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GUIMARÃES, Bruno Vinícius Castro. Predição de colheita e estimativas do tamanho e formato de parcelas experimentais para palma forrageira ‘Gigante’. 2020. 225 p. Tese (Doutorado em Produção Vegetal no Semiárido) – Universidade Estadual de Montes Claros, Janaúba, 2020.
Dentre as forrageiras, a palma ‘Gigante’, Opuntia ficus-indica Mill, destaca-se, sobretudo no ecossistema semiárido, pela alta resiliência às condições adversas associada à máxima produção de biomassa vegetal. Por essa singular importância no campo da agropecuária, diversos estudos têm sido desenvolvidos em busca do maior entendimento e pressuposições agronômicas sobre essa variedade. Entre eles, destacam-se a predição de colheita e a definição do tamanho da parcela experimental, para propiciar extrapolação segura de resultados. Dessa forma, objetivou-se com este trabalho construir modelos para predição da colheita e estimar o tamanho e o formato de parcelas para avaliação fenotípica da palma forrageira ‘Gigante’. O experimento de campo foi desenvolvido na condição de sequeiro na área experimental do Instituto Federal Baiano, a partir de um ensaio em branco ou com ausência de tratamentos, em que, nas etapas de preparo do solo, adotou-se um padrão de uniformidade em toda a área experimental. Simultaneamente, procederam-se com a seleção dos cladódios e o devido preparo destes para o plantio, com tempo de cura de 15 dias à sombra. A adubação orgânica foi realizada em três aplicações, sendo 60 Mg ha-1 ano-1 de esterco de ovino no primeiro ano, parcelados em 30 Mg ha-1 no sulco na ocasião do plantio e 30 Mg ha-1 em cobertura após o enraizamento das plantas, posteriormente, no segundo ano de plantio, correspondente aos 360 DAP, realizou-se uma nova aplicação com 60 Mg ha-1 a lanço nas entrelinhas, repetindo a mesma dosagem de 60 Mg ha-1 aos 720 DAP. Práticas agronômicas complementares foram realizadas com base nas recomendações para a cultura forrageira. Com isso, as plantas, denominadas como unidades básicas UB, foram submetidas aos mesmos tratos culturais e à mesma sistematização de plantio com 2,0 x 0,2 m, em um arranjo de 10 fileiras com 50 plantas cada, sendo consideradas como parcela útil o gride i x j com i = 48 linhas e j = 8 colunas, correspondentes a 384 UBs numa área total com 153,60 m². Aos 930 DAP, avaliaram-se os descritores morfológicos, altura da planta; comprimento, largura, espessura, área e número dos cladódios; massa dos cladódios e área total do cladódio no terceiro ciclo de produção. Para cada característica vegetativa estudada, objeto da avaliação das 384 UB, foram combinados diversos tamanhos de parcelas que permitissem o preenchimento de toda a área experimental. Desse modo, foram contemplados 15 diferentes tamanhos de parcelas pré-estabelecidos com formatos retangulares e em fileiras. A predição da colheita foi realizada por Redes Neurais Artificiais – RNA e pelos modelos de interface da análise de regressão simples, múltipla, quadrática e interação. O tamanho das parcelas foi estimado pelos métodos da máxima curvatura modificada, tamanho conveniente de parcela, linear e quadrático com resposta a platô, comparação de variâncias e a informação relativa. Para predição da colheita, foram ajustadas redes neurais artificiais com coeficiente de determinação de 0,87 para a amostra de validação, assegurando o potencial de generalização do modelo. Os caracteres morfológicos de maior contribuição relativa foram a área total do cladódio, altura da planta, espessura do cladódio e comprimento do cladódio, porém, todos são importantes na predição da produtividade. Por meio da regressão linear múltipla, interação quadrática com todas as variáveis ou somente a característica área total do cladódio para a regressão linear simples, foi possível estimar a produtividade da palma forrageira no semiárido nordestino como aporte nutricional e hídrico para fomentar o planejamento rural. No tocante à determinação dos tamanhos de parcelas, o modelo da máxima curvatura modificado estimou tamanhos de parcela entre três e nove plantas no sentido da fileira de cultivo para as características em estudo. Estimativas de diferentes tamanhos de parcelas foram construídas pela metodologia matricial proposta por Hatheway, em que o pesquisador pode fazer uso de uma série de combinação entre os parâmetros, número de tratamento, número de repetições, diferença a ser detectável e o coeficiente de variação da característica para selecionar o tamanho conveniente da parcela. Os estimadores de regressão linear e quadrático com resposta platô determinaram parcelas com 10 e 17 unidades básicas, respectivamente. Pelo método da comparação de variância, considerou-se como tamanho ótimo parcelas com 12 UB (4,8 m²), pois o emprego de tamanhos superiores não diminui significativamente a variância. O tamanho e o formato de parcela mais adequados foram determinados pela maior informação relativa associada ao menor coeficiente de variação. Estudos com a palma forrageira ‘Gigante’ têm sido desenvolvidos com tamanhos de parcelas diversificados com 15, 32 e 36 unidades básicas. Contudo, em consonância com os resultados obtidos nesse trabalho, a área experimental pode ser otimizada com redução significativa no tamanho e formato da parcela. O tamanho da parcela experimental com oito unidades básicas no formato com oito colunas e uma planta por coluna assegura eficiência na avaliação experimental, pois essa combinação entre tamanho e formato, além de atender todas as características normalmente avaliadas em estudos com a palma forrageira, tem-se o máximo controle da heterogeneidade do solo, com a diminuição do erro experimental e ganhos significativos sobre a precisão. Adicionalmente, a partir dos caracteres morfológicos, é possível predizer a produção de palma forrageira com alta precisão por meio das RNAs e dos modelos de regressão.
