Game theory in sugarcane crop residue and available energy optimization

This work proposes a mathematical model to aid variety selection and planting quantity of sugarcane in order to reduce crop residues, maximize energy generated by this residue, and satisfy all the supply of the mill. We propose Linear Programming with two objective. The conflict between these objectives allows the use of the Nonzero-sum Game Theory. (C) 2003 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Sugar cane (Saccharum spp.) crop residue baling for energy purposes in Brazil

The sugar cane crop according to several authors can generate, besides the industrialized stalks, an amount of crop residues from the order of 15 to 30% in weight of the aerial part of the plants, depending on the field conditions. The sugar cane area in Brazil is around 5.5×106 hectares, with an amount of 400.106 tons of stalks, with stalks yield of 72 tons.ha-1 (Unica, 2005). This study took place in a sugar cane plot (Latitude 22°46'S, Longitude 47°23'W and 600m of altitude) with 3% of slope, located in São Paulo State. The sugar cane variety was SP 80-1816, in its forth cut, 11 months old and with a planted row spacing of 1.40m. By other side, several sugar mills are bringing the crop residue to their patio to produce energy with the bagasse. One way for that is the baling operation to bring the crop residue at the sugar mill. Some fundamental variables were obtained to define the best set of machines to work with in sugar cane crop residue removal in the baling system among the studied ones, some of the variables were: Soil Index (T1 = 0.83%, T2 = 0.46%, T3 = 0.65%, T4 = 0.57%); Energy Efficiency (T1 = 82.48%, T2 = 83.88%, T3 = 82.83% and T4 = 82.97%) of the system and Effective Cost for Equivalent Energy in US$.EBP-1 (T1 = 11.10, T2= 10.46, T3 = 11.47 and T4 = 10.57) of the baled trash delivered at the sugar mill.

Soil and crop residue CO2-C emission under tillage systems in sugarcane-producing areas of southern Brazil

Appropriate management of agricultural crop residues could result in increases on soil organic carbon (SOC) and help to mitigate gas effect. To distinguish the contributions of SOC and sugarcane (Saccharum spp.) residues to the short-term CO2-C loss, we studied the infl uence of several tillage systems: heavy offset disk harrow (HO), chisel plow (CP), rotary tiller (RT), and sugarcane mill tiller (SM) in 2008, and CP, RT, SM, moldboard (MP), and subsoiler (SUB) in 2009, with and without sugarcane residues relative to no-till (NT) in the sugarcane producing region of Brazil. Soil CO2-C emissions were measured daily for two weeks after tillage using portable soil respiration systems. Daily CO2-C emissions declined after tillage regardless of tillage system. In 2008, total CO2-C from SOC and/or residue decomposition was greater for RT and lowest for CP. In 2009, emission was greatest for MP and CP with residues, and smallest for NT. SOC and residue contributed 47% and 41%, respectively, to total CO2-C emissions. Regarding the estimated emissions from sugarcane residue and SOC decomposition within the measurement period, CO2-C factor was similar to sugarcane residue and soil organic carbon decomposition, depending on the tillage system applied. Our approach may define new emission factors that are associated to tillage operations on bare or sugarcane-residue-covered soils to estimate the total carbon loss.

Soil CO2 emission as related to incorporation of sugarcane crop residues and aggregate breaking after rotary tiller

