Treinamento Introdução à modelagem agrometeorológica com o DSSAT

(1)

Treinamento

Introdução à modelagem

agrometeorológica com o DSSAT

R

é i T i

i

d F i

agrometeorológica com o DSSAT

Rogério Teixeira de Faria

rtfaria@iapar.br

José Renato Bouças Farias

jrenato@cnpso.embrapa.br

Embrapa – CNPTIA

Embrapa CNPTIA

(2)

(3)

Novas ferramentas

Novos estudos Sistemas Inteligentes Aquisição e Processamento de Dados g Sistemas de Informação Modelos de Simulação

e Suporte à Tomada de Decisão (SISTD)

Sistemas de Informação

(4)

Biomassa (t/ha)

Modelos de simulaçao

25

15

20

10

15

5

10 Observado

0

50

100

150

200

0

(5)

Biomassa (t/ha)

Modelos de simulaçao

25

15

20

10

15 Simulado

5

10 Observado

0

50

100

150

200

0

(6)

Por que Modelos de Simulação?

z

interpretar dados experimentais;

z

facilitar colaboração interdisciplinar;

z

facilitar colaboração interdisciplinar;

z

usar enfoque sistêmico para a solução de

problemas;

z

fornecer ferramentas dinâmicas e

z

fornecer ferramentas dinâmicas e

quantitativas para entender complexidade

dos sistemas de cultivos

(7)

Importantes Considerações

z

Nenhum modelo pode levar em conta todas

z

Nenhum modelo pode levar em conta todas

as complexidades existentes nos sistemas

biológicos;

z

Um modelo é uma ferramenta para melhorar

í i

b i

o pensamento crítico, não um substituto a

esse;

z

Modelos podem ajudar a formular hipóteses

e melhorar a eficiência de experimentos no

campo, mas não elimina a necessidade dos

mesmos.

(8)

Modelos de simulação

E i Evapotranspiração Infiltração Infiltração Redistribuição Percolação qr

Modelo

Componentes

Comportamento

do sistema

M lh

j

Melhor manejo

(9)

SISTEMA DE

CULTIVO

Melhor Manejo

CULTIVO

Experimentos do

Dados Medidos

p

Campo

Modelo

Conceitual

Melhora

Quantifica

Melhora

Modelo

Matemático

Discrepancias

Observadas

Compara

Melhora

Q

d á

Simulação

Que poderá

acontecer se…?

Melhor Estimativa

Dados Simulados

(10)

Aumento de Complexidade

Balanço

Hídrico

Balanço

Hídrico, N

Balanço

Hídrico, N, P

Produção

Potencial

R di ã S l

Aumento

Radiação Solar Temp Max/Min Caracteristicas d C lti Radiação Solar Temp Max/Min Precipitação Caracteristicas de Cultivar Radiação Solar Temp Max/Min Precipitação Caracteristicas Radiação Solar Temp Max/Min Precipitação Caracteristicas

na

Demanda

de

de Cultivar Manejo de Cultivar de Cultivar Manejo de Cultivar Manejo de de Cultivar Manejo de Cultivar M j d de Cultivar Manejo de Cultivar Manejo de

de

Dados

Físicas do Manejo de Irrigação Propriedades

Perfil do Solo Físicas do

Manejo de Irrigação Propriedades P fil d S l Físicas do Manejo de Irrigação Propriedades P fil d S l Perfil do Solo Manejo (N) de Fertilizantes e Residuos Perfil do Solo Manejo (N) de Fertilizantes e Residuos Perfil do Solo Propriedades Químicas do Perfil do solo Manejo (P) de Propriedades Químicas do Perfil do solo Manejo (P) de Fertilizantes e Residuos

(11)

Dados Minimos para Simular os Processos

Clima

T

M

- Temp. Max

- Temp. Min

- Precipitação

Radiação Solar

- Radiação Solar

Propriedades

Físicas do

Perfil do

Solo

Caracteristicas de Cultivar

e

Manejo Agronômico

(12)

ICASA

International Consortium for Agricultural

Systems Applications

(13)

Sistema DSSAT

(14)

Modelos DSSAT

)

Concebidos com embasamento fisiológico

)

Integram os principais fatores de produção (solo clima e

)

