Aureo Silva de Oliveira - ufrb.edu.br · Vice-Diretor: Salomão de Sousa Medeiros Coordenador de Pesquisa: ... Alexsandro Oliveira da Silva, Ênio Farias de França e Silva & Antônio

EditorTales Miler Soares

Universidade Federal do Recôncavo da Bahia (Brazil)

Assistant EditorsAureo Silva de Oliveira

Universidade Federal do Recôncavo da Bahia (Brazil)Eugênio Ferreira Coelho

Embrapa Mandioca e Fruticultura (Brazil)Hans Raj Gheyi

Universidade Federal do Recôncavo da Bahia (Brazil)

Editorial BoardAbelardo Antônio de Assunção Montenegro

Universidade Federal Rural de Pernambuco (Brazil)Asher Kiperstok

Universidade Federal da Bahia (Brazil)Carlos de Oliveira Galvão

Universidade Federal de Campina Grande (Brazil)Eduardo Antonio Holzapfel Hoces

Universidad de Concepción (Chile)Fernando Braz Tangerino HernandezUniversidade Estadual Paulista (Brazil)

Fernando Falco PruskiUniversidade Federal de Viçosa (Brazil)

Francisco Adriano de Carvalho PereiraUniversidade Federal do Recôncavo da Bahia (Brazil)

José Carlos AraújoUniversidade Federal do Ceará (Brazil)

Luciano MateosInstituto de Agricultura Sostenible (Spain)

Marcos Vinícius FolegattiUniversidade de São Paulo (Brazil)

Max Herbert Agoston BillibLeibniz University of Hannover (Germany)

Ragab RagabCenter of Ecology and Hydrology (United Kingdom)

Richard AllenUniversity of Idaho (USA)

Salomão de Sousa de MedeirosInstituto Nacional do Semiárido (Brazil)

Suzana Maria Gico Lima MontenegroUniversidade Federal de Pernambuco (Brazil)

Yvonilde Dantas Pinto MedeirosUniversidade Federal da Bahia (Brazil)

Executive SecretaryGreice Ximena Santos Oliveira

Desktop PublishingByte Systems - Soluções Digitais

CoverWedscley Oliveira de Melo

ACKNOWLEDGEMENTThe support received from the Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Banco do Nordeste (BNB) and Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia (FAPESB) is acknowledged.

Governo do BrasilPresidente da República: Dilma Vana RousseffVice-Presidente da República: Michel Miguel Elias Temer Lulia

Mistério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI)Ministro do Estado: Marcos Antonio RauppSecretário Executivo: Luiz Antonio Rodrigues EliasSubsecretário da SCUP: Arquimedes Diógenes Ciloni

Instituto Nacional do Semiárido (INSA)Diretor: Ignacio Hernán SalcedoVice-Diretor: Salomão de Sousa MedeirosCoordenador de Pesquisa: Aldrin Martin Perez MarinCoordenador Administrativo : Vinicius Sampaio Duarte

Universidade Federal do Recôncavo da BahiaReitor: Paulo Gabriel Soledade NacifVice-Reitor: Sílvio Luiz de Oliveira SogliaPró-Reitora de Pesquisa e Pós-Graduação: Ana Cristina F. SoaresDiretor do CCAAB: Alexandre Américo Almassy JúniorCoordenador do NEAS/PPGEA: Vital Pedro da Silva Paz

General InformationWRIM - Water Resources and Irrigation Management is edited quarterly by Universidade Federal do Recôncavo da Bahia and Instituto Nacional do Semiárido with the objective of disseminating original and unpublished technical and scientific articles written in English, Portuguese or Spanish in the following areas: Climatology and Hydrology, Irrigation and Drainage Engineering, Crop and Water Management, Quality and Reuse of Water, Planning and Management of Water Resources, Water Resources and Agriculture and Climate Change.

Informações GeraisA revista WRIM - Water Resources and Irrigation Management, periódico editado quadrimestralmente pela Universidade Federal do Recôncavo da Bahia e Instituto Nacional do Semiárido destina-se a divulgação de artigos técnico-científicos originais e inéditos, elaborados em Inglês, Português ou Espanhol, e contempla as seguintes áreas: Climatologia e Hidrologia, Engenharia de Irrigação e Drenagem, Manejo de Culturas e Água, Qualidade e Reúso de Água, Planejamento e Gestão de Recursos Hídricos, Mudanças Climáticas, Recursos Hídricos e Agricultura.

CATALOGUING DATAInternational Cataloguing in Publication Data

Water Resources and Irrigation Management/ Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, Cruz das Almas/BA, Instituto Nacional do Semiárido, Campina Grande/PB, 2012.

QuaterlyISSN 2316-68861. Water Resources Periodical. 2. Irrigation Management. I. Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, Cruz das Almas, BA II. Instituto Nacional do Semiárido, Campina Grande, PB

CDD: 630,5CDU: 631 (05)

The subject, data and concepts expressed in this periodical are the sole resposability of respective authors. Any citation of products and trademarks does not imply recommendation of use by the Journal.

ISSN 2316-6886

www.wrim.com.br

Water Resources and Irrigation ManagementUniversidade Federal do Recôncavo da Bahia, Cruz das Almas, BAInstituto Nacional do Semiárido, Campina Grande, PBv.2, n.1, p.1-70, Jan.-Apr., 2013

ISSN 2316-6886

v.2, n.1, p.1-70, Jan.- Apr., 2013

The publishing of WRIM has become possible thanks to technical and scientific collaboration between the Brazilian National Institute of the Semiarid and the Federal University of Recôncavo of Bahia. The journal´s main objective is to share scientific information with the national and international communities, mainly in topics related to water resources management and irrigated agriculture, with a view to the sustainability of crop production under scenarios of limited water availability.

A WRIM é resultado da cooperação técnica e científica entre o Instituto Nacional do Semiárido e a Universidade Federal do Recôncavo da Bahia. Seu objetivo principal é promover o intercâmbio de informações científicas com as comunidades nacional e internacional, especialmente nas temáticas do manejo dos recursos hídricos e da agricultura irrigada, tendo em vista o desenvolvimento sustentável da produção agrícola em condições de disponibilidade limitada de água.

AUTHOR/AUTOR

ISSN 2316-6886

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INSTITUTION/INSTITUIÇÃO

Abelardo Antônio de Assunção Montenegro Adriana de Fátima Mendes Oliveira

Adriano Rausch Souto Alexsandro Oliveira da Silva

Antônio Evaldo Klar Danniely de Oliveira Costa Delfran Batista dos Santos

Ênio Farias de França e Silva Eusimio Felisbino Fraga Junior Fabrícia Gratyelli Bezerra Costa Francisco de Oliveira Mesquita Hudson Salatiel Marques Vale

Jens Liebe João Batista Tolentino Júnior

José Antônio Frizzone José Antônio Lopes de Menezes

José Roberto Lopes da Silva Ketson Bruno da Silva Ligia Borges Marinho

Lineu Neiva RodriguesLucas Melo Vellame

Luiz Eduardo Vieira de Arruda Rafael Oliveira Batista

Ricardo Ralisch Ronaldo Rossetto

Rubens Alves de Oliveira Thais Emanuelle Monteiro dos Santos

UFRPEUFERSAIAPARUNESPUNESPUFERSAIFBAIANOUFPREESALQUFERSAUFERSAUFERSACenter for Development ResearchUFSCESALQUFBAUFRPEUFERSAUNEBEmbrapa CerradosUFGUFERSAUFERSAUELIAPARUFVUFRB

Foreword/ApresentaçãoTestimonials/Depoimentos

Small reservoirs depth-area-volume relationships in Savannah Regions of Brazil and Ghana/Relação profundidade-área-volume em pequenos reservatórios localizados no Cerrado do Brasil e de Gana Lineu Neiva Rodrigues & Jens Liebe

Tabasco pepper transpiration by the heat dissipation probe method/Transpiração em pimenta tabasco pelo método da sonda de dissipação térmicaLigia Borges Marinho, Lucas Melo Vellame, José Antônio Frizzone, João Batista Tolentino Júnior & Eusimio Felisbino Fraga Junior

Clogging susceptibility of drippers operating with swine wastewater/Suscetibilidade ao entupimento de gotejadores operando com água residuária de suinoculturaRafael Oliveira Batista, Rubens Alves de Oliveira, Delfran Batista dos Santos, Francisco de Oliveira Mesquita & Ketson Bruno da Silva

Water use efficiency in sugarbeet cultivars under different soil water tensions/Eficiência de uso da água em cultivares de beterraba submetidas a diferentes tensões da água no soloAlexsandro Oliveira da Silva, Ênio Farias de França e Silva & Antônio Evaldo Klar

Removal of oil and total solids in biofilters operating with primary domestic sewage/Remoção de óleo e sólidos totais em biofiltros operando com esgoto doméstico primárioRafael Oliveira Batista, Adriana de Fátima Mendes Oliveira, Delfran Batista dos Santos, Francisco de Oliveira Mesquita & Ketson Bruno da Silva

