Simulação da extração da solução do solo pela cultura do milho utilizando modelo SWAP

Autor: Ponciano, Isaac de Matos
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Druh dokumentu: Tese de Doutorado
Popis: A modelagem da dinâmica de solutos no solo tem se mostrado uma ferramenta essencial, pois permite simular cenários e prever impactos ao meio ambiente associados ao manejo inadequado de fertilizantes agrícolas. Na zona radicular das culturas a parametrização do transporte de solutos, bem como a parametrização física do solo, são de difícil determinação tornando a sua modelagem onerosa e imprecisa. Portanto, a presente pesquisa teve como objetivo avaliar a performance do modelo SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant), em simular a extração da solução do solo pela cultura do milho, em ambiente protegido. O ambiente de estudo ficou restrito à rizosfera da cultura do milho ao longo de seu ciclo de desenvolvimento, mediante a aplicação de uma solução de nitrato de potássio via água de irrigação. Para isso, conduziu-se um experimento em ambiente protegido, cujo cultivo do milho foi feito em 18 lisímetros de drenagem de 500L com plantio de duas covas por lisímetro (plantio em 22/11/2014 e colheita em 22/02/2015). Os valores de umidade volumétrica do solo e de condutividade elétrica da solução do solo foram registrados pela TDR (Time Domain Reflectometry), sendo monitorados em 4 profundidades ao longo da secção transversal das raízes (5, 15, 25 e 35 cm). Também foram monitoradas variáveis agrometeorológicas a fim de se descrever as condições experimentais. Os valores simulados pelo modelo SWAP foram confrontados com os dados observados, registrados pela TDR. A avaliação da performance do modelo foi feita pelo emprego do índice de concordância (Id), índice de avaliação de modelos (E), raíz quadrada média do erro (RMSE) e coeficiente de determinação. Diante dos resultados obtidos, percebeu-se pelo monitoramento agrometeorológico que o ciclo da cultura se deu em condições de anomalias climáticas, isso de certa forma influenciou na extração de água pela cultura. A simulação da extração de água na rizosfera do milho pelo modelo SWAP demonstrou uma satisfatória performance do modelo, o qual apresentou resultado pelos índices de avaliação valores superiores a 0,7 e índices de concordância superiores a 0,9 para todas as camadas monitoradas. O erro quadrático médio foi inferior a 0,009 cm3 cm-3 para todas as camadas, apesar de ter nas camadas mais profundas uma atenuação qualitativa na simulação. O movimento da extração da solução do solo na rizosfera, em especial, nas camadas superficiais apresentaram resultados satisfatórios com índices de avaliação de modelos de 0,659 e 0,596 e índices de concordância de 0,913 e 0,834, respectivamente, para as camadas de 5 e 15 cm de profundidade. Já para as camadas mais profundas não se observou boa aderência do valor simulado aos dados. O coeficiente de extração relativa da solução do solo pelo milho apresentou valor de 16%. Assim, o modelo SWAP mostrou-se satisfatório na simulação do movimento da solução do solo na zona radicular da cultura do milho, mesmo sob condições atmosféricas extremas. Não obstante, seu desempenho foi prejudicado para as simulações em camadas inferiores, onde foi observada uma baixa variação do conteúdo de água e concentração de sais no solo.
The modeling of solute dynamics in soil is an essential tool for simulating scenarios and predicting environment impacts associated with inadequate management of fertilizers. Solute transport parameter and soil physical parameters in the vadose zone are difficult to determine, causing modeling to be expensive and imprecise. This research, therefore, was set up to evaluate the effectiveness of the SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant) model to simulate soil solution uptake by corn under controlled environmental conditions. The study consisted of applying a potassium nitrate solution in irrigation water to maize rhizosphere throughout its development cycle. The experiment was conducted in a greenhouse, in which maize was planted on 11/22/2014 and harvested on 02/22/2015 in eighteen 500L drainage lysimeters.The soil moisture values and electrical conductivity of soil solution were registered by TDR (Time Domain Reflectometry) at four depths (5, 15, 25 and 35 cm) along the cross-section of the root. Environmental variables were also monitored in order to characterize the experimental conditions. Values simulated by the SWAP model were compared with observed data recorded by the TDR. Model performance was evaluated by the use of the Concordance Index (Id), the Model Assessment Index (E), Root Mean Square Error (RMSE), and Coefficient of Determination. As the experiment was conducted under controlled conditions, the water uptake patterns might not be reflective of uptake patterns under normal weather conditions. The simulation of water extraction in the rhizosphere of corn by SWAP model matched observed values, with indices greater than 0.7 and concordance rates of over 0.9, for all monitored layers. The RMSE was less than 0.009 cm3 cm-3 for all layers. The concentration of extracts of the soil solution in the rhizosphere, in particular in the top two layers, were satisfactorily simulated with model evaluation indexes of 0.659 and 0.596, and concordance rates of 0.913 and 0.834, respectively, for the 5 and 15 cm layers. For the deeper layers, there was little correlation between the observed and simulated value. The relative extraction coefficient of soil solution for corn was 16%. Thus, the SWAP model satisfactorily simulated soil solution movement in the upper layers of the vadose zone of maize, even under extreme weather conditions. However, the model did not perform as well in the lower layers performance was impaired for the simulations in lower layers, which had low variation in the observed water content and salt concentration in the soil.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: