ELIZEU DE SOUZA LIMA
VARIABILIDADE ESPACIAL DOS ATRIBUTOS DO SOLO E
DE PROPRIEDADES DENDROMÉTRICAS DO EUCALIPTO
CAMPINAS 2019
VARIABILIDADE ESPACIAL DOS ATRIBUTOS DO SOLO E
DE PROPRIEDADES DENDROMÉTRICAS DO EUCALIPTO
Tese apresentada à Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutor em Engenharia Agrícola, na Área de Água e Solo.
Orientador: Prof. Dr. Zigomar Menezes de Souza
Coorientador: Prof. Dr. Rafael Montanari
ESTE TRABALHO CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO ELIZEU DE SOUZA LIMA E ORIENTADA PELO PROF. DR. ZIGOMAR MENEZES DE SOUZA.
CAMPINAS 2019
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura
Rose Meire da Silva - CRB 8/5974
Lima, Elizeu de Souza, 1986-
L628v Variabilidade espacial dos atributos do solo e de propriedades
dendrométricas do eucalipto / Elizeu de Souza Lima. – Campinas, SP: [s.n.], 2019.
Orientador: Zigomar Menezes de Souza. Coorientador: Rafael Montanari.
Tese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola.
1. Análise de componentes principais. 2. Mineração de dados. I. Souza, Zigomar Menezes de, 1970-. II. Montanari, Rafael. III. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola. IV. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Spatial variability of soil attributes and dendometric properties of eucalyptus
Palavras-chave em inglês: Principal component analysis Data mining
Área de concentração: Água e Solo Titulação: Doutor em Engenharia Agrícola Banca examinadora:
Zigomar Menezes de Souza [Orientador] José Luiz Rodrigues Torres
Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira Filho Célia Regina Grego
Edson Eiji Matsura
Data de defesa: 18-07-2019
Programa de Pós-Graduação: Engenharia Agrícola Identificação e informações acadêmicas do(a) aluno(a)
- ORCID do autor: https://orcid.org/0000-0002-0520-6791
Este exemplar corresponde à redação final da Tese de Doutorado defendida por Elizeu de Souza Lima, aprovada pela Comissão Julgadora em 18 de julho de 2019, na Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas.
________________________________________________________________ Prof. Dr. Zigomar Menezes de Souza – Presidente e Orientador
_________________________________________________________________ Dr. José Luiz Rodrigues Torres – Membro Titular
_________________________________________________________________ Dr. Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira Filho – Membro Titular
_________________________________________________________________ Dra. Célia Regina Greco – Membro Titular
_________________________________________________________________ Dr. Edson Eiji Matsura – Membro Titular
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do discente.
DEDICATÓRIA
DEDICO
Aos meus pais Eli Pereira Lima (in memoriam) e Maria Aparecida Lima pela lição de vida, dedicação, sacrifícios, incentivo e sabedoria.
AGRADECIMENTOS
À Deus pela vida, saúde, força, entendimento e oportunidades que me guiaram para concluir este desafio.
Ao meu orientador Prof. Dr. Zigomar Menezes de Souza por ter me recebido para orientação e por nunca ter se negado a dividir seu tempo precioso, conhecimentos, estímulo ao espírito de pesquisa, simplicidade e alegria. Muito obrigado por tudo, jamais esquecerei de suas atitudes e conselhos.
Ao meu coorientador Prof. Dr. Rafael Montanari pelo estímulo, ensinamentos transmitidos e confiança.
À Universidade Estadual de Campinas por meio da Faculdade de Engenharia Agrícola e Laboratório de Solos por toda sua infraestrutura fornecida para o desenvolvimento do projeto e para a formação profissional.
À Eldorado Brasil Celulose de Três Lagoas-MS que disponibilizou uma área da Fazenda Bom Retiro de sua propriedade e os fertilizantes para que se realizasse a presente pesquisa. E ao Vinícius Evangelista Silva que intermediou o desenvolvimento de todo o projeto junto a Eldorado.
Aos meus irmãos, Alércio de Souza Lima e Elitzer de Sousa Lima que durante todos estes anos me apoiaram de todas as formas possíveis.
A minha esposa Angela Nunes Wendt Lima pelo companheirismo, apoio, auxílio e compreensão, que me fortalecem a cada dia.
Aos meus filhos Thiago Rodrigues Lima e Eliot Wendt Lima, a razão do meu viver. Aos amigos de laboratório Allan Charles, Ana Paula Guimarães, Camila Farhate, Christtiane Oliveira, Diego Esteban, Fabio Sandoval, Ingrid Nehmi, Guilherme Castione, Jeison Sanches, Leila Pires, Marcelo Dayron, Maria Cecília Totti, Maria Fernanda Magioni, Lenon Lovera, Renato Noronha e Vagner Ariedi por terem colaborado de forma direta e indireta e, pelas conversas que tornaram esse desafio mais divertido com a convivência diária.
A amiga e pesquisadora MSc. Edineia Messias Martins que por sua compreensão e auxílio durante toda esta caminhada.
Ao Prof. Dr. Alan Rodrigo Panosso e ao pesquisador Stanley Robson de Oliveira pelo auxílio nas análises estatísticas.
Aos técnicos do laboratório de solos Célia Panzarin Gonçalves, Antônio Javarez Junior e José Ricardo Lucarelli pela ajuda dada na realização das análises dessa pesquisa.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
Enfim, a todos aqueles que contribuíram de forma direta e indireta para a realização deste trabalho.
RESUMO
A adubação por meio de resíduos celulósicos utilizada em sistemas silviculturais de eucalipto é uma excelente prática conservacionista do solo, uma vez que proporciona economia de fertilizantes, é descompactante, restabelece boas condições químicas, físicas e biológicas e, sobretudo, aumenta a produtividade da madeira, além de evitar que esses resíduos sejam depositados em locais inadequados. Portanto, essa pesquisa teve como objetivo avaliar o aproveitamento da lama de cal + oxyfertil na correção, fertilização e qualidade estrutural do solo na cultura do eucalipto em um Neossolo Quartzarênico por meio de variabilidade espacial, análise de componentes principais e mineração de dados. Devido à natureza de ordem prática dos tratamentos, o experimento foi constituído de 3 malhas experimentais contendo 50 pontos amostrais cada, totalizando aproximadamente 2,0 ha para cada malha experimental em região de Cerrado. Malha 1 foi a testemunha (sem correção do solo), malha 2, a do calcário e a malha 3 do composto com lama de cal + oxyfertil. Foram analisados os atributos de planta (altura da planta, diâmetro à altura do peito e volume individual das árvores) e a qualidade física e química do solo, coletados nas profundidades de 0,00-0,20 e 0,20-0,40 m. A avaliação foi compreendida pela análise estatística clássica, multivariada, geoestatística e mineração de dados, que tiveram como principal objetivo analisar as correlações lineares e espaciais entre planta e solo com vistas a evidenciar zonas específicas de manejo no intuito de retornar os resíduos de celulose na forma de fertilizantes de maneira sustentável ao ambiente. Os resultados demonstraram que os modelos de classificação gerados para o desenvolvimento inicial de eucalipto foram eficientes para previsão de novos casos em diferentes classes de produção, onde, o volume individual de madeira (VOL) e o diâmetro à altura do peito (DAP) são atributos determinantes para previsão do crescimento do Eucalyptus urograndis, clone E13 explicando aproximadamente 96% da variação entre os dados preditos e os observados. Concluiu-se que, aplicação do composto lama de cal + oxyfertil como fertilizante promoveu melhorias nos teores de cálcio e magnésio no solo; o desenvolvimento do eucalipto em solo arenoso foi satisfatório e pode ser comparado com aqueles cultivados em solos argilosos.
Palavras-chave: Resíduos celulósicos, componentes principais, mineração de dados, geoestatística, Neossolo Quartzarênico.
