Modelagem matemática da eficiência de absorção do nitrogênio a partir do uso do hidrogel sobre a produtividade e qualidade de grãos em trigo

Abstract

A maximização da produção de grãos de trigo com qualidade nutricional e sustentabilidade agrícola e ambiental é uma necessidade mundial. A adubação nitrogenada está diretamente relacionada ao desenvolvimento e produtividade da planta, porém, esse nutriente possui altos índices de perdas, aumentando custos de produção e poluição ambiental. Uma alternativa que pode reduzir essas perdas, é o uso do hidrogel, que tem a capacidade de retenção de água e liberação gradual à planta. Ao manter a umidade no solo, reduz a lixiviação de nutrientes, melhora a aeração e drenagem no solo, aumentando a eficiência dos fertilizantes e evitando a poluição ambiental. Dessa forma, a modelagem matemática por regressões e redes neurais artificiais e otimização por enxame de partículas pode representar com qualidade a complexidade existente da dinâmica de absorção do nitrogênio pelo uso do hidrogel, permitindo simular e otimizar o processo de produtividade e qualidade de grãos em trigo. O objetivo do estudo é o desenvolvimento da modelagem matemática da eficiência de absorção do nitrogênio pelo uso do hidrogel em trigo via regressões e redes neurais artificiais considerando as relações biológicas e ambientais em diferentes sistemas de cultivo. Além disso, utilizar o método enxame de partículas para otimizar as doses de hidrogel e nitrogênio voltadas a máxima eficiência técnica e econômica na produtividade de grãos de trigo. O experimento foi realizado em Augusto Pestana, RS, Brasil, nos anos de 2014 à 2018. O delineamento experimental foi o 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 em cobertura no estádio fenológico V3 (de terceira folha expandida), respectivamente, no sistema soja/trigo e milho/trigo. Independente do sistema de cultivo, as doses de nitrogênio considerando a expectativa de colheita de 3 t ha-1, se mostram indicadas para otimização da adubação nitrogenada na cultura do trigo, garantindo maior sustentabilidade econômica e ambiental com produtividade satisfatória. Independente de ano agrícola, a máxima eficiência técnica de uso do hidrogel foi com 57 e 58 kg ha-1 no sistema soja/trigo e milho/trigo, respectivamente. Os modelos de superfície de resposta identificaram as doses de 48 kg ha-1 de hidrogel com 120 kg ha-1 de nitrogênio no sistema soja/trigo, e de 55 kg ha-1 de hidrogel com 120 kg ha-1 de nitrogênio no sistema milho/trigo, como combinação ótima frente a máxima produtividade de grãos. As regressões lineares múltiplas, possibilitam a inclusão de variáveis potenciais, como temperaturas mínima e máxima do ar, precipitação pluviométrica e soma térmica com o uso de hidrogel e nitrogênio, na simulação da produtividade e qualidade de grãos em trigo. O conjunto dos modelos de regressão fornecem bases sólidas para dimensionar arquitetura de rede e como referência em validar os processos de simulação e otimização por inteligência artificial. As redes neurais artificias se mostram eficientes no prognóstico de produtividades em estádio precoce de desenvolvimento do trigo, oportunizando desenvolver manejos mais sustentáveis. O método de enxame de partículas combinado com as redes neurais, permitem otimizar as doses de hidrogel e nitrogênio frente a um manejo mais adequado aos interesses do triticultor, possibilitando maior eficiência técnica, econômica e menores impactos ambientais.