O preparo do solo é um dos processos que aceleram a decomposição da matéria orgânica, transferindo carbono para atmosfera, principalmente na forma de CO2. Neste trabalho, investigou-se o efeito do preparo com enxada rotativa sobre as emissões de CO2 do solo durante 02 semanas após o preparo do solo, incluindo-se a presença de resíduos vegetais sobre a superfície. As emissões foram avaliadas por 15 dias após preparo em 3 parcelas: 1) sem preparo e sem palha superficial (SPs); 2) preparo com enxada rotativa sem a presença de palha na superfície (ERs), e 3) preparo com enxada rotativa com a presença de palha superficial (ERc). As emissões provenientes da ERc foram superiores às demais (0,777 g CO2 m-2 h-1), sendo as menores emissões registradas na parcela SPs (0,414 g CO2 m-2 h-1). As emissões totais indicaram que a diferença de C-CO2 emitida à atmosfera corresponde a 3% do total de carbono adicional presente na palha, na parcela ERc, quando comparado à parcela ERs. O aumento da emissão da parcela SPs para ERs foi acompanhado de uma modificação na distribuição do tamanho de agregados, especialmente aqueles com diâmetro médio inferior a 2 mm. O aumento da emissão da parcela ERs para ERc esteve relacionado a uma diminuição da massa de palha na superfície, com fragmentação e incorporação da mesma no interior do solo. Quando se analisa a correlação linear entre emissão de CO2 versus temperatura e umidade do solo, somente a emissão da ERc foi significativamente correlacionada (p<0,05) à umidade do solo.

Determination of the optimal quantity of crop residues for energy in sugarcane crop management using linear programming in variety selection and planting strategy

The aim of this work was to present organizational models for optimizing the reduction of crop residue generated by the sugarcane culture. The first model consisted of the selection of varieties of sugarcane to be planted meeting the mill requirements and, at the same time, to minimize the quantity of residue produced. The second model discussed the use of residue to produce energy. This is related to the selection of variety and quantity to be planted, in order to meet the requirements of the mill, to reduce the quantity of residue, and to maximize as much as possible the energy production. The use of linear programming was proposed. The two models presented similar results in this study, and both may be used to define the varieties and areas to be cultivated. (C) 2001 Published by Elsevier B.V. Ltd.

Energy balance optimization of sugarcane crop residual biomass

This work presents a mathematical model for helping mills choose sugarcane varieties for planting. It maximizes crop residual biomass energy balance by considering the difference between generated and consumed energy in the process of transferring this biomass from the field to the processing center; it takes into account enterprise demand restrictions and cane planting area. For this full zero-one linear programming techniques were proposed. The model is viable for choosing sugarcane varieties that would benefit sugarcane production and industrial systems, by reducing crop residue and increasing final energy production. (c) 2006 Published by Elsevier Ltd.

The primary sources of carbon loss during the crop-establishment period in a subtropical Oxisol under contrasting tillage systems

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influência do resíduo de colheita de cana-de-açúcar sem queima sobre a eficiência dos herbicidas imazapic e imazapic + pendimethalin

Os resíduos deixados sobre o solo por ocasião da colheita mecanizada da cana-de-açúcar podem constituir-se em uma barreira física para a ação dos herbicidas no controle de plantas daninhas, quando aplicados em pré-emergência destas plantas sobre a palha da cana. em virtude disso, o presente trabalho teve por objetivos analisar e quantificar a interferência dessa camada de palha sobre o solo na ação dos herbicidas imazapic e imazapic + pendimethalin no controle de plantas daninhas em áreas onde a cana-de-açúcar foi colhida mecanicamente sem a queima da palhada previamente à colheita. Foram realizados dois ensaios simultâneos: um com a retirada da palha dois dias após a aplicação dos herbicidas e o outro com a manutenção desta, ambos conduzidos em casa de vegetação. O imazapic isolado foi aplicado nas dosagens de 0, 122,5 e 147 g i.a.ha-1 e em mistura com pendimethalin na dosagem de 75 + 1500 g i.a.ha-1, com simulação de chuvas nas intensidades de 30, 60 e 90 mm. Após análise dos resultados de biomassa seca, altura e número de folhas das plantas de Sorghum bicolor e Cyperus rotundus, além de nota visual e biomassa seca de Panicum maximum, Brachiaria plantaginea, Digitaria horizontalis, Amaranthus viridis, Ipomoea grandifolia e Brachiaria decumbens, constatou-se eficiência proporcional dos herbicidas à dosagem utilizada, independentemente da presença da palha, à exceção de Ipomoea grandifolia e Brachiaria decumbens, além de haver menor controle nos tratamentos submetidos à chuva de 90 mm. Esses resultados indicam boas perspectivas quanto à aplicação destes herbicidas em áreas de colheita mecanizada de cana-de-açúcar sem queima, para controle de plantas daninhas em condições de pré-emergência.

