A cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) é uma cultura de relevância socioeconômica para o Brasil por proporcionar divisas na balança comercial do país e figurar como pilar estratégico para a matriz energética brasileira. O Estado de São Paulo é o maior produtor nacional de cana e de seus derivados. Apesar da intensa discussão em torno das mudanças climáticas globais na última década, sabe-se que as projeções acerca do clima futuro e seu impacto na agricultura contêm uma série de incertezas oriundas dos diferentes componentes do sistema de análise (clima, culturas, práticas de manejo). Nesse sentido, vem sendo cientificamente aceito o uso de um conjunto de cenários climáticos possíveis, ao invés de apenas uma simulação gerada por um único modelo. Na agricultura, uma das ferramentas cientificamente aceitas para a análise de impactos das mudanças climáticas é pelo uso de modelos de crescimento de plantas, baseados em processos fisiológicos e físicos que ocorrem nas culturas. Este trabalho teve como objetivo simular o cenário atual e quatro cenários futuros de mudança climática para a cultura de cana-de-açúcar em 38 municípios do Estado de São Paulo, em três períodos de corte, utilizando os modelos de simulação APSIM-Sugar e DSSAT/CANEGRO. Os cenários futuros, em média, representaram um aumento de 3% de precipitação total anual (45 mm), 9% na temperatura média máxima (3°C) e 15% na temperatura média mínima (3°C) nos locais de estudo em relação ao cenário atual. Através das simulações produzidas pelos dois modelos, foi possível identificar que a massa fresca de colmos respondeu positivamente aos cenários climáticos futuros em relação ao cenário atual, chegando a 16% no modelo APSIM-Sugar e 4% no modelo DSSAT/CANEGRO, o que corresponde à redução dos riscos de produção de cana-de-açúcar. Com base nesses dados, de modo geral, nenhum dos cenários climáticos futuros implicaria em perda de produtividade em relação ao padrão atual. / The sugarcane crop (Saccharum officinarum) has socio-economic relevance for Brazil for supporting the country trade account and for its role in Brazilian energy matrix. The State of São Paulo is the largest producer of sugarcane and derivatives. Despite the intense discussion of global climate change over the past decade, it is well known that future climate projections and its impact on agriculture have a number of uncertainties arising from the different components of the system (climate, crop physiology and management). It has been scientifically accepted the use of a ensemble of possible climate scenarios and crop models, rather than just one simulation generated by a single model. In agriculture, it is now scientifically accepted one of the tools for analyzing the impact of climate change on agriculture is the use of process based crop models. This study simulated the current and four future scenarios of climate change for sugarcane in 38 municipalities of São Paulo, in three harvest season , using APSIM-Sugar and DSSAT/CANEGRO. Future climate scenarios, on average, represented an increase of 3% of total annual precipitation (45 mm), 9% in average maximum temperature (3°C) and 15% in average minimum temperature (3 °C) for the sites in comparison with the current scenario. Models simulated the fresh stalk mass increasing in the future around 16% in APSIM-Sugar model and 4% in DSSAT/CANEGRO model, as well as the reduction of climate risks for sugarcane production. Based on these data, none of future climate scenarios would imply in yield loss compared to the current climate.

A cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) é uma cultura de relevância socioeconômica para o Brasil por proporcionar divisas na balança comercial do país e figurar como pilar estratégico para a matriz energética brasileira. O Estado de São Paulo é o maior produtor nacional de cana e de seus derivados. Apesar da intensa discussão em torno das mudanças climáticas globais na última década, sabe-se que as projeções acerca do clima futuro e seu impacto na agricultura contêm uma série de incertezas oriundas dos diferentes componentes do sistema de análise (clima, culturas, práticas de manejo). Nesse sentido, vem sendo cientificamente aceito o uso de um conjunto de cenários climáticos possíveis, ao invés de apenas uma simulação gerada por um único modelo. Na agricultura, uma das ferramentas cientificamente aceitas para a análise de impactos das mudanças climáticas é pelo uso de modelos de crescimento de plantas, baseados em processos fisiológicos e físicos que ocorrem nas culturas. Este trabalho teve como objetivo simular o cenário atual e quatro cenários futuros de mudança climática para a cultura de cana-de-açúcar em 38 municípios do Estado de São Paulo, em três períodos de corte, utilizando os modelos de simulação APSIM-Sugar e DSSAT/CANEGRO. Os cenários futuros, em média, representaram um aumento de 3% de precipitação total anual (45 mm), 9% na temperatura média máxima (3°C) e 15% na temperatura média mínima (3°C) nos locais de estudo em relação ao cenário atual. Através das simulações produzidas pelos dois modelos, foi possível identificar que a massa fresca de colmos respondeu positivamente aos cenários climáticos futuros em relação ao cenário atual, chegando a 16% no modelo APSIM-Sugar e 4% no modelo DSSAT/CANEGRO, o que corresponde à redução dos riscos de produção de cana-de-açúcar. Com base nesses dados, de modo geral, nenhum dos cenários climáticos futuros implicaria em perda de produtividade em relação ao padrão atual. / The sugarcane crop (Saccharum officinarum) has socio-economic relevance for Brazil for supporting the country trade account and for its role in Brazilian energy matrix. The State of São Paulo is the largest producer of sugarcane and derivatives. Despite the intense discussion of global climate change over the past decade, it is well known that future climate projections and its impact on agriculture have a number of uncertainties arising from the different components of the system (climate, crop physiology and management). It has been scientifically accepted the use of a ensemble of possible climate scenarios and crop models, rather than just one simulation generated by a single model. In agriculture, it is now scientifically accepted one of the tools for analyzing the impact of climate change on agriculture is the use of process based crop models. This study simulated the current and four future scenarios of climate change for sugarcane in 38 municipalities of São Paulo, in three harvest season , using APSIM-Sugar and DSSAT/CANEGRO. Future climate scenarios, on average, represented an increase of 3% of total annual precipitation (45 mm), 9% in average maximum temperature (3°C) and 15% in average minimum temperature (3 °C) for the sites in comparison with the current scenario. Models simulated the fresh stalk mass increasing in the future around 16% in APSIM-Sugar model and 4% in DSSAT/CANEGRO model, as well as the reduction of climate risks for sugarcane production. Based on these data, none of future climate scenarios would imply in yield loss compared to the current climate.

