Como o biocarvão e a IA ajudam a prever o fósforo no solo

Material vegetal carbonizado incorporado ao solo agrícola - o biocarvão - vem ganhando espaço como uma forma barata de melhorar a qualidade da terra e reduzir o desperdício de fertilizantes.

Quem aplica esse material normalmente quer aproveitar melhor o fósforo que já está presente no campo.

O entrave é que o impacto do biocarvão sobre o fósforo nunca foi fácil de antecipar. Em alguns casos ele libera nutrientes antes imobilizados; em outros, pode agir de modo discreto contra o objetivo de quem o aplicou. Um estudo recente pode, enfim, tornar esse efeito mais previsível.

O desperdício invisível

As culturas são surpreendentemente ineficientes para absorver o fósforo destinado a elas. Apenas uma pequena fração de fato alimenta a planta naquela safra - as estimativas costumam ficar entre 15 e 20 por cento.

O que sobra não desaparece. Parte se liga ao ferro, ao alumínio ou ao cálcio e fica quimicamente “preso”, inutilizável para a cultura na superfície. Outra parte escorre para córregos e lagoas, alimentando florações de algas e reduzindo o oxigênio da água.

Esse escoamento é chamado de eutrofização, e transforma cursos d’água saudáveis em ambientes verdes e sem vida. Assim, o produtor acaba com uma dupla perda silenciosa: gasta com fertilizante que não vira produtividade e ainda provoca, sem querer, danos a jusante.

E há mais um agravante: esse fósforo vem de rocha extraída por mineração, formada ao longo de milhões de anos. Por ser um recurso não renovável, desperdiçá-lo pesa ainda mais.

Carvão para o solo

Uma alternativa promissora é o biocarvão, um material semelhante ao carvão produzido ao aquecer restos de culturas, madeira ou outra biomassa com pouquíssimo oxigênio. Esse processo deixa um sólido preto e poroso, rico em carbono, que pode ser incorporado ao solo.

O biocarvão, porém, carrega um problema de reputação. Em certos solos, ele solta o fósforo retido e o torna disponível às plantas. Em outros, ele segura o fósforo fora do alcance das raízes - algo que às vezes ajuda a reduzir a poluição, mas que outras vezes só frustra quem aplicou.

Essa falta de previsibilidade é a grande dor de cabeça. Diante de um saco de biocarvão, o agricultor não tem um jeito confiável de saber se aquilo vai favorecer um talhão específico ou atrapalhar, qual dose usar, ou quais condições do solo viram o jogo.

Previsões com IA

Yutao Peng, da Universidade Sun Yat-Sen, em Shenzhen, China, e seus colegas decidiram substituir o “achismo” por algo que desse para prever.

Com base em 32 estudos anteriores, eles reuniram 534 medições, cada uma registrando o que ocorreu com o fósforo do solo após a aplicação de biocarvão.

Esses dados foram alimentados em três sistemas distintos de aprendizado de máquina, cada um procurando padrões que conectassem características do biocarvão, condições do solo e o resultado para o fósforo. Os modelos precisaram lidar com 19 variáveis - bem mais do que alguém conseguiria acompanhar manualmente.

Um sistema se destacou com folga. O modelo de Floresta Aleatória chega à resposta ao rodar os dados por centenas de análises separadas e, em seguida, calcular a média dos resultados.

Em dados que não haviam sido vistos antes, o modelo obteve um R² de aproximadamente 0.91, explicando a maior parte da variação de como o biocarvão redistribuiu o fósforo.

O calor molda o biocarvão

Quando a equipe perguntou ao modelo qual fator mais pesava, um elemento ficou acima dos demais. A temperatura em que o biocarvão foi “cozido” originalmente - a sua temperatura de pirólise - influenciou o desfecho mais do que qualquer outra variável.

O biocarvão produzido em calor moderado apareceu como estruturalmente equilibrado, provavelmente por desenvolver poros muito pequenos e superfícies ativas suficientes para ajudar a regular o fósforo sem exageros.

O modelo indicou uma faixa ótima. Os efeitos mais fortes se concentraram em temperaturas de produção entre 860–900ºF (460–482ºC), com taxas de aplicação modestas.

Já o biocarvão feito em temperaturas mais altas se comportou de outra maneira, apresentando menor disponibilidade de fósforo, em vez de maior. Isso pode ter utilidade quando a preocupação é o fósforo escapar para corpos d’água próximos. Nesse sentido, o calor funciona como um ajuste fino.

As condições do solo fazem diferença

A temperatura não atuou sozinha. A dose aplicada foi o segundo fator mais influente, seguida pela acidez do solo e pelo quanto de fósforo total já existia ali.

O pH do solo mostrou que direciona toda a interação. Em solos ácidos, o fósforo costuma se ligar ao ferro e ao alumínio, tornando-se difícil de acessar, e o biocarvão tem menos espaço para atuar.

Em solos neutros a levemente alcalinos, o biocarvão encontra condições mais favoráveis. Com esses íons metálicos menos ativos, qualquer pequeno aumento de pH causado pelo biocarvão pode deslocar o fósforo para formas que as raízes realmente conseguem aproveitar.

Nada disso se comportou de modo linear. O modelo apontou que os fatores se combinam de maneiras complexas, difíceis de capturar por uma equação simples.

Isso ajuda a entender por que uma abordagem feita para lidar com relações confusas e não lineares superou métodos estatísticos tradicionais.

Biocarvão mais simples funciona

Um resultado contraria uma suposição comum na área. Muitos pesquisadores vinham tratando o biocarvão modificado quimicamente - ajustado em laboratório para aumentar desempenho - como a opção superior e um suposto padrão-ouro.

Este estudo indica que isso pode não ser necessário. Biocarvão simples, sem tratamento, pode igualar ou até superar o material modificado ao regular o fósforo quando as condições são as certas.

O modelo também sugeriu algo inesperado: o ganho do biocarvão pode depender menos do fósforo presente nele e mais do efeito que ele provoca sobre o fósforo que já está no solo.

Isso muda as contas. Sem tratamento químico, o custo cai e a carga ambiental diminui. Biocarvões feitos de culturas ou madeira exigem menos energia para serem produzidos do que os de esterco, entregando desempenho semelhante.

Uma nova ferramenta para a agricultura

Antes deste trabalho, combinar um biocarvão específico com um campo específico era, em grande parte, tentativa e erro - e o produtor pagava por cada escolha que não funcionava. Não existia um meio confiável de prever o resultado antes de aplicar.

Agora há uma alternativa. Um modelo guiado por dados consegue estimar, antes que a primeira porção toque o chão, se um biocarvão tende a liberar fósforo para culturas com demanda elevada ou a retê-lo para proteger uma bacia hidrográfica.

Peng descreveu o avanço como uma mudança do uso do biocarvão, saindo do palpite e indo para decisões orientadas por dados.

Para agricultores e técnicos, isso pode significar menos fertilizante desperdiçado, menos nutrientes indo parar na água local e um motivo mais claro para aquilo que é incorporado ao solo.

O modelo funciona como uma estrutura inicial, não como um produto final, e os campos reais vão mostrar até onde as previsões se sustentam.

Ainda assim, ele aponta para uma agricultura em que um material barato, rico em carbono e feito de resíduos vegetais seja aplicado com algo mais próximo de precisão do que de esperança.