Evaluation of the CROPGRO model for detecting soil compaction effect in soybean growth and yield

Autor: Mulazzani, Rodrigo Pivoto
Přispěvatelé: Gubiani, Paulo Ivonir, Zanon, Alencar Junior, Schenato , Ricardo Bergamo, Drescher, Marta Sandra, Girardello, Vitor Cauduro
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
instacron:UFSM
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Soil compaction is an inherent phenomenon of the management of large-scale crops and can be associated to reduction on plant growth and yield. To know the effect of compaction on soil physical properties is insufficient to predict this association, because its occurrence depends on soil-plantatmosphere system interactions. The modelling of process is a strategy that allows to evaluate such interactions. The success of the models depends of the ability to integrate meteorological, phenological and soil elements to estimate stresses associated to poor supplying of plant demands. Stresses related to water deficit (water stress), oxygen deficit (oxygen stress) and excessive soil mechanical resistance (mechanical stress) suffer interference of soil physical properties affected by compaction. However, models that simulate plant growth and yield and that estimate mechanical stress are scarce. CROPGRO, a plant growth model of the DSSAT crop system model, addresses these requirements. Therefore, the objective of this study was to evaluate the performance of CROPGRO in detecting the association between soil compaction and soybean growth and yield. CROPGRO was evaluated in two studies. In the first one (manuscript 1), the sensitivity of the model to the effect of compaction on soybean performance was characterized. For this purpose, seven water deficit (WD) scenarios were combined with 12 soil compaction states (CS) scenarios in numerical experiments. The CROPGRO simulated soybean growth and yield without damage caused by an increase in EC when the DH occurred in the stages where the plant has low sensitivity to water restriction (beginning of the vegetative period and end of the reproductive period). Under water stress, CROPGRO indicates that the effect of EC is greater on yield than on leaf and root growth. In the second study (manuscript 2), the ability of CROPGRO to predict the effect of compaction on soybean growth and yield observed in a field experiment was evaluated. For this purpose, two soybean season crops (2016/17 and 2017/18) were conducted in three CS, represented by managements: compacted (CO), no-till (NT) and chieseling (CH). The CROPGRO estimates were near to the observed values of leaf area index and yield. However, root length density (RLD) estimates were not affected by managements while RLD observed were higher in CO and CH managements. This reveals the low sensitivity of the CROPGRO mechanical stress estimates to CS variation, especially when compared to the estimate of mechanical stress calculated from soil resistance to penetration (recently proposed by Moraes et al. (2018)). The results of the two studies indicate that the sensitivity of water, oxygen and mechanical stress estimates to changes in CS allows CROPGRO to make predictions about the association between compaction and soybean performance. However, there are opportunities for improvement in the estimate of mechanical stress by CROPGRO. A compactação do solo é um fenômeno inerente ao manejo dos cultivos em larga escala e pode estar associada à redução no crescimento e produtividade das plantas. Conhecer o efeito da compactação nas propriedades físicas do solo é insuficiente para predizer essa associação, pois sua ocorrência depende de interações do sistema solo-planta-atmosfera. A modelagem de processos é uma estratégia que permite avaliar tais interações. O sucesso dos modelos depende da capacidade de integrar elementos meteorológicos, fenológicos e de solo para estimar estresses associados ao não suprimento das demandas da planta. Os estresses relacionados ao déficit hídrico (estresse hídrico), ao déficit de oxigênio (estresse gasoso) e ao excesso de resistência mecânica do solo (estresse mecânico) sofrem interferência de propriedades físicas do solo afetadas pela compactação. Entretanto, são raros os modelos que simulem crescimento e produtividade das plantas e que estimem estresse mecânico. O CROPGRO, modelo de crescimento vegetal da plataforma DSSAT, contempla esses requisitos. Por isso, o objetivo desse trabalho foi avaliar o desempenho do CROPGRO na detecção da associação entre compactação do solo e crescimento e produtividade da soja. O CROPGRO foi avaliado em dois estudos. No primeiro (manuscrito 1), foi caracterizada a sensibilidade do modelo ao efeito da compactação no desempenho da soja. Para isso, sete cenários de déficit hídrico (DH) foram combinados com 12 cenários de estado de compactação (EC) em experimentos numéricos. O CROPGRO simulou crescimento e produtividade da soja sem prejuízos causados por aumento de EC quando o DH ocorreu nos estágios em que a planta tem baixa sensibilidade à restrição hídrica (início do período vegetativo e final do reprodutivo). Sob estresse hídrico, o CROPGRO indica que o efeito de EC é maior sobre a produtividade de grãos do que sobre o crescimento foliar e das raízes. No segundo estudo (manuscrito 2), foi avaliada a capacidade do CROPGRO predizer o efeito da compactação no crescimento e produtividade da soja observadas em experimento a campo. Para isso, dois cultivos de soja (2016/17 e 2017/18) foram conduzidos em três EC, representados pelos manejos: compactado (CO), não perturbado (NP) e escarificado (ES). As estimativas do CROPGRO foram semelhantes aos valores observados de índice de área foliar e produtividade. Porém, as estimativas de densidade de comprimento de raiz (RLD) não foram afetadas pelos manejos enquanto à campo foi observado maior RLD nos manejos CO e ES. Isso revela que a estratégia usada pelo CROPGRO para estimar estresse mecânico é pouco sensível à variação de EC, especialmente quando comparada a estimativa do estresse mecânico calculada em função da resistência do solo à penetração (proposta recentemente por Moraes et al. (2018)). Os resultados dos dois estudos indicam que a sensibilidade das estimativas de estresse hídrico, gasoso e mecânico à mudança no estado de compactação do solo permite ao CROPGRO fazer predições sobre a associação entre compactação e desempenho da soja. Entretanto, há oportunidades para melhorar a estimativa de estresse mecânico pelo CROPGRO.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: