Na cultura da cana-de-açúcar, sabe-se que existe uma densidade adequada de plantio para que a variedade alcance uma maior produção. A adubação e o sistema de mudas pré-brotadas poderão contribuir para produção de mudas, com alto padrão de fitossanidade, vigor e uniformidade de plantio. Objetivou-se com esse trabalho avaliar índices biométricos e fisiológicos, o acúmulo de nitrogênio, a produtividade e os atribútos tecnológicos da parte aérea da cana-planta em função da densidade de plantio e da adubação nitrogenada em cana-planta proveniente de mudas pré-brotadas. O experimento foi conduzido em Santa Cruz das Palmeiras/SP, num Latossolo Vermelho Distrófico Típico de textura média. A cultivar utilizada foi a IACSP95-5000. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, em fatorial 3x3, com três repetições. O primeiro fator foi a densidade de plantas no sulco, com três níveis, 0,25; 0,50 e 0,75 m entre plantas e o segundo fator foi a dose de nitrogênio, com três níveis, 40, 80 e 120 kg N ha-1, num total de 27 parcelas. O N foi aplicado na forma de ureia. As amostradas de biomassa da parte aérea foram coletadas aos 48, 82, 145, 278, 356 e 497 dias após o plantio, em 2 metros de linha, em duas linhas por parcela. Para o ajuste dos índices biométricos, fisiológicos e de acúmulo de nutrientes estudados e de suas taxas foram utilizadas função logísticas, gaussiana e exponencial. A colheita ocorreu em 06 de junho de 2015. Contabilizou-se o número de colmos em 10 metros de linha e foram colhidos 10 colmos por parcela, aleatoriamente, medindo-se o diâmetro e a estatura dos colmos. A produtividade foi calculada por biometria e a colheita realizada manualmente, sem despalha a fogo, sendo colhidos 2 metros de linha, em duas linhas por parcela, pesando apenas os colmos. As análises tecnológicas realizadas foram Brix, Pureza, Fibra, Pol da cana, Açúcares redutores e Açúcar total recuperável. O acúmulo de massa seca (MS) da parte aérea apresentou forma sigmoidal e a fase de máximo acúmulo ocorreu quando a evapotranspiração real (ETR) da cultura igualou-se a evapotranspiração potencial (ETP), entre os meses de novembro a maio. A taxa de crescimento máxima foi observada durante a fase de maior acúmulo de MS e maior ETR, descrescendo até a colheita. A taxa de crescimento relativo máxima foi observada no ínício do desenvolvimento da cultura, diminuindo-se exponencialmente a medida em que se aumenta o acúmulo de MS. Não se observou influência dos tratamentos na altura do colmo. Quanto ao diâmetro do colmo e número de colmos por metro, observou-se diferença significativa apenas para as densidades. A produtividade média foi de 200 t colmo ha-1, não sendo observada diferença significativa no efeito dos fatores estudados sob a produtividade e parâmetros tecnológicos. Quanto ao acúmulo de N, não foi observado efeito significativo dos fatores estudados e as taxas máximas de acúmulo foram observadas antes do início da fase de máximo desenvolvimento da cultura. A necessidade nitrogênio média para produção de 01 tonelada de colmo por hectare foi de 1,26 kg de N. A concentração de N na planta acúmulo de biomassa / In the sugarcane crop, it is known that there is a suitable planting density for obtaining high variety production. Nitrogen is a nutrient highly demanded by sugarcane. The adequate fertilization and pre-sprouted buds utilization may contribute to the production of seedlings with high standards of plant health, vigor and uniformity of planting. The objective of this study was to evaluate biometric and physiological indices, the nitrogen accumulation, productivity and technological attributes of the above ground part of the plant cane from pre-sprouted buds as affected by the planting density and nitrogen fertilization. The experiment was conducted in Santa Cruz das Palmeiras, state of Sao Paulo, Brazil, in an Oxisoil (medium texture Typical distrofic Red Latosol). The cultivar used was IACSP95-5000. The experimental design was a randomized block in factorial 3x3, with three replications. The first factor is the plant density in the row, with three levels, 0.25; 0.50 and 0.75 m between plants and the second factor was the nitrogen rates (40, 80 and 120 kg N ha-1), a total of 27 plots. The N was applied as urea. The shoot biomass samples were collected at 48, 82, 145, 278, 356 and 497 days after planting, from 2 meters of two rows per plot. For adjustment of biometric indexes, physiological and accumulation of nutrients studied the Gaussian and exponential logistic functions were used. The harvest took place on June 6, 2015. The number of stalks per 10 meters of row were recorded and 10 stalks per plot were randomly harvested for measurement of the diameter and height of the stalks. The productivity was calculated by biometry and the harvesting done manually without straw removal by burning, and harvested from 2 meter of two rows per plot, weighing only culms. Technological analyzes were Brix, Purity, fiber, cane Pol, reducing sugars and total recoverable sugar were done. The dry mass (DM) of the shoot presented sigmoidal shape and the phase of maximum accumulation occurred when the actual evapotranspiration (ETA) equaled to potential evapotranspiration (ETP), between the months of November to May. The maximum growth rate was observed during the period of greatest accumulation of DM and greater ETA decreasing to harvest. The maximum relative growth rate was observed in the beginning of crop development decreasing exponentially with increasing DM accumulation. There was no treatment effect on stalks height. For the stem diameter and number of stems per meter, there was a significant difference only for densities. The average productivity was 200 t cane ha-1 and no significant difference was observed on the effect of factors studied in productivity and technological parameters. Regarding the accumulation of N, there was no significant effect of studied factors and the maximum accumulation rates were observed before the maximum development stage of the crop. The average nitrogen needed for the production of one t per hectare was 1.26 kg N. The N concentration decreased exponentially with increasing biomass production