By 2050, food consumption and agricultural water use will increase as a result of a global population that is projected to reach 9 billion people. To address this food and water security challenge, there has been increased attention towards the concept of sustainable agriculture, which has a broad aim of securing food and water resources while preserving the environment for future generations. An element of this is the use of precision agriculture, which is designed to provide the right inputs, at the right time and in the right place. In order to optimize nutrient application, water intakes, and the profitability of agricultural areas, it is necessary to improve our understating and predictability of agricultural systems at high spatio-temporal scales. The underlying goal of the research presented herein is to advance the monitoring of croplands and crop yield through high-resolution satellite data. In addressing this, we explore the utility of daily CubeSat imagery to produce the highest spatial resolution (3 m) estimates of leaf area index and crop water use ever retrieved from space, providing an enhanced capacity to provide new insights into precision agriculture. The novel insights on crop health and conditions derived from CubeSat data are combined with the predictive ability of crop models, with the aim of improving crop yield predictions. To explore the latter, a sensitivity analysis-linked Bayesian inference framework was developed, offering a tool for calibrating crop models while simultaneously quantifying the uncertainty in input parameters. The effect of integrating higher spatio-temporal resolution data in crop models was tested by developing an approach that assimilates CubeSat imagery into a crop model for early season yield prediction at the within-field scale. In addition to satellite data, the utility of even higher spatial resolution products from unmanned aerial vehicles was also examined in the last section of the thesis, where future research avenues are outlined. Here, an assessment of crop height is presented, which is linked to field biomass through the use of structure from motion techniques. These results offer further insights into small-scale field variabilities from an on-demand basis, and represent the cutting-edge of precision agricultural advances.

O suprimento inadequado de nutrientes em pastagem influencia diretamente na produtividade da planta. A eficiência de utilização de nitrogênio (EUN) é definida como a quantidade em kg de MS produzida por kg de nitrogênio aplicado. A EUN é influenciada por fatores de temperatura e disponibilidade hídrica. O objetivo geral do trabalho foi definir critérios agroclimáticos para recomendação de épocas para adubação nitrogenada de Urochloa brizantha cv. Marandu na região de São Paulo. Com base na literatura foram definidas três classes de expectativa de resposta à adubação: alta, moderada e baixa. Estas classes foram relacionadas a critérios térmicos e hídrico, definidos a partir de dados de literatura e de modelagem matemática. O modelo APSIM (Agricultural Production System Simular) foi utilizado para estimar a eficiência de uso de N em quatro cidades do Estado de São Paulo com climas contrastantes. Em seguida, os dados foram relacionados à temperatura média diária e foram definidos os critérios térmicos relacionados à expectativa de resposta à adubação. A relação entre armazenamento relativo de água e produção relativa de Urochloa brizantha cv. Marandu, obtida a partir de dados de literatura, foi utilizada para definição dos critérios hídricos. A adubação nitrogenada em cada período foi classificada em \"recomendada\" ou \"não recomendada\", a partir da combinação entre os critérios de disponibilidade de água e temperatura. Os dados de armazenamento relativo de água no solo e temperatura média de Itapetininga, São Carlos, São José do Rio Preto e Araçatuba foram submetidos à análise estatística descritiva. Os períodos nos quais havia probabilidade igual ou superior a 80% de ocorrer a condição \"recomendada\" foram considerados adequados para adubação nitrogenada. A expectativa de resposta à adubação foi considerada alta quando a temperatura média do período era superior a 21,6°C, moderada quando a temperatura média era entre 16,7 e 21,6°C e baixa quando a temperatura média era inferior a 16,7°C. Em relação ao critério hídrico, a expectativa de resposta à adubação foi considerada alta quando o armazenamento relativo de água era superior a 0,82, moderada entre 0,82 e 0,62 e baixa quando o armazenamento era inferior a 0,62. As épocas para adubação nitrogenada foram diferentes nas cidades em estudo devido a diferenças climáticas entre elas. De dezembro a março foram os meses recomendados para adubação em Araçatuba, outubro a fevereiro para Itapetininga. Em São José do Rio Preto a adubação nitrogenada deve ser recomendada a partir de dezembro. Entre março e abril, o risco associado ao critério hídrico é um pouco mais elevado, voltando a diminuir em maio. Entre junho e novembro a adubação nitrogenada não é recomendada em São José do Rio Preto. Em São Carlos a melhor época para adubação nitrogenada é de novembro a maio. Modelo APSIM não simulou adequadamente a produtividade de Urocloa brizantha cv. Marandu, principalmente em sistema sem adição de nitrogênio. A definição de critério relacionados a temperatura e disponibilidade de água possibilitou a identificação de épocas para recomendação de adubação nitrogenada em função da expectativa de resposta de Urocloa brizantha cv. Marandu visando as maiores eficiências de utilização de nitrogênio e sustentabilidade dos sistemas de produção animal / Inadequate grazing nutrient supply directly influences plant productivity. The nitrogen utilization efficiency (EUN) is defined as the amount in kg of DM produced per kg of nitrogen applied. EUN is influenced by temperature factors and water availability. The general objective of the work was to define agroclimatic criteria for the recommendation of nitrogen fertilization periods of Urochloa brizantha cv. Marandu in the region of São Paulo. Based on the literature, three classes of expectation of response to fertilization were defined: high, moderate and low. These classes were related to thermal and water criteria, defined from literature data and mathematical modeling. The APSIM (Agricultural Production System Simulate) model was used to estimate the efficiency of N use in four cities of the State of São Paulo with contrasting climates. The data were then related to the average daily temperature and the thermal criteria related to the expected response to fertilization were defined. The relationship between relative water storage and relative yield of Urochloa brizantha cv. Marandu, obtained from literature data, was used to define the water criteria. Nitrogen fertilization in each period was classified as \"recommended\" or \"not recommended\", based on the combination of water and temperature availability criteria. The data of relative water storage in the soil and average temperature of Itapetininga, São Carlos, São José do Rio Preto and Araçatuba were submitted to descriptive statistical analysis. The periods in which there was a probability equal to or greater than 80% of the \"recommended\" condition were considered adequate for nitrogen fertilization. The expected response to fertilization was considered high when the mean temperature of the period was higher than 21.6°C, moderate when the average temperature was between 16.7 and 21.6°C and low when the average temperature was below 16.7°C. Regarding the water criterion, the expectation of response to fertilization was considered high when the relative water storage was higher than 0.82, moderate between 0.82 and 0.62 and low when storage was less than 0.62. The seasons for nitrogen fertilization were different in the cities under study due to climatic differences between them. From December to March were the months recommended for fertilization in Araçatuba, October to February for Itapetininga. In São José do Rio Preto nitrogen fertilization should be recommended as of December. Between March and April, the risk associated with the water criterion is slightly higher, decreasing again in May. Between June and November nitrogen fertilization is not recommended in São José do Rio Preto. In São Carlos, the best season for nitrogen fertilization is from November to May. Model APSIM did not adequately simulate the productivity of Urocloa brizantha cv. Marandu, mainly in system without addition of nitrogen. The definition of criteria related to water temperature and availability made it possible to identify times for nitrogen fertilization recommendation as a function of the expected response of Urocloa brizantha cv. Marandu aiming at greater nitrogen utilization and sustainability efficiencies of animal production systems.

O suprimento inadequado de nutrientes em pastagem influencia diretamente na produtividade da planta. A eficiência de utilização de nitrogênio (EUN) é definida como a quantidade em kg de MS produzida por kg de nitrogênio aplicado. A EUN é influenciada por fatores de temperatura e disponibilidade hídrica. O objetivo geral do trabalho foi definir critérios agroclimáticos para recomendação de épocas para adubação nitrogenada de Urochloa brizantha cv. Marandu na região de São Paulo. Com base na literatura foram definidas três classes de expectativa de resposta à adubação: alta, moderada e baixa. Estas classes foram relacionadas a critérios térmicos e hídrico, definidos a partir de dados de literatura e de modelagem matemática. O modelo APSIM (Agricultural Production System Simular) foi utilizado para estimar a eficiência de uso de N em quatro cidades do Estado de São Paulo com climas contrastantes. Em seguida, os dados foram relacionados à temperatura média diária e foram definidos os critérios térmicos relacionados à expectativa de resposta à adubação. A relação entre armazenamento relativo de água e produção relativa de Urochloa brizantha cv. Marandu, obtida a partir de dados de literatura, foi utilizada para definição dos critérios hídricos. A adubação nitrogenada em cada período foi classificada em \"recomendada\" ou \"não recomendada\", a partir da combinação entre os critérios de disponibilidade de água e temperatura. Os dados de armazenamento relativo de água no solo e temperatura média de Itapetininga, São Carlos, São José do Rio Preto e Araçatuba foram submetidos à análise estatística descritiva. Os períodos nos quais havia probabilidade igual ou superior a 80% de ocorrer a condição \"recomendada\" foram considerados adequados para adubação nitrogenada. A expectativa de resposta à adubação foi considerada alta quando a temperatura média do período era superior a 21,6°C, moderada quando a temperatura média era entre 16,7 e 21,6°C e baixa quando a temperatura média era inferior a 16,7°C. Em relação ao critério hídrico, a expectativa de resposta à adubação foi considerada alta quando o armazenamento relativo de água era superior a 0,82, moderada entre 0,82 e 0,62 e baixa quando o armazenamento era inferior a 0,62. As épocas para adubação nitrogenada foram diferentes nas cidades em estudo devido a diferenças climáticas entre elas. De dezembro a março foram os meses recomendados para adubação em Araçatuba, outubro a fevereiro para Itapetininga. Em São José do Rio Preto a adubação nitrogenada deve ser recomendada a partir de dezembro. Entre março e abril, o risco associado ao critério hídrico é um pouco mais elevado, voltando a diminuir em maio. Entre junho e novembro a adubação nitrogenada não é recomendada em São José do Rio Preto. Em São Carlos a melhor época para adubação nitrogenada é de novembro a maio. Modelo APSIM não simulou adequadamente a produtividade de Urocloa brizantha cv. Marandu, principalmente em sistema sem adição de nitrogênio. A definição de critério relacionados a temperatura e disponibilidade de água possibilitou a identificação de épocas para recomendação de adubação nitrogenada em função da expectativa de resposta de Urocloa brizantha cv. Marandu visando as maiores eficiências de utilização de nitrogênio e sustentabilidade dos sistemas de produção animal / Inadequate grazing nutrient supply directly influences plant productivity. The nitrogen utilization efficiency (EUN) is defined as the amount in kg of DM produced per kg of nitrogen applied. EUN is influenced by temperature factors and water availability. The general objective of the work was to define agroclimatic criteria for the recommendation of nitrogen fertilization periods of Urochloa brizantha cv. Marandu in the region of São Paulo. Based on the literature, three classes of expectation of response to fertilization were defined: high, moderate and low. These classes were related to thermal and water criteria, defined from literature data and mathematical modeling. The APSIM (Agricultural Production System Simulate) model was used to estimate the efficiency of N use in four cities of the State of São Paulo with contrasting climates. The data were then related to the average daily temperature and the thermal criteria related to the expected response to fertilization were defined. The relationship between relative water storage and relative yield of Urochloa brizantha cv. Marandu, obtained from literature data, was used to define the water criteria. Nitrogen fertilization in each period was classified as \"recommended\" or \"not recommended\", based on the combination of water and temperature availability criteria. The data of relative water storage in the soil and average temperature of Itapetininga, São Carlos, São José do Rio Preto and Araçatuba were submitted to descriptive statistical analysis. The periods in which there was a probability equal to or greater than 80% of the \"recommended\" condition were considered adequate for nitrogen fertilization. The expected response to fertilization was considered high when the mean temperature of the period was higher than 21.6°C, moderate when the average temperature was between 16.7 and 21.6°C and low when the average temperature was below 16.7°C. Regarding the water criterion, the expectation of response to fertilization was considered high when the relative water storage was higher than 0.82, moderate between 0.82 and 0.62 and low when storage was less than 0.62. The seasons for nitrogen fertilization were different in the cities under study due to climatic differences between them. From December to March were the months recommended for fertilization in Araçatuba, October to February for Itapetininga. In São José do Rio Preto nitrogen fertilization should be recommended as of December. Between March and April, the risk associated with the water criterion is slightly higher, decreasing again in May. Between June and November nitrogen fertilization is not recommended in São José do Rio Preto. In São Carlos, the best season for nitrogen fertilization is from November to May. Model APSIM did not adequately simulate the productivity of Urocloa brizantha cv. Marandu, mainly in system without addition of nitrogen. The definition of criteria related to water temperature and availability made it possible to identify times for nitrogen fertilization recommendation as a function of the expected response of Urocloa brizantha cv. Marandu aiming at greater nitrogen utilization and sustainability efficiencies of animal production systems.