Integram os principais fatores de produção (solo, clima e

manejo)

)

Podem ser testados contra experimentos de campo

)

Ser aplicados em outros locais com dados de clima e solo

disponíveis

(15)

Modelo CROPGRO

P

I

t

Processos

Fenologia

Output

Crescimento e

Inputs

Clima

Radiação,precipitação T T i

_Balanço

hídrico

produção

Solo

Tmax,Tmin

Balanço de carbono

Componentes do balanço

hídrico

Geometria, Retenção de água, infiltração

Balanço de

nitrogênio

Componentes do

balanço de nitrogênio

Cultura i i

balanço de nitrogênio

Arquivo X

Espécie Genótipo Semeadura,espaçamento, irrigação,fertilizantes, cultivar

(16)

B l

d

b

Balanço de carbono

Radiação

_Temperatura

solar

População Cultivar

Temperatura

CO

2 Interceptação

Chuva/irrigação Tipo de solo Fertilizantes manejo

ProduçãoPotencial

kg/ha

Água do

Tipo de solo Raízes

Nutrientes do

manejo Restos de culturas

Produção real

kg/ha

solo

kg/ha

Fenologia

Partição

Folhas

Talos

Raízes

(17)

Balanço Hídrico

Evapotranspiração Evapotranspiração Infiltração Infiltração Redistribuição P l ã qr Percolação 1.0 iva SWF1 Fotossíntese Transpiração 0.5 Ta x a r el at i p ç SWF2 Elongação celular 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0 2.0 TRW=(

Σ

qr)/PET

(18)

Fenologia

1.0 0.5

Pré-semeadura

10 20 30 40 0

Temperatura

o

_C

0

Pré semeadura

Semeadura

Emergência

Unifoliada

Florescimento

Prim. vagem

Prim. semente

Última semente

Fim cresc. foliar

S

D-M

Maturação

Colheita

(19)

Coeficientes genéticos

F-FL

Fenologia

E-F

F-SH

F-SD

SD-PM

Fenologia

V1 _R1 _R3 _R4 _R6

_R7

C

i

t

C

i

t

Crescimento

LFmax = taxa fotossíntese máxima SLA = área foliar específica

WTPSD = peso da semente

SFDUR = duração do ench. Grãos p

SIZLF = área máxima da folha

XTFR = fração máxima alocada para parte reprod ti a

SDPDV = sementes/vagem

PODUR = Duração da adição de vagens reprodutiva

(20)

Calibração e Avaliação

Coeficientes genéticos Arquivo X E194xIoxC1 E194xI1xC1 .E395xI2xC1 BEANGRO Solos Clima Obs Tempo Prod

(21)

Si

l

õ

Simulações

MANEJO

•variedades

MEIO AMBIENTE

•variedades

•época de plantio

•população de plantas

MEIO AMBIENTE

•solo

•clima

•população de plantas

•irrigação

d b

ã (N)

SÓCIO

ECONÔMICOS

•adubação (N)

•restos culturais

•preços

Resultados

•Definição da melhor cultura e combinação de culturas

ç

•Otimização de práticas de manejo em diferentes cenários econômicos

•Quantificação do impacto ambiental de estratégias de manejo

Quantificação do impacto ambiental de estratégias de manejo

(22)

Aplicações

(23)

Variabilidade anual

Época de semeadura = 1 novembro

Palotina

3400

a)

Época de semeadura 1 novembro

2800 3000 3200

d

e (

k

g/h

2400 2600 2800

d

uti

v

id

a

d

2000 2200

Pr

o

d

73

76

79

82

85

88

91

94

97

00

03 Ano

(24)

Produtividade esperada

PALOTINA 3300 2739 2805 2929 2783 2700 3000 3300 g /h a ) 2576 2739 2463 2202 2400 2700 v idade ( k g 2202 1800 2100 P rodut i 50 1500

15Set 01Out 15Out 01Nov 15Nov 01Dez 15Dez

Época de semeadura

50

(25)

Produtividade esperada

PALOTINA 3207 3137 3300 2576 2739 2805 2929 2783 2809 3068 3137 ₃₀₁₆ 2705 2700 3000 (k g /h a ) 2576 2463 2202 2388 2100 2400 u ti v idade 1800 2100 Pr o d u 50 90 1500