ABSTRACT
Fertilization using cellulosic waste used in silvicultural eucalyptus systems is an excellent soil conservation practice, since it provides fertilizer economy, is decomposing, reestablishes good chemical, physical and biological conditions and, above all, it increases the productivity of the wood, in addition to preventing these wastes from being deposited in inappropriate places. Therefore, this research aims to evaluate the use of lime sludge + oxyfertil in the correction, fertilization and structural quality of the soil in the eucalyptus crop in a Entisol Quartzarenic by means of spatial variability, principal component analysis and data mining. Due to the practical nature of the treatments, the experiment consisted of 3 experimental grids containing 50 sample points each, totaling approximately 2.0 ha for each experimental grid in Cerrado region. The Grid 1 was the control (without soil correction), Grid 2, limestone and Grid 3 of the compound with lime sludge + oxyfertil. Plant attributes (tree height, diameter at breast height and individual tree volume) and soil physical and chemical quality were analyzed at depths of 0.00-0.20 and 0.00-0.20-0.40 m. The evaluation was comprised by the classical, multivariate, geostatistical and data mining statistical analysis, whose main objective was to analyze the linear and spatial correlations between plant and soil in order to show specific areas of management in order to return the cellulose residues in the form of fertilizers in a sustainable way to the environment. The results showed that the classification models generated for the initial development of eucalyptus were efficient for predicting new cases in different production classes, where the individual volume of wood (VOL) and the diameter at breast height (DBH) are determinant attributes to predict the growth of Eucalyptus urograndis, clone E13 explaining approximately 96% of the variation between predicted and observed data. It was concluded that the application of lime sludge + oxyfertil as a fertilizer promoted improvements in calcium and magnesium content in the soil; the development of eucalyptus in sandy soil was satisfactory and can be compared with those grown in clayey soils.
Key words: Cellulosic waste, principal component, data mining, geostatistics, Entisol Quartzarenic.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Área experimental localizada no município de Três Lagoas, estado de Mato Grosso do Sul ... 35 Figura 2. Dados meteorológicos de precipitação e temperatura média durante o período experimental localizado no município de Três Lagoas, estado de Mato Grosso do Sul, Brasil. ... 36 Figura 3. Malhas experimentais de campo da lama de cal + oxyfertil (A), calcário (B) e testemunha (C) no município de Três Lagoas, estado de Mato Grosso do Sul ... 38 Figura 4. Mapas de krigagem dos atributos de planta (eucalipto) e químicos de um Neossolo Quartzarênico com aplicação de Lama de Cal + Oxyfertil na camada de 0,00-0,20 m, nos três anos avaliados. ... 60 Figura 5. Gráfico biplot dos componentes principais gerados a partir dos atributos de planta e solo para os tratamentos com calcário, lama de cal e testemunha na camada de 0,00-0,20 m. 76 Figura 6. Dendrograma resultante da análise hierárquica de agrupamentos mostrando a formação de grupos gerados a partir dos atributos de planta e solo para os tratamentos com calcário, lama de cal + oxyfertil e testemunha na camada de 0,00-0,20 m. ... 79 Figura 7. Distribuição espacial dos grupos gerados a partir dos atributos de planta e solo para os tratamentos com calcário, lama de cal + oxyfertil e testemunha na camada de 0,00-0,20 m. ... 80 Figura 8. Médias padronizadas geradas a partir dos atributos de planta e solo para cada grupo segundo análise de agrupamentos não-hierárquica k-means para os tratamentos com calcário, lama de cal + oxyfertil e testemunha na camada de 0,00-0,20 m. ... 81 Figura 9. Árvore de decisão resultante da utilização do algoritmo J48 para indução da árvore de decisão, sem seleção de atributos, para prever o crescimento do Eucalyptus urograndis... 95 Figura 10. Seleção de variáveis utilizando matriz de correlação, onde foram eliminadas aquelas com variância nula ou altamente correlacionadas entre si. (A) Antes da seleção de variáveis e (B) após da seleção de variáveis. ... 106 Figura 11. Correlação das variáveis selecionadas para serem utilizadas no modelo de classificação Randon Forest. ... 107 Figura 12. Importância das variáveis físico-químicas do solo utilizadas para classificar o desenvolvimento inicial do eucalipto por meio do modelo Random Forest. ... 109 Figura 13. Validação do modelo Random Forest, para predição do desenvolvimento inicial do eucalipto. ... 111
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Caracterização de atributos físicos do solo da área experimental localizada no município de Três Lagoas, estado de Mato Grosso do Sul. ... 37 Tabela 2. Caracterização de atributos químicos do solo da área experimental localizada no município de Três Lagoas, estado de Mato Grosso do Sul. ... 37 Tabela 3. Características dos produtos utilizados na área experimental localizada no município de Três Lagoas, estado de Mato Grosso do Sul ... 38 Tabela 4. Caracterização de atributos químicos do solo antes da aplicação do composto lama de cal + oxyfertil em área de eucalipto. ... 49 Tabela 5. Características dos produtos químicos utilizados para correção e adubação do solo em área de eucalipto. ... 49 Tabela 6. Estatística descritiva dos atributos de eucalipto em um Neossolo Quartzarênico com aplicação de Lama de Cal + Oxyfertil. ... 52 Tabela 7. Matriz de correlação entre atributos de planta (eucalipto) e químicos de um Neossolo Quartzarênico com aplicação de Lama de Cal + Oxyfertil na camada de 0,00-0,20 m, para os três anos avaliados. ... 56 Tabela 8. Modelos e parâmetros estimados dos semivariogramas para os atributos de planta (eucalipto) e químicos de um Neossolo Quartzarênico com aplicação de Lama de Cal + Oxyfertil na camada de 0,00-0,20 m, nos três anos avaliados. ... 57 Tabela 9. Análise descritiva dos dados de atributos do eucalipto e físico-químicos do solo coletados na camada de 0,00-0,20 m para os tratamentos com calcário, lama de cal + oxyfertil e testemunha. ... 73 Tabela 10. Coeficientes de correlação dos componentes principais por meio de análise multivariada dos atributos de planta e solo, para a camada de 0,00-0,20 m. ... 77 Tabela 11. Descrição dos atributos preditivos (físicos, químicos, dendrométricos e climáticos) utilizados na composição o banco de dados visando à indução de árvores de decisão para prever a altura do Eucalyptus urograndis ... 88 Tabela 12. Distribuição da emissão da altura do Eucalyptus urograndis de acordo com as classes baixa, média e alta e seus respectivos limites, visando à indução de árvores de decisão para prever diferentes alturas do eucalipto. ... 89 Tabela 13. Matriz de confusão de dimensão 2 x 2. ... 90 Tabela 14. Desempenho de modelos de classificação a partir do Kappa. ... 91 Tabela 15. Acurácia, estatística Kappa e o número de regras para diferentes métodos de seleção de atributos visando à indução de árvores de decisão para prever a altura do Eucalyptus
urograndis. ... 92
Tabela 16. Matriz de confusão da classificação gerada por meio do algoritmo J48 para indução da árvore de decisão, sem seleção de atributos. ... 93 Tabela 17. Número de regras geradas utilizando o algoritmo J48, sem seleção de atributos, para indução de árvores de decisão para prever o crescimento do Eucalyptus urograndis. ... 94 Tabela 18. Descrição das variáveis preditivas (físico-químicas do solo, dendrométricas e climáticas) utilizadas na composição o banco de dados para prever a altura inicial do Eucalyptus
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 - CONSIDERAÇÕES GERAIS ... 15
1.1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA ... 15 1.2 HIPÓTESE DO ESTUDO ... 17 1.3 OBJETIVOS ... 17 1.3.1 Geral ... 17 1.3.2 Específicos ... 17 1.4 ORGANIZAÇÃO DA TESE ... 18
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 19
2.1 ASPECTOS GERAIS DA CULTURA DO EUCALIPTO ... 19
2.2 SOLOS DO CERRADO ... 20
2.3 RESÍDUOS CELULÓSICOS E SUA INFLUÊNCIA NOS ATRIBUTOS DO SOLO . 22 2.3.1 Lama de cal ... 24
