Parametrização e validação do ciclo do carbono e do nitrogênio do modelo Century 4.5 com experimentos de longa duração em um argissolo do sul do Brasil

Abstract

O modelo Century simula a dinâmica da matéria orgânica do solo sob diferentes sistemas de manejo. O objetivo deste trabalho foi parametrizar e validar o modelo Century 4.5 em um Argissolo do RS. Foram utilizados estoques de C e de N observados em diferentes sistemas de culturas e preparos de solo de dois experimentos de longa duração instalados na década de 80 em um Argissolo Vermelho distrófico típico que se encontrava degradado pelo preparo convencional do solo. Para a parametrização foram utilizados os tratamentos em plantio direto aveia/milho com N e aveia+vica/milho sem e com N e em preparo convencional aveia/milho com N. Esta etapa consistiu na modificação de parâmetros de culturas, de cultivos e fixos do modelo buscando coincidir as adições de C pelas culturas e os estoques de C e de N simulados aos observados nos experimentos. O parâmetro fixo do modelo DEC4, que representa a máxima taxa de decomposição do compartimento passivo, foi alterado de 0,0045 a 0,0057. O VARAT2(1,1), máxima relação C/N do material que entra no compartimento lento, foi alterado de 20 para 25 e o VARAT3(1,1), máxima relação C/N do material que entra no compartimento passivo, de 8 para 15,6. O parâmetro de cultivo CLTEFF utilizado em plantio direto foi de 1,1 e em preparo convencional foi de 2,0. Além disso, em preparo convencional foi utilizado o efeito adicional de cultivo no mês seguinte ao do preparo. A validação consistiu na simulação pelo modelo com as alterações realizadas dos demais sistemas de manejo (em plantio direto aveia/milho sem e com N, aveia+vica/milho+caupi sem e com N, lablabe+milho sem N e guandu+milho sem N e em preparo convencional aveia/milho sem N, aveia+vica/milho+caupi sem e com N). A acurácia das simulações foi avaliada pela análise estatística do LOFIT e RQEM, sendo que as análises não acusaram diferença estatística entre os estoques de C e de N simulados e observados. O modelo conseguiu simular a variação nos estoques de C e de N nos diferentes sistemas de cultura e de preparo do solo, estando essa variação associada à adição de C pelas culturas. Em sistema plantio direto, à exceção do aveia+milho sem N, houve acréscimo nos estoques. Já em preparo convencional houve decréscimo no aveia+milho sem e com N e leve aumento com posterior tendência de manutenção no aveia+vica/milho+caupi. O modelo com as modificações realizadas foi validado para as condições edafoclimáticas do estudo.

Century model can simulate soil organic matter dynamics under several soil management systems. The objective of this work was to parameterize and validate the model in an Acrisol in Rio Grande do Sul State, Brazil. Observed soil organic C and N stocks under several crop and tillage systems from two long-term experiments set up in the 80’s were used. The parameterization was performed using the no-tillage treatments of oat/maize with N, oat+vetch/maize without and with N and oat/maize with N under plowing tillage. This step consisted in modifications of crop, cultivation and fixed parameters of the model to mach simulated crop C addition, soil carbon and nitrogen stocks with experimentally observed values. The fixed parameter DEC4, the maximum decomposition rate of soil organic matter with slow tornover, was altered from 0,0045 to 0,0057. The VARAT2(1,1), maximum C/N ratio for material entering in slow pool, was altered from 20 to 25 and VARAT3(1,1), maximum C/N ratio for material entering in passive pool, was altered from 8 to 15,6. The cultivation parameter CLTEFF used in no-tillage was 1,1 and in plowing tillage was 2,0. Moreover, in plowing tillage an “enhanced cultivation effect” was included for one month after the plowing event. The validation of the Model with modified parameters were performed using other treatments of the same experiments: under no tillage (oat/maize without and with N, oat+vetch/maize+cowpea without and with N, lablab+maize without N and pigeon pea+maize without N) and under plowing tillage (oat/maize without N and oat+vetch/maize+cowpea without and with N). The accuracy of the simulations was evaluated by LOFIT and RMSE statistical analyses and they didn´t show statistical difference between simulated and observed soil C and N stocks. The model, after local parameterization, adequately simulates the variation in soil C and N stocks under different crop and tillage systems. Variation of this elements in soil was highly related to C addition by crops. Under no-tillage, except oat/maize without N, all treatments promoted increase in their stocks. Plowing tillage promoted decrease in soil stocks under oat/maize, but under oat+vetch/maize+cowpea there was a little increase, with a tendency to reach constant value with time. The model with these modifications was validated in soil and climatic conditions of this study.