Tradução automática, exceto quando creditada.

Um novo estudo revela que um modelo de bloco simples pode alcançar resultados comparáveis ​​a modelos complexos na avaliação da interceptação de luz para milho


A interceptação de luz descreve a eficácia com que uma planta captura a luz solar com suas folhas. Maximizar essa interceptação é essencial para melhorar a fotossíntese, que influencia diretamente o rendimento das colheitas. Um novo estudo compara a eficácia de modelos simples, intermediários e complexos no cálculo preciso da interceptação de luz. Ao simular várias características do dossel e arquiteturas de plantas ao longo de uma estação de crescimento, a pesquisa demonstra que, apesar das diferenças na complexidade da modelagem, o modelo mais simples é suficiente para cálculos de interceptação de luz no milho.

Vários fatores influenciam a interceptação de luz, incluindo:

  • propriedades ópticas das folhas, como cor e teor de água,
  • arquitetura da planta, como tamanho, ângulo, distribuição e forma das folhas, e
  • condições ambientais, como sombra de outras plantas, cobertura de nuvens e ângulos solares.
Diagrama simplificado de reflexão, transmissão, absorção e emissão de radiação.

A luz que não é interceptada é refletida na superfície ou transmitida através das folhas, atingindo as partes mais baixas da planta.

Um modelo simples de interceptação de luz que captura aspectos-chave da geometria da cultura foi desenvolvido por J. Goudriaan há quase 50 anos e ainda é amplamente utilizado hoje. Ele representa as fileiras do dossel como homogêneas blocos, separados por caminhos vazios. Os blocos são caracterizados pela altura e largura e pela quantidade de material foliar contido no volume do bloco. O radiação componente do modelo de bloco, que calcula a luz incidente, assume que a luz incidente se origina de um céu nublado uniforme e que a interceptação de luz pelo bloco é uniforme.

Em contraste, os modelos de plantas funcionais-estruturais (FSPMs) representam as fileiras do dossel considerando a estrutura 3D, tamanho, orientação e propriedades ópticas de folhas e caules individuais. O componente de radiação do FSPM usa um algoritmo de traçado de raios. Ele funciona traçando o caminho dos raios de luz em 3D e captura os ângulos solares afetados pelo dia do ano, latitude e hora do dia.

FSPMs exigem que vários parâmetros sejam estimados, levando a altas demandas de dados e complexidade computacional significativa. Em contraste, métodos mais simples como a abordagem de bloco são menos intensivos em dados e têm tempos de cálculo muito mais curtos.

Dr. Shuangwei Li da Universidade Agrícola da China e colegas investigou se a abordagem de bloco pode calcular a interceptação de luz com a mesma precisão de um FSPM.

Como os modelos FSPM e de bloco usados ​​pela Dra. Li diferiam em dois aspectos principais (como eles simulam a radiação e o dossel), seria impossível determinar quais fatores contribuíram para quaisquer diferenças entre suas interceptações de luz simuladas. Para determinar se as variações entre os resultados do modelo FSPM e de bloco eram devido ao componente de radiação, ela criou um intermediário modelo que usou traçado de raios para o modelo de radiação e estruturas de blocos para o dossel. Comparar o modelo intermediário com o FSPM demonstrará como representações simplificadas de plantas e dossel influenciam a interceptação de luz calculada, enquanto compará-lo com o modelo de blocos ilustrará o impacto do componente de radiação simplificado na interceptação de luz.

Cortes transversais através do dossel da cultura em faixas para os modelos FSPM, Intermediário e Bloco, e sua abordagem para representar o dossel e a radiação.

Os autores executaram simulações usando os três modelos ao longo de uma estação de crescimento, com arquitetura da planta e características do dossel, como altura do dossel e densidade de folhas, mudando diariamente. As simulações também incorporaram mudanças diárias na arquitetura da planta que influenciam a quantidade de luz absorvida, transmitida ou refletida pelo dossel. Essas mudanças foram modeladas em detalhes para o FSPM, com uma abordagem mais geral para o modelo intermediário (folhas uniformes), enquanto o modelo de bloco usou um valor fixo em seus cálculos.

Os autores descobriram que, embora os três modelos diferissem em suas simulações diárias de interceptação de luz, a interceptação total de luz ao longo da estação de crescimento era comparável em todos os três modelos. A diferença entre o Modelo de Bloco (a abordagem mais simples) e o FSPM (a abordagem mais complexa) foi de apenas 3.1%.

Apesar das suposições simplificadoras feitas no modelo de bloco em relação à representação do dossel e ao cálculo da interceptação de luz, a interceptação de luz estimada foi próxima das estimativas feitas com modelos mais complexos e realistas que usam traçado de raios e representação 3D da arquitetura da planta. Esses resultados apoiam o uso do modelo de bloco de Goudriaan para calcular a interceptação de luz no milho em vez do FSPM.

LEIA O ARTIGO:

Shuangwei Li, Wopke van der Werf, Fang Gou, Junqi Zhu, Herman NC Berghuijs, Hu Zhou, Yan Guo, Baoguo Li, Yuntao Ma, Jochem B Evers, Uma avaliação do modelo sumário de Goudriaan para interceptação de luz em copas de faixa, usando modelos de plantas funcionais-estruturaisin silico Plants, Volume 6, Edição 1, 2024, diae002, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diae002

1 Comentários

Comentários estão fechados.

Comece a digitar e pressione Enter para pesquisar

Descubra mais em Botany One

Inscreva-se agora para continuar lendo e ter acesso ao arquivo completo.

Ler Mais