. UNIJUI, 2013... 93 Tabela 16. Análise de correlação e trilha a partir dos estádios de aplicação de N nas diferentes
doses do fertilizante em trigo sobre resíduo de milho. UNIJUI, 2013. ... 96 Tabela 17. Resumo da análise de variância de equação de regressão e seus parâmetros para o
rendimento (RG) nas épocas de adubação nitrogenada V3, V3/V6, V3/R1, com o valor
rendimento de grãos estimado. UNIJUI, 2013. ... 98 Tabela 18. Resultado para identificação de variáveis potenciais para o modelo de regressão
múltipla via Stepwise. UNIJUI, 2013. ... 100 Tabela 19. Equação de Regressão Múltipla para estimativa do rendimento de grãos em trigo,
com o rendimento de grãos observado. UNIJUI, 2013. ... 102 Tabela 20. Potencial de rendimento de trigo com a modificação do modelo EPY a partir de
características da cultivar em diferentes doses e épocas de adubação nitrogenada em sistema de sucessão de resíduo de soja. UNIJUI, 2013. ... 104 Tabela 21. Potencial de rendimento de trigo com a modificação do modelo EPY a partir de
características da cultivar em diferentes doses e épocas de adubação nitrogenada em sistema de sucessão de resíduo de milho. UNIJUI, 2013. ... 106 Tabela 22. Tabela de solos e condições agroclimáticas ... 132
Sumário
1 INTRODUÇÃO 13
1.1 GENERALIDADES 13
1.2 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO 15
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 16
2.1 IMPORTÂNCIA ECONÔMICA DO TRIGO 16
2.2 CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS E FISIOLÓGICAS DA PLANTA E DOS GRÃOS DE TRIGO 17
2.2.1 Fisiologia e caracteres morfológicos 17
2.2.2 Estrutura do grão de trigo 20
2.2.3 Desenvolvimento da planta 21
2.3 COMPONENTES DO RENDIMENTO EM TRIGO 26
2.4 NITROGÊNIO 27
2.4.1 Importância do nitrogênio 27
2.4.2 Matéria orgânica 28
2.4.3 Perdas de Nitrogênio: volatilização e lixiviação 29
2.4.4 Fontes de nitrogênio 30
2.4.5 Nitrogênio e o desenvolvimento da cultura de trigo 30 2.4.6 Sistemas de cultivo e fornecimento de nitrogênio 32
2.5 MODELAGEM MATEMÁTICA 34
2.5.1 Modelagem matemática na agricultura 35
3 MODELOS MATEMÁTICOS 39
3.1 ANÁLISE DE VARIÂNCIA 39
3.2 TESTE T PARA COMPARAÇÃO DE DUAS AMOSTRAS 42
3.3 MODELOS DE REGRESSÕES 42
3.3.1 Regressão linear simples 43
3.3.2 Coeficiente de determinação 46
3.3.3 Variância da regressão 46
3.3.4 Teste de significância para 47
3.3.5 Teste para verificar a hipótese 47
3.3.6 Regressão polinomial 48
3.3.7 Regressão linear múltipla 48
3.3.8 A probabilidade pelo F 49
3.3.9 Método para seleção de variáveis Stepwise 50
3.4 MODELOS PARA O TESTE DE SCOTT-KNOTT 52
3.5 MODELO DE CORRELAÇÃO DE PEARSON 53
3.6 VARIÂNCIAS E COVARIÂNCIAS RESIDUAIS 55
3.7 CONTRIBUIÇÃO RELATIVA PELO MODELO DE SINGH 55
3.9 MODELO EPY DE VILLA NOVA 60
4 METODOLOGIA 63
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO CAMPO EXPERIMENTAL 63
4.2 CARACTERIZAÇÃO DO EXPERIMENTO 63 4.3 GENÓTIPO AVALIADO 65 4.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 66 4.5 VARIÁVEIS MENSURADAS 67 4.5.1 Caracteres agrometeorológicos 68 4.5.2 Procedimentos de análise 68 5 RESULTADOS 70
5.1 EQUAÇÕES NA INTERPRETAÇÃO BIOLÓGICA DO ACÚMULO DE BIOMASSA E RENDIMENTOS DE GRÃOS DE
TRIGO NA INTERFACE DOSE E FRACIONAMENTO DO N 70
5.2 AJUSTE DE EQUAÇÕES POLINOMIAIS SOBRE A EXPRESSÃO DE CARACTERES FISIOLÓGICOS NO TRIGO PELO
FRACIONAMENTO DO N NOS SISTEMAS DE CULTIVO 78
5.3 MODELOS BIOMÉTRICOS NA DINÂMICA DE RELAÇÕES DOS COMPONENTES DE PRODUÇÃO DE TRIGO NAS
FORMAS DE FORNECIMENTO DE N 84
5.4 O MODELO DE REGRESSÃO LINEAR MÚLTIPLA COMO SUBSÍDIO DE ESTIMATIVA DA PRODUTIVIDADE DO
TRIGO PELAS FORMAS DE FORNECIMENTO DE N 97
5.5 MODELO MATEMÁTICO DE VILLA NOVA NA INTERFACE MORFOLOGIA E FISIOLOGIA DO TRIGO COM OS
ELEMENTOS AGROCLIMÁTICOS NA PREVISÃO DE COLHEITA: UMA PROPOSTA DE ALTERAÇÃO 103
6 CONCLUSÕES 108
1 INTRODUÇÃO
1.1 Generalidades
O trigo (Triticum aestivum L.) é o segundo cereal mais produzido no mundo, (Ministério da Agricultura - MAPA, 2012), cultivado em larga escala e em diversas regiões do mundo. O trigo é utilizado de diversas formas, desde a farinha para a panificação, no farelo usado na alimentação animal, além do gérmen que é aproveitado na indústria farmacêutica para a fabricação de óleos e dietéticos (Caldeira et al., 2003).
Dentre os maiores produtores do grão, estão a União Europeia (27 países), China, Índia, Rússia, EUA e Canadá, sendo que EUA e Canadá também são os maiores exportadores e China, Índia, Rússia, Japão e o Brasil os maiores importadores do produto (Rabelo, 2003). No Brasil, o trigo é cultivado nas regiões Sul (RS, SC e PR), Sudeste (MG e SP) e Centro-oeste (MS, GO e DF). O rendimento médio de grãos de trigo aumentou cerca de 1100 kg ha-1 em três décadas, passando de 1500 kg ha-1 na safra de 1975/76 para 2600 kg ha-1 em 2003/2004, com tendência de estabilização a partir do final de 1990 (Rabelo, 2003). O consumo de trigo no Brasil está próximo a 60 kg habitante ano-1 (Maschio, 2004). Desta forma, o Brasil com uma população em torno de 190 milhões de habitantes para atender a sua demanda interna necessita importar, anualmente, cerca de 6 milhões de toneladas.
Para o incremento da produtividade e competitividade do trigo nacional é necessário o desenvolvimento de cultivares mais produtivas, com maior tolerância a fatores bióticos e abióticos, eficientes fisiologicamente no aproveitamento de luz e nutrientes e da possibilidade de segregação dos grãos e da farinha por sua aptidão aos diferentes usos industriais (Schmidt et al., 2009). Neste contexto, as características genéticas, condições edafoclimáticas e técnicas de cultivo podem diferenciar o crescimento e desenvolvimento da planta, bem como, a composição e qualidade dos grãos (Sangoi et al., 2007). O rendimento de grãos é o produto final de uma série de interações que ocorrem no agrossistema de trigo. Assim, o máximo potencial produtivo da cultura envolve além do potencial genético, outros fatores, tais como: a disponibilidade de calor e radiação; água e nutrientes; a ocorrência de pragas, doenças e plantas daninhas que afetam o crescimento e o desenvolvimento da planta. O que se pode afirmar é que o potencial genético de uma cultivar será expresso somente quando existirem condições edafoclimáticas e de manejo do agrossistema adequadas (Hoeft, 2003; Simili et al., 2008; Boschini et al., 2011).
Entre as técnicas de manejo, a adubação nitrogenada é uma das mais importantes em razão do Nitrogênio (N) ser um dos nutrientes absorvidos em maior quantidade pela cultura do trigo, com respostas positivas do rendimento, considerando que afeta o crescimento e o desenvolvimento da planta, influenciando o seu potencial produtivo. Segundo Viana (2007), o N é o nutriente que tem maior interferência na composição da planta de trigo, sendo o mais exigido durante o seu desenvolvimento. Estudos têm confirmado que o rendimento de grãos (Marchetti et al., 2001), o teor de proteína dos grãos (Didonet et al. 2000; Trindade et al., 2006), e o número de espigas por m2 (Teixeira Filho et al., 2010) podem ser aumentados, até certo limite, através da adubação nitrogenada adequada. Assim, a produtividade obtida nos cultivos de trigo está intensamente ligada ao manejo da adubação nitrogenada, onde o manejo está relacionado à dose, a condição de aplicação e ao fracionamento da adubação nitrogenada. A condição de aplicação do N é fundamental para incrementar o rendimento de grãos, pois aplicações muito precoces ou muito tardias podem ser pouco aproveitadas pelas plantas (Silva et al., 2005b). Neste contexto, a adubação nitrogenada merece destaque não somente pelo alto custo que representa, mas também, em razão da necessidade de se utilizar esse nutriente de modo eficiente garantindo, assim, a sustentabilidade do agrossistema na região.
O fornecimento de N às plantas depende, entre outros fatores, da quantidade de matéria orgânica do solo (Amado et al., 2001), da composição dos resíduos vegetais (Siqueira Neto et al., 2010), da expectativa do rendimento (RCBPT, 2010) e, da umidade, aeração e temperatura que interagem nos sistemas de cultivo (Rocha, 2010). Entre estes fatores, a composição bioquímica dos resíduos culturais é determinante em promover a mineralização ou imobilização do N, a tal ponto que, pode afetar as doses e condições do N-fertilizante frente a taxa de liberação de N contido no solo e nos tecidos em decomposição. As maiores produtividades na cultura do trigo em função da adubação nitrogenada se dão quando o mesmo é cultivado em sucessão às gramíneas, já quando o trigo é cultivado em sucessão a uma leguminosa para uma mesma produtividade, a necessidade de N é menor (Braz et al., 2006). Isso ressalta a importância de considerar o cultivo precedente como um fator determinante no manejo da adubação nitrogenada e na produtividade dos cultivos de trigo.
Conhecer o comportamento do trigo da classe industrial pão sobre o efeito das doses e escalonamento de nitrogênio em variáveis ligadas a produção. Além disto, modelar e interpretar o comportamento de expressão destas variáveis e o desenvolvimento final desta espécie ligando o tipo de precedente cultural (soja/trigo, milho/trigo) e variáveis agroclimáticas para inferências as condições regionais do noroeste do RS.
1.2 Estrutura da Dissertação
Esta dissertação esta organizada em seis capítulos. Cada um dos quais apresentam os aspectos essenciais para o desenvolvimento deste estudo.
O capítulo 1 traz informações que abordam o contexto geral do estudo fornecendo uma ideia geral sobre estudo, caracterizando uma introdução.
O capítulo 2 é composto pela abordagem dos aspectos e conceitos inerentes a planta de trigo e seu desenvolvimento. O estudo é orientado sobre a forma como o N atua na dinâmica deste cereal, influenciando seu comportamento e produtividade. Portanto, uma revisão de bibliografia que permite facilitar o entendimento no que tange a discussão dos resultados desta dissertação.
No capítulo 3 são apresentados os modelos matemáticos utilizados neste trabalho buscando tanto qualificar o modelo empregado como a interpretação biológica dos resultados obtidos.
O capítulo 4 descreve de forma sucinta a metodologia desenvolvida durante o trabalho, envolvendo desde a caracterização da área experimental até a forma como os experimentos foram conduzidos.
No capítulo 5 são apresentados os resultados obtidos através das análises dos experimentos com seus respectivos comentários e discussões.
Finalmente, no capítulo 6, estão apresentadas as conclusões referentes ao desenvolvimento do trabalho.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Importância econômica do trigo
O trigo (Triticum aestivum L.) é considerado um produto de fundamental importância para a alimentação humana, representando cerca de 30% da produção mundial de grãos (USDA, 2009). Fornece cerca de 20% das calorias provenientes de alimentos consumidos pelo homem (Secretaria da Agricultura - SEAGRI, 2009). O grão de trigo é fonte de carboidratos, proteínas e fibras. Possui uma proteína, o glúten, que não é encontrada em outros grãos. O glúten é uma importante característica da panificação, pois confere elasticidade e extensibilidade ao processo de panificação (Scheuer, et al., 2011). Ainda, o trigo se constitui em uma importante cultura na rotação e/ou sucessão cultural nas unidades de produção agropecuárias, garantindo o fluxo econômico e a sustentabilidade da propriedade.
O Brasil concentra sua produção na região Sul do país, sendo que os principais estados produtores são o Paraná e o Rio Grande do Sul com a participação de cada um, respectivamente de 49,0% e 42,0%, os quais são responsáveis por mais de 90% da produção nacional, que em média é de quatro milhões de toneladas (Companhia Nacional de Abastecimento - CONAB, 2013). Este montante representa menos de 50% do consumo interno do cereal, fazendo com que o Brasil seja um dos principais países importadores de trigo no mundo.
Bacaltchuk (2003) fala que consumo médio de trigo no mundo é de 83 kg habitante ano-1. O consumo de trigo no Brasil está próximo a 60 kg habitante ano-1, segundo Maschio (2004). Desta forma, o Brasil, com uma população em torno de 190 milhões de habitantes, para atender a sua demanda interna, necessita importar, anualmente, cerca de 6 milhões de toneladas. Conforme Curtis (2002), a produtividade de trigo no Brasil é baixa e instável devido a fatores tais como: os solos ácidos; com altos níveis de alumínio e fixação de fósforo; doenças como ferrugens, septorioses, mancha marrom, mancha bronzeada, giberela e oídio; precipitações variáveis sendo excessivas no sul e escassas no centro; frios fora de época. Curtis ainda destaca que as baixas temperaturas no período de floração e o excesso de chuvas na colheita podem reduzir severamente a produção.
