Desde 1991, o Simulador de Sistemas de Produção Agrícola (APSIM) cresceu de uma estrutura de sistemas agrícolas usada por um pequeno número de pessoas, em um grande coleção de modelos usados ​​por muitos milhares de modeladores internacionalmente. Vinte anos depois, sua estrutura de modelagem abrange mais de 35 espécies de plantas, variando de leguminosas e gramíneas a tubérculos e árvores. Graças à dedicação da iniciativa de pesquisa ao desenvolvimento, gerenciamento e uso contínuos do APSIM, existem cerca de 1,000 artigos de pesquisa baseados em suas simulações.

Plataformas como a APSIM ajudam os pesquisadores a explorar a dinâmica entre a atmosfera, a cultura e o solo, auxiliam na agronomia agrícola, no manejo de pragas, na reprodução e no gerenciamento de recursos naturais e avaliam o impacto das mudanças climáticas.

Junqi Zhu, pesquisador do Instituto de Pesquisa de Plantas e Alimentos da Nova Zelândia, Marlborough Research Centre, liderou uma equipe que criou o primeiro modelo de cultivo de frutas perenes usando a estrutura APSIM Next Generation. No artigo publicado por in silico Plantas, os autores usaram a videira, uma das frutíferas perenes economicamente mais importantes do mundo, como planta modelo.

Culturas perenes representam um investimento de longo prazo por parte dos proprietários de terras. As videiras permanecem economicamente produtivas por 20 a 60 anos. Não há oportunidades de mudança de localização, genótipo e configuração da planta para se adaptar ao clima em comparação com as culturas anuais. Como tal, modelos confiáveis ​​para avaliar as opções no estabelecimento e para o gerenciamento contínuo são auxiliares valiosos para a tomada de decisões.

“A principal diferença entre culturas anuais e perenes são os processos de formação de rendimento. O ciclo de reprodução de uma cultura perene dura de 15 a 18 meses ou mais, com potenciais efeitos de transição (por exemplo, reservas de carboidratos) de anos anteriores”, explica Zhu. “Precisávamos adaptar e adicionar módulos para representar a natureza das vinhas frutíferas.”

Os módulos desenvolvidos pelos autores incluíram:

  • Fenologia – Ao contrário das culturas anuais, as videiras perenes passam pelas fases de dormência seguida de brotação, floração, frutificação, desenvolvimento dos bagos e morte das folhas. Os órgãos perenes incluíam a cana, o tronco e a raiz estrutural.
  • Interceptação de luz – As videiras têm uma arquitetura única e são plantadas em fileiras com uma larga viela entre elas. O modelo calculou a interceptação de luz pela copa das fileiras, expressa em função da largura da copa, profundidade da copa, distância entre duas fileiras, área foliar das culturas em fileira e coeficiente de extinção de luz
  • Alocação de carboidratos – A demanda de carboidratos do tronco e da raiz das plantas perenes para crescimento e reservas é maior do que para culturas anuais, que priorizam o crescimento dos órgãos sobre as reservas.
  • Formação do rendimento e composição da baga – As uvas (bagas) crescem em cachos, com vários cachos crescendo de cada broto com vários brotos por videira. O modelo encapsulado número de cacho por broto, número de bagas por cacho, peso fresco, peso seco, sólidos solúveis totais (concentração de açúcar) e ácido titulável. A acidez titulável desempenha um papel significativo no sabor, cor e estabilidade microbiana do suco de uva.

Os autores calibraram e validaram seu novo modelo usando conjuntos de dados existentes.

As simulações foram realizadas em 8 locais na Nova Zelândia com vários números de nós para representar a poda de videiras. Alguns produtores fazem a poda durante o estágio reprodutivo para melhorar a qualidade do vinho, reduzindo a competição de carboidratos entre o crescimento vegetativo e reprodutivo.

O modelo da videira capturou as variações no tempo fenológico entre os locais para cinco variedades diferentes ao longo de 15 safras. As datas simuladas para brotação, floração e véraison (o início do amadurecimento) correlacionaram-se bem com as datas observadas.

Verificação e validação da brotação, floração e véraison simulados.

O modelo de radiação da cultura plantada em fileiras recém-adicionado capturou o padrão sazonal de interceptação de luz de um sistema de treinamento de posição de tiro vertical e forneceu uma estrutura para modelar os efeitos da configuração do vinhedo e do gerenciamento de corredores.

O modelo reproduziu a dinâmica da matéria seca de diferentes órgãos causada por diferentes condições climáticas sazonais e estratégias de poda (por exemplo, número diferente de nós retidos) ao longo de duas estações.

Finalmente, o modelo capturou as amplas variações nos componentes do rendimento (peso fresco da baga, sólidos solúveis totais e ácido titulável) ao longo de 10 estações em cinco locais com cinco números diferentes de cana retida.

Verificação e validação do peso fresco de uma única baga, sólidos solúveis totais (TSS). e concentração total de ácido titulável.

Segundo Zhu, “o modelo da videira representa um avanço importante, pois é a primeira cultura frutífera perene totalmente implementada no APSIM, e fornece um modelo útil para o desenvolvimento de modelos para outras culturas frutíferas perenes. Esperamos que outros pesquisadores continuem o desenvolvimento e o teste do modelo em outros países.”

ARTIGO DE PESQUISA:

Junqi Zhu, Amber Parker, Fang Gou, Rob Agnew, Linlin Yang, Marc Greven, Victoria Raw, Sue Neal, Damian Martin, Michael CT Trought, Neil Huth, Hamish Edward Brown, Desenvolvendo modelos de cultivo de frutas perenes em APSIM Next Generation usando videira como um exemplo, in silico Plants, 2021;, diab021, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab021

Este manuscrito faz parte do in silico Plant's Edição especial do Functional Structural Plant Model.

Mais sobre o APSIM Next Generation Framework:

O APSIM Next Generation usa um sistema de controle de versão para garantir a confiabilidade do modelo e um sistema de distribuição moderno para garantir que os usuários possam acessar facilmente os modelos e receber atualizações. Possui autodocumentação e uma interface amigável, na qual os desenvolvedores podem arrastar e soltar diferentes módulos e funções para representar os processos fisiológicos. A interface do usuário está no nível de requisito de habilidade de programação zero, permitindo que mais cientistas contribuam para o desenvolvimento do modelo. Todo o código-fonte está disponível no repositório da iniciativa APSIM sob uma licença de pesquisa e desenvolvimento.

O modelo APSIM grapevine, os dados usados ​​para o desenvolvimento do modelo e o código-fonte estão disponíveis publicamente no repositório git APSIM Next Generation: https://github.com/APSIMInitiative/-ApsimX/tree/master/Tests/Validation/Grapevine. O código R para plotagem e análise está disponível com os autores mediante solicitação.