Silvopastoral systems are a kind of agroforestry system in which trees or shrubs are combined with animals and pastures. Silvopastoral systems are important to intensify pasture production and mitigate climate change effects. However, very few studies have been performed to adapt crop models to simulate these systems. The aim of this study was to parameterize and test the mechanistic crop models APSIM and CROPGRO for estimating Urochloa brizantha cv. BRS Piatã productivity under full sun and in a silvopastoral system, to evaluate the models\' performance to simulate tree-crop interactions, and to develop tools to improve these simulations. For this purpose, four field experiments were conducted under full sun to investigate cutting management under irrigated and rainfed conditions and grazing management under rainfed conditions with high and low N supply. Another experiment was carried out in a silvopastoral system with the trees arranged in simple rows, in East-West orientation, with 15 m between rows and 2 m between plants in the rows. This experiment was conducted under grazing management and rainfed conditions with the pasture variables, microclimate and soil water content being assessed at four distances from the North row (0.00 m, 3.75 m, 7.50 m and 11.25 m). The forage mass simulations for the pasture at full sun, performed using the APSIM-Tropical Pasture model, showed good agreement between observed and estimated data (R2 between 0.82 and 0.97, d between 0.92 and 0.98, and NSE ranging from 0.72 to 0.92), while the simulations with the CROPGRO-Perennial Forage model achieved good precision (R2 between 0.65 and 0.93) and good accuracy (d from 0.86 to 0.97, and NSE from 0.60 to 0.90), for the various managements and environmental conditions. Even considering the promising performance of both models for pastures under full sun, they already needs to be tested in other locations, climate conditions, soils, and grazing or cutting intensities, to prove its accuracy and reach enough confidence. The pasture growth simulations at the silvopastoral system indicated that the APSIM-Tropical Pasture was efficient when only competition by solar radiation was considered (R2 from 0.69 to 0.88, d from 0.90 to 0.96, and NSE between 0.51 and 0.85), but inefficient when considering only competition by soil water (R2 between 0.58 and 0.85, d between 0.58 and 0.82, and NSE from -4.07 to -0.14). The CROPGRO-Perennial Forage achieved good performance on pasture growth simulation at the distances 0.00 m, 3.75 m, and 7.50 m from the trees (R2 from 0.75 to 0.90, d from 0.93 to 0.96, NSE between 0.74 and 0.85). Despite the good results, improvements should be performed in both models for simulating all factors that affect forage growth in silvopastoral systems. / Os sistemas silvipastoris são um tipo de sistema agroflorestal em que árvores ou arbustos são combinados com animais e pastagens. Os sistemas silvipastoris são importantes para a intensificação de pastagens e para a mitigação dos efeitos das mudanças climáticas. Entretanto, poucos estudos vêm sendo realizados visando à adaptação de modelos para a simulação desses sistemas. O objetivo desse estudo foi parametrizar e testar os modelos mecanísticos APSIM e CROPGRO para estimar a produtividade de Urochloa brizantha cv. BRS Piatã a pleno sol e em um sistema silvipastoril, avaliar o desempenho dos modelos para simular as interações árvore-pastagem e desenvolver ferramentas para aprimorar tais simulações. Para isso, foram conduzidos quatro experimentos de campo, a pleno sol, para avaliar diferentes manejos da pastagem: corte, em irrigado e sequeiro; e pastejo, em sequeiro e com alto ou baixo suprimento de nitrogênio. Outro experimento foi conduzido em um sistema silvipastoril com as árvores arranjadas em renques simples, com orientação Leste-Oeste, com espaçamento de 15 m entre renques e 2 m entre plantas nos renques. Esse experimento foi conduzido sob pastejo e em sequeiro, com avaliações das variáveis da pastagem, microclima e água no solo em quatro distâncias em relação ao renque Norte (0,00 m; 3,75 m; 7,50 m and 11,25 m). As estimativas de massa de forragem a pleno sol, realizadas com o modelo APSIM-Tropical Pasture, apresentaram boa concordância entre os dados observados e os estimados (R2 entre 0,82 e 0,97, d entre 0,92 e 0,98 e NSE de 0,72 a 0,92), enquanto que, as estimativas geradas pelo modelo CROPGRO-Perennial Forage alcançaram boa precisão (R2 entre 0,65 e 0,93) e boa exatidão (d entre 0,86 e 0,97 e NSE de 0,60 a 0,90), para os diferentes manejos e condições ambientais. Mesmo considerando o desempenho promissor de ambos os modelos para simular pastagens a pleno sol, para confirmar a acurácia e a eficiência destes, são necessários testes em outros locais, condições climáticas, tipos de solo e intensidades de corte ou pastejo. As simulações do crescimento da pastagem no sistema silvipastoril indicaram que o modelo APSIM-Tropical Pasture, foi eficiente quando somente a competição por radiação solar foi considerada (R2 de 0,69 a 0,88, d entre 0,90 e 0,96 e NSE de 0,51 a 0,85), mas ineficiente quando somente a competição por água no solo foi considerada (R2 entre 0,58 e 0,85, d entre 0,58 e 0,82 e NSE de -4,07 a -0,14). O modelo CROPGRO-Perennial Forage atingiu bom desempenho na simulação do crescimento da pastagem para as distâncias 0,00 m, 3,75 m e 7,50 m em relação às árvores (R2 de 0,75 a 0,90, d entre 0,93 e 0,96, NSE de 0,74 a 0,85). Apesar dos bons resultados, ambos os modelos devem ser melhorados para simular todos os fatores que afetam o crescimento de pastagens em sistemas silvipastoris.

