Calibração e validação dos modelos Century, APSIM e NDICEA de decomposição de materiais orgânicos e mineralização de N para a Mata Atlântica

Abstract

Muitos sistemas de produção contam basicamente com os nutrientes provenientes da decomposição de materiais orgânicos adicionados ao solo. A taxa de decomposição desses materiais é produto da combinação de fatores intrínsecos, sua composição química e bioquímica, e fatores extrínsecos, sendo as condições de temperatura e umidade do local as variáveis mais importantes, constituindo assim em um processo complexo e dinâmico por ser controlado por vários fatores. Contudo, a decomposição pode ser representada e examinada dentro de esquemas e mecanismos que facilitam seu entendimento, os modelos matemáticos. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi calibrar e validar os modelos Century, APSIM e NDICEA para decomposição e liberação de N em condições climáticas tropicais e materiais orgânicos de origens diversas; e testar a capacidade destes modelos em simular a absorção de N em solo adubado com materiais orgânicos utilizados na agricultura. Foram utilizados os resultados dos trabalhos desenvolvidos por Matos (2005) e Chacón (2006) como parâmetro de comparação para avaliação dos modelos. Na parametrização e calibração dos modelos para os materiais orgânicos vegetais, foram utilizados 8 resíduos testados em Araponga por 150 dias e 4 testados em Pedra Dourada por 360 dias, ambos os municípios situados na Zona da Mata mineira. Os modelos foram validados utilizando características edafoclimáticas de Seropédica (RJ), com 4 resíduos de materiais vegetais, avaliados no inverno e verão. Foram calibrados os modelos para a decomposição e mineralização de N de 4 estercos e 4 compostos testados em laboratório. Para a absorção de N, foram calibrados os modelos para a planta de braquiária crescendo em solo adubado com 5 materiais orgânicos. De maneira geral, a calibração padrão (default) do Century e APSIM superestimou a taxa de decomposição e liberação de N de todos os resíduos vegetais e, o NDICEA, superestimou estes processos para materiais mais resistentes a decomposição. Dessa forma, a calibração foi imprescindível para aumentar o grau de acurácia desses modelos. Na validação dos modelos o NDICEA apresentou maior grau de acurácia em relação aos demais, simulando com menor desvio a decomposição e liberação de N dos materiais vegetais na estação seca e chuvosa. A calibração para decomposição e mineralização de N dos estercos e compostos foi pontual, conferindo a todos os modelos elevado grau de acurácia em estimar as transformações destes materiais orgânicos. Os modelos superestimaram a absorção de N pela braquiária com a calibração feita para a liberação/mineralização de N dos materiais orgânicos aplicados no solo. Assim, para diminuir o desvio entre os valores de N absorvido simulado e medido, foi necessária a calibração específica para a absorção de N. Depois dos modelos calibrados, o NDICEA apresentou maior grau de acurácia em estimar a absorção de N pela braquiária com a adição de materiais orgânicos como fonte de nutrientes. Dessa forma, pelos testes realizados o NDICEA foi o modelo mais acurado para as condições estudadas, constituindo-se em uma ferramenta para predição e uso de fontes orgânicas para o manejo do solo de propriedade rurais. Contudo, trabalhos futuros são necessários, de modo que insiram maior número de materiais orgânicos e ambientes, fazendo com que o(s) modelo(s) seja(m) cada vez mais consolidado(s) para predição do comportamento de fontes orgânicas no campo, de modo que o sincronismo do fornecimento e demanda de nutrientes nestes agroecossistemas seja mais eficiente.

A high number of agricultural systems depends on nutrients coming from decomposition of organics materials applied into soil. The decomposition rate of these materials is controlled by intrinsic factors as chemical and biochemical composition and extrinsic factors as temperature and moisture. Hence, the decomposition is a complex and dynamic process, which can be represented and examined within a framework, the mathematical models. Thus, the goal of this work was to make the parameterization and validation of Century, APSIM and NDICEA models for tropical conditions, working with different organic materials and to evaluate the capacity of these models to simulate N uptake mineralized from the organic materials. The information for model parameterization and calibration were collected in Matos (2005) and Chacón (2006). From this database it was utilized eight green manure residues evaluated in Araponga for 150 days and four in Pedra Dourada for 360 days, both municipalities situated in the Atlantic Forest of Minas Gerais State. For validation of the models it was utilized data from an experiment carried out in Seropédica (RJ), with four green manure residues, evaluated in the winter and summer seasons. The models were also calibrated to decomposition and N mineralization of four animal manures and four composts. To the N uptake, the calibration of the models was performed in order to assess the growth of Brachiaria plants with application of five organic materials as fertilizers. The calibration using the default of the Century and APSIM models overestimated the decomposition rate and N release of all the vegetable residues and, the NDICEA, underestimated those processes to the more recalcitrant materials. Thus, the calibration was essential to improve the accuracy level of these models. After calibrate the models, the NDICEA presented higher accuracy level than the Century and APSIM, simulating with lower error the decomposition and N release of the green manures in the winter and summer seasons. The calibration of the decomposition and N mineralization of the animal manures and composts was done individually, all models presented high performance in simulating those processes. The models overestimated the N uptake by Brachiaria plants when working with the calibration done to N mineralization of the organic materials. To increase the accuracy of the models in estimating the N uptake it was essential to do a specific calibration. After of this calibration, the NDICEA model presented the highest accuracy in estimating the N uptake by Brachiaria plants. After testing the accuracy of the models, the NDICEA presented the best performance in the environmental conditions of our study, showing potential to be a tool to be used in optimizing the use of organic materials as a source of N in the agroecosytems. However, future works are necessary, incorporating more organic materials and environments to improve the models in estimating the decomposition of organic material and N mineralization and its uptake by plants.