Na cultura da cana-de-açúcar, sabe-se que existe uma densidade adequada de plantio para que a variedade alcance uma maior produção. A adubação e o sistema de mudas pré-brotadas poderão contribuir para produção de mudas, com alto padrão de fitossanidade, vigor e uniformidade de plantio. Objetivou-se com esse trabalho avaliar índices biométricos e fisiológicos, o acúmulo de nitrogênio, a produtividade e os atribútos tecnológicos da parte aérea da cana-planta em função da densidade de plantio e da adubação nitrogenada em cana-planta proveniente de mudas pré-brotadas. O experimento foi conduzido em Santa Cruz das Palmeiras/SP, num Latossolo Vermelho Distrófico Típico de textura média. A cultivar utilizada foi a IACSP95-5000. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, em fatorial 3x3, com três repetições. O primeiro fator foi a densidade de plantas no sulco, com três níveis, 0,25; 0,50 e 0,75 m entre plantas e o segundo fator foi a dose de nitrogênio, com três níveis, 40, 80 e 120 kg N ha-1, num total de 27 parcelas. O N foi aplicado na forma de ureia. As amostradas de biomassa da parte aérea foram coletadas aos 48, 82, 145, 278, 356 e 497 dias após o plantio, em 2 metros de linha, em duas linhas por parcela. Para o ajuste dos índices biométricos, fisiológicos e de acúmulo de nutrientes estudados e de suas taxas foram utilizadas função logísticas, gaussiana e exponencial. A colheita ocorreu em 06 de junho de 2015. Contabilizou-se o número de colmos em 10 metros de linha e foram colhidos 10 colmos por parcela, aleatoriamente, medindo-se o diâmetro e a estatura dos colmos. A produtividade foi calculada por biometria e a colheita realizada manualmente, sem despalha a fogo, sendo colhidos 2 metros de linha, em duas linhas por parcela, pesando apenas os colmos. As análises tecnológicas realizadas foram Brix, Pureza, Fibra, Pol da cana, Açúcares redutores e Açúcar total recuperável. O acúmulo de massa seca (MS) da parte aérea apresentou forma sigmoidal e a fase de máximo acúmulo ocorreu quando a evapotranspiração real (ETR) da cultura igualou-se a evapotranspiração potencial (ETP), entre os meses de novembro a maio. A taxa de crescimento máxima foi observada durante a fase de maior acúmulo de MS e maior ETR, descrescendo até a colheita. A taxa de crescimento relativo máxima foi observada no ínício do desenvolvimento da cultura, diminuindo-se exponencialmente a medida em que se aumenta o acúmulo de MS. Não se observou influência dos tratamentos na altura do colmo. Quanto ao diâmetro do colmo e número de colmos por metro, observou-se diferença significativa apenas para as densidades. A produtividade média foi de 200 t colmo ha-1, não sendo observada diferença significativa no efeito dos fatores estudados sob a produtividade e parâmetros tecnológicos. Quanto ao acúmulo de N, não foi observado efeito significativo dos fatores estudados e as taxas máximas de acúmulo foram observadas antes do início da fase de máximo desenvolvimento da cultura. A necessidade nitrogênio média para produção de 01 tonelada de colmo por hectare foi de 1,26 kg de N. A concentração de N na planta acúmulo de biomassa / In the sugarcane crop, it is known that there is a suitable planting density for obtaining high variety production. Nitrogen is a nutrient highly demanded by sugarcane. The adequate fertilization and pre-sprouted buds utilization may contribute to the production of seedlings with high standards of plant health, vigor and uniformity of planting. The objective of this study was to evaluate biometric and physiological indices, the nitrogen accumulation, productivity and technological attributes of the above ground part of the plant cane from pre-sprouted buds as affected by the planting density and nitrogen fertilization. The experiment was conducted in Santa Cruz das Palmeiras, state of Sao Paulo, Brazil, in an Oxisoil (medium texture Typical distrofic Red Latosol). The cultivar used was IACSP95-5000. The experimental design was a randomized block in factorial 3x3, with three replications. The first factor is the plant density in the row, with three levels, 0.25; 0.50 and 0.75 m between plants and the second factor was the nitrogen rates (40, 80 and 120 kg N ha-1), a total of 27 plots. The N was applied as urea. The shoot biomass samples were collected at 48, 82, 145, 278, 356 and 497 days after planting, from 2 meters of two rows per plot. For adjustment of biometric indexes, physiological and accumulation of nutrients studied the Gaussian and exponential logistic functions were used. The harvest took place on June 6, 2015. The number of stalks per 10 meters of row were recorded and 10 stalks per plot were randomly harvested for measurement of the diameter and height of the stalks. The productivity was calculated by biometry and the harvesting done manually without straw removal by burning, and harvested from 2 meter of two rows per plot, weighing only culms. Technological analyzes were Brix, Purity, fiber, cane Pol, reducing sugars and total recoverable sugar were done. The dry mass (DM) of the shoot presented sigmoidal shape and the phase of maximum accumulation occurred when the actual evapotranspiration (ETA) equaled to potential evapotranspiration (ETP), between the months of November to May. The maximum growth rate was observed during the period of greatest accumulation of DM and greater ETA decreasing to harvest. The maximum relative growth rate was observed in the beginning of crop development decreasing exponentially with increasing DM accumulation. There was no treatment effect on stalks height. For the stem diameter and number of stems per meter, there was a significant difference only for densities. The average productivity was 200 t cane ha-1 and no significant difference was observed on the effect of factors studied in productivity and technological parameters. Regarding the accumulation of N, there was no significant effect of studied factors and the maximum accumulation rates were observed before the maximum development stage of the crop. The average nitrogen needed for the production of one t per hectare was 1.26 kg N. The N concentration decreased exponentially with increasing biomass production

Orientador: José Eduardo Pitelli Turco / Banca: Antonio Carlos Barreto / Banca: Anaira Denise Caramelo / Banca: José Renato Zanini / Banca: David Luciano Rosalen / Resumo: O Brasil é lider mundial na produção de açúcar e etanol, devido ao intenso cultivo da cultura de cana-de-açúcar principalmente na região Sudeste do país. No entanto sua expansão em outras áreas vem ganhando força nos últimos anos, o que tem acarretado variações significativas nas safras devido aos problemas relacionados ao clima da região e caracterísiticas topográficas do terreno. A limitação hídrica e as altas temperaturas do ar podem gerar danos irrerversíveis às plantas e impactos ao produtor final. O uso de índices de estresse hídrico nas fases de desenvolvimento da cultura pode atuar como uma ferramenta essencial no manejo da irrigação, prevenindo os efeitos negativos desencadeados pelo estresse hídrico nas plantas. Objetivou-se com este trabalho determinar índices de estresse hídrico em cana-de-açúcar nas diferentes fases de desenvolvimento. Para isso avaliaram-se os índices de estresse hídrico nas diferentes fases de desenvolvimento das plantas, o potencial de água no solo, o potencial matricial de água, a taxa fotossintética e o índice do conteudo de clorofila das folhas e a condução do sistema produtivo no período de coleta de dados. A pesquisa foi desenvolvida na área experimental do Departamento de Engenharia Rural da FCAV/UNESP, denominada "Bacia Hidrográfica Experimental", utilizando superfícies caracterizadas como H1 (superfície horizontal na capacidade de campo) e H2 (superfície horizontal, sob déficit hídrico induzido), 20N e 40N (superfícies com 20 e 40% de ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Brazil is the world leader in the production of sugar and ethanol, due to the intense cultivation of sugarcane cultivation mainly in the Southeast region of the country. However, its expansion in other areas has been gaining strength in the last years, which has caused significant variations in the harvests due to problems related to the climate of the region and topographic characteristics of the terrain. Water limitation and high air temperatures can generate irreversible damage to the plants and impacts the final producer. The use of water stress indices in the development stages of the crop can act as an essential tool in the management of irrigation, preventing the negative effects triggered by water stress in the plants. The objective of this work was to determine water stress indexes in sugarcane at different stages of development. For this, the water stress indexes were evaluated in the different phases of plant development, soil water potential, water matrix potential, photosynthetic rate and index of leaf chlorophyll content and the conduction of the productive system in the soil. period of data collection. The research was developed in the experimental area of the Department of Rural Engineering of the FCAV / UNESP, denominated "Experimental Hydrographic Basin", using surfaces characterized as H1 (horizontal surface in the field capacity) and H2 (horizontal surface, under induced water deficit), 20N and 40 N (surfaces with 20 and 40% slope and northern exposure, under induced water deficit), 20S and 40S (surfaces with 20 and 40% slope and south exposure, under induced water deficit), 20E and 40E (surfaces with 20 and 40% slope and east exposure, under induced water deficit) and 20 and 40W (areas with 20 and 40% slope and west exposure... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

De forma geral, as fases iniciais dos programas de melhoramento se caracterizam pelo tamanho populacional elevado e a natureza subjetiva da seleção. Por serem consideradas etapas de grande importância e de alto grau de complexidade, torna-se necessário a utilização de metodologias que, de forma eficiente, auxiliem os melhoristas a obterem resultados mais precisos, otimizando tempo e recursos para liberação de novas cultivares. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o nível de ganho genético que um programa de melhoramento de cana-de-açúcar pode ter, adotando diferentes estratégias de seleção, em fases iniciais do melhoramento. Para tanto, dois experimentos referentes à primeira e à segunda fase de seleção do Programa de Melhoramento Genético da Cana-de-açúcar da RIDESA/UFSCar, foram instalados. Na primeira etapa, identificou-se o método de seleção entre e dentro de família (BLUPi, BLUPis e BLUPseq) com maior potencial a ser aplicado na população base do experimento, utilizando a abordagem de modelos mistos. Posteriormente, praticou-se seleção, incluindo o método massal e aleatória. Na segunda etapa, a população experimental foi constituída pelos clones previamente selecionados na etapa anterior, através das diferentes estratégias de seleção. Os valores genotípicos dos indivíduos foram preditos, e então, classificados de acordo com o caráter de interesse econômico. Na primeira etapa, dentre os métodos de seleção entre e dentro de família, o que apresentou maior ganho de seleção predito (12,7%), para toneladas de Pol por hectare (TPH), foi o procedimento BLUPseq. O método BLUPis apresentou alta correlação com o método de seleção via BLUPseq e se mostrou bastante eficiente, uma vez que, o número de indivíduos a serem selecionados em cada família é determinado de forma dinâmica, assim como a intensidade de seleção em cada repetição. Por outro lado, o método BLUPi apresentou-se impraticável, uma vez que as avaliações fenotípicas devem ser realizadas em nível de indivíduo, o que demanda muito tempo e mão de obra, além do que, identificou-se tendência em selecionar indivíduos das extremidades das parcelas. De acordo com os resultados obtidos no experimento - segunda etapa, devido a baixa variância genética (CVg ≤ 15) entre as famílias que constituíram a população base do experimento, o método de seleção de família via BLUPseq foi equivalente ao método de seleção massal. Por outro lado, se ênfase for dada na escolha de genitores em etapas de hibridação para a ampliação da base genética, o método de seleção de família pode ser recomendado. / Overall, the early stages of breeding programs are characterized by high population size and the subjective nature of the selection. Considered as a stage of great importance and with high degree of complexity, it becomes necessary to use methodologies that efficiently assist plant breeders to obtain more accurate results, optimizing time and resources for releasing new cultivars. Thus, the aim of this study was to evaluate the genetic gain level that a sugarcane breeding program may have, adopting different selection strategies at early breeding stages. Therefore, two experiments concerning the first and the second selection stages of the Sugarcane Breeding Program of RIDESA/UFSCar, were installed. In the first step, the method of selection between and within families (BLUPi, BLUPis and BLUPseq) with greatest potential to be applied into the population of the experiment were identified, through mixed models approach. Later, the selection was practiced including the mass and random selection methods. In the second stage, the experimental population consisted of clones previously selected in the previous stage through the different selection strategies. The genotypic values of individuals were predicted, and then classified according to the character of economic interest. In the first stage, from the selection methods between and within families, the BLUPseq procedure was the one with highest predicted selection gain (12.7 %) for tons of Pol per hectare (TPH). The BLUPis procedure showed high correlation with BLUPseq procedure and was quite efficient, since the number of individuals to be selected in each family is determined dynamically, as well as the selection intensity in each repetition. Moreover, the BLUPi method proved to be impracticable, since the phenotypic evaluations must be performed at the individual level, which requires long time and labor force, in addition to that, it was identified trend in selecting individuals from the plots edges. According to the results of the second stage experiment, due to low genetic variance (CVg ≤ 15) among the families which composed the experimental population base, the family selection via BLUPseq was equivalent to mass selection. On the other hand, if emphasis is given on the choice of parents in hybridization steps to broaden the genetic basis, the family selection method can be recommended.