Durante o período da colheita, nas regiões produtoras de trigo do Brasil, é comum a ocorrência de chuvas, o que pode levar à alta incidência de grãos germinados, que são classificados como de “qualidade inferior” para a indústria panificadora. Contudo, apresentam
boa qualidade nutricional e grande potencial de utilização nas dietas para monogástricos e ruminantes. Neste sentido, Brum et al. (2000), concluíram que o trigo com até 9% dos grãos germinados podem substituir totalmente o milho em dietas para frangos de corte, quando comparadas à dieta à base de milho e farelo de soja.
Além das questões já destacadas, o trigo é muito importante na sucessão com a cultura da soja. Por ser uma gramínea o seu sistema radicular fasciculado age de maneira diferente da soja, permitindo uma cobertura vegetal mais resistente, proporcionando adequada palhada para cultura subsequente. Além disto, facilita na manutenção da umidade do solo, melhorando a ação de microorganismos. Inclusive, evitando erosões, compactação e lixiviação de elementos químicos.
2.2 Características morfológicas e fisiológicas da planta e dos grãos de trigo
2.2.1 Fisiologia e caracteres morfológicos
É importante destacar que na fisiologia e caracteres morfológicos do trigo frente a presente revisão bibliográfica, são apresentadas citações de Gurgel (2007), de maneira que serão mencionadas no texto eventuais citações de outros pesquisadores.
A altura do trigo é medida do solo até o ápice das espigas, sem incluir as aristas, no momento em que as plantas apresentarem seu maior desenvolvimento (um mês após o espigamento). A altura é uma característica muito influenciada por fatores edafoclimáticos, sendo válidas apenas comparações entre variedades cultivadas em uma mesma condição ambiental.
A planta de trigo possui de seis a nove folhas, cada uma composta de bainha e lâmina foliar, dispostas de forma alternada (Silva et al., 1996). O colmo é cilíndrico e oco, possuindo de seis a nove entrenós e cada nó abaixo do solo produz raízes adventícias, sendo as folhas produzidas a partir dos nós acima do solo (Soares Sobrinho; Souza, 1983). As raízes apresentam-se de duas formas: primárias, ou temporárias, que se formam imediatamente após a germinação da semente e são fibrosas e geralmente não apresentam muitas ramificações , sendo que sua função é adubar a base; e as permanentes, que são fibrosas, muito mais ramificadas, compridas, que surgem nos primeiros nós dos colmos, ou seja, são originadas dos nós que compõe a coroa (logo abaixo da superfície do solo) e surgem somente 2 a 3 semanas
após a semeadura (Castro; Kluger, 1999; Silva et al., 1996). O colmo termina numa inflorescência que é a espiga, conforme pode ser observado na figura 1.
Figura 1. Planta de trigo Fonte: Gurgel, (2007)
Após a germinação da semente, o sistema radicular começa a penetrar no solo e uma pequena folha, o coleóptilo, cresce e rompe a superfície do solo, entre cinco a sete dias após o plantio. O coleóptilo não é uma folha verdadeira, tendo somente a função de proteger o ponto de crescimento da planta até esta aparecer na superfície. Zadoks et al. (1974), considera a data de ocorrência de emergência quando 50% das plantas estão visíveis acima do nível do solo. A partir disto, começa a fase de plântula, com a primeira folha verdadeira saindo do coleóptilo e abrindo, vindo, em seguida, a segunda e terceira folha. Esta fase termina quando a planta começa a lançar seus afilhos.
As folhas são alternadas, longas e finas, sendo constituídas pela bainha e lâmina. Na base da lâmina, encontram-se a lígula e aurículas. As características foliares mudam muito de uma variedade para outra, sofrendo também forte influência de fatores ambientais. Para diferenciar variedades são utilizadas as características: pilosidade das bainhas, posição, cor, torção da lâmina, cor e pilosidade das aurículas e cerosidade. A última folha emitida é denominada folha bandeira.
As características do colmo utilizadas como descritores varietais são cor, comprimento do pedúnculo, forma e pilosidade do nó superior, diâmetro e espessuras das paredes do colmo. As espigas são caracterizadas pelas aristas, quanto à forma, comprimento, densidade e posição. As flores surgem na extremidade do colmo, presas a um eixo principal chamado raque.
As inflorescências são do tipo espiga terminal, densa ou frouxa, conforme a figura 2, medindo de 6 a 18 cm de comprimento. Cada espiga é constituída por um conjunto de espiguetas, dispostas alternadamente nos lados opostos de uma ráquis contínua. Essa ráquis apresenta-se pilosa ao longo de suas margens e com alguma pilosidade no ponto de inserção de cada espigueta.
Figura 2. Estrutura de uma espiga Fonte: Elaborado pela autora
Cada espigueta em separado é uma pequena inflorescência de 5 a 9 flores, envolvidas por duas glumas, designadas primeira (ou inferior) e segunda (ou superior), rijas, glabras ou pilosas externamente, mais curtas do que as espiguetas, assimétricas e apresentando um ombro que termina em um dente ou bico e uma nervura mediana, saliente apenas na metade superior da gluma ou se estendendo da base ao ápice da gluma na forma de uma quilha ou carena.
2.2.2 Estrutura do grão de trigo
A estrutura do o grão de trigo é uma cariopse, ou seja, possui semente única, com 6 a 8 milímetros de comprimento e 3 a 4 milímetros de largura, onde o gérmen e os tricomas se encontram, em extremidades opostas (Hoseney, 1991). As diferenças entre a morfologia dos grãos de trigo, e esta variabilidade, estão relacionadas às inúmeras variedades e condições de plantio. Os tamanhos e as cores dos grãos de trigo podem se diferenciar, apresentando formato oval com extremidades arredondadas, conforme figura 3.
Figura 3. Estrutura do grão de trigo em corte longitudinal Fonte: Silva, 2011.
Nas poáceas, os grãos se desenvolvem a partir das flores, e se dividem em três partes: o gérmem (3% do grão); o endosperma (83% do grão) e o pericarpo (14% do grão) (Posner, 2000; Mckevith, 2004).
Segundo Mousia et al. (2004), o pericarpo é a parte mais externa do grão, originado do ovário das flores e constituído por seis camadas (epiderme, hipoderme, remanescentes da parede celular ou células finas, células intermediárias, células cruzadas e células tubulares). O
pericarpo é rico em fibras e sais minerais (Atwell, 2001). A maior parte do grão é constituída pelo endosperma, sendo composta de amido e proteínas de reserva, sendo cercado pela camada aleurona. O material genético para o desenvolvimento da nova planta é circundado.
