Evaluation of moisture in sugarcane straw bales piles in the field using geoestatistical techniques

Authors

DOI:

https://doi.org/10.55761/abclima.v37i21.19003

Keywords:

Biomass. Density. Spatial dependence. Storage.

Abstract

Sugarcane is planted in 23 Brazilian states totaling more than 10.2 million hectares, and for each hectare there are around 10 tons of straw (db), biomass resulting from mechanized harvesting. In Brazil, the straw is of relevance to the sector by the volume produced and can be used for the production of steam, electricity, second-generation ethanol, and paper, and the bale is the most used form in field harvesting. Due to the sugarcane harvesting, it is necessary to store the bales produced in large piles for up to one year. The best way to store bales of straw is still unknown, which leads to biomass losses, higher costs, and reduced profits. In order to provide more efficient techniques for the storage of straw, we evaluated the distribution of moisture inside the piles stored in the field, without coverage, in two baling densities, three accumulated amounts of precipitation, and the picking or not of the straw before the baling. Over all, nine piles were assembled, and 294 moisture points per pile were sampled. The analysis and data processing consisted in verifying the existence of spatial dependence, and existing, the data interpolation was carried out by the ordinary kriging method by prediction, to estimate values at unmeasured locations and to create the moisture distribution maps in the stacks. In all the evaluated treatments the existence of spatial dependence was observed, being possible the use of geostatistical methods for analysis. The spherical model was the most appropriate to describe the behavior of moisture inside the cells. The chopping of straw affected the distribution of moisture, as well as the density and amount of precipitation accumulated. For short periods of storage, bales of chopped straw remained drier, while for longer periods, bales of chopped straw remained drier. High-density bales were more efficient in maintaining the driest biomass.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Marcelo Scantamburlo Denadai, Faculdade de Tecnologia – Fatec Botucatu

Professor de Ensino Superior III-E na Faculdade de Tecnologia (FATEC) de Botucatu (2015-atual). Doutor em Agronomia (Energia na Agricultura) pela FCA/UNESP (2014-2018), desenvolvendo trabalhos sobre o desempenho operacional de equipamentos agroflorestais, custos e tecnologia da produção de biomassa. Mestre em Agronomia (Energia na Agricultura) pela FCA/UNESP (2012-2014). Engenheiro Agrônomo pela FEIS/UNESP (2007-2011). Especialista (MBA) em Agronegócios pelo Pecege-ESALQ/USP (2016-2018). Coordenador do Curso Superior de Tecnologia em Agronegócio da FATEC Botucatu (2022-atual), membro do Núcleo Docente Estruturante do curso de Agronegócio da Fatec Botucatu (2018-atual), Coordenador em Aviação Agrícola (2022-atual) e Pesquisador na MD Agro na área de drones agrícolas.

Saulo Philipe Sebastião Guerra, Universidade Estadual Paulista – FCA/UNESP

O docente possui graduação em Engenharia Florestal pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2000), mestrado em Agronomia (Energia na Agricultura) em 2003 e doutorado em Agronomia (Energia na Agricultura) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2006). Realizou Pós-Doutoramento na The Univesity of Arizona - Maricopa Agricultural Center (2010). Atualmente, é Professor Associado da UNESP, na Faculdade de Ciências Agronômicas (FCA), Departamento de Engenharia Rural e Socioeconomia, Coordenador do Grupo de Pesquisa LABB - Laboratório Agroflorestal de Biomassa e Bioenergia (FCA/UNESP), associado ao Instituto de Pesquisa em Bioenergia (IPBEN) e Pesquisador Associado da Nelson Mandela Univerisity (África do Sul) na área de mecanização da silvicultura e florestas plantada de eucalipto.Foi Diretor da Fundação de Estudos e Pesquisas Agrícolas e Florestais (FEPAF) na gestão 2010-2012. Atuoul como Coordenador do Curso de Graduação em Engenharia Florestal (FCA/UNESP) na gestão 2012-2018, período em que o curso figurou pela primeira e única vez entre os cinco melhores curso do Brasil. Assumiu em 2016 a Liderança Científica do Programa Cooperativo sobre Mecanização e Automação Florestal - PCMAF, do Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais (IPEF). Atual Diretor da Agência UNESP de Inovação - AUIN, classificada como a primeira universidade do mundo, de acordo com o THE - Times Higher Education Impact Ranking em 2025, para a ODS 9 (Indústria, Inovação e Infraestrutura, e tri-campeã nacional em 2023, 2024 e 2025.