Sugarcane crop is the main source of sugar and the second largest source of biofuel in the world. Since the 1980s, Brazil has been the largest sugarcane producing nation, producing half of the global amount. Ethanol and biomass from sugarcane account for more than 15% of the country´s energy source. Nevertheless, commercial Brazilian sugarcane yield has plateaued at 75 t ha-1, and to meet the increasing demand for sugar and ethanol, the crop has strongly expanded towards central-western regions, where irrigation is mandatory to offset water stress risks. To support decision making and scientific guidance towards where and how the crop should expand and/or to increase yields, a heuristic view of the crop system is needed, which can mathematically be translated into a crop model. In turn, the effects of crop management, land use change, climate variability and agro-economic change factors on crop production and associated quantities can and have been assessed by using crop process-based models (PBM). In contrast to other crops, however, sugarcane has only two PBMs available for end users (DSSAT-CANEGRO and APSIM-Sugar), and further modifications of these models are required to better assess and support sustainable sugarcane production in Brazil. Therefore, this study aimed to develop, calibrate and evaluate different crop modelling approaches for Brazilian sugarcane farming systems, water management strategies, climate change impacts and canopy structures to support improved decisions for private and public stakeholders in the sugarcane sector, provide scientific guidance and establish a Brazilian platform of crop simulations. A new version of the sugarcane process-based model (SAMUCA) was developed to operate at phytomer level, focusing on soil mulch effects on crop growth and development, tillering process under competition for light and sucrose accumulation based on source-sink relations. The model was embedded into a modular platform dedicated to simulating the soil-plant-atmosphere and the management of the sugarcane farm system. The previous version of SAMUCA was also re-structured and coupled to the SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant) agrohydrological model platform, focusing on soil water relations to crop growth. Moreover, a Functional-Structural Plant Model (FSPM) for sugarcane was developed by integrating the main crop components at the organ level (phytomer), based on a relative source-sink approach and a robust light model embedded into a three-dimensional modelling platform (GroIMP). All approaches were evaluated, and the performance under experimental conditions for different Brazilian conditions was determined. The performance of the new version of SAMUCA in a long-term experiment and under different Brazilian conditions was satisfactory, with agreement indices close to those of other widely used sugarcane crop models (CANEGRO and APSIM-Sugar). In addition, the modulated crop simulation platform can be used to host more crop models and integrate new features of Brazilian farming systems. The coupling of the SWAP-SAMUCA model was accomplished, and although non-expressive improvements in model performance regarding crop yield were noticed (with an overall 6% lower RMSE), the ability of SWAP-SAMUCA to simulate soil water content was higher than that of the original \"tipping bucket\" approach (32% lower RMSE). The Functional-Structural Plant Model for sugarcane was able to satisfactorily simulate canopy development, tillering and sucrose accumulation at the organ level and its integration at the whole-plant level. Besides its ability to simulate competition for light, helping to understand intra-specific competition among tillers, the sugarcane FSPM framework can be used to support sucrose accumulation and translocation mechanism studies as well as intercropping studies for sugarcane, which has already successfully been done for other crops. / A cultura da cana-de-açúcar é a principal fonte de açúcar e a segunda maior fonte de biocombustíveis do mundo. O Brasil é o maior produtor mundial desde a década de 80 e atualmente representa metade da produção mundial, enquanto que ao mesmo tempo o etanol e a biomassa correspondem a mais de 15% da fonte de energia do país. Contudo, a produtividade comercial da cana-de-açúcar brasileira atingiu um limiar de cerca de 75 t ha-1 e para atender à crescente demanda de açúcar e etanol, a cultura expandiu-se fortemente para a região centro-oeste, onde a irrigação é obrigatória para manter os níveis de produção e diminuir riscos de quebra de safra. Para dar suporte a tomada de decisão e avanço científico sobre onde e como a cultura deve se expandir e/ou aumentar a produtividade, é necessária uma visão heurística do sistema agrícola brasileiro que pode ser traduzida matematicamente para um modelo de cultura. Desta forma, os efeitos do manejo e tipo de solo, variabilidade climática e fatores econômicos na produtividade de culturas agrícolas podem ser avaliados quantitativamente por meio de modelos de culturas baseados em processos (MBP). No entanto, em contraste a outras culturas, a cana-de-açúcar possui apenas dois MBPs disponíveis para usuários finais (DSSAT-CANEGRO e APSIM-Sugar) que requerem calibração e parametrização para melhor representar o sistema agrícola de cana-de-açúcar do Brasil. Portanto, este estudo teve como objetivo desenvolver, calibrar e avaliar diferentes abordagens de modelagem de culturas voltadas a produção de cana-de-açúcar no Brasil, para servir como ferramenta de tomada de decisão para o setor público e privado, auxilio no manejo da água e avaliação dos impactos nas mudanças climáticas. Portanto, uma nova versão do modelo baseado em processo de cana-de-açúcar (SAMUCA) foi desenvolvida para operar a nível de fitômeros, incluindo os efeitos no crescimento e desenvolvimento da cana com base na cobertura da palha no solo, competição por luz no processo de perfilhamento e acúmulo de sacarose com base nas relações fonte-dreno. O modelo foi incorporado em uma plataforma modular dedicada a simular o sistema solo-planta-atmosfera e manejo do sistema agrícola. Além disso, a versão anterior do SAMUCA também foi reestruturada e acoplada à plataforma agro-hidrológica SWAP (\"Soil, Water, Atmosphere and Plant\") com objetivo de aprimorar as simulações de balanço hídrico no solo e efeito no crescimento da cana-de-açúcar. Por fim, um Modelo Funcional-Estrutural de Plantas (MFEP) para a cana-de-açúcar foi desenvolvido integrando os principais componentes da cultura a nível de órgãos (fitômeros) com base em uma abordagem de fonte-dreno e um modelo robusto de radiação que foram introduzidos em uma plataforma de modelagem tridimensional (GroIMP). As três abordagens foram avaliadas e seu desempenho foi determinado com base em condições experimentais para diferentes regiões brasileiras. O desempenho da nova versão do modelo SAMUCA em experimento de longo prazo e em diferentes condições brasileiras foi satisfatório e os índices de concordância foram próximos de outros modelos de cana-de-açúcar amplamente utilizados (CANEGRO e APSIM-Sugar). Além disso, a plataforma de simulação de culturas modulada pode ser usada para hospedar mais modelos de culturas e integrar novas características do sistema de cultivo brasileiro. O acoplamento do modelo SWAP-SAMUCA foi realizado e apesar não apresentar melhorias expressivas no desempenho do modelo em simular os componentes da cultura (com erro médio quadrático [RMSE] 6% menor), a habilidade do modelo SWAP-SAMUCA em simular o teor de água no solo mostrou-se consideravelmente superior em comparação ao modelo original (RMSE 32% menor). O MFEP para cana-de-açúcar foi capaz de simular o desenvolvimento do dossel, o processo de perfilhamento e o acúmulo de sacarose ao nível de órgãos e planta de forma satisfatória. Além de sua capacidade em simular com precisão a interceptação da radiação por cada estrutura do dossel, podendo auxiliar na compreensão do processo de competição intraespecífica entre perfilhos, a estrutura do MFEP da cana-de-açúcar também pode ser usada no apoio à pesquisa focando os mecanismos de acúmulo de sacarose e translocação de açúcares bem como em estudos de consórcio em cana-de-açúcar, como têm sido realizado com sucesso para outras culturas nos últimos anos.

