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Type: Tese
Title: Modelagem de sistemas aplicada à produção de forragem e ao uso da água, nas condições atuais e sob mudanças climáticas, no semiárido brasileiro
Title in English: Systems modeling applied to forage production and water use, under the current conditions and under climate change, in the brazilian semi-arid
Authors: Maranhão, Samuel Rocha
Advisor: Cândido, Magno José Duarte
Co-advisor: Silva, Rodrigo Gregório da
Keywords: Análise de risco;Dinâmica de sistemas;Modelagem mecanicista;Modelos globais;Recursos hídricos
Issue Date: 2021
Citation: MARANHÃO, Samuel Rocha. Modelagem de sistemas aplicada à produção de forragem e ao uso da água, nas condições atuais e sob mudanças climáticas, no semiárido brasileiro. 2021. 116 f. Tese (Doutorado em Zootecnia) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: O trabalho foi desenvolvido utilizando técnicas de modelagem mecanicista/estocástica e de dinâmica de sistemas para o entendimento dos fluxos e gestão da água e forragem em sistemas de produção animal no Semiárido, também sob a perspectiva das mudanças climáticas. O estudo foi dividido em: (1) uso da modelagem para estimativas de estoques e ofertas de forragem em unidades pecuárias do Semiárido, (2) estimativa da capacidade de suporte do capim-buffel e capim-corrente sob o cenário de mudanças climáticas, e (3) modelagem do balanço hídrico de um sistema de produção de ruminantes no Semiárido. No primeiro estudo, foi pretendida a restruturação do Sistema de Garantia de Forragem Estabilizada e a apresentação da metodologia: sistema de gestão da produção de biomassa garantida para o Semiárido Brasileiro “Sistema Asa Branca”. Para aplicação da técnica, foram utilizados modelos de simulação (PHYGROW) dos capins buffel e massai e palma forrageira, realizados testes de aderência e geração de séries sintéticas utilizando o software @RISK©. Os modelos, primeiramente obtidos para Limoeiro do Norte-CE, foram derivados para uma propriedade locada em Quixeramobim-CE. Foram estipulados diferentes modelos de uso das áreas e analisados pelo conceito de garantia. Verificou-se que, à medida que a palma forrageira é inserida em maiores proporções na propriedade, menor é a variação da produção total do sistema, agindo com um elemento tamponante da oscilação natural da oferta de forragem da pastagem nativa. Com a garantia de 95%, o modelo intermediário de inclusão da palma forrageira (Modelo 03) mostra um potencial de incremento de aproximadamente 293.000 kg de MS na propriedade. No segundo estudo, foram realizadas simulações utilizando o PHYGROW para avaliar os possíveis impactos futuros das mudanças climáticas na capacidade de suporte do capim-buffel e capim-corrente, por meio dos modelos climáticos globais CNRM-CM3, MIROC5 e MRI-CGCM3, considerando o cenário RCP 4.5. Foi considerado o intervalo futuro de 38 anos para a região da Chapada do Apodi, Limoeiro do Norte-CE. Verificou-se adequada correlação entre os modelos climáticos e o modelo inicial de crescimento das culturas pelo PHYGROW. Os cenários apresentados para as duas forrageiras avaliadas são positivos, indicando uma capacidade de suporte estimada em 1,5 a 2,5 UA ha-1 e estabilizada ao longo do período simulado. No terceiro estudo, objetivou-se demonstrar o impacto do consumo de água de um sistema de produção de ruminantes na pequena açudagem. O modelo de uso da água foi elaborado no software Vensim PLE™ para uma propriedade hipotética locada em Petrolina-PE. A capacidade do reservatório e as taxas de evaporação, de infiltração e de escoamento foram estimadas da literatura e a precipitação pluviométrica foi estimada por função densidade de probabilidade no software @RISK©. Foram estimados o uso de irrigação, o consumo de água da propriedade familiar e o consumo de água por caprinos, ovinos e bovinos. No horizonte de 30 anos, em apenas cinco destes foi atingida a máxima capacidade do reservatório. Nos cenários com maior demanda por água são verificados anos onde o açude seca completamente, inviabilizando a produção animal. Por meio do modelo proposto, foi possível estimar, utilizando indicadores práticos e reais, combinações para encontrar a melhor forma de uso da água, a depender do tipo de rebanho e do uso de irrigação.
Abstract: The study was performed using techniques of mechanistic / stochastic modeling and Systems Dynamics to understand the flows and management of water and forage in animal production systems in the semi-arid, also from the perspective of climate change. The study was divided into: (1) use of modeling to estimate stocks and forage on offer in livestock units in the semi-arid, (2) estimate of the buffel and current grass supporting capacity under the climate change scenario and (3) modeling of the water balance of a ruminant production system in the semi-arid region. In the first study, it was intended to restructure the Stabilized Forage Guarantee System and to present the methodology: guaranteed biomass production management system for the Brazilian Semi-arid “Asa Branca System. For application of the technique, simulation models using PHYGROW program of buffel and massai grasses and cactus pear were used, adhesion tests and generation of synthetic series at @RISK© software were performed. The models, first obtained for Limoeiro do Norte-CE, were derived for a property leased in Quixeramobim-CE. Different models of use of the areas were stipulated and analyzed by the guarantee concept. It was verified that, as the cactus pear is inserted in greater proportions in the property, the variation of the total production of the system is smaller, acting with a buffering element of the natural oscillation of the forage supply of the native pasture. With a 95% guarantee, the intermediate model of inclusion of cactus pear (Model 03) shows an increase potential of approximately 293,000 kg of DM in the property. In the second study, simulations using PHYGROW were carried out to assess the possible future impacts of climate change on the carrying capacity of buffel grass and current grass, using the global climate models CNRM-CM3, MIROC5 and MRI-CGCM3, considering the scenario RCP 4.5. The future interval of 38 years was considered for the Apodi plateau region, Limoeiro do Norte-CE. There was an adequate correlation between the climatic models and the initial model of crop growth by PHYGROW. The scenarios presented for the two forages evaluated are positive, indicating a support capacity estimated at 1.5 to 2.5 AU ha-1 and stabilized over the simulated period. In the third study, the objective was to demonstrate the impact of water consumption from a ruminant production system in a small reservoir. The water use model was developed using the Vensim PLE™ software for a hypothetical property located in Petrolina, Pernambuco, Brazil. The reservoir capacity and evaporation, infiltration and runoff rates were estimated from the literature and rainfall was estimated using the probability density function in the @RISK© software. The use of irrigation, water consumption of the family property, and water consumption by goats, sheep and cattle were estimated in the literature. In the horizon of 30 years, in only five of these the maximum capacity of the reservoir was reached. In the most demanding water scenarios, years are observed where the weir dries completely, making animal production unfeasible. Using the proposed model, it was possible to estimate, using practical and real indicators, combinations to find the best way to use water, depending on the type of herd and the use of irrigation.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/58756
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