Aplicação de fertilizantes: tecnologia, eficiência energética e ambiente
Introdução
A aplicação de fertilizantes minerais é um processo essencial para a manutenção
de níveis de nutrientes no solo adequados ao desenvolvimento das culturas. No
entanto, a aplicação destes produtos químicos sem critérios de racionalidade e
eficiência origina problemas ambientais e tem custos económicos e energéticos.
A aplicação de fertilizantes pressupõe o envolvimento de um trinómio: o
operador, o tractor agrícola como fonte de potência e o equipamento que
distribui ou espalha o adubo (distribuidor). Optimizar a aplicação implica
rentabilizar o desempenho de cada um destes elementos e do conjunto. É comum,
quando se aplica adubo, a concentração do operador centrar-se no distribuidor,
nas regulações que permitem dosear a quantidade pretendida de fertilizante por
unidade de área. Poucos são os agricultores que, depois de utilizarem o tractor
em trabalhos de tracção têm em consideração o ajustamento da pressão dos pneus
ou do lastro do tractor antes de iniciar a aplicação de fertilizantes. Os
resultados obtidos por Serrano et al. (2009) mostraram, por exemplo, que a
utilização de lastro líquido nos pneus do tractor em trabalhos de tracção não
melhorou a capacidade de trabalho (em ha h-1) e levou a um agravamento do
consumo de combustível por hectare (l ha-1) de 5 a 10%. Por outro lado, estes
ensaios também mostraram um agravamento do consumo de combustível por hectare
(l ha-1) de 10 a 25% pela utilização de pressões de enchimento dos pneus mais
elevadas do que as recomendadas pelos fabricantes dos pneus. Pelo que, a
prática comum e indiscriminada na região de utilização de lastro líquido nos
pneus e pressões de enchimento dos pneus desajustadas podem e devem ser
questionadas.
Ainda de forma mais evidente, poucos são os operadores que utilizam as
possibilidades que os modernos tractores agrícolas permitem ao nível dos
sistemas de apoio à condução e das inúmeras combinações da caixa de velocidade,
ou a tomada de força económica, quando as características do trabalho o
permitem. Serrano et al. (1998) mostraram que a taxa de utilização destes
sistemas de apoio à condução é muito reduzida. Os resultados obtidos em ensaios
de campo (Serrano et al., 2005) comprovaram a importância da correcta gestão do
par mudança - regime, tendo evidenciado que a técnica de escolher mudanças mais
altas e regimes mais baixos pode conduzir a reduções do consumo por hectare
entre 15 e 20% relativamente à utilização comum de regimes perto do regime
nominal do motor e da selecção de mudanças baixas.
Tradicionalmente são utilizados tractores agrícolas sem qualquer equipamento de
apoio à condução ou de monitorização do desempenho, associados a distribuidores
de adubo pouco sofisticados e na maioria das vezes sem adequada regulação. Os
distribuidores de fertilizantes regulados por tecnologia tradicional, conduzem
à aplicação homogénea em toda a parcela. Quando o que apenas interessa é o
resultado final (aplicar uma quantidade média de fertilizante por unidade de
área), sem preocupação pela forma como o processo é conduzido, revela-se uma
forma de estar na agricultura pouco exigente, incompatível com os desafios que
a agricultura moderna coloca como actividade económica.
A variabilidade dos solos e a importância desta para determinar os benefícios
potenciais da adopção de sistemas de agricultura de precisão (King et al.,
2005) é, hoje em dia, uma prática incontornável. Especificamente em relação ao
fósforo (P), por exemplo, McCormick et al. (2009) obtiveram valores do
coeficiente de variação espacial (CV) superiores a 50%. Esta variabilidade pode
ser causada por factores de ordem climática ou topográfica, do material
originário ou da vegetação, podendo resultar também de complexos processos
geológicos e pedológicos, para além de práticas de gestão diferenciada
(Mallarino e Wittery, 2004).