Ce travail de thèse porte sur l’extraction et la caractérisation mécanique des fibres de canne à sucre. A partir de la bagasse de canne à sucre, résidu fibreux de l’industrie sucrière, des techniques d’extractions sont mises en place afin d’extraire des fibres techniques, dont l’analyse des propriétés chimiques et physico-mécaniques définira par la suite, les domaines d’application textile possibles. Les fibres de canne obtenues ont d’abord été étudiées d’un point de vue physique et morphologique, à partir de mesures et d’observations de leurs sections et de leurs profils. Ainsi, l’analyse de la distribution en diamètre et en longueur des fibres ont été étudiés avec l’établissement de paramètres de centrage barbe et hauteur (longueur pondérée à la masse), ont permis de déterminer leurs tailles moyennes, leurs finesses et leurs dispersions tout en vérifiant l’effet des conditions de traitement. Ont ainsi été obtenus différents types de fibres, présentant des propriétés mécaniques (en flexion et en traction) variées en relation avec les changements de structure dus à l’extraction. Les performances mécaniques de ces fibres restent comparables aux autres fibres naturelles, confirmant ainsi leur potentiel textile. Une première piste de valorisation de ces fibres a été envisagée lors de la fabrication d’un fil de canne à sucre. Des essais de filature ont ainsi été menés sur micro-filature, en 100% fibres de canne mais aussi en mélange 30-70% coton/bagasse.Enfin, une introduction à l’approche environnementale basée sur l’analyse de cycle de vie, a été succinctement abordée, ouvrant le champ à d’autres études. Les résultats montrent que le potentiel textile de la canne à sucre est quantifiable, et que ses fibres extractibles, sont comparables à d’autres fibres naturelles non conventionnelles utilisés dans le domaine textile. / This doctoral dissertation deals with extraction and mechanical characterization of sugarcane fibers. From bagasse, the fibrous residue left from the sugar mill, several extraction conditions were investigated in order to extract technical sugarcane fibers. At first, morphological and physical characterization were analyzed, based on their sections and longitudinal profiles. Thus, mean size, fiber fineness and scattering were studied regarding adjusting parameters barbe and hauteur, for the fiber length distribution as weighted mean. Different types of technical fibers were obtained and their mechanical characterization as bending and tensile properties linked with the extraction conditions. Mechanical performances of the extracted fibers are common to other natural fibers that confirm their textile potential. To valorize these fibers, some experiments were conducted by producing sugarcane yarn. A micro-spinning were piloted for a 100% bagasse and 30/70% cotton/bagasse yarn made. Finally, an introduction to an environmental approach was analyzed, based on the lifecycle analysis from the sugarcane culture to the fiber extraction, opening new perspectives to study. The results show that good fibers can be extracted from sugarcane, thanks to its chemical and physical composition, but also can be characterized for textile application.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Sugarcane crop has great socio-economic importance worldwide. Brazil has the largest acreage and production volume in the world, with promising Northeast region because it has areas for expansion of the crop and stilling have a great energy potential. However, the cropping under natural water conditions limit production, making essential the use of supplemental irrigation during periods of drought. For thus its necessary studies to determine the water demand at various stages of crop development. The objective of this study was to determine the crop coefficient and water demand of sugarcane, through the energy balance method, based on the Bowen ratio, at the Teresina region, Piauà State, Brazil. The experiment was conducted at COMVAP - Sugar and Alcohol Ltda. The cultivar used was RB867515, irrigated by center pivot. The biometric analyzes were length and stem diameter, number of green leaves, leaf area and matter fresh and dry of stem, leaves and sheaths. To estimate crop evapotranspiration (ETc) was used an equipped tower with microelectronic sensors installed near the center of the growing area (10 ha plot). The reference evapotranspiration (ETo) was estimated by the Penman-Monteith method / FAO-56, based on data from a weather station located near the experiment. Soil moisture was monitored by an automated system (Time Domain Reflectometry) TDR at depths from 0 to 0.30 0.30 to 0.60 m, at four points surrounding the tower. The number of green leaves per plant ranged from six to nine, reducing to seven leaves in the end of the cycle. The stems reached approximately 3.3 m long and 2.02 kg of weight, presenting linear gains in length and mass, while its diameter remained stable (25-27 mm). The plant leaf area showed quadratic behavior, with maximum peak of 4,197 cm2 to 254 days after cutting. The balance of average daily solar radiation was 13.7, 13.2 and 16.1 MJ m-2, corresponding to 79%, 80% and 85% of the total radiation, while the coefficient clarity showed values of 0.46, 0.48 and 0.52 and the albedo of 0.15, 0.16 and 0.14, in phenological development phases II, III and IV, respectively. The physical consistency of the ETC analysis data showed that 33% of 406 days monitored were agreement. The ETc daily average was 5.3 mm, with a demand of 2,650 mm for the 498 days of the cycle. The crop coefficient (Kc) average