A constituição estrutural anatômica do endosperma caracteriza a textura do trigo em duas propriedades: vitreosidade e dureza (Haddad et al., 2001). A vitreosidade é o fator visual determinado pelas condições de crescimento (como temperatura, água e N disponíveis) e que se refere ao grau de compacticidade do endosperma. A dureza (grau de resistência à deformação) é o parâmetro físico definido por fatores genéticos (Greffeuille et al., 2007).
O gérmen constitui a parte embrionária da planta, onde se encontra grande parte dos lipídeos e dos compostos fundamentais à germinação do grão (Atwell, 2001). Morita et al. (2002), concluem que as quantidades e as diferentes características das composições, a partir de diversas cultivares, influenciarão a qualidade da farinha de trigo.
2.2.3 Desenvolvimento da planta
Os aspectos relacionados ao desenvolvimento da planta de trigo estão interligados com os aspectos de rendimentos de grãos. Existem várias escalas que podem ser utilizadas na cultura do trigo, porém este trabalho esta baseado seguindo a proposta de (Counce et al., 2000).
Estádios de desenvolvimento vegetativo:
V1 – Colar formado na 1ª folha do colmo principal
V2 – Colar formado na 2ª folha do colmo principal
V3 – Colar formado na 3ª folha do colmo principal
V4 – Colar formado na 4ª folha do colmo principal
V5 – Colar formado na 5ª folha do colmo principal
V6 – Colar formado na 6ª folha do colmo principal
V7 – Colar formado na 7ª folha do colmo principal
V8 – Colar formado na 8ª folha do colmo principal
Estádios de desenvolvimento reprodutivo R0 – Iniciação da espiga
R1 – Diferenciação da espiga
R2 – Formação do colar na folha bandeira
R4 – Antese
R5 – Elongação do grão
R6 – Expansão do grão
R7 – Maturidade de um grão da espiga
R8 – Maturidade completa da espiga
No estádio V3 a planta de trigo se encontra no início da diferenciação do primórdio
floral e do afilhamento, de acordo com a figura 4, sendo que nesta época é indicada a realização do manejo da adubação nitrogenada para que as gemas axilares possam desenvolver afilhos além de garantir desde então um bom desenvolvimento da estrutura reprodutiva, para que o rendimento seja maximizado. Nesse sentido Frank e Bauer (1996) relatam que no período compreendido entre a fase inicial até o início da diferenciação do primórdio floral, a falta de N reduz a formação de espiguetas. Assim, Mundstock (1999) reforça que, do afilhamento até o florescimento ocorre uma grande acumulação de N e é neste período em que o solo deve prover as maiores quantidades deste elemento. Temperaturas entre 15°C e 20°C são as que beneficiam a formação de maior número de afilhos. De maneira geral, os fatores que permitem bom crescimento e desenvolvimento da planta, favorecem também a emissão de afilhos. Na fase de afilhamento ao mesmo tempo em que novas folhas se abrem, aparecem os afilhos. No afilhamento, dependendo da variedade, bem como do espaçamento entre plantas, podem aparecer poucos ou muitos afilhos, onde surgem por volta de sete a oito afilhos por planta. As plantas são baixas nesta fase. A fase de afilhamento dura de 15 a 17 dias. A emissão, o desenvolvimento e a sobrevivência dos afilhos têm sido relatados como de extrema importância para a cultura do trigo (Valério et al., 2008; Valério et al., 2009), sendo apontados por Harting et al. (2007) como o principal componente quantitativo no rendimento de grãos de trigo. Mundstock (1999) refere que a pequena participação de afilhos férteis na formação do rendimento final é um dos principais motivos da baixa produtividade média das lavouras de trigo no Brasil.
Figura 4. Plantas em pleno afilhamento Fonte: Gurgel, (2007)
Nesse estádio começa a ser definido o potencial de rendimento deste cereal, a qual é conhecida também de fase de duplo anel, onde começa a ser definido o tamanho da espiga. O afilhamento tem um desenvolvimento progressivo, sendo que uma boa disponibilidade de N nesta época se torna de suma importância para que maximize ao máximo sua produção, conforme o potencial de cada cultivar. A qualidade da luz também é um fator que interfere na emissão de afilhos. Almeida e Mundstock, (2001) relatam que a qualidade da luz pode ter um papel crítico na determinação da emissão, desenvolvimento e sobrevivência dos afilhos.
O crescimento dos entrenós da planta com aumento da sua estatura é denominado alongamento do colmo. Paralelamente, há o desenvolvimento dos afilhos e da espiga do colmo principal. Neste período, pouco antes de haver a emergência da espiga, a inflorescência encontra-se envolta na bainha da folha bandeira, caracterizando o estádio de emborrachamento. A fase de alongamento se inicia com o aparecimento do primeiro nó do colmo, as plantas crescem, aparecem os outros nós e a folha-bandeira, a última folha da planta, conforme figura 5. A bainha da folha-bandeira envolve a espiga, formando uma região grossa no colmo, estando então a planta emborrachada. Logo após esta etapa, a espiga sai, tornando-se visível, dando início a fase de espigamento. A duração da fase de alongamento é de aproximadamente 15 a 18 dias.
Figura 5. Plantas na fase de alongamento e início do emborrachamento Fonte: Gurgel, (2007)
O número de afilhos férteis produzidos pela planta cessa quando o primeiro nó é visível no colmo, isto é, quando a planta de trigo está, em geral, no seu estádio de desenvolvimento V6 ou na fase de alongamento. Sendo que os que serão formados após essa
fase, serão inférteis. Portanto a boa adequação do manejo para que se tenha uma boa produção deste componente do rendimento é essencial, pois a fotossíntese realizada por afilhos inférteis geralmente não se traduz em aumento da produtividade.
O afilhamento além de ser estimulado pela elevada intensidade de luz e nutrientes (Evans et al., 1983), é progressivo até atingir um número máximo, o correspondente ao potencial de cada genótipo, e a partir daí tende a decrescer e determinar um número de afilhos férteis, ou seja, que realmente formarão espiga. Os demais (afilhos inférteis) servem de suprimento de fotoassimilados para a planta mãe e depois morrem. Sendo que, a falta de qualquer nutriente, independentemente do estádio de desenvolvimento causa de imediato a interrupção do afilhamento e a redução da taxa de crescimento dos afilhos mais jovens (Masle, 1985).