Temporal behavior of soil water under ‘Caatinga’ and bare soil in Experimental Basin of Jatobá, Pernambuco/Comportamento temporal da umidade do solo sob Caatinga e solo descoberto na Bacia Experimental do Jatobá, PernambucoJosé Antônio Lopes de Menezes, Thais Emanuelle Monteiro dos Santos, Abelardo Antônio de Assunção Montenegro & José Roberto Lopes da Silva

Use of the AGNPS model for identification of agricultural production systems in the Caiuá sandstone subjected to erosion/Identificação dos sistemas agrícolas do arenito Caiuá sujeitos à erosão, através do modelo AGNPSAdriano Rausch Souto, Ronaldo Rossetto & Ricardo Ralisch

Clogging potential of a drip irrigation system operating with treated domestic sewage/Potencial de entupimento de um sistema de irrigação por gotejamento operando com esgoto doméstico tratadoHudson Salatiel Marques Vale, Luiz Eduardo Vieira de Arruda, Danniely de Oliveira Costa, Fabrícia Gratyelli Bezerra Costa & Rafael Oliveira Batista

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CONTENTS/SUMÁRIO

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Water Resources and Irrigation ManagementUniversidade Federal do Recôncavo da Bahia, Cruz das Almas, BAInstituto Nacional do Semiárido, Campina Grande, PBv.2, n.1, p.1-70, Jan-Apr, 2013

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FOREWORD/APRESENTAÇÃO

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Water Resources and Irrigation Management, WRIM Journal is a new and unique journal that links the water resources and irrigation management under one umbrella. The high quality papers published so far gives the impression that WRIM is of great interest to water resources and irrigation professionals whether they are academics or practitioners. The Journal is intended to help the scientific community with tools, guidelines, recommendation, case studies and success stories aiming to help solving various issues in the field of water resources and irrigation management. These challenging issues that WRIM will be dealing with in the forthcoming issues are highlighted in the following sections.

In managing water resources, one might face some challenges and issues that could make it difficult to achieve the main goal of sustainable water resources management. These issues and challenges could be related to: measurements, quantification of water resources elements, scale and modeling, water policies that deal with issues related to water for food, fuel and the environment…“the delicate balance”.

Water is currently classified by its colour as “Green Water”, “Blue Water” and “Grey Water”. Green Water is defined as the water used at the point where rain falls. It is of low cost and usually there is no competition for the use of this water. Blue Water is the water abstracted from rivers, lakes and groundwater. It is taken from the renewable water resources and different users compete to use this water for a variety of uses. Grey Water sometimes named as waste water (sources: domestic, agriculture, industry, etc.). These different waters have different management and different footprints. When Blue Water is in short supply, users are encouraged to use more of the Green Water and to treat, recycle and reuse waste waters.

Water resources sometimes present us with some critical problems. Too much could cause flood, while too little could cause drought. Poor distribution could cause famine. Poor quality could cause health hazards. Poor management could lead to competition and conflicts at national and international levels.

The world is facing the challenge of the impact of climate and land use changes on water resources management and what strategy needs to be adopted to face these changes. Also, what are the “Tools and Guidelines to Promote the Sustainable Water Management”, including the application of the integrated management system and appropriate agricultural practices?

Water resources management is always associated with the word “sustainability”. However, sustainability is a difficult term to apply, especially to groundwater resources, as the recharge is difficult to estimate and its forecast over a long period of time is a challenge.

Sustainability is not for eternity, it should be associated with a time span. The majority of the scientists like the time span to be rather short, with a maximum of 50 years. Enough attention should be paid to the sustainability in relation to “Water Security”: the availability of an acceptable quantity and quality of water for health, livelihoods, ecosystems and production; coupled with an acceptable level of water-related risks to people, environments and economies.

There is a need to adopt the concept of the “Green Economy” in water management, where growth in income and employment is driven by investment that reduces carbon emissions and pollution, enhances energy and resource efficiency, and prevents loss of ecosystem services.

Supply-led management is unsustainable. A sustainable demand-led approach is required to manage the water resources with focus on conserving water and using it more efficiently and accounting for the need for a healthy fresh water ecosystem.

At present there is a continuous increasing demand on fresh water resources due to:• population increase, which leads to increased demand for food and subsequently water use;• changing diets, there is greater demand for “thirsty” crops, meat and dairy products; • increasing demand for out-of-season crops (e.g. melons, strawberries, etc.) with greater Blue water demand; • changing climate, with more frequent drought events; • increasing demand for biofuel crops.Proper management of water resources requires greater use efficiency of the resources at field, catchment

and regional scales in all sectors. In the field of agriculture, which is the biggest water consumer, the efficiency is the lowest among the sectors. The efficiency drops along the way, from 70% at the reservoir to 40% at the field, due to poor management.

At field level, the efficiencies could differ significantly due to the irrigation system and the method of water application strategy. A good example is the alternating subsurface drip/ furrow irrigation to be more efficient in water

use than normal drip or sprinkler. The alternating subsurface drip irrigation sometimes known as Partial Root Drying method (PRD) is one of the most efficient water use system. There is a great need to improve water use efficiency and productivity.

‘Water use efficiency’ is a dimensionless term, it is a ratio of output to input, both having the same units. This is different from ‘water productivity’, a term that has a unit of yield, e.g. kg per unit of water used e.g. m3. Sometimes water productivity is wrongly referred to as water use efficiency.

There is a critical need to improve the water use efficiency, especially in agriculture. Technical and management options to improve productivity include:

• switching to crops that consume less water or use water more efficiently;• improving the reliability of water supplies at critical crop growth periods, this would encourage farmers to invest

more in other inputs and lead to higher output per unit of water;• promoting deficit irrigation, which can increase productivity per unit of water by providing less water than full

irrigation requirements;• promoting supplemental irrigation, which uses limited irrigation at critical periods to supplement rainfall in

rainfed agriculture; • use of non-conventional water resources such as agriculture drainage water, seawater, brackish groundwater,

and domestic wastewater; • water savings and increasing water supply through water harvesting at different scales: house roofs, field and

catchment scales. The techniques include: Bunds, Zays, underground dams and surface reservoirs.Water resources management requires sound water policies and legislation. The current policies need to have: • links between water quality, land use and water resources; • a link between water scarcity issues to agricultural policies;• a policy with regard to biofuel/energy crops and their impact on water availability and food security;• a policy on the use of waste water at the times of shortages, and the use of less water demanding and drought

tolerant crops to cope with drought periods; • proactive management of drought, which so far was reactive;• demand management strategies should be promoted as obligatory measures in the water policy; • assessing the risks and impacts of alternative water supply options such as desalination, brackish water and

wastewater re-use; • a forecast of water scarcity and drought events for the year ahead;• there is a need to improve water use efficiency among all users;• adoption of a joint policy on water security, food security, energy security and environment security; • a shared vision among stakeholders (water users, polluters, scientists, government and private sector) to make

collective informed decisions and collectively manage the water resources;• raising the awareness of consumers. An Eco-Label regulation will help in choosing products with lower water

consumption / water foot print. A water footprint is the total volume of freshwater that is used to produce the goods and services (expressed as m3).

• the combination of possible impacts of climate change and land use requires a proper plan for water resources management and mitigation strategies. There is a delicate balance between food security and energy security when changing the land use from crops to biofuel. Land use changes, if coinciding with droughts, could lead to desertification. Water resources management needs to be handled with an integrated approach that takes into account: the water resources availability (quantity and quality), the land use, the water demand, and the climate change.

Globally irrigation consumes 70% of the total available fresh water. Any modest increase in irrigation use efficiency will result in significant savings of water for other uses. The world is expected to feed 9 billion persons by 2050. Efficient and proper management of water for food is a necessity. At the same time, we need to consider the water-food-energy-environment nexus.

WRIM journal is in unique position to deal with the above mentioned issues through its publication of high quality of peer reviewed papers. The forthcoming issues of WRIM will help the water resources and irrigation professionals with key solutions to the very pressing issues and will guide them to the right track to follow for sustainable use of such limited and life essential water resources.

Dr. Ragab RagabVice President, International Commission

on Irrigation and Drainage, ICID (www.icid.org)President Hon. British National Committee of ICID-UK

Chairman of Water&Crops WG, ICIDChairman of the Permanent Committee on Strategies and Organization, ICID.

Centre for Ecology and Hydrology,Wallingford, Oxfordshire OX10 8BB

United Kingdom

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TESTIMONIALS/DEPOIMENTOS

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José de Arimatea de Matos (UFERSA)O periódico Water Resources and Irrigation Management – WRIM – é sem dúvida mais um espaço à disposição da comunidade científica que incentiva a divulgação de descobertas do desenvolvimento dos recursos hídricos e da engenharia de água e solo. A exemplo da primeira edição, temos a convicção que esse segundo número irá superar as expectativas, uma consequência do trabalho realizado pelos editores associados, porque conheço a capacidade de trabalho da equipe e sua busca pela valorização da pesquisa e do pesquisador.