Palavras-chave: Opuntia ficus-indica, modelos, métodos, ensaio, caracteres morfológicos, precisão experimental.
Harvest prediction and estimates of the size and shape of experimental plots for ‘Gigante’ Cactus Pear
Among the forage crops, ‘Gigante’ cactus pear (Opuntia ficus-indica Mill) stands out, especially in the semiarid, for its high resilience to adverse conditions associated with high biomass production. Due to its unique importance in agriculture, several studies have been developed in search of greater understanding and agronomic assumptions about this cactus variety. Predicting harvest and defining the experimental plot size are important to safely extrapolate research results. Thus, the objective of this work was to build harvest-predicting models to estimate the size and shape of plots for phenotypic evaluation of the ‘Gigante’ forage cactus pear. The field experiment was carried out under rainfed condition in the experimental area of the Federal Institute of Bahia. A blank test, that is, with no treatments, was conducted, in which the soil was evenly prepared throughout the experimental area. The cladodes used for planting were selected and cured for five days in shade. Organic fertilizers were applied three times at a rate of 60 Mg ha-1 year-1 of sheep manure in the first year: 30 Mg ha-1 in the planting furrow and 30 Mg ha-1 as top dressing after rooting of the plants. In the second year, which corresponded to 360 days after planting (DAP), a new application was carried out with 60 Mg ha-1 between rows, repeating the same rate of 60 Mg ha-1 at 720 DAP. Other crop practices were done based on recommendations for forage crops. Therefore, the plants, each considered a basic unit (BU), were subjected to the same crop practices and planted at the same spacing of 2.0 x 0.2 m. The plants were arranged into 10 rows containing 50 plants each. Following the grid i x j, 384 plants or BUs arranged in i = 48 rows and j = 8 columns were considered for measurements, for a total area of 153.60 m². At 930 DAP, the following morphological descriptors were measured in the third production cycle: plant height, cladode length, cladode width, cladode thickness, cladode area, number of cladodes, weight of cladodes, and total area of cladodes. For each vegetative characteristic measured in the 384 BUs, several sizes of plots were combined so that the plants would fill the whole experimental are. Thus, 15 different sizes of pre-established rectangular-shaped plots and rows were used. Harvest prediction was performed by Artificial Neural Networks (ANN) and by the interface models of simple, multiple, quadratic and interaction regression analysis. Plot sizes were estimated by the methods: modified maximum curvature, convenient plot size, linear and quadratic response plateau, comparison of variances and relative information. To predict the harvest, artificial neural networks with a coefficient of determination of 0.87 were fitted for validating the sample, which ensured the potential of generalization of the model. The morphological characters that had the greatest relative contribution were total area of the cladode, plant height, cladode thickness, and cladode length; however, all traits measured are important for predicting cactus pear yield. Through multiple linear regression, quadratic interaction across all variables or simple linear regression for total cladode area, it was possible to estimate the yield of forage cactus pear grown in Brazilian northeastern semiarid as nutritional and water resource for livestock. Regarding the determination of plot sizes, the modified maximum curvature model estimated plot sizes between three and nine plants in the direction of the plant row for the characteristics studied. Estimates of different plot sizes were built using the matrix methodology proposed by Hatheway, in which the investigator can make use of a series of combinations between parameters, number of treatment, number of replicates, difference to be detected and the coefficient of variation of the characteristic to select the convenient plot size. The linear and quadratic regression with plateau response methods determined plots with 10 and 17 basic units, respectively. By the method of comparison of variance, plots with 12 BUs (4.8 m²) were the optimum size since the use of larger sizes does not significantly decrease the variance. The most suitable plot size and shape was determined by the greater relative information associated with the lower coefficient of variation. Studies on ‘Gigante’ forage cactus pear have been conducted using plot sizes having 15, 32 and 36 basic units; however, based on the results of this work, the experimental area can be optimized by significantly reducing the size and shape of the plot. An experimental plot with eight basic units arranged in eight columns composed of one plant each ensures efficiency during the experimental evaluation. This combination of size and shape has the highest control of soil heterogeneity in addition to meeting all the characteristics normally evaluated in studies with forage cactus pear. Furthermore, reduction in experimental error and significant gains in accuracy are expected. From the morphological characters, one can predict the yield of forage cactus pear with high precision using ANNs and regression models.
Keywords: Opuntia ficus-indica, models, methods, assay, morphological characters, experimental precision
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