A determinação da quantidade ideal de palha sobre o solo é uma das questões mais discutidas pelo setor sucroenergético, visto que este resíduo vegetal pode ser considerado um subproduto da cana-de-açúcar destinado à produção de etanol celulósico e cogeração de energia elétrica. Para estabelecer estes valores é necessário considerar as necessidades da cultura, juntamente com características físico-químicas e biológicas do solo. Os modelos de culturas baseados em processos (MCPs), especificamente o APSIM-Sugar, capaz de simular a matéria orgânica sobre o solo, pode ser utilizado em conjunto com experimentos de campo, para auxiliar as tomadas de decisão sobre quais as quantidades ideais de palha em cada sistema de produção de cana-de-açúcar no Brasil. Os MCPs devem ser utilizados para simular o desenvolvimento e o crescimento da cultura, além do balanço de água, nitrogênio e carbono no solo, o que possibilitaria a aplicação dos resultados experimentais em outras regiões de interesse, permitindo visão e compreensão mais amplas das principais questões do setor. Neste contexto, este estudo comparou dois tratamentos: manutenção de 100% da palha (CP) e remoção de 100% da palha (SP) em um experimento irrigado conduzido com a primeira soca da cultivar RB867515, cultivada na região meridional do Brasil, no município de Piracicaba, Estado de São Paulo, Lat. 22,67° S and Long. 47,64° W. Foram realizadas avaliações biométricas mensais, referentes as variáveis, perfilhamento, altura e diâmetro de colmos, índice de área foliar (IAF) e número de folhas verdes, assim como avaliações sobre as massas frescas e secas de folhas, colmos e palmitos. A evapotranspiração da cultura (ETc), foi obtida pelo método da razão de Bowen (MRB) e a partir da reflectometria no domínio da frequência (FDR). O fluxo de seiva pelo método do balanço de calor foi assumido como a transpiração (Tp). Comparando os tratamentos, observou-se diferenças significativas apenas para no IAF e na massa seca de folhas (MSF). A ETc mostrou valores entre 3 e 8 mm dia-1, dependendo das condições climáticas e do estágio da cultura. O coeficiente de cultivo (Kc) apresentou relação inversa com a evapotranspiração de referência (ETo), de tal forma que quando ETo < 2 mm, o Kc(SP) = 1,8 e o Kc(CP) = 1,5, e para situações com ETo > 6mm foram observados Kc(CP) = 1,3 e Kc(SP) = 1,2. O modelo de cultura APSIM-Sugar foi aplicado para diferentes regiões brasileiras, visando a determinação das melhores estratégias de manejo, tanto de água, quanto de solo. As simulações mostraram que, para todas as regiões, a manutenção de no mínimo 50% da palha e a reposição de 25% do total de irrigação, resultou nas maiores taxas de incremento da produtividade da cana-de-açúcar. / Determining the optimal amount of trash blankets above ground is one of the most discussed issues by the sugarcane industry, since this residue can be considered a byproduct of sugarcane due to cellulosic ethanol and electricity cogeneration. To establish these values, it is necessary to consider the crop needs together with physical, chemical and biological soil characteristics. The process based crop models (PBCMs), specifically APSIM-Sugar, able to simulate the soil organic matter, can be used in conjunction with field experiments to support the decision making about the optimum amounts of trash blanket for Brazilian sugarcane farming systems. PBCMs might be used to simulate the crop development and growth, water, nitrogen and carbon soil balances, and make the experiment data applicable for other regions allowing for a broader view and understanding on the key questions. In this context, this study compared two treatments: maintenance of 100% of the trash (CP) and removal of 100% of the trash (SP) in an experiment carried out with an irrigated first ratoon of RB867515 cultivar in Southern Brazil, at city of Piracicaba, State of São Paulo, Lat. 22,67° S and Long. 47,64° W. Monthly biometric evaluations were performed regarding the variables, tillering, stalk\'s height and diameter, leaf area index (LAI) and number of green leaves, as well as fresh and dry mass of leaves, cabbages and stalks. Crop evapotranspiration (ETc) were assessed by Bowen ratio method (MRB) and frequency domain reflectometry (FDR). Sap flow measured by heat balance method was assumed to be the crop transpiration (Tp). APSIM-Sugar crop model was calibrated based on these experimental data, and such model was applied for different Brazilian regions for evaluating the best water-trash management strategies for each region. Comparing both treatments there were just significant differences for leaf area index (LAI) and leaves dry mass (MSF). ETc was ranged from 3 to 8 mm day-1, depending on the weather conditions and crop stage. Crop coefficient (Kc) showed an inverse linear relationship with reference evapotranspiration (ETo), in such way that when ETo < 2 mm, the Kc(SP) = 1,8 and Kc(CP) = 1,5, and for ETo > 6mm it was observed Kc(CP) = 1,3 and Kc(SP) = 1,2. APSIM-Sugar simulations showed that, in the most part of cases, the keeping at least 50% of trash blanket and 25% of total irrigation requirement, resulted on the highest yield rates.