Carlos Alberto Vieira de Azevedo (UFCG)A água por ser um bem precisíssimo para a humanidade merece um periódico que aborde com exclusividade seus diferentes aspectos relacionados à agricultura irrigada, sobretudo, no semiárido brasileiro que passa nos dias atuais por momentos de profunda penúria frente à seca devastadora, reclamando pela geração e divulgação de conhecimentos científicos capazes de alavancar seu desenvolvimento. Com este proposito, pesquisadores do Instituto Nacional do Semiárido e da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia tiveram a ideia brilhante de criar o periódico Water

Resources and Irrigation Management (WRIM). Percebe-se que este periódico não se apresenta simplesmente como mais um disponível à comunidade científica, mas sim como um veículo que prima pela qualidade das informações científicas nele publicadas. Resta-nos parabenizar e até mesmo agradecer aos pesquisadores do INSA e da UFRB pelo enorme esforço desprendido na publicação de cada número deste periódico. A Engenharia Agrícola e o semiárido brasileiro se fortalecem com o surgimento da WRIM.

Ana Cristina Fermino Soares (UFRB)The Office of the Pro-Rector of Research and Post Graduate Studies reiterates its satisfaction and acknowledgment for the initiative and dedication shown by the Nucleus of Soil and Water Engineering (NEAS) of the Federal University of Recôncavo of Bahia (UFRB) in collaboration with the National Semi Arid Institute (INSA) for the foundation of the journal of Water Resources and Irrigation Management (WRIM). This journal has an excellent acceptance from the scientific community for its innovative approach to research topics and relevance to scientific and

technological advancement in Agricultural Engineering. The fact that its first issue was published simultaneously with the starting of the Post Graduate Program in Agricultural Engineering at UFRB had significant impact on academic and research activities, and scientific publications at this university, as well as in other institutions in Brazil. Wishing success to the editorial team in continuing excellent work!

Donivaldo Pedro Martins (Secretaria Nacional de Irrigação)Conhecimento gera conhecimento, que gera riquezas, que geram desenvolvimento, que viabilizam a sustentabilidade; isso tudo quando disseminado. Quando guardado, o conhecimento serve para muito pouco. A agricultura irrigada necessita de conhecimento para maximizar seus benefícios, tanto econômicos, como sociais, como ambientais. Nesse sentido, a iniciativa de lançamento da Water Resources and Irrigation Management (WRIM) vem em boa hora, oferecendo um periódico consistente e que se tornará cada vez mais presente e decisivo para o setor, principalmente na sua

relação com os recursos hídricos e o meio ambiente. Parabéns pelo desafio e sucesso!

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Suresh A. Kulkarni (ICID)Due to rapid increase in the global demand for freshwater from agriculture, industrial, power, municipal, and environmental sectors, it has become challenging to use the available water resources more prudently and efficiently. Worldwide, irrigation is the major user of the freshwater and in many countries especially in the arid and semi-arid regions the share of irrigation in the total water withdrawals is as high as 90%. There is therefore a need to exchange the best practices, scientific ideas, and research findings pertaining to improved management of water resources,

irrigation and drainage engineering, climate change impacts, the use of poor quality waters for crop irrigation, etc., across the regions and countries, globally. At times language becomes a barrier in communication among the scientific community across the world. The Water Resources and Irrigation Management has overcome this barrier and bridged the communication gap among South American countries and rest of the world. I heartily congratulate the esteemed members of the Editorial Board for this excellent initiative and wish a great success in their endeavor.

Rafael Oliveira Batista (UFERSA)O periódico Water Resources and Irrigation Management (WRIM) ocupa posição de destaque no Semiárido Brasileiro, em função da divulgação de produtos e processos inovadores que potencializem o uso dos recursos hídricos no sistema solo-água-planta. Além disso, a equipe do período é altamente qualificada e dispõem de parceiros e recursos para garantir o sucesso do periódico. Parabenizo a todos os idealizadores e colaboradores por esta importante conquista para a área de Ciências Agrárias.

Mario Monteiro Rolim (UFRPE)A Área da Engenharia Agrícola tem poucos veículos de publicação científica em relação a outras das Ciências Agrárias, isto tem criado dificuldade aos Programas de Engenharia Agrícola a atingir os maiores conceitos. Dessa forma é oportuno a criação de mais um veiculo de divulgação científica disponível e com qualidade. A WRIM - Water Resources and Irrigation Management, embora tenha uma equipe editorial nova, esta é altamente dedicada e qualificada cientificamente, associado a isto tem o apoio de duas instituições de ensino e de pesquisa, INSA e a UFRB; por tudo desejo muito

sucesso a revista WRIM.