A variação dos níveis de nutrientes no solo leva, no caso da aplicação uniforme
de fertilizantes, à aplicação excessiva nalguns locais e aplicação abaixo do
recomendado noutros (Mallarino e Wittery, 2004), de que resultam perdas
agronómicas e económicas directas que conduzem a um acréscimo de poluição
ambiental (Maleki et al., 2007; McCormick et al., 2009). Neste contexto,
justifica-se a implementação de metodologia que permita identificar e gerir
zonas das parcelas com potencial para gestão diferenciada, de forma a
racionalizar a utilização dos factores de produção (neste caso, os inputsde
fertilizantes), através de novas tecnologias para aplicação das quantidades de
nutrientes adequadas a cada local. A quantidade de um nutriente a aplicar em
cada parcela é, normalmente, calculada a partir do balanço entre os
fornecimentos naturais do solo e do ambiente (inputs), a extracção pelas
plantas e as inevitáveis perdas (outputs) (Haneklaus, 2006). Um balanço
positivo indica acumulação do nutriente, enquanto um balanço negativo significa
a degradação dos níveis de fertilidade do solo. Sims et al. (2002)
identificaram 4 níveis de P2O5 no solo para efeitos de desenvolvimento das
pastagens: baixo (025 mg kg-1), médio (26-50 mg kg-1), óptimo (51-100 mg kg-1),
e excessivo (> 100 mg kg-1). Assim, após o levantamento das características do
solo e depois de estabelecido o objectivo a atingir quanto à concentração de
determinado nutriente no solo, o gestor da parcela pode definir zonas de
aplicação diferenciada, com maiores concentrações nas zonas mais deficitárias e
menores ou mesmo sem aplicação, nas zonas onde a concentração do nutriente no
solo é próximo do pretendido.
Estas duas vertentes, por um lado de contribuição para a optimização do
desempenho energético do tractor e, por outro, de demonstração do potencial
revelado por novas tecnologias na aplicação diferenciada de fertilizantes,
associadas à experiência do operador, permitem uma gestão mais racional na
utilização dos factores de produção, que se traduzem na diminuição dos custos
de produção, que se enquadram no âmbito dos conceitos de agricultura
sustentável e de agricultura de precisão (Zhang et al., 2010). Desenvolvimentos
tecnológicos recentes disponibilizam no tractor agrícola moderno sistemas de
monitorização e apoio à condução que permitem optimizar o seu desempenho ao
nível da gestão do regime do motor e da tomada de força, da escolha da relação
de transmissão da caixa de velocidades, do lastro e da pressão de enchimento
dos pneus. Por outro lado, a utilização de tecnologia de aplicação variável
(VRT) assente em sistemas GPS, sensores e atuadores, permitem aplicar
diferenciadamente os adubos nas parcelas, ou seja permitem aplicar a quantidade
certa, no local adequado, no momento oportuno. Estes desenvolvimentos exigem
dos agricultores e, especialmente, dos operadores de tractores e máquinas
agrícolas formação actualizada e justifica a preocupação deste artigo em
demonstrar o potencial de novas tecnologias disponíveis.
Sistemas de informação em tractores agrícolas ' contributo para a eficiência
energética
Na Figura_1 pode ver-se o exemplo do sistema de informação e apoio à condução
ACET ' Ecocontrol dos tractores agrícolas da marca Renault. Este sistema
tem por base informação detalhada do comportamento do motor em bancos de
ensaios, sujeito a solicitações muito diversas. O operador ao seleccionar a
função económica recebe no painel do monitor de rendimento informação sobre a
combinação do regime e da relação de transmissão da caixa de velocidades que
optimiza a utilização do tractor nas condições de trabalho em causa.