No estádio R0 O número de afilhos férteis produzidos pela planta cessa quando o
primeiro nó é visível no colmo, isto é, quando a planta de trigo está, em geral, no seu estádio de desenvolvimento V6 ou na fase de elongamento. Iniciando o elongamento do colmo, a
planta aumenta sua estatura, pelo aumento da distância dos entrenós e, com o passar dos dias, ascende a espiga até o ápice da planta. O início da fase eprodutiva (estádio R0) ocorre com o
início do intumescimento do colmo, fato denominado popularmente de “emborrachamento”, onde se inicia a diferenciação da espiga. Quanto ao “emborrachamento”, Dallabrida (2007) reforça que isto é ocasionado pelo grande tamanho da espiga que está envolta pela folha bandeira que, posteriormente atingirá a completa expansão. Sendo que, os afilhos que serão formados após esta fase serão inférteis, ou seja, não produzirão espiga. Neste período a absorção de N está na fase linear da curva exponencial e representa máxima taxa de aumento de matéria seca da cultura (Cunha; Bacaltchuk, 2000). Portanto, a boa adequação do manejo é essencial para que se tenha uma boa produção deste componente do rendimento, pois a fotossíntese realizada por afilhos inférteis geralmente não se traduz em aumento da produtividade. O florescimento ocorre, primeiramente, no colmo principal e, em seguida, nos afilhos, obedecendo a mesma ordem do surgimento. Após a formação do colar da folha bandeira, ocorre a emissão da espiga (R2), a qual ainda esta se desenvolvendo. Após a
emergência completa da espiga, ocorre o florescimento ou antese e, em seguida, a formação do grão, sendo que o início do espigamento está demonstrado na figura 6 A espiga se afasta da folha-bandeira, com o alongamento do pedúnculo, haste que suporta a espiga. O período entre o aparecimento da espiga e o início do enchimento de grãos, após a antese, varia entre 12 a 16 dias.
Figura 6. Plantas no início do espigamento Fonte: Gurgel, (2007)
O pólen de cada flor é responsável pela fecundação de seu próprio óvulo, embora, pela ação do vento, possa ocorrer também fecundação cruzada. O processo de fertilização é o mais crítico no desenvolvimento da planta e as condições ambientais podem prejudicar o sucesso da formação de grãos. Temperaturas muito baixas, na época do florescimento, causam esterilidade, devido ao congelamento das estruturas de reprodução.
Em sequência, ocorre a fecundação que acontece antes da antese (R4), processo pelo
qual se observa a exposição dos antécios. Concluída a fecundação tem início o processo de divisão celular que irá compreender as células do endosperma onde serão armazenados os fotoassimilados em seguida começa o processo de elongação do grão (R5) e a expansão do
grão (R6). Encerrado o enchimento de grão, a maturação fisiológica, que na cultura do trigo
inicia-se do centro da espiga para as extremidades. Com a maturação de um grão na espiga corresponde ao estádio R7 e com a maturação fisiológica completa na espiga ao estádio R8,
quando cessa a acumulação no grão.
A formação dos grãos é período que se estende da fertilização do ovulo até o acúmulo de massa seca no grão e que é caracterizado pela formação do embrião e pela deposição de reservas. O material translocado aos grãos provém da fotossíntese e da remobilização do que foi previamente acumulado no colmo, folhas e raízes. A formação do grão dura de 30 a 50 dias, sendo reduzida em condições de elevada temperatura do ar, pouca precipitação pluvial com consequente baixa umidade do solo, e dias longos ensolarados.
A partir da formação do grão, após a antese, começa a fase de enchimento de grãos. Inicialmente, o grão é aquoso, depois leitoso, e em seguida, forma uma massa úmida e macia, que posteriormente endurece. Essa fase dura de 30 a 34 dias, terminando com a maturação dos grãos, quando as folhas e espigas secam e os grãos podem ser colhidos.
2.3 Componentes do rendimento em trigo
A produção de culturas de cereais depende de processos considerados interdependentes, como a fotossíntese, a translocação e o acúmulo de fotoassimilados nos grãos. A capacidade de acúmulo de fotoassimilados nos grãos depende do número de espigas por unidade de área, da quantidade de espiguetas por espigas, dos grãos existentes por espiguetas e do peso individual do grão (Kozelinski, 2009). Os componentes da produção como o número de espiguetas por espiga e de grãos por espiga, sofre forte influência pela variação do momento em que o N é fornecido (Zagonel et al., 2002; Frank; Bauer, 1996) . No período compreendido entre a fase inicial até o início da diferenciação do primórdio floral, a
falta de N reduz a formação de espiguetas e formação de grãos, afetando a produção final (Braz et al., 2006; Benett et. al., 2011).
Diversos autores falam sobre a importância do N para o desenvolvimento da planta de trigo (Harper, 1994; Ernani, 2004; Malavolta, 2006; Viana, 2007), sendo este nutriente o maior responsável pelo crescimento vegetal, refletindo no aumento da área foliar e, consequentemente, no aumento da massa por planta. Assim, o manejo adequado do N na cultura do trigo e outras gramíneas é uma técnica importante a ser considerado para aumentar os benefícios da semeadura direta às culturas subsequentes (Prando, 2012).
A produtividade e qualidade do trigo são definidas em função da cultivar utilizada, da quantidade de insumos e das técnicas de manejo empregadas (Zagonel et al., 2002). Com relação à quantidade de insumos utilizada, o N é um dos nutrientes absorvidos em maior quantidade pela cultura do trigo (Viana, 2007). Em média, são usados de 30 a 60 kg ha-1 de N aplicado em cobertura até o afilhamento (Oliveira, 2003). Rodrigues et al. (2007), concluíram que o melhoramento genético em cultivares de trigo nas últimas décadas acarretou um aumento de produtividade da cultura, ocasionado pelo aumento do número de grãos por espiga. Além disso, a densidade de semeadura é uma das técnicas culturais que mais podem influenciar o rendimento de grãos, bem como outros caracteres agronômicos (Valério et al., 2008). A variação da produtividade em relação à densidade de semeadura está relacionada ao potencial do genótipo em produzir afilhos férteis, uma vez que a densidade de semeadura influencia de forma direta o número de espigas produzidas por unidade de área, que aliado ao número de grãos por espiga e à massa de grãos, determinam o rendimento de grãos nos cereais (Viola, 2011).
2.4 Nitrogênio
2.4.1 Importância do nitrogênio
Entre os elementos considerados essenciais para o desenvolvimento das plantas, o N, de modo geral, é o nutriente exigido em maior quantidade, além de apresentar influência sobre o crescimento e desenvolvimento das plantas, sua importância é denotada pelas funções no metabolismo das plantas, participando como constituinte da molécula de clorofila, ácidos nucléicos, aminoácidos e proteínas (Harper, 1994; Ernani, 2003). Neste sentido, Viana, (2007), ainda complementa que o N é em geral, o elemento que as plantas necessitam em maior quantidade. Porém, devido à multiplicidade de reações química e biológica, à
dependência das condições ambientais e ao seu efeito no rendimento das culturas, o N é o elemento que apresenta maiores dificuldades de manejo ma produção agrícola mesmo em propriedades tecnicamente orientadas.
O N é o nutriente que promove maior influencia no desenvolvimento de gramíneas, estabelecendo relações diretas com aumento do rendimento, porte e número de afilhos. A matéria orgânica é a principal fonte de N no solo, porém as plantas não absorvem diretamente o N desta fonte, visto que para tal é necessária sua decomposição pela ação de microrganismos. O N dos componentes orgânicos é liberado na forma amoniacal que é oxidada no solo para a forma nítrica, mas pela grande exigência da cultura do trigo deve-se complementar essa adubação nitrogenada (USP, 2007).