Marcos Vinicius Folegatti (ESALQ/USP)We are pleased to see the emergence of a new international journal Water Resources and Irrigation Management a result of serious and dedicated work of members of the scientific academy. I’m even happier because the title of the magazine begins with Water Resources. Without proper understanding of hydrological, economic, social and environmental factors that affect water availability there will be no guarantee of water available for the multiple uses of water, including irrigation. This may have been one of the biggest mistakes of the scientific academy in the past

of not giving due weight to the knowledge related to water resources before discussing their different uses. A new international scientific journal that addresses the issue of rational use of water for production of food, fiber and biofuels in Brazil is very timely. Brazil participates with only 1.7% the total irrigated area in the world, despite having a potential for irrigation of about 30 million hectares due to the large availability of land and water. A series of problems that affect the growth of irrigated agriculture in the world need to be studied and adequately discussed. Among them highlight the importance of addressing the river basin as the basic unit of water management. Results of experiments and studies need to be shared so that everyone benefits from modern and efficient techniques to continue to produce as a function of water, which is a finite resource, essential to our lives, and therefore of high value. Welcome WRIM.

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Small reservoirs depth-area-volume relationshipsin Savannah Regions of Brazil and Ghana

Lineu Neiva Rodrigues1 & Jens Liebe2

Protocol 10.2013 - Received: 19/03/2013 - Accepted: 10/04/2013

Abstract: In the last years, hundreds of small reservoirs were built in the Savannah regions of Brazil and Ghana. They play an important role in supporting the local economies. The lack of technical information about the small reservoirs in these regions is endangering the sustainability of agriculture and the livelihood of farmers. The purpose of this study was to establish the volume-area-depth relationship for small reservoirs in the Brazilian and Ghana Savannah regions. Thus, a comprehensive field work was performed. In total, 28.5% and 39.0% of the total number of small reservoirs in the Preto River Basin in Brazil and in the Upper East Region of Ghana, respectively, were visited and measured. The results showed a good-fit for the depth-volume and area-volume relationships for both regions, with coefficient of determination, for both cases and both regions, higher than 0.93. The mean k and α1 values were lower in Brazil as compared to Ghana and k1 and α were higher. The values of the parameters presented great variability, indicating the importance of performing local measurements.

Key words: water resources, dams, bathymetry, storage-volume

Relação profundidade-área-volume em pequenos reservatórioslocalizados no Cerrado do Brasil e de Gana

Resumo: Nos últimos anos, centenas de pequenas barragens foram construídas na região do Cerrado do Brasil e de Gana. Eles são de fundamental importância para a economia local. A ausência de informações técnicas sobre eles, que é crucial para o processo de tomada de decisão sobre o planejamento e manejo de recursos hídricos em bacias hidrográficas, entretanto, está colocando em risco a sustentabilidade da agricultura e a qualidade de vida das comunidades rurais nessas regiões. O objetivo deste estudo foi estabelecer relações cota-área-volume para pequenas barragens na região do Cerrado do Brasil e de Gana. Para isto, foi realizado um levantamento bastante detalhado. No total, 28,5% e 29,0% do total de barragens existentes na bacia hidrográfica do Rio Preto e na região superior leste de Gana, respectivamente, foram visitados e avaliados. Os resultados indicaram um bom ajuste das relações cota-volume e área-volume para as duas regiões, com coeficiente de determinação superior a 0,93, para os dois casos e as duas regiões. Os valores médios de k e α1 foram menores para as barragens do Brasil e os de k1 e α maiores. Observou-se uma grande variabilidade dos parâmetros, indicando a importância de se realizar medidas locais.

Palavras-chave: recursos hídricos, barragens, batimetria, volume armazenado

1 Embrapa Cerrados, BR 020, km 18, 73.310-970 Planaltina, DF. E-mail: [email protected] Center for Development Research, Walter-Flex-Str. 3, 53113 Bonn, Germany. E-mail: [email protected]

Water Resources and Irrigation Management, v.2, n.1, p.1-10, 2013.

Rodrigues & Liebe2

Introduction

Small reservoirs are a common form of water infrastructure encountered in areas, such as the Preto River Basin, a sub-catchment of the São Francisco watershed, Brazil, or the Upper East Region of Ghana, in the Volta Basin of West Africa. They provide water for a number of different uses, e.g. for dry season irrigation and livestock watering in Brazil, and, additionally, for fishing, building and domestic purposes in Ghana.

These reservoirs contribute to reducing the vulnerability of their basin inhabitants to drought and to improving their livelihoods. The reservoirs also have a significant effect on downstream flows, as they can provide a buffer from flooding by delaying and diminishing flash floods by temporarily storing the excess water (Poolman, 2005). They also help recharge groundwater aquifers, thereby increasing the base flow in the downstream part of the catchment area (Adwubi et al., 2009). The sustainability of the reservoirs in Brazil and Ghana, however, is being challenged by problems that directly affect the economic livelihoods and economic development of their basin inhabitants.