2.4 OXYFERTIL ... 26
2.5 CALAGEM ... 26
2.6 ANÁLISE MULTIVARIADA E DE AGRUPAMENTOS ... 28
2.7 MINERAÇÃO DE DADOS ... 29
2.7.1 Árvore de Decisão ... 30
2.7.2 Random Forest ... 31
2.8 GEOESTATÍSTICA NA SILVICULTURA ... 32
CAPÍTULO 3 - PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS GERAIS ... 35
3.1 LOCALIZAÇÃO E DESCRIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ... 35
3.2 CARACTERIZAÇÃO INICIAL DO SOLO ... 36
3.3 INSTALAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DAS MALHAS EXPERIMENTAIS ... 37
3.4 COLETA E METODOLOGIA DE DETERMINAÇÃO DOS ATRIBUTOS DO SOLO ... 39
3.5 DETERMINAÇÃO DOS ATRIBUTOS QUÍMICOS DO SOLO ... 39
3.6 DETERMINAÇÃO DOS ATRIBUTOS FÍSICOS DO SOLO ... 39
3.6.1 Análise granulométrica ... 39
3.6.2 Resistência do solo à penetração ... 39
3.6.3 Umidade gravimétrica e volumétrica ... 40
3.6.4 Densidade e porosidade do solo ... 40
3.6.5 Densidade da partícula ... 41
3.8 ANÁLISE ESTATÍSTICA ... 42
3.9 ANÁLISE MULTIVARIADA ... 42
3.10 MINERAÇÃO DE DADOS ... 43
3.11 ANÁLISE GEOESTATÍSTICA ... 44
CAPÍTULO 4 - VARIABILIDADE ESPACIAL E TEMPORAL DO SOLO ADUBADO COM RESÍDUOS DE CELULOSE ... 45 4.1 INTRODUÇÃO ... 47 4.2 MATERIAL E MÉTODOS ... 48 4.2.1 Caracterização do Local ... 48 4.2.2 Clima ... 49 4.2.3 Tipo de solo ... 49 4.2.4 Amostragens ... 50 4.2.5 Avaliações ... 50 4.2.6 Análise estatística ... 50 4.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 51 4.4 CONCLUSÕES ... 63
CAPÍTULO 5 - CARACTERÍSTICAS DE UM NEOSSOLO ADUBADO COM RESÍDUO DE CELULOSE E FERTILIZANTE NA CULTURA DO EUCALIPTO ... 64
5.1 INTRODUÇÃO ... 66
5.2 MATERIAL E MÉTODOS ... 68
5.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 71
5.5 CONCLUSÕES ... 81
CAPÍTULO 6 - CLASSIFICAÇÃO DO DESENVOLVIMENTO INICIAL DO EUCALIPTO UTILIZANDO TÉCNICAS DE MINERAÇÃO DE DADOS ... 83
6.1 INTRODUÇÃO ... 85
6.2 MATERIAL E MÉTODOS ... 86
6.2.1 Área de estudo ... 86
6.2.2 Coleta e determinação dos atributos dendrométricos e de solo ... 87
6.2.3 Mineração de dados ... 88
6.2.4 Seleção de atributos ... 89
6.2.5 Indução e validação do modelo de classificação (árvore de decisão) ... 90
6.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 92
CAPÍTULO 7 - MODELO RANDOM FOREST PARA PREVER A ALTURA DO
EUCALIPTO ... 99
7.1 INTRODUÇÃO ... 101
7.2 MATERIAL E MÉTODOS ... 102
7.2.1 Localização do Experimento ... 102
7.2.2 Descrição e histórico das áreas experimentais ... 102
7.2.3 Variáveis Analisadas ... 102 7.2.4 Mineração de dados ... 103 7.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 105 7.5 CONCLUSÕES ... 112 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 113 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 114
Apêndice 1. Semivariogramas simples para os atributos de planta (eucalipto) e químicos de um Neossolo Quartzarênico com aplicação de Lama de Cal + Oxyfertil na camada de 0,00-0,20 m, ano 2014/2015. ... 133
Apêndice 2. Semivariogramas simples para os atributos de planta (eucalipto) e químicos de um Neossolo Quartzarênico com aplicação de Lama de Cal + Oxyfertil na camada de 0,00-0,20 m, ano 2015/2016. ... 134
Apêndice 3. Semivariogramas simples para os atributos de planta (eucalipto) e químicos de um Neossolo Quartzarênico com aplicação de Lama de Cal + Oxyfertil na camada de 0,00-0,20 m, ano 2016/2017. ... 135
Anexo 1. Linha do tempo ... 136
Anexo 2. Autorização da Revista Brasileira de Ciências Agrárias para a inclusão do manuscrito Variabilidade espacial e temporal do solo adubado com resíduos de celulose na tese. ... 137
Anexo 3. Autorização da Revista Cerne para a inclusão do manuscrito Classificação do desenvolvimento inicial do eucalipto utilizando técnicas de mineração de dados na tese ... 138
Anexo 4. Autorização da Revista Journal of Agricultural Science para a inclusão do manuscrito Atributos de um neossolo adubado com resíduo de celulose e fertilizante na cultura do eucalipto na tese. ... 139
CAPÍTULO 1 - CONSIDERAÇÕES GERAIS
1.1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA
O cultivo de eucalipto tem se destacado por apresentar grande potencial produtivo de madeira para a produção de celulose e papel, visto que, o consumo de papel no mundo tende a aumentar com o aumento crescente da população e o desenvolvimento das cidades. Por isso, a silvicultura destaca-se por proporcionar grande potencial ambiental e socioeconômico para o país. A utilização de biomassa produzida por eucalipto tem se destacado como um potencial de energia renovável e uma alternativa para substituição ou redução do consumo de combustíveis fósseis.
Atualmente o eucalipto é a principal espécie madeireira utilizada para a produção de celulose e papel no Brasil, sendo que, no país, as duas principais fontes de madeira utilizadas para a produção de celulose são as florestas de pinus e eucalipto. Os plantios florestais de eucalipto representam 5,7 milhões de hectares de árvores plantadas do país e estão localizados, principalmente, em Minas Gerais (24%), São Paulo (17%), Mato Grosso do Sul (15%), Bahia (11%), Rio Grande do Sul (6%), Paraná (5%) e demais estados (22%). Nos últimos cinco anos, o crescimento da área de eucalipto foi de 2,4% ao ano, sendo que, Mato Grosso do Sul tem liderado esta expansão, registrando aumento de 400 mil hectares neste período, com uma taxa média de crescimento de 13% ao ano (IBÁ, 2017).
Além da fabricação de celulose e papel, as espécies de Eucalyptus também são recomendadas para fabricação de móveis, serraria, postes, óleos essenciais, taninos de carvão vegetal, pisos, revestimentos, construção civil em geral. Do ponto de vista econômico, social e ambiental, a produtividade pode ser considerada como um dos principais fatores que determinaram sua expansão no mercado madeireiro no Brasil (IBÁ, 2018).
Com essa diversidade de espécies adaptadas ao clima e solo do Cerrado faz com que a produtividade das plantações comerciais de eucalipto no Brasil seja viável e produtiva, fazendo com que, as empresas florestais brasileiras detenham as melhores tecnologias, desde o melhoramento genético até a colheita da madeira do eucalipto, atingindo cerca de 60 m3 ha-1 de produtividade média em rotações de sete anos (SFB, 2016).
No entanto, a produtividade de eucalipto no Brasil varia entre 15 a 80 m3 ha-1 ano
-1, pois são dependentes da disponibilidade hídrica, fertilização dos sítios florestais e tipo de
solo. Em 2017, o Brasil manteve mais uma vez sua liderança no ranking global de produtividade florestal. A produtividade média dos plantios brasileiros de eucalipto atingiu 36 m3 ha-1 ano-1
(IBÁ, 2018). Desta forma, a adubação mineral é muito importante no início do desenvolvimento eucalipto, principalmente em solos com baixa fertilidade. A adubação faz com que as plantas adquiram vigor necessário para que as raízes se desenvolvam rapidamente em profundidade para que possa utilizar água do subsolo e não necessitem mais de adubação mineral, se tornando autossustentáveis (SERPE et al., 2018).
As áreas de Cerrado do estado de Mato Grosso do Sul apresentam solos altamente intemperizados, ácidos e com baixa disponibilidade de nutrientes, fazendo-se necessária a correção e adubação dos mesmos para níveis adequados ao desenvolvimento do eucalipto (BARBOSA et al., 2012). Esses autores ainda ressaltam que solos altamente intemperizados e de baixa fertilidade natural, podem limitar a produtividade florestal, sendo necessário adotar práticas silviculturais de manejo como a correção do solo, pelo uso da calagem, fertilização mineral e utilização de materiais genéticos adaptados e eficientes nesses tipos de solo para se obter excelente desenvolvimento da cultura.
Devido à baixa fertilidade natural dos solos em plantios florestais em regiões do Cerrado, as empresas buscam novas alternativas de fertilizantes. Entre elas, existem alguns resíduos de celulose que apresentam a capacidade de corrigir a acidez dos solos, como a lama cal que pode ser utilizada em substituição ao calcário na neutralização da acidez, além de melhorar a CTC e os teores de matéria orgânica dos solos, devido a sua capacidade de neutralizar a acidez e possibilitar o deslocamento de nutrientes no perfil do solo, uma vez que disponibilizam Ca2+ e Mg2+ (CASTRO e CRUSCIOL, 2013; SIMONETE et al., 2013).