Emanuel Rangel Spadim, Universidade Estadual Paulista – FCA/UNESP

Engenheiro eletricista formado na Universidade Paulista (2015), Mestre em Agronomia - Energia na agricultura (2020) e Doutor no mesmo programa (2023), pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, onde também é Assistente de Suporte acadêmico. Tem experiência na área de instrumentação e ensaio de máquinas agrícolas e atua em pesquisas relacionadas à mecanização agrícola e florestal e ao uso de biomassa para geração de energia.

Humberto de Jesus Eufrade Junior, Universidade de São Paulo – ESALQ/USP

Engenheiro Florestal (2012), Mestre em Agronomia (2015) e doutor em Ciência Florestal (2019) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Professor da Universidade de São Paulo - USP (2023-atual), lotado no Departamento de Ciências Florestais da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz- ESALQ. Desenvolve pesquisas e projetos sobre celulose e papel e biorrefinaria, com foco na criação de soluções inovadoras a partir de fibras lignocelulósicas. Tem particular interesse em iniciativas que aproximam a indústria florestal da madeira e seus produtos, com ênfase em processos de polpação e valorização de resíduos por meio da reciclagem de papel e desenvolvimento de bioprodutos. Atualmente, coordena o Laboratório de Química, Celulose e Energia (LQCE), promovendo a educação, a pesquisa aplicada e a transferência de tecnologia para o avanço da indústria de celulose e papel.

References

BARTZANAS, T.; BOCHTIS, D. D.; SORENSEN, C. G.; SAPOUNAS, A. A.; GREEN, O. A numerical modelling approach for biomass field drying. Biosystems Engineering, v. 106, p. 458-469, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2010.05.010

BORREANI, G.; TABACCO, E. Effects of crop properties, weather conditions and mechanical treatments on the wilting rate of diploid and tetraploid Italian rye grass for silage. Grass Forage Science, v. 53, p. 179-188, 1998. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2494.1998.5320179.x

CAMBARDELLA, C. A.; MOORMAN, T. B.; NOVAK, J. M.; PARKIN, T. B.; KARLEN, D. L.; TURCO, R. F.; KONOPKA, A. E. Field-scale variability of soil properties in Central Iowa Soils. Soil Science Society of America Journal, v. 58, p. 1501-1511, 1994. DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj1994.03615995005800050033x

CARFRAE, Jim. The moisture performance of straw bale construction in a temperate maritime climate. 2011. 276 f. Tese (Doutorado) – University of Plymouth, School of Architecture, Design and Environmental, 2011.

JIRIJS, R. Effects of particle size and pile height on storage and fuel quality of comminuted Salix viminalis. Biomass and Bioenergy, v. 28, p. 193-201, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2004.08.014

KANZIAN, C.; HOLZLEITNER, F.; STAMPFER, K.; ASHTON, S. Regional energy wood logistics – optimizing local fuel supply. Silva Fennica, v. 43, p. 113-128, 2009. DOI: https://doi.org/10.14214/sf.464

KHANCHI, A.; JONES, C. L.; SHARMA, B.; HUHNKE, R. L.; WECKLER, P.; MANESS, N. O. An empirical model to predict infield thin layer drying rate of cut switchgrass. Biomass and Bioenergy, v. 58, p. 128-135, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.08.024

KRZYZANIAK, M.; STOLARSKI, M. J.; NIKSA, D.; TWORKOWSKI, J.; SZCZUKOWSKI, S. Effect of storage methods on willow chips quality. Biomass and Bioenergy, v. 92, p. 61-69, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2016.06.007

LAMPARELLI, R. A. C.; ROCHA, J. V.; BHORGUI, E. Geoprocessamento e agricultura de precisão: fundamentos e aplicações. Guaíba: Agropecuária, 2001. v. 1, 118 p.

LAWRENCE, M.; HEATH, A.; WALKER, P. Determining moisture levels in straw bale construction. Construction and Building Materials, v. 23, n. 8, p. 2763-2768, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2009.03.011

LEBLICQ, S.; VAMAERCKE, S.; RAMON, H.; SAEYS, W. Mechanical analysis of the bending behavior of plant stems. Biosystems Engineering, v. 129, p. 87-99, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2014.09.016

MANZONE, M. Efficiency of a compactor in wood chips volume reduction. Biomass and Bioenergy, v. 80, p. 303-306, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2015.06.007

MANZONE, M. Storage of woodchips in pressed bales. Fuel Processing Technology, v. 157, p. 59-64, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2016.11.010