per phase was 0.9 (fast growth), 1.32 (maximum development) and 1.07 (maturation). / A cana-de-aÃÃcar possui grande importÃncia socioeconÃmica em Ãmbito mundial. O Brasil detÃm a maior Ãrea cultivada e volume de produÃÃo no mundo, sendo a regiÃo Nordeste promissora para o setor por possuir Ãreas para expansÃo da cultura e ainda ter um Ãtimo potencial energÃtico. PorÃm, as condiÃÃes hÃdricas naturais limitam a produÃÃo, tornando essencial o uso de irrigaÃÃo complementar nos perÃodos de dÃficit hÃdrico. Para a adequada suplementaÃÃo hÃdrica da cultura necessita-se determinar a demanda hÃdrica nos diferentes estÃdios de desenvolvimento da cultura. Assim, o objetivo deste estudo foi determinar o coeficiente de cultura e a demanda hÃdrica da cana-de-aÃÃcar, por meio do mÃtodo de balanÃo de energia, com base na razÃo de Bowen, na microrregiÃo de Teresina, PiauÃ. O experimento foi conduzido na Usina COMVAP â AÃÃcar e Ãlcool Ltda., municÃpio de UniÃo, microrregiÃo de Teresina, PiauÃ. A cultivar utilizada foi a RB867515, irrigada por pivà central. As anÃlises biomÃtricas realizadas foram: comprimento e diÃmetro do colmo, nÃmero de folhas verdes, comprimento e largura da folha +3, Ãrea foliar e matÃria fresca e seca do colmo, bainhas e folhas. Para a estimativa de evapotranspiraÃÃo da cultura (ETc) usou-se uma torre equipada com sensores automÃticos, instalada prÃxima ao centro da Ãrea de cultivo (talhÃo de 10 ha). A evapotranspiraÃÃo de referÃncia (ETo) foi estimada pelo mÃtodo Penman-Monteith/FAO-56, a partir de dados de uma estaÃÃo agrometeorolÃgica localizada prÃximo ao experimento. A umidade do solo foi monitorada por um sistema automatizado com base em Reflectometria no DomÃnio do Tempo (TDR), nas profundidades de 0 a 0,30 m e 0,30 a 0,60 m, em quatro pontos no entorno da torre. O nÃmero de folhas verdes por planta variou de seis a nove, reduzindo a sete folhas ao final do ciclo. O colmo alcanÃou aproximadamente 3,3 m de comprimento e 2,02 kg de massa fresca, apresentando ganhos lineares de comprimento e massa, enquanto o seu diÃmetro permaneceu praticamente estÃvel (25 a 27 mm). A Ãrea foliar da planta demonstrou comportamento quadrÃtico, com pico mÃximo de 4.197 cm2, aos 254 dias apÃs o corte. O saldo de radiaÃÃo solar mÃdio diÃrio foi de 13,7 MJ m-2, 13,2 MJ m-2 e 16,1 MJ m-2, correspondendo a 79%, 80% e 85% da radiaÃÃo global, enquanto o coeficiente de claridade apresentou valores de 0,46, 0,48 e 0,52 e o albedo de 0,15, 0,16 e 0,14, nas fases II, III e IV de desenvolvimento fenolÃgico da cultura, respectivamente. A anÃlise de consistÃncia fÃsica dos dados de ETc mostrou que 33% dos 406 dias monitorados foram consistentes. A ETc mÃdia diÃria foi de 5,3 mm, totalizando uma demanda de 2.650 mm para os 498 dias do ciclo. O coeficiente de cultura (Kc) mÃdio por fase foi de 0,9 (crescimento rÃpido), 1,32 (mÃximo desenvolvimento) e 1,07 (maturaÃÃo).

Sugarcane crop is the main source of sugar and the second largest source of biofuel in the world. Since the 1980s, Brazil has been the largest sugarcane producing nation, producing half of the global amount. Ethanol and biomass from sugarcane account for more than 15% of the country´s energy source. Nevertheless, commercial Brazilian sugarcane yield has plateaued at 75 t ha-1, and to meet the increasing demand for sugar and ethanol, the crop has strongly expanded towards central-western regions, where irrigation is mandatory to offset water stress risks. To support decision making and scientific guidance towards where and how the crop should expand and/or to increase yields, a heuristic view of the crop system is needed, which can mathematically be translated into a crop model. In turn, the effects of crop management, land use change, climate variability and agro-economic change factors on crop production and associated quantities can and have been assessed by using crop process-based models (PBM). In contrast to other crops, however, sugarcane has only two PBMs available for end users (DSSAT-CANEGRO and APSIM-Sugar), and further modifications of these models are required to better assess and support sustainable sugarcane production in Brazil. Therefore, this study aimed to develop, calibrate and evaluate different crop modelling approaches for Brazilian sugarcane farming systems, water management strategies, climate change impacts and canopy structures to support improved decisions for private and public stakeholders in the sugarcane sector, provide scientific guidance and establish a Brazilian platform of crop simulations. A new version of the sugarcane process-based model (SAMUCA) was developed to operate at phytomer level, focusing on soil mulch effects on crop growth and development, tillering process under competition for light and sucrose accumulation based on source-sink relations. The model was embedded into a modular platform dedicated to simulating the soil-plant-atmosphere and the management of the sugarcane farm system. The previous version of SAMUCA was also re-structured and coupled to the SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant) agrohydrological model platform, focusing on soil water relations to crop growth. Moreover, a Functional-Structural Plant Model (FSPM) for sugarcane was developed by integrating the main crop components at the organ level (phytomer), based on a relative source-sink approach and a robust light model embedded into a three-dimensional modelling platform (GroIMP). All approaches were evaluated, and the performance under experimental conditions for different Brazilian conditions was determined. The performance of the