Diante as adversidades encontradas em solos do Cerrado, o uso da silvicultura de precisão associada à geoestatística tem como objetivo analisar a dependência espacial de dados georreferenciados, aos quais são ajustados em semivariogramas em função das distâncias entre as observações. A partir do semivariograma pode-se confeccionar mapas de krigagem para cada atributo do solo e da planta, que representa a variabilidade espacial dos dados e, em seguida obter as zonas específicas de manejo do solo e da planta (SANTOS et al., 2017a).
Assim, o estudo da correlação entre a capacidade produtiva de povoamentos de eucaliptos e de atributos do solo favorece o manejo racional do sítio florestal, reduzindo a degradação de seus atributos físico-químicos e o baixo desenvolvimento das árvores, visando à produção sustentável, sendo assim, a geoestatística é importante na interpretação de resultados com base na estrutura da sua variabilidade espacial natural, principalmente da interação entre os atributos físico-químicos do solo com o crescimento vegetal e, sobretudo contribuindo para a aplicação de técnicas de silvicultura de precisão que viabilizam intervenções localizadas na
floresta, com a exatidão e a precisão adequada (LIMA et al., 2010; ROSA FILHO et al., 2011; SANTOS et al., 2017a).
Associada a silvicultura de precisão, a mineração de dados é usada para extrair informações úteis de grandes conjuntos de dados e exibi-los em visualizações fáceis de interpretar. O algoritmo árvore de decisão é um dos métodos mais eficazes para mineração de dados, eles têm sido amplamente utilizados em estudos multidisciplinares, pois são fáceis de serem usados, livres de ambiguidade e robustos onde variáveis discretas e contínuas podem ser usadas como variáveis de destino ou variáveis independentes (SONG e YING, 2015).
Dessa forma, aliando o uso de técnicas de multivariadas e da mineração de dados, agregada à geoestatística, permite abordagens eficientes na área de ciências agrárias, principalmente por considerar, simultaneamente, a variação espacial de um número elevado de variáveis que influenciam os sistemas de produção agrícola. Essa combinação de técnicas facilita a avaliação da variabilidade do solo apresentando resultados satisfatórios em relação a fertilidade e a física do solo em áreas de silvicultura, em especial, o eucalipto.
1.2 HIPÓTESE DO ESTUDO
A substituição do calcário dolomítico pela lama de cal + Oxyfertil na correção da acidez e adubação de um Neossolo Quartzarênico promove melhoria na qualidade dos atributos físico-químicos do solo, incrementando o crescimento do Eucalyptus urograndis pela maior disponibilização de nutrientes para as plantas.
1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Geral
Avaliar a utilização da lama de cal + oxyfertil na correção, fertilização e qualidade estrutural do solo na cultura do eucalipto em um Neossolo Quartzarênico.
1.3.2 Específicos
Para o cumprimento do objetivo geral, são apresentados a seguir os objetivos específicos:
i. Identificar por meio de análises multivariadas os atributos físico-químicos do solo que melhor explicam o desenvolvimento inicial do eucalipto sob os tratamentos com calcário, lama de cal + oxyfertil e testemunha.
atributos químicos do solo sob aplicação de resíduo da celulose como fertilizante agrícola. iii. Modelar a influência dos atributos físico-químicos do solo e climáticos no desenvolvimento do Eucalyptus urograndis em Neossolo Quartzarênico, por meio da técnica de indução da árvore de decisão.
iv. Utilizar os atributos físico-químicos do solo, climáticos e dendrométricos do eucalipto para predizer o desenvolvimento inicial do eucalipto por meio do algoritmo Random Forest.
1.4 ORGANIZAÇÃO DA TESE
O primeiro capítulo foi desenvolvido com o propósito de realizar uma contextualização ao tema de interesse, por meio da introdução e justificativa, definição da hipótese, do objetivo geral e dos objetivos específicos. O segundo capítulo apresenta a revisão bibliográfica iniciando com os aspectos gerais da cultura do eucalipto, seguida de solos do Cerrado, resíduos celulósicos e sua influência nos atributos do solo, calagem, oxyfertil, análise multivariada e de agrupamentos, árvore de decisão e por fim da geoestatística na silvicultura.
O terceiro capítulo apresenta os procedimentos metodológicos gerais com a localização e descrição da área de estudo, caracterização do solo, instalação das malhas experimentais, coleta e determinação dos atributos do solo e da planta e análises estatísticas.
Os resultados do trabalho são apresentados no quarto, quinto, sexto e sétimo capítulo, em estrutura de artigos científicos, sendo que o quarto capítulo corresponde à variabilidade espacial e temporal do solo adubado com resíduos de celulose. O quinto capítulo apresenta os atributos do solo sob aplicação de resíduo e calcário por meio de análise multivariada. O sexto capítulo exibe uma classificação do desenvolvimento inicial do eucalipto por meio da árvore de decisão. O sétimo capítulo apresenta uma modelagem por meio do algoritmo Random Forest para prever a altura do eucalipto.
Por fim, as considerações gerais e recomendações geradas durante o desenvolvimento desta pesquisa são apresentadas no oitavo capítulo. No anexo encontram-se as autorizações das respectivas revistas autorizando a inclusão dos respectivos artigos na tese.
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 ASPECTOS GERAIS DA CULTURA DO EUCALIPTO
O gênero Eucalyptus é originário da Austrália, sendo uma das principais fontes de matéria prima para a produção de celulose e papel. O gênero Eucalyptus reúne mais de 600 diferentes espécies, variedades e híbridos, sendo que, no Brasil, o eucalipto encontrou ótimas condições edafoclimáticas para o seu desenvolvimento, com crescimento em altura e diâmetro mais rápido que nos demais países fazendo com que obtenha altas produtividade em curto período de tempo (SCHUMACHER e VIERA, 2016).
As primeiras mudas de eucaliptos chegaram ao Brasil como planta ornamental em 1825 e foram plantadas no Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Em 1868, a espécie começou a ser cultivada para a produção de lenha e quebra-ventos no estado do Rio Grande do Sul (MOURA e GARCIA, 2000). Até o princípio do século XX, o eucalipto foi plantado como árvores decorativas, pelo seu extraordinário desenvolvimento como quebra-vento ou por supostas propriedades sanitárias. Pouquíssimas foram as plantações com fins industriais e caráter florestal (ANDRADE, 1961).
Sua expansão teve impulso nos primeiros anos do século XX por meio da Companhia Paulista de Estradas de Ferro que realizou plantios de eucalipto para abastecer caldeiras das locomotivas e produzir dormentes para serem utilizados na estrada de ferro. O eucalipto se tornou uma enorme atividade produtiva no país, fonte de riqueza e desenvolvimento social, bem como de conservação ambiental (MOURA e GARCIA, 2000).
Nesse cenário, 100% da produção de celulose e papel são originados de florestas plantadas de eucalipto e pinus. Essas florestas são cultivadas em áreas peculiares antes degradadas principalmente ocupadas por pastagens. Em seguida, nova floresta é plantada ou utiliza-se o sistema de talhadia perpetuando o ciclo plantio/colheita das árvores (IBÁ, 2017).
Para satisfazer essa demanda de madeira, no Brasil, as principais espécies cultivadas são o Eucalyptus grandis, E. citriodora, E. camaldulensis, E. saligna e E. urophylla. Além disso, existem os híbridos que são originados a partir de cruzamentos entre espécies como é o caso do Eucalyptus urograndis (E.urophylla x E. grandis), Eucalyptus grancam (E. grandis x E. camaldulensis), dentre outros (ABRAF, 2009).
No Brasil, o eucalipto cultivado para celulose possui um ciclo de seis a sete anos para ser colhido, sendo que, a principal fase de manejo que requer maior atenção é nos dois primeiros anos de cultivo. O eucalipto é em sua maioria cultivado em áreas de baixa fertilidade
natural, porém, não tolera solos rasos por possuir raízes profundas. Além disso, não exige a utilização de muitos nutrientes e defensivos agrícolas em comparação com outras culturas (PINCELLI et al., 2014).
