Em campos com topografia variável, as culturas de sequeiro experimentam diferentes níveis de stresse hídrico, causado por variações espaciais do conteúdo de água do solo, e os rendimentos variam espacialmente dentro da mesma parcela. Essa variabilidade representa uma oportunidade para a agricultura de precisão por meio da gestão espacialmente variável. No entanto, embora se tenham alcançado avanços significativos em aspetos de engenharia ao nível da variabilidade espacial, como o aumento da resolução espacial de sistemas de dados e automatização, menor progresso tem sido alcançado relativamente à simulação das respostas das culturas a variações espaciais do conteúdo de água no solo que resultam de fluxos laterais de água no sistema. A maioria dos estudos agronómicos de modelação sobre quebras de produção em sistemas de sequeiro ignora a variabilidade dentro da parcela. No entanto, o uso de modelos de simulação de culturas como uma medida de suporte para sistemas de gestão espacialmente variável requer que as abordagens de modelação espacial da água sejam capazes de representar e simular com precisão a variação, numa parcela, de fatores relacionados com a ecofisiologia da cultura, a água disponível e a consequente resposta da cultura. Esta tese de doutorado representa uma nova contribuição para a agronomia dos sistemas agrícolas de sequeiro, com ênfase no papel desempenhado pelos fluxos laterais de água em parcelas com topografia ondulada na determinação das variações espaciais na produtividade do trigo. Esta tese de doutoramento foi desenvolvida em capítulos que se complementam seguindo uma abordagem integradora. Realizou-se uma revisão de alguns dos modelos hidrológicos e de simulação de culturas mais amplamente adotados e explorou-se um conjunto de novas oportunidades para simular variações espaciais da água no nível da parcela, incorporando os fluxos laterais de escorrência superficial e sub-superficial nas zonas de maior acumulação hídrica da parcela. A partir dessa perspetiva, foram avaliadas as variações espaciais das quebras de rendimento em trigo de sequeiro em Córdoba, Espanha, causadas por fluxos laterais que ocorrem desde as zonas altas às zonas baixas das parcelas. Do ponto de vista agronómico, as afluências laterais de água contribuem para variações de rendimento em sistemas de produção de trigo de sequeiro como os que foram analisados nesta tese.
A contribuição desses fluxos para as variações espaciais dos rendimentos potenciais de sequeiro é relevante, mas altamente irregular entre diferentes anos. Apesar da variabilidade interanual, típica das condições mediterrânicas, a existência de tais fluxos, no âmbito dos trabalhos experimentais executados no âmbito desta tese, foi responsável por uma variação dos rendimentos de trigo simulados de +16% entre as zonas mais altas de um campo e as zonas mais baixas. A produtividade média observada variou entre 1,3 e 5,4 Mg de matéria seca de grão por ha. As respostas do rendimento ao fluxo lateral a jusante foram em média de 383 kg/ha, e a produtividade marginal da água destes fluxos laterais atingiu 24,6 (±13,2) kg de matéria seca de grão por mm em anos de alto potencial de resposta. Esses anos de alto potencial de resposta caracterizaram-se por uma reduzida precipitação durante as fases vegetativas da cultura em combinação com fluxos laterais nas fases de pós-floração. Em condições de campo, essas diferenças foram somente significativas em um dos dois anos experimentais. As implicações económicas associadas a cenários de aplicação de azoto com múltiplas variáveis foram exploradas por meio de um caso de estudo e várias recomendações foram propostas. Tanto a dimensão da exploração (a área semeada anualmente) quanto a estrutura topográfica afetaram a dinâmica do retorno ao investimento. Nas atuais condições de política agrícola e de preços, a adoção de taxa de aplicação variável apresenta uma vantagem económica em explorações semelhantes à do caso de estudo, com uma área semeada anualmente superior a 567 ha. No entanto, as tendências atuais nos preços de energia, custos de transporte e os impactos nos preços de grãos e custos de fertilizantes aumentam a viabilidade da adoção dessa tecnologia para uma população mais ampla de tipos de explorações. A rentabilidade da adoção da aplicação variável de azoto melhora nesses cenários e, na ausência de apoios adicionais, a área mínima para adoção da aplicação variável diminui para 68-177 ha/ano de área semeada. A combinação dos aumentos de preços com a introdução de um subsídio adicional por unidade de área semeada poderia reduzir substancialmente o limite de adoção para 46 ha/ano, o que faria com que esta tecnologia fosse economicamente viável para uma população muito mais ampla de agricultores.
Palavras-chave:Agricultural crops, Crop modelling, Spatial modelling, Water balance, Water management, NDVI, Machine learning, Artificial, Neural Network, Precision agriculture
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