Na Figura_2 (Consola do sistema de aconselhamento ao operador) pode-se observar
o monitor do sistema Informat dos tractores agrícolas da marca Steyr para
apoio à gestão do par relação de transmissão da caixa de velocidades -regime do
motor. Quando o operador selecciona a função económica pode fazê-lo sob duas
perspectivas: para optimizar a capacidade de trabalho, ou seja, quando o tempo
disponível para realizar o trabalho é limitado; ou o con-sumo de combustível
por hectare, ou seja, quando for possível conciliar o tempo disponível para
realizar a operação cultural com estratégias de condução económicas em termos
de energia. Estes sistemas baseiam-se, mais uma vez, em informação obtida em
ensaios realizados pelos fabricantes, cujos resultados constituem algoritmos de
suporte à informação. A Figura_3 ilustra um exemplo de curvas de desempenho do
motor, que permitem compreender as referidas estratégias de optimização da
capacidade de trabalho (Ct, ha h-1) ou do consumo de combustível por hectare
(Cha, l ha-1). Estes sistemas de informação mostram a preocupação dos
fabricantes de tractores agrícolas em proporcionar aos operadores sistemas de
aconselhamento perante as inúmeras opções estratégicas de condução que dispõem.
Tecnologia para aplicação diferenciada de fertilizantes ' o fechar do ciclo
A aplicação diferenciada de fertilizantes pressupõe a utilização de tecnologia
GPS (Global Positioning System) associada a sensores para levantamento
expedito da variabilidade do solo (por exemplo, medidores de condutividade
eléctrica) e da pastagem (por exemplo, sensores de vegetação ou sensores de
capacitância).
Na fase seguinte, a informação espacial georreferenciada é organizada, sob a
forma de mapas, com os sistemas de informação geográfica (SIG). A sobreposição
de várias camadas de informação e sua integração com o conhecimento agronómico
sustentará a tomada de decisão relativa à pertinência da aplicação diferenciada
de fertilizantes.
A concretização do plano de aplicação, que é o fechar do ciclo em agricultura
de precisão, pressupõe a utilização de tecnologias para:
(i) Guiamento do tractor (sistemas de barras de luzes, lightbar), garantindo
a realização de trajectos paralelos sem a necessidade de utilizar operadores
(ii) Monitorização do trabalho realizado em termos de quantidades de adubo
aplicadas e áreas cobertas; são utilizados sensores de velocidade de
deslocamento (radar ou sensor magnético de proximidade nas rodas do tractor) e
sensores de débito de massa sob a tremonha do distribuidor (células de carga);
(iii) Aplicação variável de adubo em que o comando do distribuidor é assegurado
por um plano de aplicação previamente elaborado (normalmente num cartão de
memória onde se estabelecem as quantidades de adubo a aplicar em função das
coordenadas geográficas da parcela), o qual comanda actuadores eléctricos que
gerem a abertura e fecho das placas de dosagem do distribuidor de adubo. A
Figura_5 ilustra um exemplo de tecnologias integradas para controlo de um
distribuidor de adubo.
Aplicação uniforme versus aplicação diferenciada de fertilizantes
Para ilustrar a questão da eficiência energética na aplicação de fertilizantes
apresenta-se o estudo realizado numa parcela de cerca de 6 ha da Herdade da
Revilheira, situada próximo de Reguengos de Monsaraz (38º27'51,6N e
7º25'46,2W).
Entre 2000 e 2003, em Outubro - Novembro de cada ano, procedeu-se à aplicação
na parcela de uma quantidade homogénea de adubo fosfatado (300 kg ha-1de Super
fosfato 18%, SP18, que doseia 54 kg ha-1de P2O5), tendo por base a recolha em
Junho de 2000 de uma amostra compósita de solo da parcela. Na parcela foram
aplicados, em média, anualmente cerca de 1800 kg de SP18 (7200 kg no conjunto
dos 4 anos). Foi utilizado na aplicação um tractor agrícola Ford 6600 e um
distribuidor de adubo pendular Vicon V-400, com 12 m de largura de trabalho,
sem qualquer sistema electrónico de informação ou de comando. O apoio à
condução em linhas paralelas foi dado por dois operadores com passo aferido e
com bandeirolas sinalizadoras, colocados em extremidades opostas da parcela.