MANZONE, M.; BALSARI, P. Poplar woodchip storage in small and medium piles with different forms, densities and volumes. Biomass and Bioenergy, v. 87, p. 162–168, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2016.02.026

MANZONE, M.; BALSARI, P.; SPINELLI, R. Small-scale storage techniques for fuel chips from short rotation forestry. Fuel, v. 109, p. 687-692, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.03.006

MEDEIROS, A. M. L. Artigos sobre conceitos em geoprocessamento. E-book, 2012. Disponível em: <http://197.249.65.74:8080/biblioteca/bitstream/123456789/563/1/E-book-Artigos-sobre-Conceitos-em-Geoprocessamento-Anderson-Medeiros.pdf>. Acesso em: 26 mai. 2017.

OLIVARES, E. G.; CORTEZ, L. A. B.; ROCA, G. A. A.; BROSSARD, L. E. Resumos do 7º Congresso Internacional Sobre Geração Distribuída e Energia no Meio Rural – Semiárido, Energia e Desenvolvimento Sustentável – Agrener, Anais, Brasil, 2008.

PAZ, A.; TABOADA, M. T.; GÓMEZ, M. J. Spatial variability in topsoil micronutrients contents in one-hectare cropland plot. Communication in Soil Science and Plant Analysis, v. 27, n. 3/4, p. 479-503, 1996. DOI: https://doi.org/10.1080/00103629609369570

ROBINSON, Julian. Quantifying and evaluating risk posed to straw bale constructions from moisture. 2014. 335 f. Tese (Doutorado) – Nottingham Trent University, School of Architecture, Design and the Build Environment, 2014.

ROBINSON, J.; AOUN, H. K.; DAVISON, M. Determining moisture levels in straw bale construction. Procedia Engineering, v. 171, p. 1526-1534, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.01.390

SALVIANO, Adeodato Ari Cavalcante. Variabilidade de atributos de solo e de Crotalaria juncea em solo degradado do município de Piracicaba-SP. 1996. 91 f. Tese (Doutorado) – Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1996.

SHINNERS, K. J.; BINVERSIE, B. N.; MUCK, R. E.; WEIMER, P. J. Comparison of wet and dry corn stover harvest and storage. Biomass and Bioenergy, v. 31, p. 211-221, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2006.04.007

SMITH, E. A. A review on field drying of grass. Drying Technology, v. 8, p. 465-498, 1990. DOI: https://doi.org/10.1080/07373939008959896

STRAUBE, J. BSD-112: Building Science for straw-bale buildings. Building Science Digest, 2009. Disponível em: <http://www.buildingscience.com/documents/digests/bsd-112-building-science-for-strawbale-buildings>. Acesso em: 28 mar. 2018.

STRAUBE, J.; SCHUMACHER, C. Monitoring the hygrothermal performance of straw bale walls. Balanced Solutions, 2003. Disponível em: <http://www.ecobuildnetwork.org./imagens/Straw_Bale_Test_Downloads/monitoring_the_hygrothermal_performance_of_strawbale_walls_straube_Schumacher_2003.pdf>. Acesso em: 28 mar. 2018.

TRANGMAR, B. B.; YOST, R. S.; WADE, M. K.; UEHARA, G.; SUDJADI, M. Spatial variation of soil properties and rice yield on recently cleared land. Soil Science Society of America Journal, v. 51, p. 668-674, 1987. DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj1987.03615995005100030021x

VIEIRA, S. R. Geoestatística em estudos de variabilidade espacial do solo. In: NOVAIS, R. F. de; ALVAREZ V., V. H.; SCHAEFER, C. E. G. R. (Ed.). Tópicos em ciência do solo. Viçosa: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2000. v. 1, p. 1-54.

YAMAMOTO, J. K.; LANDIM, P. M. B. Geoestatística: conceitos e aplicações. 1. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2015. 215 p.

ZIMBACK, Célia Regina Lopes. Análise espacial de atributos químicos de solos para fins de mapeamento da fertilidade. 2001. 114 f. Tese (Livre-Docência) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu, 2001.

Published

23/10/2025

How to Cite

Denadai, M. S., Guerra, S. P. S., Spadim, E. R., & Junior, H. de J. E. (2025). Evaluation of moisture in sugarcane straw bales piles in the field using geoestatistical techniques. Brazilian Journal of Climatology, 37(21), 683–702. https://doi.org/10.55761/abclima.v37i21.19003

Issue

Section

Artigos