Viabilidade técnica e econômica de sensor óptico para adubação nitrogenada à taxa variada na cultura do milho para pequenas propriedades rurais

Abstract

A otimização de uso do nitrogênio (N) é, recentemente, um dos principais alvos de estudo no contexto da agricultura de precisão (AP) no Brasil. Para tal, tem-se utilizado a recomendação a taxa variada prescrita com base em sensores ópticos. O uso de sensores ópticos é vantajoso por possibilitar o ajuste de adubações com o período de maior demanda pela planta. Isso resulta em economia de N, menor impacto ambiental e até mesmo no aumento de produtividade das culturas agrícolas. Entretanto, é necessário determinar se o aumento nos rendimentos pela redução de despesas com o N, resultaria em maior rentabilidade quando comparado ao sistema convencional de adubação. Portanto, esse trabalho teve como objetivos: (1) avaliar a viabilidade técnica do clorofilômetro SPAD-502 na recomendação de uma dose econômica de N a taxa variada na cultura do milho utilizando diferentes limiares do índice de suficiência de nitrogênio (ISN); (2) determinar por meio de cenários de área e zonas de amostragem do índice SPAD, a viabilidade econômica associada ao uso dos clorofilômetros SPAD- 502 e ClorofiLOG CFL1030 e do radiômetro Greenseeker para o manejo da adubação nitrogenada na cultura do milho usando modelos sem inclusão de risco (modelo determinístico) e com inclusão de risco (modelo probabilístico). O estudo foi conduzido em área experimental do Instituto Federal do Norte de Minas Gerais (IFNMG), Januária-MG, entre fevereiro a junho de 2018. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, com 5 tratamentos e 5 repetições, sendo: uma testemunha sem aplicação de N (T0); aplicação uniforme de 112 kg ha-1 de N (parcela de referência), sendo a dose parcelada em 50% no estádio de quatro folhas emitidas (V4) e 50% em V8 (T1); aplicação de N a taxa variada controlada por um ISN fixo de 95% para os estádios V8, V10 e V14; (T2) e aplicação de N a taxa variada controlada por um ISN variável de 98, 95 e 93% nos mesmos estádios (T3 e T4). Inicialmente, os tratamentos a taxa variada receberam 44,8 (T2 e T3) e 33,6 kg ha-1 de N em V4 (T4). As demais aplicações foram realizadas com base no valor do ISN nos estádios V8, V10 e V14, respectivamente. Assim, quando o valor do ISN se apresentou abaixo do limiar proposto, os tratamentos T2 e T3 receberam 22,4 kg ha-1 de N em cada estádio monitorado (V8, V10 e V14). Para o T4, aplicou-se quando necessário 33,6, 28,00 e 16,8 kg ha-1 de N nos estádios V8, V10 e V14, respectivamente. Os tratamentos a taxa variada manejados pelo clorofilômetro foram mais eficientes que as doses pré-fixadas, pois consumiram em média de 21,25 a 24,00% a menos de N e apresentaram a mesma produtividade de grãos. O ISN fixo de 95% resultou em maior eficiência de uso de N quando comparado ao ISN variável nos estádios avaliados. Para a análise de viabilidade econômica do investimento associado ao uso do clorofilômetro (preço nacional e importado) foram elaborados fluxos de caixa representativos da produção de milho utilizando os três tratamentos a taxa variada definidos aqui como sistemas de adubação (S1, S2 e S3). Adicionalmente, foram realizadas simulações para determinar a viabilidade do investimento caso fossem utilizados o modelo de clorofilômetro nacional ou o radiômetro. Para tal, os fluxos de caixa foram constituídos pelas saídas com a aquisição dos equipamentos (sensor) e despesas operacionais (fertilizantes, sementes e defensivos agrícolas e mão de obra) nas etapas de preparo do solo, plantio, adubação de plantio e cobertura, amostragem do índice SPAD (tratamentos a taxa variada), aplicação de defensivos e colheita. Já as entradas foram compostas pelo milho comercializado. Além disso, para cada sistema de adubação foram simulados 8 cenários de área cultivada e amostragem com o clorofilômetro, sendo: Cenários 1, 2, 3 e 4, amostragem global da média do índice SPAD para a área de 1, 3, 5 e 7 ha; Cenários 5, 6, 7 e 8, amostragem dividida em zonas (subáreas), sendo utilizadas 3, 5, 7 e 9 zonas para 1, 3, 5 e 7 ha, respectivamente. A viabilidade econômica foi determinada por meio dos seguintes indicadores: Valor Presente Líquido (VPL), Razão Beneficio–Custo descontado (B/C (%)), Taxa Interna de Retorno (TIR) e do payback time. Neste caso, considerou-se uma taxa mínima de atratividade (TMA) de 6% ao ano e horizonte de projeto de 8 anos. A análise de risco foi realizada pela simulação de Monte Carlo. Os resultados mostraram que, independente do tipo de amostragem, o investimento no clorofilômetro SPAD- 502 adquirido no mercado nacional seria economicamente viável em áreas de cultivo a partir de 7 ha. Por outro lado, a aquisição do sensor via importação já se mostra viável a partir dos 5 ha. Diferentemente, o investimento no ClorofiLOG CFL1030 ou no Greenseeker resultaria em maior viabilidade econômica a partir de 3 ha independente do tipo de amostragem.