In Brazil and Ghana, hundreds of small reservoirs were built in the last few decades, to help improve irrigated agriculture in the region. They are an important part of water resource management and their development needs to be pursued in a strategic manner and requires planning of water resources. However, efficient water management and sound reservoir planning and management are hindered by inadequate knowledge of their number, storage capacity and spatial distribution in the basin.

Arrays of small reservoirs can potentially have a large impact on the hydrology and the ecology of the surrounding environment. They have a significant effect on the water yield of the strategic reservoir, and this effect is simulated to even increase under disadvantageous climate changes (Krol et al., 2011). Information about reservoir locations and storage volumes is critical for decision-making processes regarding planning and management of water resources. In the recent past, the issue of small reservoirs inventories and regional storage volume assessment has been addressed in a number of different regions. In Brazil, Rodrigues et al. (2007) carried out an inventory and classification of reservoirs by means of remote sensing using three Landsat ETM images taken in 2005 and detected 253 small reservoirs only in the Preto River Basin,

which represents 1.6% of the São Francisco Basin area. In the Upper East Region of Ghana, Liebe et al. (2005) mapped 154 small reservoirs using two Landsat ETM images from 1999, and tested the suitability of ENVISAT ASAR, a C-band radar, and ALOS PALSAR, an L-band radar, to measure and monitor small reservoir extents (Liebe et al., 2009; Annor et al. 2009). These satellite based inventories, however, only provide information on the number, location, and the surface extents of small reservoirs.

Despite the large number of poorly-defined reservoirs in the Preto River Basin and Upper East Region of Ghana, information about the reservoirs is still a major problem. Liebe et al. (2009) developed a procedure to test a runoff model by remotely sensing reservoir sizes over time and concluded that regarding the applicability of the method used to derive runoff volumes, the most crucial question is whether regional relations can be found that relate surface areas to stored volumes. Presently, we cannot predict such relations on the basis of readily available global data and must rely on bathymetric surveys.

Area-capacity curves are of the most important physical characteristics of dams’ reservoirs. These curves are used for reservoir flood routing, dam operation, determination of water surface area and capacity corresponding to each elevation, reservoir classification and prediction of sediment distribution in reservoirs. As a result, obtaining the area-capacity equations has great significance from a practical aspect (Haghiabi et al., 2013). Besides this, these relations are site specific, and are usually derived from a detailed bathymetry map.

To be able to assess the sedimentation rate or to determine sustainable water withdrawal rates, the water level – volume – reservoir area or stage curve relationships provide invaluable information.

While the small reservoir depth-area-volume relationship is important information for water resource planning and managing, hydrology and modeling, it is laborious, time consuming and costly to obtain them, specifically in areas with large number of this infrastructures, as is the case of Brazil and Ghana.

The main objective of this study was therefore to establish volume-area-depth relationships for small reservoirs located in the Preto River Basin, in the Brazilian Savannah, and in the Upper East Region of Ghana. This information will be very useful for planers and can help to improve water management in those regions.


Small reservoirs depth-area-volume relationships in Savannah Regions of Brazil and Ghana 3

Materials and Methods

The study area in Brazil was the Preto River Basin. Located in the central portion of Brazil, on the western side of the Middle portion of the São Francisco Basin, the drainage area of basin is roughly 10,500 km2. The basin traverses two states, Minas Gerais and Goiás, as well as the Federal District, and encompasses 10 municipalities (6 in Minas Gerais, 4 in Goiás). The basin has a tropical wet and dry climate, with a long dry season lasting from May to September, and a rainy season that usually starts around October and ends in April. The mean annual rainfall is around 1,200 mm, of which 85% occurs during the rainy season. The length of the dry season contributes to various problems with forest fires, water shortages and conflicts, and insecure food production. Viable agriculture in the basin is only possible through irrigation, which depends on the water stored in the small reservoirs.

The study area in Ghana was the Upper East Region. The basin drainage area is roughly 8,842 km2; it is located in the White Volta Basin, bordering Burkina Faso and Togo. It is inhabited by one million people and is amongst the poorest of Ghana’s Regions. Agriculture plays a major role for both income generation and subsistence, and the pressure on water resources increases due to steep population growth. The semi-arid climate is characterized by a three month, monomodal rainy season. The great variability of precipitation, however, frequently leads to crop loss in rainfed agriculture. Also, ninety percent of the Region’s total rainfall (986 mm) occurs as thunderstorms, originating from squall lines (Eldridge, 1957; Hayward & Oguntoyinbo, 1987; Friesen, 2002), in which rainfall intensities often exceed the soil’s water holding capacity causing surface runoff, without replenishing soil moisture and groundwater. Small reservoirs are therefore an important form of water storage that allows the population to generate a more dependable income from dry season irrigation. Like in Brazil, the small reservoirs are relatively shallow due to the flat topography of the region.