Interferencia de malezas en el cultivo de frijol en dos sistemas de labranzas

Con este trabajo, se busco determinar el período anterior a la interferencia de las malezas que conviven con el cultivo de frijol, en ausencia o presencia de residuos vegetales de Crotalaria juncea. Los tratamientos estaban constituidos de siete períodos de convivencia del cultivo con las malezas: 0-10, 0-20, 0-30, 0-40, 0-50, 0-60 y 0-70 días después de la emergencia y también de un testigo sin presencia de las malezas en ausencia o presencia de crotalaria. El diseño experimental utilizado fue de bloques completos seleccionados al azar, con cuatro repeticiones por tratamiento. Hubo reducciones de 40,6% y 55,1% en la productividad de granos de frijol en convivencia con malezas durante todo el ciclo del cultivo, en ausencia y presencia de los residuos vegetales, respectivamente. Se concluyó que la productividad de granos fue afectada negativamente a partir de 29 y 38 días después de la emergencia, sin y con residuos, respectivamente, y eso constituyó los períodos anteriores a la interferencia.

Control of Brachiaria decumbens and Panicum maximum by S-metolachlor as influenced by the occurrence of rain and amount of sugarcane straw on the soil

Com o objetivo de estudar o controle em pré-emergência de Brachiaria decumbens e Panicum maximum pelo herbicida S-metolachlor em função do intervalo de tempo entre a aplicação e a ocorrência de chuva e da quantidade de palha de cana-de-açúcar na superfície do solo, dois experimentos foram desenvolvidos em vasos mantidos em casa de vegetação. No primeiro, foram estudadas cinco quantidades de palha sobre o solo (0, 3, 6, 10 e 15 t ha-1) e cinco dosagens de S-metolachlor (0; 0,96; 1,44; 1,92 e 2,40 kg ha-1). No outro, foram avaliadas duas quantidades de palha sobre o solo (0 e 10 t ha-1) e sete intervalos de tempo entre a aplicação de S-metolachlor e a simulação de chuva (1 dia antes; logo após; 4, 8, 12, 16 e 20 dias após a aplicação). As dosagens de S-metolachlor não foram afetadas pelos níveis de palha na superfície do solo. Além disso, sem a manutenção de palha sobre o solo, o controle das plantas daninhas pelo herbicida S-metolachlor não foi influenciado pelos intervalos de tempo entre a aplicação e a simulação de chuva, até 20 dias. Com 10 t ha-1 de palha, o controle de B. decumbens e P. maximum pelo S-metolachlor não foi prejudicado quando choveu até 12 dias da sua aplicação ou um dia antes, mas, nesse caso apenas para P. maximum.

S-metolachlor efficacy on the control of Brachiaria decumbens, Digitaria horizontalis, and Panicum maximum in mechanically green harvested sugarcane

Objetivou-se com este trabalho avaliar o controle em pré-emergência de Brachiaria decumbens, Digitaria horizontalis e Panicum maximum pelo herbicida S-metolachlor aplicado em pré-emergência em área de cana-de-açúcar colhida mecanicamente sem queima prévia das plantas, com e sem palha sobre o solo. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, com quatro repetições, em esquema de parcela subdividida 7 x 2. Nas parcelas, foram estudados cinco tratamentos de herbicidas (S-metolachlor a 1,44, 1,92 e 2,40 kg ha-1; clomazone a 1,20 kg ha-1; e isoxaflutole a 0,188 kg ha-1) e duas testemunhas sem aplicação. Nas subparcelas, foi avaliada a manutenção ou não da palha de cana na superfície do solo. A eficácia do herbicida S-metolachlor não foi prejudicada pela presença de 14 ou 20 t ha-1 de palha de cana sobre o solo. Com a manutenção da palha, a dosagem de S-metolachlor para o controle adequado das plantas daninhas foi de 1,44kgha-1. No ambiente sem palha, o S-metolachlor controlou B. decumbens, D. horizontalis e P. maximum nas dosagens de 1.92, 1.44 e 1.92kgha-1, respectivamente. Nas duas condições de palha, os herbicidas clomazone e isoxaflutole foram eficazes para as espécies estudadas. O S-metolachlor não causou nenhum sintoma visível de intoxicação à cana-de-açúcar. O clomazone e o isoxaflutole ocasionaram injúrias visuais às plantas de cana. Os herbicidas estudados não afetaram o número de colmos viáveis por m², a altura e o diâmetro de colmos.

