Modelagem matemática para a dispersão de fungos fitopatogênicos via autômatos celulares

Abstract

Brazil is a major world producer and exporter of agricultural products like soybeans, sugar, coffee, orange and tobacoo. However, the action of phytopathogenic fungi has been one of the largest challenges encountered in the field as they are responsible for approximately 25 to 50 per cent of losses in crops of fruits and vegetables. The presence of these pathogens is always a problem, because the damage on the tissues and organs promote lesions which decreses growth vegetation and often leads the individual (host) to death. Therefore, it is crucial to understand the process of spreading of these pathogens in the field to develop strategies which prevent the epidemics caused by them. In this study, the dispersal of fungi phytopathogenic in the field was modeled using the automata cellular formalism. The growth rate of infected plants population was measured by the radius of gyration and the influence of host different susceptibility degrees into the disease spread was assessed. The spatial anisotropy related to the plant-to-plant space and the system’s response to distinct seasonal patterns were also evaluated. The results obtained by a mean field model (spatially implicit models) emphasized the importance of the spatial structure on the spreading process, and dispersal patterns obtained by simulation (using a cellular automata) were in agreement with thse observed in data. All computational implementation was held in language Cl

O Brasil é um país de destaque no cenário mundial de produção agrícola, consolidando-se como um dos maiores exportadores de soja, açúcar, café, laranja e fumo. Contudo, a ação de fungos fitopatogênicos tem sido um dos grandes desafios encontrados no campo, sendo eles responsáveis por cerca de 25 a 50% das perdas nas safras de frutas e vegetais. A presença destes patógenos sempre é grave, devido ás lesões provocadas nos tecidos jovens é orgãos aéreos, pois tais lesões diminuem o crescimento vegetativo e, muitas vezes, levam o indivíduo (hospedeiro) à morte. Portanto, é crucial compreender o processo de disseminação destes patógenos para introduzir políticas de manejo no campo que evitem o desenvolvimento de epidemias por eles causadas. Neste trabalho, a dispersão de fungos fitopatogênicos no campo foi modelada através do formalismo de autômatos celulares. A velocidade de crescimento da população de plantas infectadas foi medido pelo raio de giração e foi avaliada a influência de diferentes graus de susceptibilidade dos hospedeiros na dispersão da doença. A anisotropia de rede relativa aos espaçamentos planta-à-planta e a resposta do sistema a padrões sazonais distintos também foram avaliados. Os resultados obtidos pelo modelo de campo médio (modelos espacialmente implícitos) ressaltaram a importância da estrutura espacial no processso de dispersão e os padrões obtidos via simulação (autômatos celulares) se aproximaram em amplos aspectos dos observados no campo. A implementação computacional foi realizada em lingüagem de programação C