Entre 2004 e 2007 procedeu-se à aplicação diferenciada na parcela de SP18,
tendo sido utilizadas 4 classes de aplicação de SP18 em kg ha-1: (i) 440; (ii)
330; (iii) 165; e (iv) 0 (correspondentes, respectivamente, a 80, 60, 30 e 0 kg
ha-1de P2O5). Estas classes foram estabelecidas a partir da concentração de
P2O5no solo obtida em 76 amostras compósitas da camada superficial do solo
(profundidade de 0,30 m), georreferenciadas com GPS. Assim, foram utilizadas as
classes (i, ii, iii e iv) de aplicação para valores de P2O5 no solo entre 0-30,
30-50, 50-80 e > 80 mg kg-1, respectivamente. As quantidades de adubo SP18
aplicadas anualmente na parcela foram de 2500 kg em 2004, 2178 kg em 2005, 1664
kg em 2006 e 1930 kg em 2007 (Figura_6), que corresponde a um total acumulado
em 4 anos de 8272 kg. Nas Figura_7-10 são apresentados os mapas de P2no solo
(em mg kg-1) e de P2O5 O5 fornecido (em kg ha-1) em cada um dos quatro anos de
aplicação diferenciada. Foi utilizado um tractor agrícola Massey-ferguson
6130 equipado com o sistema de informação Datatronic 2. Em trabalho foi
utilizado o módulo comparativo deste sistema de informação para selecionar a
opção da caixa de velocidades que minimizava o consumo de combustível por
hectare para o regime do motor que garantia o regime normalizado da tomada de
força de 540 r.p.m. A aplicação foi realizada com um distribuidor de adubo
centrífugo Vicon RS-EDW, de 28 m de largura de trabalho. Foi utilizado o
sistema de guiamento do tractor (lightbar) que permitiu manter o
distanciamento entre passagens consecutivas sem necessidade de operadores
auxiliares com bandeirolas. O distribuidor de adubo encontrava-se equipado com
células de carga e monitor de comando Ferticontrol, recebendo informação da
velocidade do conjunto a partir do radar que equipava o tractor. O sistema
Fieldstar foi utilizado como interface entre uma antena dGPS (antena com
correcção diferencial do sinal GPS), um cartão de memória com o plano de
aplicação diferenciado e o sistema Ferticontrol.
Os resultados obtidos, em termos de quantidade de adubo aplicado, não
evidenciam vantagem económica pela aplicação diferenciada (período 20042007)
relativamente à aplicação homogénea (20002003). A análise detalhada e
sistemática da informação recolhida na parcela do campo experimental revela uma
tendência anisotrópica clara (Figura_11), com o fluxo de nutrientes (entre eles
o fósforo), das zonas de vale (mais produtivas e de pastoreio mais intenso)
para as zonas altas da parcela (onde tendem a permanecer os animais nos
períodos de descanso).
A tecnologia de aplicação variável surge então como uma resposta que permite
corrigir esta tendência de acumulação de nutrientes em determinadas zonas em
consequência da dinâmica do pastoreio animal, reduzindo os riscos de perdas de
nutrientes, de poluição ambiental, e contribuindo para uma maior homogeneidade
da fertilidade do solo. Confirma-se, assim, que o balanço de ganhos e de perdas
em pastagens pastoreadas é um processo de longo prazo, onde é determinante a
influência do pastoreio animal, tornando complexo o processo de cálculo de
necessidades fertilizantes (Efe Serrano, 2006).