The nitrogen (N) use optimization is recently one of the main targets in the context of precision agriculture (PA) studies in Brazil. Thus, it has been used recommendation of variable rate fertilization prescribed based on optical sensors readings. The use of optical sensors is advantageous because it allows the adjustment of fertilization with the period of greatest demand of the plant. This results in N savings, lower environmental impact and even higher crop yield. However, it is necessary to determine if the increase in yield, by reducing expenses with N, would result in greater profitability when compared to the conventional fertilization system. Therefore, this study aimed to: (1) evaluate the technical feasibility of the SPAD-502 chlorophyll meter for recommending an economical N dose under variable rate using different thresholds of the nitrogen sufficiency index (NSI); (2) determine by means of the SPAD index sampling zones and area scenarios, the economic feasibility associated to the use of the chlorophyll meters SPAD-502 and ClorofiLOG CFL1030, and the radiometer Greenseeker through models without including the risk (deterministic model) and including the risk (probabilistic model). The study was conducted in an experimental field from the Federal Institute of Northern Minas Gerais (IFNMG), Januária - Minas Gerais State, between February and June 2018. The experimental design was by randomized blocks with 5 treatments and 5 replicates, which were: control treatment without N application (T0); uniform application of 112 kg ha-1 of N (reference treatment), with the dose being divided in 50% in the four-leaf stage (V4) and 50% in V8 (T1); N application at a variable rate controlled by a fixed NSI threshold of 95% for the V8, V10 and V14 stages (T2); and N application at a variable rate controlled by a variable NSI threshold of 98, 95 and 93% in the same stages (T3 and T4). Initially, the variable rate treatments received 44.8 (T2 and T3) and 33.6 kg ha-1 of N in V4 (T4). Further applications were performed based on the NSI threshold in the V8, V10, and V14 stages, respectively. Thus, when the NSI value was below the proposed threshold, treatments T2 and T3 received 22.4 kg ha-1 of N at each monitored stage (V8, V10, and V14). For T4, 33.6, 28.00 and 16.8 kg ha-1 of N were applied when needed at the V8, V10, and V14 stages, respectively. The variable rate treatments managed by the chlorophyll meter were more efficient than the reference treatment (pre-fixed doses), since they consumed on average from 21.25 to 24.00% less N and presented the same grain yield. The fixed NSI of 95% resulted in higher N use efficiency when compared to the variable NSI in the evaluated stages. In order to perform the economic feasibility analysis of the investment, associated with the use of a chlorophyll meter (with national and imported prices), representative cash flows of corn production were elaborated using the three variable rate treatments, which were defined in the present study as fertilization systems (S1, S2, and S3). Additionally, simulations were performed to determine the feasibility of the investment if the nationally manufactured chlorophyll meter or a radiometer sensor were used instead. To do so, cash flows were elaborated through the acquisition of equipments (sensor), and operational expenses (fertilizers, seeds, agricultural pesticides, and labor hour) in the stages of soil preparation, planting, planting and side-dressing fertilization, SPAD index sampling (variable rate treatments), pesticide application and harvesting. The inputs were composed of the amount of marketed corn. Besides that, for each fertilization system, 8 scenarios of cultivated area and chlorophyll meter sampling were simulated: Scenarios 1, 2, 3 and 4 with global sampling of the SPAD index mean for 1, 3, 5 and 7 ha. Scenarios 5, 6, 7 and 8 with zonal sampling (subareas), using 3, 5, 7 and 9 zones for 1, 3, 5 and 7 ha, respectively. The economic feasibility was determined by the following indexes: net present value (NPV), discounted benefit-cost ratio (B/C (%)), internal rate of return (IRR) and payback time. In this case, a minimum interest rate (MIR) of 6% per year and an 8-year project horizon was considered. The risk analysis was performed through the Monte Carlo simulation. The results showed that, regardless of the sampling type, the investment in the chlorophyll meter SPAD- 502 acquired in the national market would be economically feasible in cultivation areas from 7 ha. On the other hand, the sensor acquisition via importation would be economically feasible from 5 ha. Differently, an investment in the chlorophyll meter ClorofiLOG CFL1030 or in the Greenseeker would result in greater economic feasibility in areas from 3 ha independent of the sampling type.