Mathematical model to evaluate water effects (deficit and excess) on corn yield in Santa Catarina, Brazil

A irrigação tem sido um recurso tecnológico fundamental para que se atinjam bons rendimentos nas culturas, notadamente nas regiões secas. Nas regiões úmidas ou sub úmidas, apesar da ocorrência de precipitações em quantidade suficiente, muitas vezes elas ocorrem com distribuição temporal inadequada. Tal distribuição faz com que o solo apresente períodos de déficit e de excesso de água, ambos prejudiciais ao bom desenvolvimento, causando instabilidade no desempenho das culturas. A incerteza quanto à ocorrência desses fenômenos, impede que agricultores invistam em projetos de irrigação. Com o objetivo de amenizar tal problema, este trabalho estuda os efeitos do déficit e excesso hídrico sobre o rendimento da cultura do milho, na localidade de Urussanga, Santa Catarina. Utilizou-se, neste trabalho, uma série de dados de produção e de fenologia da cultura do milho, de ciclo normal e precoce, e de dados climáticos diários de 28 anos, ambos coletados na Estação Experimental de Urussanga, Região Sul de Santa Catarina. Utilizaram-se, também informações de características físico hídricas dos solos destes experimentos. Com os dados climáticos, de fenologia da cultura e de solo, efetuou-se o balanço hídrico, extraindo-se deste as variáveis hídricas, que correlacionadas aos dados de rendimento da cultura, para ajuste de modelo de produção. Para o desenvolvimento do modelo utilizaram-se regressões múltiplas entre o déficit de rendimento relativo da cultura (l-Ya/Ym) e as variáveis que expressam a situação hídrica do solo. Estas foram computadas separadamente, para cada fase fenológica. Com o modelo desenvolvido, simulou-se o efeito do déficit e do excesso hídrico sobre o rendimento da cultura. As variáveis que melhor se adequaram ao propósito do trabalho foram o déficit hídrico, expresso em forma de déficit da evapotranspiração relativa, (l-ETa/ETm), e o excesso de água no solo, expresso em forma de um índice desenvolvido (FEX), que considera, de forma crescente, o número de dias consecutivos em que a cultura permanece sob excesso hídrico. A aplicação de modelos, envolvendo apenas variáveis relacionadas ao excesso ou ao déficit de água isoladamente, não apresentou boa correlação, porém, quando em conjunto, os índices estatísticos foram adequados. Tanto o déficit de água como o excesso mostraram-se importantes condicionantes do rendimento da cultura. O acréscimo de produtividade possível com a irrigação (efeito de déficit), simulado com a equação desenvolvida, variou de zero a 10765 (tempo de retorno de 28 anos) e 11271 kg/ha (tempo de retorno de 28 anos), para variedades de ciclo normal e precoce respectivamente. Quanto aos efeitos dos excessos, estes variaram de zero a 7158 e 6326 kg/ha.Irrigation has been a fundamental technological resource to attain good crop yielding, and outstanding in dry regions. Despite rainfall occurrences in enough amounts in humid or subhumid regions it often occurs with unsuitable temporal distributions. Such distribution provokes both water deficit and excess periods in soil, both harmful to good development and causing instability as to crop performance. The uncertainty regarding such phenomena occurrence prevents farmers from investing in irrigation projects. In order to lessem that problem this work studies the effects of water deficit and excess on mayze crop yelding in Urussanga, Santa Catarina. A series of data on yield and phenology of mayze crop, normal and precocious cycle, and 28-year climatic data, both collected at Urussanga Experimental Extation, Southern Santa Catarina region, was used. Also information on physical-hydrical characteristics of soil were used. Through data on climate, crop phenology and soil a water balance was performed, excepting hydric variables which were correlated with the crop yielding data for adjustement of the yield equation. To develop the equation, multiple regressions between relative crop yielding deficit (1-Ya/Ym) and the variables expressing soil water status, separately accounted in each phenological phase, were used. The developed model provided the simulation of the deficit and excess water effects on the crop yielding. The variables best suiting the purpose of this work were deficit, expressed as the relative evapotranspiration deficit (l-Eta/ETm) and excess water soil, expressed as developed index (FEX), which considers the number of consecutive days the crop remains under water excess as increasing. The application of models involving only variables related to excess or deficit water alone failed to present good correlation, however, statistical indexes were suitable when altogether. Both water deficit as excess were shown important conditions for the crop yielding. The feasible yielding increase through irrigation (deficit effects), simulated by equation ranged from zero to 10765 (28-year return time) and 11271 kg/ha (28-year return time) for normal and precocious cycle varieties, respectively. As to the excess effects, they ranged from zero to 7158 and 6326 kg/ha