Os sítios florestais de eucalipto são cultivados por meio de manejo sustentável com o objetivo de reduzir os impactos ao ambiente e gerar o desenvolvimento econômico e social das comunidades circunvizinhas. Utilizando tecnologias avançadas de gestão e controle das florestas, as empresas de celulose e papel tendem a alcançar práticas de excelência em sustentabilidade na área ambiental de influência das empresas (GABRIEL et al., 2013).
Além do manejo de solo e planta, há também grandes investimentos em pesquisas direcionadas ao melhoramento genético das espécies, objetivando aumentar a produtividade das florestas plantadas e otimizar o uso das áreas de plantio. Os clones obtidos pelo cruzamento entre diferentes espécies geram árvores mais resistentes a pragas e a doenças, estiagens, solos de baixa fertilidade, obtendo árvores com maior taxa de crescimento em altura e diâmetro e capacidade de uma maior produção de celulose tornando o setor florestal brasileiro um dos mais desenvolvidos e competitivos do mundo. Ao mesmo tempo, as florestas plantadas auxiliam na recuperação de áreas degradadas principalmente por pastagens ou em processo de desertificação (PINTO et al., 2011; SCOLFORO et al., 2019).
2.2 SOLOS DO CERRADO
O Cerrado brasileiro ocupa uma área que corresponde a 25% do território nacional. Por ser uma região que possui clima favorável ao desenvolvimento das culturas, relevo suave a suave ondulado em grande parte da região e do elevado percentual de solos profundos e friáveis, a região possui aptidão inequívoca para a produção agrícola tecnificada (OLIVEIRA et al., 2017).
Os solos que predominam na região do Cerrado são caracterizados como antigos e altamente intemperizados, apresentando baixa fertilidade, elevada acidez, alta saturação por alumínio e baixa CTC. Nesse tipo de solo, o desenvolvimento das raízes é abreviado na presença do excesso de alumínio, do mesmo modo, pode ser afetada pela deficiência de cálcio, limitando a absorção de água e nutrientes, tendo como consequência a redução da produtividade das culturas (COSTA et al., 2014).
Em sua maioria, os solos do Cerrado apresentam potencial para cultivo agrícola, dependendo da localização geográfica e da topografia, havendo predomínio de Latossolos (45,7%), Neossolos (15,2%) e Argissolos (15,1%) (CORREIA et al., 2004). Os Latossolos são
caracterizados por serem intemperizados, com baixo teor de nutrientes, elevada acidez e predominância de argilas de baixa atividade. Todavia, são solos que podem ser utilizados no cultivo de culturas agrícolas, por estarem localizados em regiões que apresentam relevos planos a suave ondulados, com declividade inferior a 7%, facilitando os processos de mecanização (KER, 2013).
Os Argissolos encontrados no Cerrado, por sua vez, são caracterizados por um horizonte A onde há perda de argila, ferro ou matéria orgânica, seguido de um horizonte B textural, isto é, solo onde existe uma mudança abrupta na classe textural (SOUSA e LOBATO, 2004). Por serem solos de propriedades variadas e ampla variabilidade de atributos físicos e químicos, estes não podem ser generalizados quanto as suas qualidades. Quanto aos Neossolos Quartzarênicos, são solos originários de depósitos arenosos, apresentando textura arenosa, com teores de argila inferiores a 15%. Apesar de serem considerados solos de baixa aptidão agrícola, em decorrência da demanda por novas áreas para o cultivo agrícola, estes estão sendo incorporados ao sistema produtivo, incialmente ocupados com pastagens e posteriormente por florestas cultivadas, principalmente com eucalipto (CORREIA et al., 2004).
Devido a essas condições favoráveis, atualmente, a região do Cerrado vem ocupando lugar de destaque no cenário agrícola nacional, salientando que, poucos setores da economia brasileira têm se desenvolvido tanto como a silvicultura (OLIVEIRA, 2009). Com uma área de 7,84 milhões de hectares de reflorestamento (todas as espécies cultivadas), o setor brasileiro de árvores plantadas, em 2016 foi responsável por 91% de toda a madeira produzida para fins industriais e 6,2% do PIB industrial no país e, também, é um dos segmentos com maior potencial de contribuição para a construção de uma economia verde (IBÁ, 2017).
As mudanças no ambiente do Cerrado brasileiro decorrentes de práticas de manejo inadequadas podem levar o solo a um rápido declínio do estoque de matéria orgânica do solo, a qual sua manutenção é fundamental para a sustentabilidade dos sistemas de produção agrícola. No Cerrado brasileiro, como nas demais regiões tropicais, a mineralização da matéria orgânica é rápida por causa da elevada temperatura e umidade do solo durante boa parte do ano, impossibilitando uma adequada reposição de nutrientes ao solo, isso leva os produtores a adotar técnicas de manejo para uma melhor conservação destes solos (SOUZA et al., 2006).
Do ponto de vista físico, a conservação e/ou manutenção da matéria orgânica na superfície do solo, principalmente em regiões do Cerrado, diminuem a densidade do solo e, consequentemente a compactação, criando poros de maior diâmetro, favorecendo a entrada de ar e a drenagem de água. Influenciando positivamente na estrutura do solo, na sua fertilidade e
por consequência no desenvolvimento de raízes (VASCONCELOS et al., 2010).
2.3 RESÍDUOS CELULÓSICOS E SUA INFLUÊNCIA NOS ATRIBUTOS DO SOLO A indústria de papel e celulose gera diversos resíduos que, segundo Paes et al. (2013), a cada tonelada de celulose produzida são gerados 0,15 tonelada de resíduos de diversas naturezas, deparando-se assim com problemas de ordem ambiental quanto à destinação desses resíduos.
A produção média dos resíduos da produção de celulose e papel representam 24% de casca, 22% de lama de cal, 17% de lodo de esgoto, 14% de dregs e grits e 11% de cinzas das caldeiras. Porém, pode existir uma variação nesses percentuais, uma vez que, as cascas podem ser utilizadas em caldeiras para a geração de energia, o que resulta em uma maior quantidade de cinza gerada (MAEDA e BOGNOLA, 2013).
O principal meio de disposição destes resíduos, consiste na sua alocação em lixão a céu aberto que, em sua grande maioria, não possuem características adequadas para a contenção de poluentes e podendo causar a contaminação do solo, principalmente com metais pesados e a grande quantidade de matéria orgânica dissolvida nesses resíduos. Uma das alternativas para a disposição desses resíduos está sendo a sua aplicação em solos florestais, sendo benéfico às plantas por ser fonte de nutrientes (ROCHA et al., 2013). Com isso, maior sustentabilidade dos sítios florestais pode ser alcançada devido essa reciclagem de nutrientes, além de possuírem um potencial econômico e ambiental onde podem reduzir os custos com fertilização (PRIMO et al., 2010).
A disposição desses resíduos em solos de plantios florestais está sendo uma alternativa mais adequada e cada vez mais utilizada, considerando, sobretudo a alta necessidade de calagem nos solos de regiões tropicais, onde também estão instaladas a maioria das indústrias de celulose e papel. Deste modo, a correção química destes solos pode ser limitada pelo elevado custo, especialmente nos locais mais distantes das distribuidoras de calcário, sendo interessante o uso de resíduos como corretivos da acidez por melhorar as condições químicas e físicas dos solos onde há plantios florestais.
Faz necessário salientar que, assim como esses resíduos possuem nutrientes necessários às plantas, eles também possuem consideráveis quantidades de elementos tóxicos como os metais pesados, elementos químicos que apresentam massa específica variando entre 3,5 e 7,0 mg kg-1, tais como Pb, Cd, Hg e As, que podem pôr em risco a contaminação humana (LIMA e MERÇON, 2011). Contudo, nem sempre há a absorção de contaminantes pelas plantas
devido à aplicação de resíduos. Além disso, deve-se levar em consideração a utilização desses resíduos em sítios florestais devido ao subproduto da madeira não serem alimentos, fazendo com que não haja contaminação as pessoas pela ingestão.
As características químicas desses resíduos os classificam como excelentes materiais para uso como corretivo da acidez do solo e fontes de nutrientes em plantios com espécies florestais, uma vez que, retornam ao meio, parte dos nutrientes extraídos pelo cultivo e colheita da biomassa florestal, mantendo ou corrigindo a fertilidade do solo e a sustentabilidade dos ecossistemas florestais (MAEDA e BOGNOLA, 2013).
