Modelos biométricos e redes neurais à simulação da produtividade e qualidade de grãos de aveia pelo uso do nitrogênio e hidrogel

Abstract

O uso de modelos matemáticos que auxiliam o entendimento de variáveis lineares e não lineares na agricultura tem se tornado uma ferramenta importantíssima na validação de novas tecnologias na agricultura, principalmente no entendimento das relações entre as variáveis meteorológicas e o manejo. Na cultura da aveia, se dá destaque ao manejo do nitrogênio por ser o elemento químico principal no desenvolvimento da planta, com influência direta na produtividade e qualidade, seja de biomassa ou grãos. No entanto, nem sempre no momento da aplicação do nutriente se encontram as condições adequadas de umidade do solo e temperatura do ar, o que pode causar perdas no nitrogênio gerando aumento no custo de produção, além de gerar poluição ambiental. Neste sentido, o emprego junto ao solo de biopolímeros hidrorretentores (hidrogel), pode ser uma alternativa inovadora para melhorar a eficiência de uso do nitrogênio. O objetivo do estudo foi desenvolver e aplicar modelos matemáticos que promovam compreensão da dinâmica e da eficiência de uso de N-fertilizante e do hidrogel sobre a produtividade e qualidade industrial e nutricional de grãos de aveia promovendo a simulação e a otimização que abrangem as relações biológicas e ambientais atuantes nos sistemas de cultivo. O estudo foi realizado no Instituto Regional de Desenvolvimento Rural (IRDeR/UNIJUÍ) em Augusto Pestana (RS) durante cinco safras agrícolas (2014 a 2018). O delineamento foi de blocos casualizados com quatro repetições em fatorial 5 x 5, para doses de hidrogel (0, 30, 60, 90 e 120 kg ha-1), adicionado no sulco junto à semente e doses de N-fertilizante (0, 30, 60, 90 e 120 kg ha-1), aplicado no estádio de quarta folha expandida por meio da fonte uréia, respectivamente, com a cultivar de aveia URS-Corona. As regressões lineares permitiram estimar a eficiência agronômica do nitrogênio à produtividade de grãos e de indústria, até o ponto de 60 kg ha-1 de hidrogel, independente do sistema de cultivo. Para a proteína total e fibra total, os parâmetros das funções de eficiência agronômica não foram expressivamente alterados. Pelas regressões quadráticas foi possível estimar comportamento da aveia sobre o aproveitamento do nitrogênio na elaboração da produtividade de grãos com obtenção da dose ótima de uso, promovendo a estimativa da eficiência técnica e a econômica. O uso do hidrogel promove pequena redução na dose ótima de nitrogênio com o aumento da produtividade de grãos e de indústria. No que se refere à quantificação de proteínas totais, o uso de hidrogel não alterou o comportamento da variável. No entanto, para a variável fibra total, o uso de hidrogel reduz sua expressão. A regressão por superfície de resposta foi eficiente nas simulações da produtividade, possibilitando a previsibilidade para os sistemas de cultivo pela combinação de hidrogel e nitrogênio. O modelo de contribuição relativa identificou que, de modo geral, a massa da panícula é a que mais altera a produtividade de grãos pelas doses de nitrogênio, sendo a mais alterada pelas doses de hidrogel. Na produtividade industrial, o uso de hidrogel alterou o comportamento das contribuições das variáveis, não permitindo identificar variáveis potenciais de maior expressividade. Pela correlação de Pearson, foi evidente que, para a produtividade de grãos e de indústria, as correlações sempre estão nas doses mais elevadas de hidrogel com doses de 30, 60 e 90 kg ha-1 de nitrogênio. O uso de redes neurais artificiais treinadas com o algoritmo back-propagation, com a função de ativação da camada intermediária Tangente Hiperbólica Sigmoide, e a regra de treinamento Levenberg-Marquardt possibilitou prever o comportamento da produtividade da aveia em alguns cenários de simulação. Se recomenda o incremento de mais anos de estudo para aprimorar o uso de redes neurais artificiais na previsibilidade da produção da cultura. De modo geral, os modelos matemáticos desenvolvidos explicaram a produção da aveia frente as relações de uso do hidrogel e nitrogênio. Sugere-se que sejam feitos estudos a fim de verificar os efeitos do hidrogel ao longo dos anos, pois o mesmo pode ficar retendo e liberando água por vários anos, possibilitando a redução do stress hídrico de outras culturas.