Culturas de cobertura e sua influência na fertilidade do solo sob sistema de plantio direto (SPD)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Soil, water and nutrient losses by interrill erosion from green cane cultivation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Disponibilidade de nutrientes no solo: decomposição e liberação de compostos orgânicos de resíduos vegetais

O objetivo principal desta revisão foi reunir informações a respeito da ação de compostos orgânicos produzidos por plantas na disponibilidade de nutrientes nos solos, principalmente sobre os cátions Ca, Mg e K e sobre o ânion fosfato. O sistema de cultivo adotado ocasiona mudanças nas propriedades químicas e físicas do solo, especialmente na disponibilidade de nutrientes e condicionamento físico do solo. Tem-se observado o acúmulo de nutrientes nas camadas superficiais do solo no sistema de semeadura direta, pelo não-revolvimento do solo e pela deposição de resíduos de culturas na superfície. Os ácidos orgânicos provenientes de plantas podem interagir com a fase sólida e ocupar os sítios de adsorção de nutrientes, competindo diretamente com eles e aumentando sua disponibilidade no solo. A adição de resíduos vegetais pode promover, antes da humificação, a elevação do pH, por promover complexação de H e Al com compostos do resíduo vegetal, deixando Ca, Mg e K mais livres em solução, o que pode ocasionar aumento na saturação da CTC por estes cátions de reação básica. Também é normal observar o aumento na disponibilidade de P no solo com a adição de resíduos vegetais, tanto pelo P presente no resíduo como por competição de compostos orgânicos dos resíduos pelos sítios de troca no solo. A persistência dos compostos orgânicos também é fator que tem grande interferência nos processos de sorção/dessorção de cátions e ânions, dependendo da atividade microbiana, da disponibilidade metabólica do substrato carbonado e da sorção aos colóides do solo.

Influência de silicato e calcário na decomposição de resíduos culturais e disponibilidade de nutrientes ao feijoeiro

A disponibilidade do Si pelo silicato de Ca poderá aumentar a formação de polifenóis, os quais tornariam possível a maior persistência dos resíduos culturais em superfície. Com esse intuito, procurou-se avaliar a ação do silicato e do calcário na decomposição de diferentes resíduos culturais e a liberação de nutrientes para o desenvolvimento do feijoeiro. O delineamento experimental empregado foi o de blocos casualizados em esquema fatorial 3 x 5, com quatro repetições. Os tratamentos foram constituídos de três espécies de plantas de cobertura: milheto (Pennisetum americanum), braquiária (Brachiaria brizantha) e guandu-anão (Cajanus cajan L.) e cinco níveis proporcionais de silicato de cálcio: 0, 25, 50, 75 e 100 %, aplicado nas doses crescentes de 0, 2,31, 4,63, 6,96 e 9,27 g/vaso, respectivamente, balanceadas com carbonato de cálcio e carbonato de magnésio, de forma que as quantidades de Ca e Mg em cada tratamento fossem iguais, calculados para atingir uma saturação por bases no solo de 70 %. A aplicação de silicato de Ca não interferiu na decomposição do resíduo cultural de braquiária, guandu e milheto. O teor de Mg disponível no solo foi reduzido pela aplicação de silicato de Ca, o que induz menor absorção pelas plantas de cobertura e eventual disponibilização após sua decomposição. O crescimento do feijoeiro foi favorecido pela aplicação de silicato de Ca, sendo as doses de 2,31 e 6,95 g/vaso de silicato com o resíduo cultural de braquiária os tratamentos que apresentaram maior eficiência.