A eficiência da utilização do N adicionado ao solo se refere ao grau de recuperação desse elemento pelas plantas, considerando as perdas que geralmente ocorrem por lixiviação em anos chuvosos e por volatização em anos secos. Normalmente, menos de 50% do N aplicado sob a forma de fertilizante é utilizado pelas culturas (Anghinoni, 1986; Bredemeier; Mundstock, 2000).
Os solos em sua maioria não fornecem adequadamente N durante determinadas fases de desenvolvimento das plantas em função do aumento da demanda nestas fases e às transformações biológicas e químicas que o N está sujeito no solo e que podem alterar significativamente a sua disponibilidade (Pires et al., 2005). Braz et al. (2006) reforçam que a quantidade real de N que será aproveitada pela cultura em sucessão irá depender do sincronismo entre a decomposição da biomassa e a taxa de demanda da cultura. Desta forma, a quantidade de fertilizante a ser aplicado terá uma relação direta com o teor de matéria orgânica.
2.4.2 Matéria orgânica
A matéria orgânica é toda a matéria que contém carbono orgânico no solo e pode ser de origem vegetal, microbiana ou animal, viva ou morta, em qualquer estado de conservação, passível de decomposição. É formada por uma série de compostos de carbono alterados e que interagem com as demais fases do solo (mineral, gasosa e solução), sendo um dos componentes de maior importância que possui a capacidade de alterar suas propriedades químicas, físicas e biológicas do solo interferindo de forma direta no crescimento e desenvolvimento das plantas. Além disso, efetua a mineralização de macronutrientes minerais
como o fósforo (P) e potássio (K) o que o tornam elemento incondicional para a fertilidade do solo.
Segundo Meurer (2004), o N é um componente bastante sensível às condições ambientais e às mudanças na prática de manejo agrícola e por esse motivo deve ser levada em consideração na avaliação do potencial produtivo do solo e na escolha das práticas de manejo a serem empregadas. Além disso, influencia diretamente sobre a adubação nitrogenada que é um elemento de grande importância, tanto fisiológica como economicamente nos sistemas de produção da região sul de país. A quantidade de fertilizante a ser aplicado terá uma relação direta com o teor de matéria orgânica. A capacidade intrínseca de produção agrícola dos solos está íntima e diretamente relacionada com seus teores de matéria orgânica e de N (Amado et al., 2002).
A matéria orgânica tem a capacidade de incorporar ao solo dois elementos químicos essenciais, que não existem no material de origem: o carbono e o N (Raij, 1981). Com a decomposição desse material o N contido é convertido da forma orgânica (ligado aos compostos orgânicos) para a forma mineral podendo assim, ser absorvido pela planta. Assim, o teor de N no solo vai variar de acordo com o teor de matéria orgânica (Sander et al., 1994).
2.4.3 Perdas de Nitrogênio: volatilização e lixiviação
Segundo Ormond et al. (2002), a volatilização é a capacidade que tem uma substância de ser reduzida a gás ou vapor. No caso do N, este tem a capacidade de se transformar da forma iônica para o estado de gás (NO2 e N2) ocasionando desta forma, a perda deste
elemento do solo para a atmosfera devido à ação da temperatura sobre a molécula. A volatilização caracteriza-se numa forma de perda gasosa de N como NH3, condicionada por
diversos fatores como: temperatura do solo, vento, umidade do solo, umidade relativa do ar, resíduos vegetais, teor de matéria orgânica do solo, textura do solo e presença da enzima urease (Cantarella et al., 1997).
Já na lixiviação as formas são perdidas por seguirem o movimento da água no solo percolando no perfil e acabando por se perder. Segundo Coelho e Verlengia, (1973) a quase totalidade do N perdido na lixiviação, cerca de 99% encontra-se na forma de nitrato (NO3-),
pois é bastante solúvel na água do solo e facilmente transportada, menos de 1% na forma amoniacal (NH4+) e traços de nitrito (NO2-).
2.4.4 Fontes de nitrogênio
Adubos nitrogenados são aqueles que têm na sua composição, como nutriente principal, o N, pelo fato do N ser o nutriente mais extraído e exportado pelas culturas. Segundo Machado (2002), a adubação nitrogenada é a maior responsável pela disponibilidade do N no solo. A maioria dos fertilizantes nitrogenados utilizados na agricultura são solúveis em água e o N é imediatamente disponibilizado para as plantas.
Tabela 1. Fertilizantes nitrogenados solúveis mais utilizados
Fertilizante Forma do N Teor de nutriente
N P2O5 K2O S
---%---
Uréia Amídica 45-46
Nitrato de amônio Amoniacal e nítrica 33
Sulfato de amônio Amoniacal 21 33
Nitrocálcio Amoniacal e nítrica 21 a 28
DAP Amoniacal 16-18 42-48
MAP Amoniacal 11 52
Amônia anidra Amoniacal 82
Uram Amídica (~50%) Amoniacal (~25%) Nítrica (~25)
28-32
Nitrato de sódio Nítrica 16
Nitrato de cálcio Nítrica 15-16
Nitrato de potássio Nítrica 13 46
Nitrosulfato Amoniacal e nítrica 26 15
Nitrofosfatos Amoniacal e nítrica 13-26 6-34 Fonte: Raij et al. (1997)
2.4.5 Nitrogênio e o desenvolvimento da cultura de trigo
A planta tem a capacidade de utilizar inúmeras formas de N, sendo que depende fortemente da fonte que estará disponibilizada. Outro fator importante é a variação que ocorre entre genótipos de uma mesma espécie que podem apresentar preferências, sendo dependentes
das particularidades de cada cultivar. As maiores produtividades na cultura do trigo em função da adubação nitrogenada se dão quando o mesmo é cultivado em sucessão às gramíneas, já quando o trigo é cultivado em sucessão a uma leguminosa para uma mesma produtividade, a necessidade de N é menor (Braz et al., 2006). Desta forma, a produtividade obtida nos cultivos de trigo esta intimamente ligada ao manejo da adubação nitrogenada, sendo que esse nutriente é de fundamental importância quando os componentes do rendimento estão sendo formados. Estes autores ainda relatam que os componentes do rendimento como o número de espigas por unidade de área e o número de espiguetas por espigas, sofrem forte influência pela variação do momento em que o N é fornecido.
Bredemeier e Mundstock (2001) sugerem que os componentes de rendimento são beneficiados, quando o N é disponibilizado às plantas de trigo preferencialmente entre a emergência e a emissão da sétima folha do colmo principal. No início deste período, há forte exigência de N para estabelecer o número de espiguetas diferenciadas e, em consequência, o número de grãos por espigas. Na época da emissão da sétima folha, o suprimento de N é crítico para determinar o número de colmos que sobrevivem e produzem espigas.