Em geral, os sítios florestais são implantados em áreas onde os solos apresentam baixa aptidão agrícola, pela baixa fertilidade natural e pelos baixos teores de argila. Nessa circunstância, a aplicação dos resíduos em áreas de sítios florestais pode constituir uma alternativa importante para a disposição dos resíduos, podendo solucionar um problema ambiental e legal de descarte, ao mesmo tempo em que contribui para a melhoria da correção e fertilidade do solo e a reposição de nutrientes exportados com a colheita da biomassa florestal (PAES et al., 2013).
A aplicação desses resíduos pode favorecer a melhoria dos atributos físicos e químicos do solo, criando-se condições adequadas à produção florestal. Pagliarini et al. (2012) explicam que, as aplicações desses resíduos em ecossistemas florestais podem ser qualificadas em melhoria na qualidade física, química e biológica do solo e aumento na produção de madeira, pois influência de forma positiva na ciclagem de nutrientes e como fator de suprimento de nutrientes as plantas.
Avaliando os efeitos da utilização de resíduos de fábrica de papel reciclado em solos florestais, Costa et al. (2009) e Medeiros et al. (2009), verificaram após a aplicação superficial de resíduo de celulose em diferentes solos que ocorreu aumento no pH, diminuição dos teores de alumínio trocável (Al) e acidez potencial (H + Al), aumento nos teores de cálcio (Ca), magnésio (Mg), fósforo (P) e saturação por bases (V%), sem alteração do teor de sódio e matéria orgânica do solo.
Estudos com resíduos da indústria de celulose e papel em plantios florestais proporcionaram efeitos favoráveis ao solo como aumento do pH e dos teores de Mg, Ca, P, CTC e micronutrientes e, redução dos teores de Al. Proporcionou também uma melhoria dos atributos físicos como a capacidade de retenção de água e a densidade do solo, além de aumentar a atividade biológica do solo, acelerando a decomposição da serapilheira e a ciclagem de nutrientes (BELLOTE et al.,1998; MAEDA e BOGNOLA, 2013).
O uso de cinza, lama de cal e lodo celulósico em um Neossolo Regolítico levou ao aumento do pH e dos teores de Ca, Mg e P à medida que as doses avaliadas em todos os tratamentos aumentaram. A utilização das cinzas contribuiu para o aumento de K, Ca, Mg e P, porém, a razão Ca/Mg foi elevada pela aplicação de lama de cal e lodo celulósico a valores que podem ser prejudiciais ao solo (MAEDA e BOGNOLA, 2013).
Estudos realizados com resíduos de celulose, demostraram que, houve um aumento da taxa de infiltração de água no solo de aproximadamente 30% e que a densidade do solo diminuiu de 2,03 a 1,41 Mg m-3 após quatro anos de aplicação. Esses autores concluíram que este resíduo pode ser utilizado como corretivo da acidez e como fonte de Ca em solos agrícolas sem risco de contaminação (ZAMBRANO et al., 2003; JORDAN e RODRIGUEZ, 2004; ALMEIDA et al., 2008).
A partir dessas informações, verifica-se que o uso de resíduos da extração de celulose em áreas agrícolas pode favorecer o desenvolvimento das culturas, reduzir a quantidade de adubos inorgânicos e trazer benefícios ao meio ambiente (MACIEL et al., 2015).
2.3.1 Lama de cal
A lama de cal é originária do processo de clarificação do licor branco durante o processo de cozimento para a produção de celulose apresentando coloração cinza claro, sem odor característico removido no processo de clarificação das impurezas, sendo composto por carbonatos, hidróxidos e sulfetos, principalmente de cálcio derivado do processo de separação da celulose, que é extraída da madeira por meio de ataque alcalino (ALMEIDA et al., 2008). O acúmulo desse resíduo ocorre quando sua produção é maior que a capacidade de recuperação dos fornos de cal das indústrias de celulose (STAPPE e BALLONI, 1988).
Embora variável, a lama de cal, apresenta teor elevado de Ca e poder relativo de neutralização total superior a 90%, podendo ser comparada a um calcário calcítico o que a qualifica como excelente corretivo da acidez do solo (MAEDA e BOGNOLA, 2013). Portanto, a lama de cal é utilizada como fonte de cálcio e suplemento de nutrientes para as plantas, possui uma textura bastante fina e homogênea e, caracteriza-se por possuir alto valor de neutralização do alumínio do solo em áreas florestais e agrícolas, grande reatividade e um potencial corretivo de acidez suprindo nutrientes as plantas podendo ser superior a maioria dos calcários comerciais (SIMONETE et al., 2013).
No entanto, possui teores significativos de sódio, em razão do contato com o licor de cozimento, em média de 1,5 a 2%. Ainda que não se constitua em elemento tóxico, o sódio
possui características conhecidas como agente dispersante de argilas podendo, em grande quantidade, afetar a estrutura do solo (RAMOS et al., 2006).
Os teores de sódio presente no solo influenciam diretamente no balanço hídrico das árvores e aumentam a sua eficiência no uso da água, sob condições de estresse hídrico e, por consequência, na sua resistência aos períodos de seca. Além disso, o sódio auxilia no desenvolvimento da densidade aparente do lenho das árvores de eucalipto com maior homogeneidade (CASTRO et al., 2017).
A aplicação da lama de cal em solos florestais proporciona um resultado positivo sobre os atributos químicos do solo, como a elevação do pH, o aumento dos teores de Ca, Mg, P e da CTC, a redução na relação C/N e dos teores de alumínio, melhoria dos atributos físicos como a capacidade de retenção de água e a densidade do solo. Do mesmo modo, a lama de cal aumenta a atividade biológica do solo acelerando a decomposição da matéria orgânica (BELLOTE et al., 1998). Com a redução da acidez, possibilita o deslocamento de nutrientes no perfil do solo se qualificando como possível substituto do calcário uma vez que disponibiliza Ca2+ e Mg2+ e contém em sua composição corretivos da acidez como CaO, CaOH, SiCO
3 e
NaOH, além de CaCO3 e MgCO3 (MEDEIROS et al., 2009; CASTRO e CRUSCIOL, 2013).
Com a disponibilidade de tais nutrientes essenciais às plantas, a capacidade de elevar o pH dos solos e de possuir menor preço que os calcários comerciais, quando utilizados na mesma região de localização das unidades geradoras, torna-se um atrativo aos produtores devido à diminuição do custo produtivo da silvicultura. Porém, a utilização de grandes quantidades desses produtos pode prejudicar alguns atributos químicos do solo, em razão da presença de sódio (ARRUDA et al., 2011).
O uso do composto oriundo da indústria de celulose, quando comparado com o uso de fertilizante mineral pode ter um custo inferior ao calcário de acordo com a distância da indústria até o plantio florestal. De acordo com Arruda et al. (2011), os principais agravantes ao custo é o transporte pelo elevado percentual de umidade do material e pela distância do local de origem. Esses autores relataram que, distâncias maiores que 580 km o custo foi mais oneroso (23,41%) que a adubação mineral, por causa do alto custo do transporte. No entanto, distância inferiores a 168 km, o custo foi 30% menor quando comparado com o calcário.
Mesmo com tais custos, a utilização e aplicação de resíduo celulósico lama de cal em plantios de eucalipto é semelhante ou até superior ao fornecido pela calagem. Dependendo da dose, tipo de resíduo e época de aplicação, é possível a substituição completa dos fertilizantes químicos pelos resíduos orgânicos celulósicos se tornando atraente do ponto de vista
econômico, pois ele serve como matéria prima de baixo custo (MACIEL et al., 2015).
2.4 OXYFERTIL
O Oxyfertil é um conceito de fertilização baseado no consumo racional de cinco elementos essenciais: cálcio (Ca), magnésio (Mg), nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K), 100% disponíveis para as plantas, em concentrações que têm em conta as necessidades da cultura (OXYFERTIL, 2014).
É um corretivo de acidez e fertilizante mineral simples registrado no MAPA possuindo em sua constituição 60% de CaO e 30% de MgO. Em reação exotérmica com água forma o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) e parcialmente o hidróxido de magnésio (Mg(OH)2)
liberando na ordem de 210 cal g-1 de calor. Possui uma solubilidade de aproximadamente 0,8 g L-1 (25 °C) e pH (solução a 25 °C) de 12,4. Sua distribuição granulométrica (antes de reação com água) é de 3,0 mm e a distribuição granulométrica (após reação com água) é de 0,0-0,2 mm (OXYFERTIL, 2014).
