Modelo de crescimento das culturas do milho e do feijão em condições de temperatura e CO2 atmosférico elevados

Abstract

Atualmente, mudanças nas temperaturas e nas concentrações de CO2 na atmosfera são motivo de grande preocupação. As atividades agrícolas, sem dúvida, podem ser altamente dependentes dessas condições climáticas. Nesse sentido, o presente estudo foi conduzido com o objetivo de construir um modelo de simulação para estudar os efeitos dessas condições climáticas nas taxas fotossintéticas e na produtividade das culturas do milho e do feijão, especialmente quanto às condições de temperatura e concentração de CO2 atmosférico elevadas. O modelo foi construído a partir das equações de fotossíntese propostas por Farquhar et al. e adaptadas por Yin e van Lar. A calibração foi feita utilizando os dados de experimentos conduzidos em Viçosa, nos anos de 2008/2009. Em uma primeira etapa, estudou-se o efeito da temperatura na duração do ciclo das culturas, com diferentes equações de graus-dia. Em seguida, após a finalização do modelo, foram simulados os efeitos de diferentes temperaturas e concentrações atmosféricas de CO2 separadamente para o milho e o feijão. Para a cultura do milho foram obtidos os seguintes resultados: em diferentes condições de CO2 (concentrações de 380 e 700 ppm) as taxas fotossintéticas foram semelhantes e a produtividade final apresentou um acréscimo de 5% com o CO2 a 700 ppm. Em condições de acréscimos na temperatura de 1, 2, 3 e 5°C, observou-se aumento considerável nas taxas fotossintéticas. Quanto à produtividade, os resultados foram positivos até um acréscimo de 2°C. Entretanto, quando a simulação foi feita com temperaturas mais elevadas, acréscimos de 5°C, observou-se uma queda na produtividade de até 75%. Em relação à cultura do feijão, respostas distintas foram observadas. Verificou-se com as simulações, aumento nas taxas fotossintéticas e na produtividade final em condições de elevada concentração de CO2 (700ppm); nesse caso, os ganhos com a produtividade chegaram a 35%. Entretanto, nas simulações com acréscimos na temperatura, as taxas fotossintéticas permaneceram constantes e observou-se uma queda na produtividade final. No caso do estudo com a temperatura, em ambas as culturas as quedas na produtividade estão relacionadas com o aumento das taxas respiratórias e com a diminuição do ciclo.

Nowadays, climatic changes have become of great concern worldwide and agricultural activities certainly are certainly highly dependent on the climatic conditions. In this sense, this work was aimed to build a model to simulate the effects of climate conditions on the maize and beans yields as their photosynthetic rates, especially under high temperatures and high atmospheric CO2 concentrations. The model was built from the equations of photosynthesis proposed by Farquhar et al. and adapted by Yin and van Lar. Data from experiments conducted in Viçosa, within in 2008/2009 season was used for doing the calibration. Firstly, different equations of degree-days were used in order to predict the effect of temperature on the crops cycle times. Secondly, the effects of different temperatures and CO2 concentrations were simulated separately for maize and beans crops. For maize the following results were obtained: under different CO2 concentrations (380 and 700 ppm) photosynthetic rates were similar and maize yield grew by 5% with CO2 equal to 700 ppm. Under conditions of temperature increases (1, 2, 3 and 5 °C), photosynthetic rates increased considerably. Regarding responses of maize yield under different temperature conditions, the results were positive to an increase of 2 °C. However, when the simulation was made with higher temperatures increment (5 °C), the yield decreased up to 75%. With regard to the results observed for bean crop, distinct responses were observed. Increments on photosynthetic rates and bean yield under high CO2 concentration (700ppm) were noted. The yield gains reached up to 35%. However, regarding the temperature effects, photosynthetic rates remained constant whilst the bean yield decreased. For the study of the temperature in both crops (maize and beans), the productivity declines are related to the increment in respiration rates and with the decreases of the crops cycle times.