Projeções de crescimento populacional, do aumento do consumo de alimentos e da escassez de terras agricultáveis apontam para a necessidade de intensificar a produção agrícola, a fim de suprir a demanda mundial. O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, sendo o estado de São Paulo responsável por 56% da produção nacional. Nos mais de 4,5 milhões de hectares no estado, a cultura apresenta período de latência do crescimento. Nesse momento de crescimento lento da cana-de-açúcar a introdução de uma cultura de ciclo anual curto faz-se possível. Com base nessa hipótese, a presente dissertação de mestrado se propôs avaliar o desempenho fitotécnico da consorciação de cana-de-açúcar e canola e, particularmente analisar a capacidade produtiva da oleaginosa em ambiente de clima tropical, quantificar a interação com a radiação fotossinteticamente ativa desses cultivos e avançar no estudo de modelagem da cultura da canola. Para isso, foram conduzidos experimentos a campo, durante três anos agrícolas, delineado em blocos casualizados com 4 repetições e 5 tratamentos: cana-de-açúcar + canola Hyola 61; cana-de-açúcar + canola Hyola 401 ou Hyola 571; cana-de-açúcar monocultivo; canola Hyola 61 monocultivo; canola Hyola 401 ou Hyola 571 monocultivo. Além disso, foi conduzido um experimento adicional de produção de canola irrigada delineado no esquema de blocos casualizados com 4 repetições para a calibração do modelo APSIM-Canola. Medidas meteorológicas, de solo e biométricas foram realizadas para caracterizar os sistemas de produção. Os principais resultados evidenciaram que o sistema de consorciação de cana-de-açúcar e canola foi capaz de intensificar o uso da terra, com produtividade das culturas consorciadas similar às obtidas em monocultivo. O aumento da produção do sistema consorciado ocorreu devido a utilização mais eficiente dos recursos ambientais, principalmente da radiação fotossinteticamente ativa. O modelo APSIM-Canola calibrado demonstrou potencialidade de uso para projetar a expansão agrícola da canola, podendo contribuir para o aperfeiçoamento do zoneamento agroclimático da cultura no Brasil. / Projections of population growth, increased food consumption and scarce agricultural land indicate the need to intensify agricultural production in order to meet the world demand. Brazil is the world\'s largest producer of sugarcane, with São Paulo state accounting for 56% of national production. In the more than 4.5 million hectares in the State, the crop has a latency period of growth. At this time of slow growth of sugarcane, the introduction of a short-season crop is possible. Based on this hypothesis, the present Master\'s thesis aimed to evaluate the phytotechnical performance of sugarcane and canola intercropping and, in particular, to analyze the productive capacity of the oilseed in a tropical climate environment, to quantify the interaction with the photosynthetically active radiation of these crops and to advance in the modeling study of canola. For this, field experiments were conducted during three agricultural years, delineated in randomized complete block with 4 replicates and 5 treatments: sugarcane + Hyola canola 61; canola + canola Hyola 401 or Hyola 571; cane sugar monoculture; canola Hyola 61 monoculture; canola Hyola 401 or Hyola 571 monoculture. In addition to that, it was conducted an experiment of irrigated canola production outlined in randomized complete block design with 4 replications for the calibration of APSIM-Canola model. Meteorological, soil and biometric measurements were performed to characterize the production systems. The main results showed that the sugarcane and canola intercropping system was able to intensify land use, with yields of intercropped crops similar to those obtained in monoculture. The increase in the production of the intercropping system occurs due to the more efficient use of the environmental resources, mainly of photosynthetically active radiation. The calibrated APSIM-Canola model showed potential use to project the agricultural expansion of canola, and can contribute to the improvement of the crop\'s agroclimatic zoning in Brazil.

Made available in DSpace on 2016-06-02T18:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4773.pdf: 2663058 bytes, checksum: bffabf5b19b85ded64c108c783beee0e (MD5) Previous issue date: 2012-12-17 / The increasing demand for alternative energy sources for replacing fossil fuels has attracted investments for Brazilian sugarcane industry, which has been widely reconized as a model of renewable energy producer. To ensure financial security is necessary that production of sugarcane provide the socioeconomic and agri-enviromental needs, with emphasis on the relationship between the production of electricity from the burning of biomass and ethanol by new ways of obtaining such as cellulose hydrolysis and the maintenance of sugarcane trash under the soil. Process based crop models based, such as APSIM (Agricultural Productions Systems Simulator), are useful tools for planing the production system and to identify the bottlenecks influencing the profitability of the sector. The objective was to model the growth and productivity of green and burnt sugarcane harvesting systems, under several nitrogen fertilizer levels (60, 120 and 180 kg ha-1). The study was based on two experiments located in Piracicaba-SP and Salinas-MG caried on with cultivar SP80-1842. The evaluation of the model showed that the APSIM-Sugarcane is able to drescribe adequately the growth and productivity of cane sugar production in these environments, once the modeling eficiency (E) was greater than 0.9 for stlak dry mass (MS). Simulations also showed that the amount of trash on the soil would affect the crop yield and the remotion of trash for using in the mills would ultimately decrease the sugarcane yield along the time. However, in these simulations, the crop did not respond to nitrogen fertilization. / A demanda crescente por fontes energéticas alternativas, em detrimento dos combustiveis fósseis, tem dado destaque ao Brasil no cenário inernacional como modelo de produção de energia renovável e atraído investimentos massivos ao setor sucroenergético brasileiro nacional. Para garantir a segurança financeira do negócio, é necessário que a produção de cana-de-açúcar supra as necessidades socioeconômicas e agroambientais, com ênfase na relação entre a produção de energia elétrica, a partir da queima dos resíduos vegetais e do etanol por novas vias de obtenção, como a hidrólise de celulose, e a manutenção da palha sob o solo. Modelos de simulação de culturas baseados em processos biofísicos, como o APSIM (Agricultural Productions Systems Simulator), são ferramentas úteis para o planejamento da produção e na determinação dos pontos de estrangulamento que influenciam a lucratividade do setor. O objetivo do trabalho foi modelar o crescimento e a produtividade da cana-de-açúcar em sistemas de colheita mecanizada, avaliando o efeito da remoção da palhada remanescente em combinação com doses de adubação nitrogenada de 60, 120 e 180 kg.ha-1. Os estudos foram realizados com base em dois experimentos localizados em Piracicaba-SP e Salinas-MG, conduzidos com a variedade SP80-1842. A avaliação do modelo revelou que o APSIM-Sugarcane é capaz de descrever adequadamente o crescimento e a produtividade da cana-de-açúcar em diferentes ambientes produtivos com eficiência da modelagem (E) maior que 0,9 para massa seca de colmos (MS). As simulações também mostraram que a quantidade de palha no solo pode afetar a produtividade da cultura, que a remoção da palha, para utilização na indústria, acarretaria em redução da produtividade no longo prazo. Entretanto, nas simulações feitas a cultura não respondeu significativamente à adubação nitrogenada.