A aplicação no solo tem ação imediata consequentemente a uma alta solubilidade do cálcio e magnésio levando a uma rápida correção da acidez do solo, precipitação do alumínio e manganês e aumento da biodisponibilidade de fósforo, da massa microbiana, mineralização da matéria orgânica e nitrificação do nitrogênio. Tem como característica física, o aumento da porosidade do solo, controle da compactação do solo e aumento da retenção de água no solo (OXYFERTIL, 2014).
2.5 CALAGEM
As espécies de Eucalyptus cultivadas no Brasil são adaptadas a baixos níveis de fertilidade e pouco sensíveis a acidez do solo, tolerando altos níveis de Al e Mn, de modo que utiliza-se o calcário dolomítico, preferencialmente, para suprir o solo com quantidades adicionais de Ca e Mg. O calcário é o corretivo mais utilizado para a correção do solo, além de ser o mais disponível e o mais barato (GUIMARÃES et al., 2015).
Os solos do bioma Cerrado são, predominantemente, profundos e com baixos teores de bases trocáveis em sua maioria possuem pH inferior a 5,0 e o teor de alumínio está presente em quantidades elevadas, resultado de intensa lixiviação e transformação intempérica dos minerais, causando toxidez em algumas árvores, além de interferir na absorção de nutrientes minerais essenciais ao crescimento das plantas (TAVARES et al., 2014). A alta acidez e saturação de alumínio estão entre os principais fatores limitantes para a produção agrícola e
florestal em solos das regiões tropicais, sendo que, aumento do pH e a neutralização do Al podem ser obtidas com a aplicação de calcário que, além de corrigir a acidez, melhora as condições físicas do solo, estimula a sua atividade microbiana e disponibiliza alguns elementos minerais às plantas, além de fornecer Ca2+ e Mg2+ para as plantas (VENDRAME et al., 2013). A acidez excessiva do solo, principalmente do bioma Cerrado, é o fator que mais afeta a disponibilidade de nutrientes às plantas. Assim, a determinação da acidez do solo antes do preparo do solo para o plantio do eucalipto torna-se de extrema importância para o sucesso da produção florestal (RODRIGUES et al., 2016). A acidez no solo ocorre principalmente por fatores como a mineralogia do solo, a intensa lixiviação e/ou remoção de bases pelas culturas, o uso de fertilizantes nitrogenados com ação acidificante e a decomposição da matéria orgânica, que libera ácidos orgânicos e inorgânicos (OLIVEIRA et al., 2005).
A correção da acidez do solo por meio da calagem se torna importante para a sustentabilidade do uso agrícola e florestal do solo, já que, um solo ácido compromete o desenvolvimento e a produtividade das culturas de tal modo que a calagem se destaca como a prática mais utilizada na produção florestal para adequar a fertilidade do solo às necessidades do eucalipto (BAMBOLIM et al., 2015). Poucas práticas florestais dão retornos tão elevados quanto a correção da acidez do solo para o aumento da produtividade.
A calagem nesses solos ácidos faz necessária para elevar o índice de saturação por bases (V%) a valores superior a 60% e para manter o pH do solo acima de 5,5, o que favorece a neutralização do alumínio trocável (Al3+), melhora a fixação de fósforo, melhora o desenvolvimento radicular, eleva a disponibilidade das bases trocáveis no solo por meio do fornecimento de Ca2+ e Mg2+ como nutrientes e restaura a capacidade produtiva dos solos (ALCARDE, 2005). Esses fatores levam ao aumento da atividade microbiana pela decomposição da matéria orgânica, melhora os atributos físicos do solo proporcionando melhor aeração, circulação de água, favorecendo o desenvolvimento das raízes das plantas, além de aumentar a produtividade das culturas (DIAS et al., 2015).
Os resultados de calagem em solos arenosos refletem positivamente no aumento da CTC do solo e, segundo os benefícios da intensificação do uso de fertilizante só serão visualizados se o pH do solo estiver acima de 5,5. Deste modo, o calcário tem sido empregado para a correção da fertilidade do solo, objetivando elevar a V%, o pH e os teores de Ca2+ e Mg2+ e eliminar os efeitos negativos do Al e Mn. De fato, a calagem é imprescindível para elevar o índice de saturação de bases (> 60%) é adequada para manter o pH acima de 5,5, precipitando o Al e elevando os teores das bases trocáveis no solo. No entanto, a calagem excessiva pode
reduzir a disponibilidade de alguns micronutrientes (Zn, Cu, Mn e Fe), causando sintomas de deficiência às plantas (OLIVEIRA et al., 2005).
2.6 ANÁLISE MULTIVARIADA E DE AGRUPAMENTOS
A análise multivariada é empregada em métodos estatísticos com a finalidade de descrever e analisar dados de muitas variáveis e/ou atributos simultaneamente. Entender a correção entre essas diversas variáveis faz desse conjunto de técnicas uma metodologia de grande potencial de aplicação (ALENCAR et al., 2013). Para Hair Junior et al. (2005), a análise multivariada é um conjunto de técnicas voltadas para a avaliação de dados por meio dos componentes principais, dos fatores comuns e, a análise de agrupamentos.
A análise multivariada de componentes principais tem como objetivo agrupar indivíduos com características semelhantes e estudar suas correlações. A utilização da multivariada classifica os grupos de solos de acordo com a similaridade de seus atributos físicos e químicos (JOSÉ et al., 2013). A análise de agrupamentos é uma técnica analítica para criar grupos significativos para os atributos avaliados. Especificamente, essa técnica classifica uma amostra de objetos em um número de grupos mutuamente excludentes com base nas similaridades entre seus atributos (ALENCAR et al., 2013).
Na comparação simultânea de muitas informações e/ou atributos, a estatística multivariada torna-se a melhor ferramenta, possibilitando obter informações e interpretações que poderiam não ser perceptíveis com o uso da análise estatística univariada (FREITAS et al., 2014). Dessa forma, estudos agrícolas e florestais têm utilizado de técnicas multivariadas para avaliar as variáveis do solo encontrando resultados satisfatórios (BOGNOLA et al., 2011; JOSÉ
et al., 2013).
Com essas técnicas de análise multivariada, é possível explicar o máximo de intercorrelação entre as variáveis avaliadas e descobrir quais delas contribuem mais para a caracterização e, ou, alteração do solo (PRAGANA et al., 2012). As técnicas multivariadas permitem que se realize uma diminuição na quantidade de investigação com múltiplas respostas com o objetivo de simplificar o entendimento, a visualização e a interpretação dos dados, além de obter detalhes suficientes para adequada representação dos resultados (BOGNOLA et al., 2011).
A principal vantagem das técnicas multivariadas é sua habilidade em acomodar múltiplas variáveis na tentativa de compreender as relações complexas não possíveis com métodos univariados e bivariadas (HAIR JUNIOR et al., 2005).
Utilizando de técnicas multivariadas na avaliação de atributos do solo em diferentes manejos e culturas, Freitas et al. (2015), obtiveram resultados onde os agrupamentos formados pela análise de cluster confirmaram a diferença entre as áreas avaliadas. A diferenciação entre mata nativa, cana-de-açúcar e área com reflorestamento foram marcantes, mostrando as particularidades de cada ambiente visto que as características dos atributos de um mesmo grupo são semelhantes e diferentes do comportamento de outros agrupamentos. Essas diferenças de agrupamento resultaram das diferenças dos atributos avaliados possibilitando um estudo mais generalizado da qualidade das áreas estudadas.
Por meio da análise de componentes principais, Carvalho et al. (2015), observaram que a distribuição dos atributos físicos e químicos de um Neossolo Quartzarênico indicou uma correlação com os eixos, onde a distância do ponto em relação à origem foi proporcional à sua importância na explicação da variância projetada em cada eixo. Verificando que as características de fertilidade na camada superficial do solo foram as que mais se diferenciaram (63,71%), onde o método de agrupamento utilizado evidenciou a formação de quatro grupos de acordo com os tipos de manejo e profundidade considerada para o eucalipto demonstrando ser um ecossistema distinto ao de mata nativa por apresentar a menor variação entre as profundidades.