Sangoi et al. (2007), verificaram que as cultivares de trigo diferem substancialmente na sua capacidade de emissão de afilhos, no seu ciclo, na arquitetura de planta e no potencial produtivo. Estas diferenças podem interferir na capacidade de absorção, assimilação e conversão do N à produção de grãos. Estes autores relatam que a aplicação de N no emborrachamento acarreta maior peso de grão comparado com aplicações mais precoces. Porém este maior peso de grão não se traduz efetivamente em maior produtividade final, isso porque este caractere possui alta herdabilidade, e suas variações não acontecem de maneira muito significativa.
Por outro lado, aplicações precoces de N aumentam o rendimento final de grão, isto porque é estimulada uma maior contribuição dos afilhos no incremento do rendimento final. Nesse sentido Didonet et al. (2000), consideram que a produção de grãos por área apresenta maior correlação com a produtividade da cultura do que a massa de grãos, pois ela associa dois componentes do rendimento, o número de espigas por área e o número de grãos por espiga.
Pelo fato dos afilhos serem fundamentais na formação do rendimento, a aplicação precoce de N tem papel importante para a sua emissão e sobrevivência, bem como para que a taxa de desenvolvimento destes seja similar a do colmo principal, o que é indispensável para que os afilhos possam contribuir no incrementando do rendimento de grãos (Almeida; Mundstock, 1998). Zagonel et al. (2002) constataram que o aumento da produtividade ocorreu
em função do aumento do número de espigas por unidade de área, uma vez que o número de espiguetas por espiga e o peso de mil grãos não foram afetados pela aplicação do nutriente.
2.4.6 Sistemas de cultivo e fornecimento de nitrogênio
O Sistema de Plantio Direto, segundo a RCBPT, (2010) proporciona benefícios ao solo, tais como redução de perdas de solo e de água por erosão, a redução de perdas de água por evaporação, a redução da incidência de plantas daninhas, a redução da taxa de decomposição da matéria orgânica do solo, a preservação da estrutura do solo, a preservação da fertilidade física e biológica do solo, a redução da demanda de mão de obra, a redução dos custos de manutenção de máquinas e equipamentos, a redução do consumo de energia fóssil, e a promoção do sequestro de carbono no solo.
Estudos que relacionam a adubação nitrogenada em cereais de inverno levando em consideração a qualidade dos restos culturais deixados pela cultura antecedente são bastante recentes. As diferentes espécies utilizadas nos sistemas produtivos possuem em sua palhada relação C/N característica a sua espécie, sendo que a cultura antecessora pode influenciar esta relação. Isso poderá resultar em um menor desenvolvimento inicial da planta semeada sobre esta palhada, principalmente quando as culturas antecessoras forem gramíneas. A cultura antecessora já se constitui num dos critérios para a recomendação da adubação nitrogenada em sistema de Plantio Direto, nos Estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul (Amado et al., 2002).
Nesse sentido, adubações de base são mais importantes quando cereais de inverno forem semeados sobre resteva de culturas onde a velocidade de decomposição for baixa para que a necessidade de N nesta fase esteja disponível, uma vez que a imobilização pelos micro-organismos é alta nesta situação (Sá, 1993; RCBPT, 2010). Esta recomendação visa reduzir o efeito negativo da alta razão C/N, aumentando a decomposição dos resíduos e a liberação de N no período de maior demanda pela cultura. Resíduos que permanecem na superfície do solo demoram mais para se decompor do que os enterrados, pois a incorporação favorece o ataque microbiano da palha, acelerando a taxa de decomposição (Schomberg et al., 1994). Desta forma, o fornecimento de nutrientes nas culturas de inverno, em especial o N, depende da qualidade do resíduo presente na superfície do solo, pois isto vai determinar maior ou menor imobilização do N pelos micro-organismos que são responsáveis pela decomposição e posterior mineralização deste nutriente. Da mesma forma Monteiro et al. (2002) relata que a
deficiência de N acentua-se com o declínio nos teores de matéria orgânica, com a grande quantidade de N retido nos resíduos vegetais de elevada relação C/N depositados e a imobilização pelos microrganismos durante a decomposição destes resíduos.
Wendling et al. (2007) explicitam que em sistemas de semeadura direta na palha o suprimento de N deve ter uma atenção especial, pois a quantidade e qualidade de resíduos da cultura anterior remanescente sobre o solo, pode disponibilizar ou imobilizar N para a cultura subsequente. O suprimento do N para as culturas não leguminosas tem importância econômica e ambiental muito significativa, pela alta resposta à aplicação e facilidade de perda, ocasionando contaminação ambiental. Wendling et al. (2007), ainda comentam, que em média, a cultura do trigo exporta em torno de 22 kg por hectare de N por tonelada de grãos retirados da lavoura.
A quantidade de fertilizante nitrogenado a aplicar varia em função do nível de matéria orgânica do solo (Amado et al., 2001), da composição dos resíduos vegetais (Siqueira Neto et al., 2010), da expectativa do rendimento (RCBPT, 2010) e, da umidade, aeração e temperatura que interagem nos sistemas de cultivo (Rocha et al., 2010) de matéria orgânica do solo. A dose de N a ser aplicada na semeadura varia entre 15 e 20 kg ha-1. O restante deve ser aplicado em cobertura, complementando o total indicado na Tabela 2. Desta forma, a recomendação de adubação nitrogenada para cereais está baseada na cultura antecedente, na expectativa de produção e no teor de matéria orgânica do solo, conforme tabela abaixo.
Tabela 2. Recomendação de adubação nitrogenada para a cultura do trigo e/ou triticale, RS/SC.
Nível de matéria Orgânica no solo (%) Cultura precedente Soja Milho
5
,
2
60 800
,
5
6
,
2
40 60 5 20 20Para expectativa de rendimento maior do que 2,0 t ha-1, acrescentar, aos valores da Tabela 2, 20 kg de N ha-1 após a soja e 30 kg de N ha-1 após o milho, por tonelada adicional de grãos a ser produzida.
Fonte: Reunião da Comissão Brasileira de Pesquisa de Trigo e Triticale (2010)
Em relação a velocidade de decomposição da palhada de gramíneas, é importante destacar que o milho possui um teor relativamente elevado de lignina associado a celulose da parede celular (que são em geral as fibras), responsáveis pela sustentação da planta, que
tornam esse tecido tanto de folhas e raízes, em especial o colmo, mais rígido e impermeável, dificultando a ação dos micro-organismos decompositores (Wisniewski; Holtz, 1997). Com isso a disponibilidade dos nutrientes presentes na palhada se dará de forma mais lenta e gradual. Em relação a resíduos vegetais de espécies leguminosas como a soja, a concentração de estruturas ligadas especialmente a sustentação que são mais resistentes ao intemperismo são baixas.
2.5 Modelagem Matemática
As relações entre as variáveis e elementos de um sistema podem ser expressos através de modelos. Em consequência disso, a modelagem matemática visa estudar maneiras de desenvolver e implementar modelos matemáticos adequados a estes sistemas reais. Esta prática torna-se uma alternativa para descrever as características de um sistema. Esta forma de modelagem simula saídas para o sistema conforme os estímulos são aplicados, permitindo, desta forma, a descrição do comportamento dinâmico do sistema (Bedendo, 2012). Os modelos matemáticos devem ser capazes de reproduzir o comportamento original do sistema da melhor forma possível.