new version of SAMUCA in a long-term experiment and under different Brazilian conditions was satisfactory, with agreement indices close to those of other widely used sugarcane crop models (CANEGRO and APSIM-Sugar). In addition, the modulated crop simulation platform can be used to host more crop models and integrate new features of Brazilian farming systems. The coupling of the SWAP-SAMUCA model was accomplished, and although non-expressive improvements in model performance regarding crop yield were noticed (with an overall 6% lower RMSE), the ability of SWAP-SAMUCA to simulate soil water content was higher than that of the original \"tipping bucket\" approach (32% lower RMSE). The Functional-Structural Plant Model for sugarcane was able to satisfactorily simulate canopy development, tillering and sucrose accumulation at the organ level and its integration at the whole-plant level. Besides its ability to simulate competition for light, helping to understand intra-specific competition among tillers, the sugarcane FSPM framework can be used to support sucrose accumulation and translocation mechanism studies as well as intercropping studies for sugarcane, which has already successfully been done for other crops. / A cultura da cana-de-açúcar é a principal fonte de açúcar e a segunda maior fonte de biocombustíveis do mundo. O Brasil é o maior produtor mundial desde a década de 80 e atualmente representa metade da produção mundial, enquanto que ao mesmo tempo o etanol e a biomassa correspondem a mais de 15% da fonte de energia do país. Contudo, a produtividade comercial da cana-de-açúcar brasileira atingiu um limiar de cerca de 75 t ha-1 e para atender à crescente demanda de açúcar e etanol, a cultura expandiu-se fortemente para a região centro-oeste, onde a irrigação é obrigatória para manter os níveis de produção e diminuir riscos de quebra de safra. Para dar suporte a tomada de decisão e avanço científico sobre onde e como a cultura deve se expandir e/ou aumentar a produtividade, é necessária uma visão heurística do sistema agrícola brasileiro que pode ser traduzida matematicamente para um modelo de cultura. Desta forma, os efeitos do manejo e tipo de solo, variabilidade climática e fatores econômicos na produtividade de culturas agrícolas podem ser avaliados quantitativamente por meio de modelos de culturas baseados em processos (MBP). No entanto, em contraste a outras culturas, a cana-de-açúcar possui apenas dois MBPs disponíveis para usuários finais (DSSAT-CANEGRO e APSIM-Sugar) que requerem calibração e parametrização para melhor representar o sistema agrícola de cana-de-açúcar do Brasil. Portanto, este estudo teve como objetivo desenvolver, calibrar e avaliar diferentes abordagens de modelagem de culturas voltadas a produção de cana-de-açúcar no Brasil, para servir como ferramenta de tomada de decisão para o setor público e privado, auxilio no manejo da água e avaliação dos impactos nas mudanças climáticas. Portanto, uma nova versão do modelo baseado em processo de cana-de-açúcar (SAMUCA) foi desenvolvida para operar a nível de fitômeros, incluindo os efeitos no crescimento e desenvolvimento da cana com base na cobertura da palha no solo, competição por luz no processo de perfilhamento e acúmulo de sacarose com base nas relações fonte-dreno. O modelo foi incorporado em uma plataforma modular dedicada a simular o sistema solo-planta-atmosfera e manejo do sistema agrícola. Além disso, a versão anterior do SAMUCA também foi reestruturada e acoplada à plataforma agro-hidrológica SWAP (\"Soil, Water, Atmosphere and Plant\") com objetivo de aprimorar as simulações de balanço hídrico no solo e efeito no crescimento da cana-de-açúcar. Por fim, um Modelo Funcional-Estrutural de Plantas (MFEP) para a cana-de-açúcar foi desenvolvido integrando os principais componentes da cultura a nível de órgãos (fitômeros) com base em uma abordagem de fonte-dreno e um modelo robusto de radiação que foram introduzidos em uma plataforma de modelagem tridimensional (GroIMP). As três abordagens foram avaliadas e seu desempenho foi determinado com base em condições experimentais para diferentes regiões brasileiras. O desempenho da nova versão do modelo SAMUCA em experimento de longo prazo e em diferentes condições brasileiras foi satisfatório e os índices de concordância foram próximos de outros modelos de cana-de-açúcar amplamente utilizados (CANEGRO e APSIM-Sugar). Além disso, a plataforma de simulação de culturas modulada pode ser usada para hospedar mais modelos de culturas e integrar novas características do sistema de cultivo brasileiro. O acoplamento do modelo SWAP-SAMUCA foi realizado e apesar não apresentar melhorias expressivas no desempenho do modelo em simular os componentes da cultura (com erro médio quadrático [RMSE] 6% menor), a habilidade do modelo SWAP-SAMUCA em simular o teor de água no solo mostrou-se consideravelmente superior em comparação ao modelo original (RMSE 32% menor). O MFEP para cana-de-açúcar foi capaz de simular o desenvolvimento do dossel, o processo de perfilhamento e o acúmulo de sacarose ao nível de órgãos e planta de forma satisfatória. Além de sua capacidade em simular com precisão a interceptação da radiação por cada estrutura do dossel, podendo auxiliar na compreensão do processo de competição intraespecífica entre perfilhos, a estrutura do MFEP da cana-de-açúcar também pode ser usada no apoio à pesquisa focando os mecanismos de acúmulo de sacarose e translocação de açúcares bem como em estudos de consórcio em cana-de-açúcar, como têm sido realizado com sucesso para outras culturas nos últimos anos.