2.7 MINERAÇÃO DE DADOS
A mineração de dados consiste no processo de descoberta de informações sobre os dados, as quais mudam de padrões de comportamento a modelos de estimativa e que podem prever um dado futuro baseado no conhecimento atual (TAN et al., 2006). A descoberta é executada em dados armazenados, os quais podem ser originados a partir de dados coletados em loco até dados obtidos por meio de sensores acoplados em satélites (WITTEN et al., 2011). Atualmente a mineração de dados tornou-se uma ferramenta fundamental na gestão da informação. A manipulação de uma grande quantidade de dados e a análise das informações por métodos estatísticos comuns se torna necessário apenas para alguns dados que demonstrassem correlação nos resultados do procedimento de mineração devido ao grande volume de dados coletados e armazenados (CAMILO e SILVA, 2009).
A mineração de dados é uma parte integral da descoberta de conhecimento em bancos de dados, sendo um processo de identificação de novos padrões válidos, úteis e compreensíveis. Esse processo consiste no pré-processamento, o qual transforma os dados brutos de entrada em um formato apropriado para o algoritmo de mineração; seguinte a
mineração de dados, onde é analisada pelos algoritmos de mineração e; pós-processamento, a qual assegura que apenas resultados válidos sejam usados no objetivo, como em sistemas de apoio a decisão (TAN et al., 2006).
Essa técnica, atualmente caminha para uma popularização, onde tais ferramentas estão cada vez mais amigáveis e fáceis de serem usadas por usuários que não sejam especialistas em mineração, pois desempenham um papel fundamental nesse sentido fazendo com que sua popularização seja fundamental para o seu crescimento e consolidação (CAMILO e SILVA, 2009).
2.7.1 Árvore de Decisão
A árvore de decisão é um modelo preditivo que pode ser utilizado tanto para classificação quanto para regressão dos atributos cuja estrutura consiste em um determinado número de nós e arcos, também conhecidos como ramos (ROKACH e MAIMON, 2008).
O propósito básico da modelagem por árvores de decisão é a produção de um modelo de predição ou a descoberta de estruturas preditivas do problema (BREIMAN et al., 1984). No último caso, a intenção é compreender quais variáveis e interações desses atributos conduzem à melhor descrição do fenômeno estudado. Assim, a árvore de decisão, depois de construída, pode ser utilizada para classificar exemplos cuja classe é desconhecida (MEIRA et
al., 2008).
Apesar de ser uma técnica relativamente nova, a mineração de dados por meio da indução da árvore de decisão é relatada como promissora na análise de dados de diferentes áreas, sendo uma delas a do sensoriamento remoto podendo ser utilizada em parceria com a geoestatística. A árvore de decisão utiliza a categorização usando divisão hierárquica dos dados, em que um padrão desconhecido é rotulado, usando-se uma sequência de decisões. Na aplicação em dados multiespectrais, a árvore de decisão é baseada no conhecimento das propriedades espectrais de cada classe e na relação entre as classes e, os algoritmos de geração de árvores de decisão são considerados como de mineração de dados (DELGADO et al., 2012).
A utilização dessa técnica fornece uma abordagem de modelagem alternativa à estatística clássica. É um modelo representado graficamente por nós e ramos, parecido com uma árvore, mas no sentido invertido. O nó raiz é o primeiro nó da árvore, no topo da estrutura. Os nós internos, incluindo o nó raiz, são nós de decisão. Cada um contém um teste sobre um ou mais atributos (variáveis independentes) e os resultados desse teste formam os ramos da árvore. Os nós-folha, nas extremidades, referem-se às classes da variável resposta e representam
o resultado da predição obtida pelo modelo (WITTEN et al., 2011).
Dentre as muitas metodologias de classificação de dados, as árvores de decisão são modelos não-paramétricos com características peculiares. São constituídas de nodos, que representam os atributos, de arcos provenientes destes nodos, que recebem os valores possíveis para estes atributos e, de nodos folha, que representam as classes distintas de um conjunto de treinamento. Assim, a classificação por árvores de decisão é a construção de uma estrutura, que pode ser utilizada para classificar todos os objetos do conjunto de dados da entrada (HASTIE
et al., 2009).
Utilizando da mineração de dados em florestas plantadas, Nonato e Abreu (2015), obtiveram resultados por meio da aprendizagem por árvore de decisão demonstrando que a utilização de um grande número de atributos foi vantajosa para o algoritmo classificador, sendo que os métodos de seleção de atributos identificaram subconjuntos reduzidos de atributos alcançando taxas de acerto superiores a 90%.
2.7.2 Random Forest
Modelo Random Forest é um conjunto de árvores de decisão. Em cada árvore, o conjunto de dados é particionado recursivamente em subconjuntos cada vez mais homogêneos em relação à variável de resposta com base na melhoria da soma residual de quadrados (RSS) (BREIMAN, 2001). Random Forest é considerado como um método não-linear e não paramétrico que é capaz de lidar com n problemas pequenos e grandes e é relativamente robusto para outliers e ruídos (BLANCO et al., 2018).
Random Forest é uma extensão dos modelos de árvore de classificação e regressão sendo desenvolvido como um método para melhorar as previsões feitas por árvores de decisão. Este funciona treinando árvores de decisão independentes a partir de amostras de inicialização tiradas dos dados de treinamento (BREIMAN, 2001). Suas vantagens incluem sua capacidade de modelar relacionamentos não-lineares, usando variáveis preditivas contínuas e categóricas, insistência no overfitting e fornecendo importância variável. Geralmente, o principal problema nas técnicas de aprendizado é que o valor previsto em cada ponto é derivado com base nas variáveis preditoras naquele ponto sem considerar a auto correlação espacial dos dados (POULADI et al., 2019).
Random Forest está sendo cada vez mais utilizada no mapeamento digital de solos, mapeamento preditivo de classes de solos (GAGKAS e LILLY, 2019), uso múltiplos do solo (HÄRING et al., 2012) e estudo de material parental de solo (HEUNG et al., 2014).
2.8 GEOESTATÍSTICA NA SILVICULTURA
As empresas florestais vêm buscando a eficiência no planejamento e gestão florestal que envolve práticas de condução dos povoamentos florestais e exigem conhecimento específico das espécies cultivadas e do sítio onde serão produzidas. Contudo, os métodos tradicionais utilizados para avaliar o desenvolvimento e a produtividade das florestas é a medida de tendência central, que geralmente é a média, além de uma medida de dispersão, como a variância, sem considerar a variabilidade existente entre as plantas. Deste modo, à medida que aumenta a necessidade por informações mais detalhadas de uma área de produção, solidificando a utilização de ferramentas aplicadas a silvicultura de precisão (PELISSARI et al., 2014).
A silvicultura de precisão representa um modelo de gerenciamento baseado na coleta e análise de dados geoespaciais e no estudo da variabilidade espacial e temporal do solo e das florestas. Assim, a partir do mapeamento das correlações existentes, diretas e/ou indiretas, entre os atributos do solo e a produtividade da cultura, pode-se efetuar a aplicação dos insumos em taxas variadas (ROSA FILHO et al., 2011), o que modifica o enfoque dado à silvicultura pois, enquanto no sistema convencional o estudo da floresta ocorre de maneira uniforme, na silvicultura de precisão esta mesma área é abordada geograficamente ponto a ponto em fragmentos de unidades diferenciadas (PELISSARI et al., 2014), permitindo assim, operações localizadas e a melhoria na eficácia da aplicação de insumos e fertilizantes que diminuem os custos de produção e os impactos ambientais.
O mapeamento de áreas silviculturais possibilita trabalhar com o auxílio de diversas tecnologias, como os sistemas de informações geográficas, sistemas de posicionamento global e o sensoriamento remoto, com realce à geoestatística, que consiste em uma das principais ferramentas para se avaliar a variabilidade espacial (LIMA et al., 2010), cujo uso permite obter, avaliar e modelar os dados espaciais de diversos atributos tornando possível a elaboração de mapas que auxiliarão na identificação dos fatores que restringem a produtividade florestal.
O uso das técnicas de geoestatística em áreas florestais representa a melhoria do desenvolvimento econômico do meio rural, amparada à otimização da eficiência gerencial que determinadas áreas florestais precisam, de forma localizada no espaço. Assim, a partir do mapeamento das áreas e das correlações existentes, diretas e/ou indiretas, entre atributos do solo e a produtividade do eucalipto, pode-se efetuar a aplicação de insumos em taxas variadas. Como exemplo, nas áreas de menor produtividade de madeira, normalmente associadas as baixas fertilidade do solo, seria destinada as maiores taxas de fertilizantes, sendo correto o inverso deste acontecimento (BARBOSA et al., 2012). A partir do georreferenciamento da área