Perspectiva integrada de utilização do conjunto tractor ' distribuidor de adubo
A Figura_12 mostra que a abordagem integrada da eficiência energética global de
utilização do tractor e do distribuidor de adubo tem como denominadores comuns
o operador e o aproveitamento que faz das tecnologias que tem à disposição. É
para a divulgação das tecnologias e para a formação dos operadores que deve ser
dirigido o investimento no futuro. As novas ferramentas colocadas à disposição
do agricultor, nomeadamente na monitorização do solo, da pastagem e do animal
em pastoreio, permitem hoje um melhor conhecimento dos balanços de nutrientes
no solo e contribuem para uma gestão mais racional dos recursos disponíveis
(Figura_13).
Implicações práticas
Este artigo faz uma abordagem integrada ao conjunto tractor - distribuidor de
adubo, com um denominador comum, o aproveitamento que o operador faz das
tecnologias que se encontram à sua disposição. Do lado do tractor, há potencial
para uma utilização mais eficiente verificando e adaptando o lastro e a pressão
de enchimento dos pneus em função do tipo de utilização que se faz do tractor,
de acordo com as indicações dos fabricantes. Outra possível vertente de
melhoria da eficiência resulta do correcto aproveitamento das opções da caixa
de velocidades, preferencialmente optando pela escolha de mudanças mais altas,
com regimes mais baixos, sem colocar em causa a segurança do operador e a
qualidade do trabalho realizado. No estabelecimento do caderno de encargos é
fundamental considerar a possibilidade de aquisição de tractores equipados com
tomada de força (tdf) económica (permite obter o regime normalizado de 540
r.p.m. na tdf com um regime mais baixo no motor, a que correspondem menores
consumos de combustível), adequado a operações culturais pouco exigentes em
tracção ou em potência, como é o caso da utilização de distribuidores
centrífugos de adubo. Na escolha do tractor agrícola deve-se igualmente
privilegiar a inclusão de sistemas de informação e monitorização do desempenho
do tractor, que poderão funcionar como sistemas de aconselhamento ao operador;
estes sistemas permitirão também registar dados como a área trabalhada, o
consumo de combustível, a capacidade de trabalho ou o consumo de combustível
por hectare, fundamentais numa gestão organizada.
Da parte do distribuidor, para além das regulações e manutenções recomendadas
no manual do distribuidor, há potencial para uma utilização mais eficiente
procurando, logo na aquisição, seleccionar equipamentos com grande capacidade
de projecção e, consequentemente, largura de trabalho, aumentando, assim, a sua
capacidade de trabalho. Quando se utilizam distribuidores centrífugos com uma
banda de distribuição muito ampla é fundamental a aquisição de um sistema de
apoio à condução. Estes sistemas, que têm por base a tecnologia GPS (conhecidos
vulgarmente como barras de luzes) permitem ao operador realizar uma passagem
inicial junto à bordadura da parcela e definir o afastamento entre passagens
sucessivas (largura de trabalho). A partir daí o sistema guia o operador para
que este possa conduzir o tractor mais próximo possível da linha de referência,
evitando-se sobreposições desnecessárias ou afastamento excessivo entre
passagens, com implicações negativas na homogeneidade do perfil transversal de
distribuição do adubo. No momento da compra, o agricultor deverá optar
igualmente por equipamentos dotados de sistemas de comando electrónico, capazes
de regular, quantificar e monitorizar as quantidades de adubo efectivamente
distribuídas.
Em resumo, pode-se afirmar que a opção por sistemas VRT permite ajustar a dose
de adubo a aplicar em função da variabilidade espacial dos nutrientes no solo.
O apoio à decisão do doseamento resultará das ferramentas tecnológicas que se
dispuser para levantar essa variabilidade de forma expedita. No final,
independentemente de se conseguir ou não vantagem objectiva na quantidade de
adubo aplicada de forma diferenciada, haverá sempre um benefício ambiental,
impedindo excessiva acumulação em determinadas zonas do campo, reduzindo-se o
risco ambiental.