(26)

Produtividade esperada

PALOTINA 3068 3207 3137 3016 3000 3300 2576 2739 2805 2929 2783 2809 3068 ₃₀₁₆ 2705 2700 3000 e ( k g/ ha) 2158 2380 ₂₃₃₈ ₂₃₅₄ 2140 2004 2463 2202 2388 2100 2400 d ut iv idad e 2004 1817 1500 1800 Pr o d 10 50 90 1500

(27)

Produtividade esperada

PALOTINA

2929 3068 3207 3137 3016

3000

3300

h

a

)

2576 2739 2805 2929 2783 2463 2809 2705

2700

3000

d

e (

k

g/

h

2158 2380 ₂₃₃₈ ₂₃₅₄ 2140 2004 2463 2202 2388

2100

2400

d

ut

iv

id

a

d

2004 1817

1500

1800

Pr

o

d

10 25 50 75 90

1500

15Set

01Out

15Out

01Nov

15Nov

01Dez

15Dez

(28)

ESTRATÉGIA DE IRRIGAÇÃO

FEIJÃO-LONDRINA

(29)

Modelos de simulação

uso local

Local

Cultura

Clima Solo Manejo

MODELOS CERES CROPGRO RESULTADOS Arquivos Gráficos

Estratégia

(30)

Modelos de simulação

uso regional

Camadas

do perfil Análise de solo

Solo

Interpolação entre estações Temp, chuva, radiação

Topografia

Clima

Características Zonas

Topografia

CERES

Sobreposição

solo-clima-Topografia

CERES CROPGRO Produção regional Ri

Manejo:

•época Risco Resposta a irrigação época •espaçamento •irrigação, etc

(31)

Zoneamento feijão das águas

15jul-30ago 20jul-30ago 15ago-15out jul-set 1 set-15nov 15ago 15out d 15 set-15nov 1set 30out 1 set-15dez 1set-30out

(32)

AGRICULTURA DE PRECISÃO

R$ Custo Renda Receita bruta Receita bruta Insumo

(33)

MONITORAMENTO E PREVISÃO DE

SAFRAS

e 6 o dutividad e 4 S E P E b F GL C Pr o 0 2 S Em P Emb F GL C Ciclo

(34)

Tomada de decisão

)

Sistemas computadorizados –

PC

)

Modelos de simulação

)

Problema

)

Fatos não estáticos

( t

li

)

Modelos de simulação

)

Banco de dados

)

Sistemas especialistas

(atualizacao)

)

Quandidade de entradas

Internet

(35)

DSSAT Estrutura

DSSAT - Estrutura

(36)

Principais modelos do DSSAT

Modelo

Cultivos Simulados

CERES-Generic

Maize, Wheat, Barley, Millet, Sorghum

CERES-Rice

Rice (upland and flooded rice)

CERES Rice

Rice (upland and flooded rice)

CROPGRO

Soybean, Peanut, Dry Bean, Chickpea, Tomato,

Pasture

OILCROP-SUN

Sunflower

SUBSTOR P t t

P t t

SUBSTOR-Potato

Potato

CROPSIM-Cassava

Cassava

CANEGRO

Sugarcane

(37)

Inputs

Crop Models

Outputs

Maize

Drybean

Rice

Soybean

Wh

t

P

t

Si

l t d

Wheat

Peanut

Barley

Cassava

Millet

Potato

FILEX

Management Details

Simulated

Data

Millet

Potato

Sorghum

Chickpea

Cultivar (ID)

GROWTH.OUT

NITROGEN.OUT

WATER.OUT

(

)

(WHCER980.CUL)

Weather station (ID)

(EBSL9701 WTH)

WATER.OUT

etc.

Ob

d D

(EBSL9701.WTH)

Soil profile (ID)

(SOIL SOL)

Graphical

Interface

Observed Data

FILEA

FILET

(SOIL.SOL)

FILET

(38)

Nomes Padronizados para os Arquivos

• Arquivo com detalhes do experimento (Arquivo X)

EBSL9501.MZX

Instituto

_Ano

Numero

Cultura

Lugar

Numero

• Arquivos com os dados medidos (Arquivos A,T)

EBSL9501.MZA

(dados medidos uma vez)