Biochar, fósforo e IA: previsões para melhorar o solo

O material vegetal carbonizado incorporado no solo agrícola - um produto conhecido como biochar - tem vindo a ganhar popularidade como forma económica de melhorar a qualidade do terreno e reduzir perdas de fertilizante.

Quem o aplica, em geral, procura aproveitar melhor o fósforo que já existe nas parcelas.

O entrave é que o efeito do biochar sobre o fósforo nunca foi consistente. Em alguns casos, liberta nutrientes que estavam retidos; noutros, pode atuar de forma discreta contra o objetivo de quem o espalhou. Um novo estudo pode, por fim, tornar esse efeito mais previsível.

O desperdício invisível

As culturas são, surpreendentemente, pouco eficientes a absorver o fósforo que lhes é destinado. Apenas uma pequena fração chega, de facto, a alimentar a planta nessa campanha - as estimativas situam-se frequentemente entre 15 e 20 percent.

O restante não desaparece. Uma parte liga-se ao ferro, ao alumínio ou ao cálcio e fica quimicamente imobilizada - inútil para a cultura à superfície. O que sobra escoa para ribeiros e charcos, alimentando florescências de algas e retirando oxigénio à água.

Esse escoamento chama-se eutrofização e transforma cursos de água saudáveis em massas verdes e sem vida. Assim, para o agricultor, há uma dupla perda silenciosa - dinheiro gasto em fertilizante que não se traduz em produção e danos a jusante que não pretendia causar.

E há ainda outro detalhe: o fósforo vem de rocha extraída em minas, formada ao longo de milhões de anos. Por ser uma origem não renovável, o desperdício pesa ainda mais.

Carvão para o solo

Uma solução com potencial é o biochar, um material semelhante a carvão produzido ao aquecer restos de culturas, madeira ou outra matéria vegetal com muito pouco oxigénio. O processo deixa um sólido preto e poroso, rico em carbono, que pode ser incorporado no solo.

O biochar, porém, tem um problema de reputação. Em certos solos, ajuda a disponibilizar fósforo retido para as plantas. Em outros, mantém o fósforo fora do alcance das raízes - por vezes útil para reduzir poluição, mas por vezes apenas frustrante.

É essa falta de previsibilidade que complica tudo. Um agricultor com um saco de biochar não tem uma forma fiável de saber se vai beneficiar um campo específico ou prejudicá-lo, qual a dose adequada, ou que condições do solo empurram o resultado para um lado ou para o outro.

Previsões com IA

Yutao Peng, da Universidade Sun Yat-Sen, em Shenzhen, China, e os seus colegas quiseram substituir esse “tiro no escuro” por um método previsível.

Com base em 32 estudos anteriores, reuniram 534 medições, cada uma registando o que aconteceu ao fósforo do solo depois de adicionar biochar.

Esses dados foram introduzidos em três sistemas diferentes de aprendizagem automática, todos encarregues de encontrar padrões entre as características do biochar, as condições do solo e o efeito observado no fósforo. No total, os modelos tinham 19 variáveis para considerar - muito mais do que alguém conseguiria acompanhar manualmente.

Um dos sistemas destacou-se nitidamente. O modelo de Floresta Aleatória constrói a resposta ao executar centenas de análises separadas e ao calcular a média dos resultados.

Quando testado com dados que não tinha visto, o modelo atingiu um R² de aproximadamente 0.91, explicando a maior parte da variação na forma como o biochar influenciou o fósforo.

O calor molda o biochar

Quando a equipa perguntou ao modelo qual era o fator mais determinante, a resposta sobressaiu. A temperatura a que o biochar foi originalmente produzido - a sua temperatura de pirólise - influenciou o resultado mais do que qualquer outro aspeto.

O biochar produzido com calor moderado pareceu estruturalmente equilibrado, provavelmente por desenvolver poros muito finos e superfícies reativas suficientes para regular o fósforo sem exageros.

O modelo identificou um intervalo ótimo. Os efeitos mais fortes concentraram-se em temperaturas de produção entre 860–900ºF (460–482ºC), com taxas de aplicação moderadas.

Já o biochar feito a temperaturas mais elevadas comportou-se de modo distinto, associando-se a menor disponibilidade de fósforo em vez de maior. Isso pode ser desejável quando a preocupação é evitar que o fósforo escape para águas próximas. O calor, assim, funciona como um “botão de afinação”.

As condições do solo também contam

A temperatura não atuou isoladamente. A quantidade de biochar aplicada foi o segundo fator mais influente, seguida pela acidez do solo e pelo teor de fósforo total já existente.

O pH do solo revelou-se central para orientar a interação. Em terrenos ácidos, o fósforo tende a ligar-se ao ferro e ao alumínio e torna-se difícil de aceder, deixando ao biochar menos margem para atuar.

Em solos neutros a ligeiramente alcalinos, o biochar tem mais “espaço” para produzir efeito. Quando esses iões metálicos ficam menos ativos, um pequeno aumento de pH provocado pelo biochar pode deslocar o fósforo para formas mais acessíveis às raízes.

Nada disto seguiu linhas simples. O modelo mostrou que os fatores se influenciam de forma complexa, num tipo de relação que uma equação básica não capta.

Isso ajuda a perceber porque é que uma abordagem pensada para lidar com relações não lineares e “ruidosas” superou métodos estatísticos mais tradicionais.

Biochar mais simples pode ser suficiente

Um dos resultados contraria uma suposição comum na área. Durante algum tempo, muitos investigadores trataram o biochar quimicamente modificado - ajustado em laboratório para aumentar desempenho - como a opção de patamar superior e o padrão de referência.

Este trabalho sugere que isso pode não ser indispensável. Em condições adequadas, o biochar simples, sem tratamento, consegue igualar ou até superar o modificado na regulação do fósforo.

O modelo também assinalou algo pouco esperado: o benefício do biochar pode depender menos do fósforo contido no próprio material e mais do impacto que tem sobre o fósforo já presente no solo.

Isso altera as contas. Sem tratamentos químicos, o custo baixa e a carga ambiental também. Biochars feitos de restos de culturas ou de madeira exigem menos energia para produzir do que os feitos a partir de estrume, obtendo ainda assim resultados comparáveis.

Uma nova ferramenta para a agricultura

Até aqui, fazer corresponder um biochar específico a um campo específico era, em grande medida, tentativa e erro, com o agricultor a suportar o custo de cada decisão falhada. Não havia um modo fiável de antecipar o efeito antes de espalhar o produto.

Agora existe uma alternativa. Um modelo guiado por dados pode prever, antes de uma única mão-cheia tocar no solo, se um determinado biochar tende a libertar fósforo para culturas exigentes ou a retê-lo para proteger uma bacia hidrográfica.

Peng descreveu o avanço como uma mudança do uso de biochar, afastando-o do palpite e aproximando-o de decisões orientadas por dados.

Para agricultores e técnicos, isso pode traduzir-se em menos fertilizante desperdiçado, menos nutrientes a chegar às águas locais e uma justificação mais clara para o que se incorpora no solo.

O modelo é um ponto de partida, não um produto fechado, e será em condições reais de campo que se verá até onde as previsões se confirmam.

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