Climatic condition of the potentical yield of sugar cane (Saccharum spp.) a mathematical physiological estimation model

Este trabalho descreve o desenvolvimento dos conceitos básicos de simulação que podem ser utilizados em modelagem de previsão da produção potencial da cana-de-açúcar. Procurou-se desenvolver um modelo no qual medidas regulares de elemento de clima possam ser utilizadas para fornecer informações sobre o desempenho da cultura, especialmente o acúmulo da matéria seca durante o ciclo. Os resultados deste estudo consideraram um conjunto de critérios e funções requeridas para prever a evolução temporal dos estágios fenológicos tais como: a germinação e estabelecimento, a formação do aparato fotoassimilatório (folhas), a renovação das folhas (formação de palhas), a morte dos colmos por competição, e o acúmulo de matéria seca considerando as variações da fotossíntese e da respiração. Os elementos de clima utilizados foram insolação e temperatura do ar, juntamente com dados astronômicos como o fotoperíodo e a radiação no topo da atmosfera. A disponibilidade de água no solo foi considerada como ideal, uma vez que modelo simula a produção potencial (sem restrições hídricas, pragas, doenças, características físicas e químicas do solo). O modelo é composto por uma série de equações que descrevem o comportamento fisiológico da planta em resposta às condições ambientais. As constantes das equações foram obtidas adaptando-se os resultados de pesquisas disponíveis na literatura. A produção da matéria seca foi feita considerando-se a taxa de assimilação fotossintética bruta, subtraindo-se as perdas provocadas pela respiração, senescência e morte das folhas e dos colmos durante o ciclo. A fotossíntese e a respiração foram estimadas considerando-se a taxa potencial máxima, e suas variações devidas às condições ambientais (insolação e temperatura do ar), e devido à idade das folhas e da cultura, juntamente com o desenvolvimento da área foliar. Considerou-se a fração da energia incidente interceptada pelas folhas e sua extinção no dossel. Os valores da matéria seca acumulada durante o ciclo, estimados pelo modelo, foram confrontados com os dados medidos no campo. A distribuição da matéria seca nos diversos órgãos da planta também foi considerada. A equação de acúmulo potencial da matéria seca foi : (Descrito na dissertação). Os resultados de MST obtidos podem ser transformados em toneladas de colmos por hectare através das seguintes equações de regressão linear, ajustadas aos dados medidos: (Descrito na tese). O modelo proposto mostrou-se consistente tanto para a simulação da matéria seca acumulada durante o ciclo (crescimento), como para a estimativa da produtividade potencial da cultura (Pp).This thesis describes the development of basic concepts that may be used in modelling the prevision of sugar cane yield. An attempt was made to develop a model in which regular climatic measurements can be used to provide informations about the state of the culture, with emphasis to the accumulation of dry matter. The results of this study considered a set of needed criterions and functions to predict the evolution with time of the phenological stages, such as : germination and establishment, forming of the photoassimilatory apparatus (leaves), renewal of leaves (straw forming), stem death due to competition, and the dry matter cumulation considering variations of photosynthesis and respiration. Climatic data used were insolation and temperature, together with astronomical data like photoperiod and radiation at the top of the atmosphere. Limitations due to water stress were not considered, since the model simulates the potential production (without water shortage, diseases and limitations due to physical or chemical soil characteristics). The model is compound by a series of equations that describe the physiological behavior of the plant, responding to environmental conditions. The equation constants were obtained adapting the research data available from literature. The dry matter production was calculated considering the gross assimilation rate, subtracting losses due to respiration, aging and death of leaves and stems during the cycle. The photosynthesis and respiration were estimated considering a maximum potential rate and its variations due to environmental conditions (insolation and temperature) and due to the age of leaves and plants, together with the leaf area development. The fraction of incoming light intercepted by the leaves was considered. Dry matter values estimated by the model were matched with field data. The distribution of the dry matter within the different plant organs was also considered. The equation for dry matter accumulation was : (See Thesis). The obtained results for MST may be transformed in stems per hectare using the following linear regression equations, adjusted to measured data: (See Thesis). The proposed model showed to be consistent both for the simulation of dry matter cumulation during the cycle (growth), and for the estimation of the potential yield of culture (Pp)