Projeções de crescimento populacional, do aumento do consumo de alimentos e da escassez de terras agricultáveis apontam para a necessidade de intensificar a produção agrícola, a fim de suprir a demanda mundial. O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, sendo o estado de São Paulo responsável por 56% da produção nacional. Nos mais de 4,5 milhões de hectares no estado, a cultura apresenta período de latência do crescimento. Nesse momento de crescimento lento da cana-de-açúcar a introdução de uma cultura de ciclo anual curto faz-se possível. Com base nessa hipótese, a presente dissertação de mestrado se propôs avaliar o desempenho fitotécnico da consorciação de cana-de-açúcar e canola e, particularmente analisar a capacidade produtiva da oleaginosa em ambiente de clima tropical, quantificar a interação com a radiação fotossinteticamente ativa desses cultivos e avançar no estudo de modelagem da cultura da canola. Para isso, foram conduzidos experimentos a campo, durante três anos agrícolas, delineado em blocos casualizados com 4 repetições e 5 tratamentos: cana-de-açúcar + canola Hyola 61; cana-de-açúcar + canola Hyola 401 ou Hyola 571; cana-de-açúcar monocultivo; canola Hyola 61 monocultivo; canola Hyola 401 ou Hyola 571 monocultivo. Além disso, foi conduzido um experimento adicional de produção de canola irrigada delineado no esquema de blocos casualizados com 4 repetições para a calibração do modelo APSIM-Canola. Medidas meteorológicas, de solo e biométricas foram realizadas para caracterizar os sistemas de produção. Os principais resultados evidenciaram que o sistema de consorciação de cana-de-açúcar e canola foi capaz de intensificar o uso da terra, com produtividade das culturas consorciadas similar às obtidas em monocultivo. O aumento da produção do sistema consorciado ocorreu devido a utilização mais eficiente dos recursos ambientais, principalmente da radiação fotossinteticamente ativa. O modelo APSIM-Canola calibrado demonstrou potencialidade de uso para projetar a expansão agrícola da canola, podendo contribuir para o aperfeiçoamento do zoneamento agroclimático da cultura no Brasil. / Projections of population growth, increased food consumption and scarce agricultural land indicate the need to intensify agricultural production in order to meet the world demand. Brazil is the world\'s largest producer of sugarcane, with São Paulo state accounting for 56% of national production. In the more than 4.5 million hectares in the State, the crop has a latency period of growth. At this time of slow growth of sugarcane, the introduction of a short-season crop is possible. Based on this hypothesis, the present Master\'s thesis aimed to evaluate the phytotechnical performance of sugarcane and canola intercropping and, in particular, to analyze the productive capacity of the oilseed in a tropical climate environment, to quantify the interaction with the photosynthetically active radiation of these crops and to advance in the modeling study of canola. For this, field experiments were conducted during three agricultural years, delineated in randomized complete block with 4 replicates and 5 treatments: sugarcane + Hyola canola 61; canola + canola Hyola 401 or Hyola 571; cane sugar monoculture; canola Hyola 61 monoculture; canola Hyola 401 or Hyola 571 monoculture. In addition to that, it was conducted an experiment of irrigated canola production outlined in randomized complete block design with 4 replications for the calibration of APSIM-Canola model. Meteorological, soil and biometric measurements were performed to characterize the production systems. The main results showed that the sugarcane and canola intercropping system was able to intensify land use, with yields of intercropped crops similar to those obtained in monoculture. The increase in the production of the intercropping system occurs due to the more efficient use of the environmental resources, mainly of photosynthetically active radiation. The calibrated APSIM-Canola model showed potential use to project the agricultural expansion of canola, and can contribute to the improvement of the crop\'s agroclimatic zoning in Brazil.