Ao longo dos anos os modelos de simulação têm se tornado uma ferramenta altamente eficiente e complementar às pesquisas experimentais convencionais (Bernardon e Calgaro, 2007). As vantagens da utilização de modelos matemáticos, segundo Pessoa et al. (1997), implicam um crescente aumento no uso, proposição e validação dos modelos, entre os quais baixo custo, velocidade, completa informação, criação e proposição de cenários ideais. A resolução do modelo de um problema começa por substituir a linguagem natural por uma linguagem matemática, e analisar se o modelo é eficiente para o caso ou não. Após tem-se a validação do problema, a qual consiste em comparar o resultado do problema pelo modelo com os dados reais do experimento, o qual pode ter resposta positiva ao modelo ou não (Bassanezi; Ferreira. 1988). Quando o modelo é aceito podem-se fazer previsões tomando decisões, pois o mesmo mostrará o resultado antecipadamente do problema ser efetivado. O aperfeiçoamento de modelos já propostos é o que credibiliza a modelagem. As formas das equações ou funções utilizadas, porém em princípio podem ser generalizadas, mas o modelo é válido somente a uma série de dados da qual foi produzido (Pessoa et al., 1997) .
Existem três grupos de técnicas usadas para a obtenção de modelos matemáticos. O primeiro grupo é denominado modelagem caixa-branca, onde os parâmetros são todos conhecidos ou previamente determinados. Assim, os dados de entrada e saída do sistema,
quando disponíveis, são usados unicamente para validar o modelo. Todo o processo de obtenção do modelo se baseia em leis e princípios físicos (Garcia, 1997). O segundo grupo é o modelagem caixa-preta, onde apenas os dados de entrada e saída do processo são usados durante a identificação, não existindo nenhuma relação óbvia entre a estrutura e seus parâmetros com os aspectos físicos do sistema sendo identificado. A terceira técnica, que pode ser colocada entre a modelagem caixa branca e caixa preta, é chamada modelagem caixa cinza. As técnicas deste grupo utilizam informação auxiliar, que não está no conjunto de dados utilizados durante a identificação (Corrêa; Aguirre, 2004).
Para Bassanesi (2002), a modelagem matemática consiste na arte de transformar problemas da realidade em problemas matemáticos e resolvê-los, interpretando suas soluções na linguagem do mundo real. A modelagem matemática pode ser entendida como uma abordagem de um problema não matemático por meio da matemática onde as características pertinentes de um objeto são extraídas com a ajuda de hipóteses e aproximações simplificadoras e representações em termos matemáticos são determinadas.
2.5.1 Modelagem matemática na agricultura
Uma maneira de caracterizar o crescimento e o desenvolvimento de plantas é pelo uso da modelagem (Streck et al., 2008). Modelos de estimativa e simulação do rendimento de diversas culturas vêm sendo desenvolvidos com base em parâmetros fenológicos e climáticos, porém com limitações (Muniz et al., 2007). Hoogeboom (2000) afirma que a utilização de modelos, com fins de predição, pode ter aplicações, tanto previamente à semeadura, como durante o crescimento e desenvolvimento da cultura.
A aplicação de modelos matemáticos para simulação na agricultura é amplamente utilizada em diferentes setores (O’Leary, 2000). Produtividades potenciais de determinada cultura podem ser estimadas por meio da técnica de modelagem, pela qual o modelo é definido como a representação matemática de um sistema ou um processo. A simulação inclui os processos necessários para a operacionalização do modelo ou a solução do modelo visando a simular o que acontece no sistema (Wit, 1978). Quando o desempenho de um sistema é representado matematicamente por equações, temos um modelo matemático. Este vai definir quantitativamente hipóteses sobre o sistema real, permitindo deduzir suas consequências (Dourado Neto et al., 1998). Para Silva e Bergamasco (2001) os modelos têm contribuído principalmente para o conhecimento fisiológico das culturas, pois a modelagem tem evoluído
de forma cumulativa e gradual à medida que se aumentam os trabalhos de experimentação, e a partir dos modelos já existentes associados a outros modelos, obtendo-se assim resultados mais próximos da realidade.
Diversos pesquisadores desenvolveram ou testaram modelos que relacionam o rendimento de grãos com variáveis meteorológicas, com a finalidade de estabelecer funções de predição do rendimento (Jensen, 1968; Thompsom, 1969; Baier, 1973; Hanks, 1974; Nelson; Dale, 1978; Frere; Popov, 1980; Berlato, 1987; Liu et al. 1989; Camargo; Hubbard, 1993, entre outros, apud Matzenauer et al. 1995; Pereira et al., 2008; Silva et al., 2012)). Grande parte dos trabalhos apresenta modelos que utilizam como variável independente alguma expressão da disponibilidade hídrica, como precipitação pluvial, transpiração, evapotranspiração real, deficiência hídrica, relação entre precipitação e evapotranspiração de referência, relação entre evapotranspiração real e evapotranspiração máxima ou de referência. Rao et al. (1988 apud Matzenauer et al., 1995) relacionam uma série de modelos de estimativa do rendimento. Baier (1979 apud Matzenauer et al., 1995) fez uma revisão sobre os trabalhos que apresentam modelos de relação planta-clima, com o objetivo de propor uma classificação considerando escala de tempo, fonte de dados, abordagem, propósito e aplicações dos modelos. Usando estas características, foram sugeridos três grupos de modelos: (1) modelos de simulação do crescimento; (2) modelos de análise planta-clima e (3) modelos estatístico-empíricos.
Os modelos de simulação do crescimento consideram que o impacto das variáveis meteorológicas sobre um processo específico tal como fotossíntese, transpiração ou respiração, pode ser adequadamente simulado por meio de um conjunto de equações matemáticas, baseados em dados experimentais. Assim, podem ser citados os modelos Corngro (Tschenchke; Gilley, 1979), e Soygro utilizado por Siqueira e Berg (1991) (Matzenauer et al. 1995). Os modelos de análise planta-clima procuram explicar baseados em processos físicos e fisiológicos, o efeito de uma ou mais variáveis meteorológicas sobre a resposta das plantas. Esta categoria de modelos utiliza frequentemente dados de conteúdo de água no solo ou evapotranspiração e outras variáveis, e as relacionam com informações de desenvolvimento morfológico, crescimento vegetativo ou rendimento das culturas (Baier, 1979). Nesta categoria Bernandon e Calgaro (2007) comentam que podem ser citados os modelos de Jensen (1968), Baier (1973), Frere e Popov (1980). Os modelos estatístico-empíricos utilizam séries históricas de dados de rendimento e dados meteorológicos de uma determinada região. As variáveis independentes usadas são, frequentemente, temperatura do ar, precipitação ou variáveis derivadas destas, admitindo-se que os efeitos individuais dessas