De forma geral, as fases iniciais dos programas de melhoramento se caracterizam pelo tamanho populacional elevado e a natureza subjetiva da seleção. Por serem consideradas etapas de grande importância e de alto grau de complexidade, torna-se necessário a utilização de metodologias que, de forma eficiente, auxiliem os melhoristas a obterem resultados mais precisos, otimizando tempo e recursos para liberação de novas cultivares. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o nível de ganho genético que um programa de melhoramento de cana-de-açúcar pode ter, adotando diferentes estratégias de seleção, em fases iniciais do melhoramento. Para tanto, dois experimentos referentes à primeira e à segunda fase de seleção do Programa de Melhoramento Genético da Cana-de-açúcar da RIDESA/UFSCar, foram instalados. Na primeira etapa, identificou-se o método de seleção entre e dentro de família (BLUPi, BLUPis e BLUPseq) com maior potencial a ser aplicado na população base do experimento, utilizando a abordagem de modelos mistos. Posteriormente, praticou-se seleção, incluindo o método massal e aleatória. Na segunda etapa, a população experimental foi constituída pelos clones previamente selecionados na etapa anterior, através das diferentes estratégias de seleção. Os valores genotípicos dos indivíduos foram preditos, e então, classificados de acordo com o caráter de interesse econômico. Na primeira etapa, dentre os métodos de seleção entre e dentro de família, o que apresentou maior ganho de seleção predito (12,7%), para toneladas de Pol por hectare (TPH), foi o procedimento BLUPseq. O método BLUPis apresentou alta correlação com o método de seleção via BLUPseq e se mostrou bastante eficiente, uma vez que, o número de indivíduos a serem selecionados em cada família é determinado de forma dinâmica, assim como a intensidade de seleção em cada repetição. Por outro lado, o método BLUPi apresentou-se impraticável, uma vez que as avaliações fenotípicas devem ser realizadas em nível de indivíduo, o que demanda muito tempo e mão de obra, além do que, identificou-se tendência em selecionar indivíduos das extremidades das parcelas. De acordo com os resultados obtidos no experimento - segunda etapa, devido a baixa variância genética (CVg ≤ 15) entre as famílias que constituíram a população base do experimento, o método de seleção de família via BLUPseq foi equivalente ao método de seleção massal. Por outro lado, se ênfase for dada na escolha de genitores em etapas de hibridação para a ampliação da base genética, o método de seleção de família pode ser recomendado. / Overall, the early stages of breeding programs are characterized by high population size and the subjective nature of the selection. Considered as a stage of great importance and with high degree of complexity, it becomes necessary to use methodologies that efficiently assist plant breeders to obtain more accurate results, optimizing time and resources for releasing new cultivars. Thus, the aim of this study was to evaluate the genetic gain level that a sugarcane breeding program may have, adopting different selection strategies at early breeding stages. Therefore, two experiments concerning the first and the second selection stages of the Sugarcane Breeding Program of RIDESA/UFSCar, were installed. In the first step, the method of selection between and within families (BLUPi, BLUPis and BLUPseq) with greatest potential to be applied into the population of the experiment were identified, through mixed models approach. Later, the selection was practiced including the mass and random selection methods. In the second stage, the experimental population consisted of clones previously selected in the previous stage through the different selection strategies. The genotypic values of individuals were predicted, and then classified according to the character of economic interest. In the first stage, from the selection methods between and within families, the BLUPseq procedure was the one with highest predicted selection gain (12.7 %) for tons of Pol per hectare (TPH). The BLUPis procedure showed high correlation with BLUPseq procedure and was quite efficient, since the number of individuals to be selected in each family is determined dynamically, as well as the selection intensity in each repetition. Moreover, the BLUPi method proved to be impracticable, since the phenotypic evaluations must be performed at the individual level, which requires long time and labor force, in addition to that, it was identified trend in selecting individuals from the plots edges. According to the results of the second stage experiment, due to low genetic variance (CVg ≤ 15) among the families which composed the experimental population base, the family selection via BLUPseq was equivalent to mass selection. On the other hand, if emphasis is given on the choice of parents in hybridization steps to broaden the genetic basis, the family selection method can be recommended.

In order to verify the productive potential of new varieties of sugar cane for the central region of Rio Grande do Sul, it was installed an experimental area at Polytechnic School of Universidade Federal de Santa Maria. The study began in 2007. We evaluated eleven varieties of sugar cane to check their adaptation in the State s Central Region. Thereunto, morpho-physiological characteristics were evaluated, such as: cane weight, weight of the edges, weight of the culms, base diameter, number of culms, useful culms s height, length of the base culm, length of the tip culm, base ºbrix, edge ºbrix, maturation index, total sample weight, pre-drought mass weight, total residue weight, broth volume, ºbrix, temperature, pH, total production (t/ha) and frost resistance. Cane was used for animal feed, production of molasses, jaggery, brown sugar, alcohol and rum. The bagasse was used as ground covering and in the boiler, and the vinasse was utilized as fertilizer for crops. The experiment was conducted by randomized blocks, with three repetitions of each variety, and area of 56 m² each. Data were submitted to variance analysis via Tukey s test at 5% probability and SAS. The varieties Tucumã (average), IAC 311 (average), SP 701143 (average), Preta Torta (late), Napa 5679 (late), 3X (precocious), and RB 76 5418 (precocious) obtained higher productivity (t/ha) than national average. The varieties Branca Mole (average), Napa 7696 (precocious) and RB 78 5750 (late) higher productivity than State average and the only variety which didn t reach the State s average productivity was the RB 85 1011 (precocious). / Com o objetivo de verificar o potencial produtivo de novas variedades de cana-deaçúcar para a região central do Rio Grande do Sul foi instalada uma área experimental no Colégio Politécnico da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). O trabalho iniciou em 2007. Foram avaliadas onze variedades de cana-deaçúcar para a verificação de sua adaptação na Região Central do Estado. Para isso, foram avaliadas as características morfofisiológicas da planta tais como: peso das canas, peso das pontas, peso das palhas, peso dos colmos, o diâmetro da base, o diâmetro da ponta, o número de colmos, a altura dos colmos úteis, o comprimento do colmo da base, o comprimento do colmo da ponta, ºbrix da base, ºbrix da ponta, o índice de maturação (IM), peso da amostra integral (AI), peso da massa pré-seca (MPS), o peso total do bagaço, o volume do caldo, ºbrix, temperatura, o pH, a produção total (t/ha) e a resistência à geada. A cana foi utilizada para a alimentação animal, produção de melado, açúcar mascavo, rapadura, álcool e cachaça. O bagaço foi utilizado como cobertura de solo e na caldeira e, o vinhoto foi utilizado como adubo para as lavouras. O experimento foi conduzido por blocos ao acaso, com três repetições de cada variedade selecionada e cada parcela teve 56 m2 de área. Os dados foram submetidos à análise de variância pelo Teste de Tukey ao nível de 5% de probabilidade e o programa SAS. As variedades Tucumã (média), IAC 311 (média), SP 701143 (média), Preta Torta (tardia), Napa 5679 (tardio), 3X (precoce) e RB 76 5418 (precoce) obtiveram produtividade (t/ha) maior que a média nacional. As variedades Branca Mole (média), Napa 7696 (precoce) e RB 78 5750 (tardio) obtiveram produtividade maiores que a média do estado e a única variedade que não atingiu a produtividade média do estado foi a variedade RB 85 1011 (precoce).