For the Preto River Basin the inventory and classification of reservoirs was conducted by means of remote sensing using three Landsat ETM images taken in 2005 (Rodrigues et al., 2007). In the Basin, 252 small dams were identified with reservoir surface areas varying between 1 to 413 ha. In this classification good user accuracy was achieved, with just one misclassification (that of a lagoon listed as a reservoir) detected in the 51% of

reservoirs visited. The satellite and ground based surface areas were compared and used as a second quality indicator. A questionnaire-based and semi-structured interview was carried out with farming households prior to each reservoir survey, with questions focused on reservoir characteristics such as the existence of technical information (area, depth, maps, etc.), maintenance, age, purpose, etc. (Rodrigues et al., 2012). The initial database consisted of 252 small reservoirs, but only those with surface areas between 1 and 50 ha were considered. There were a total of 147 small reservoirs in this size range (Figure 1A).

For information purposes, the reservoirs were split into three categories (Figure 1A): Category 1, with areas of 1-3 ha (68 reservoirs), Category 2 with areas of 3-10 ha (51 reservoirs), and Category 3, with area of 10 to 50 ha (28 reservoirs). To have an extensive sample set and to ensure sufficient

Figure 1. Reservoirs identified in satellite imagery (Landsat) and distribution of the surveyed reservoirs by surface area category (Category 1: 1- 3 ha; Category 2: 3-10 ha; and Category 3: 10-50 ha). (A) Preto River Basin, Brazil; (B) Upper East Region of Ghana

B.

A.


Rodrigues & Liebe4

coverage for finding surface area-volume relationships, 42 out of the 147 (28.5%) of the total amount of small reservoirs were evaluated. This represented 29.4% of the reservoirs of Categories 1 and 2, and 25.0% of Category 3. The selected reservoirs were visited and measured during three fieldwork periods that were conducted from March to April and October to November of 2006 and from March to May of 2007.

In the Upper East Region of Ghana, an inventory of small reservoirs was carried out through a classification of two Landsat ETM scenes from October 13 and November 7, 1999, i.e. at the end of the rainy season of a wet year where the reservoirs are expected to be filled to capacity (Liebe et al., 2005). In total, 540 water bodies were detected within the region, of which 154 reservoirs within the size ranged between 1-35 ha were selected for further analysis (Figure 1B). As in the classification of reservoirs in the Sao Francisco Basin, the user accuracy of the reservoir maps was high. All the 61 reservoirs visited existed, indicating good user accuracy.

In the Upper East Region of Ghana, similarly to the approach used in the Preto River Basin, the 154 reservoirs within the target range (1-35 ha) were categorized into three approximately equally sized categories (Figure 1B). Category 1 has 51 reservoirs in the range of 1–2.79 ha, Category 2 contains 53 reservoirs between 2.88 and 6.93 ha, and Category 3 has 50 reservoirs ranging from 7.02 to 35 ha. A total of 61 reservoirs (39.6% of total population) was randomly selected within the three categories (20 reservoirs each from Categories 1 and 3, and 21 reservoirs from Category 2) to capture the variance over the different reservoir sizes. The bathymetrical surveys were conducted between December 2002 and February 2003. At this time of the year, the reservoirs were not filled to capacity anymore. Therefore, in addition to the bathymetric survey, the difference between the actual water level and the spillway level was recorded.

The general idea behind depth measurements in reservoirs with the aim of adequate volume estimation is based on finding its deepest point from which it can be interpolated to the shores. The large number of points taken between the deepest point and the shoreline yield an accurate representation of the reservoir shape (Liebe et al., 2005). The collection of the depth data was not done according to a predefined grid. Each reservoir was measured according to unique judgment taking into account the local variation and characteristics. The shape and size of the reservoir surface area were determined by walking

around each reservoir with a handheld GPS and taking large numbers of points along the shoreline. Following that step, bathymetric maps were compiled. Water depths were measured in several places inside the reservoirs using a plummet from a boat, with each measurement accompanied with GPS coordinates. Depth measurements of reservoirs were conducted to estimate the volume of a reservoir; the measurement entails finding a reservoir’s deepest point from which it can be interpolated to the shores. Care was taken to achieve good coverage of points well spread over the reservoir while focusing on the areas closest to the dam wall, where the deepest points are generally found. The biggest problem turned out to be navigation due to wind-induced boat drift.

In order to derive the storage volumes of the surveyed reservoirs and the volume-area-depth relationships, a 3D-Model was created for each of the 103 reservoirs’ (42 in Brazil and 61 in Ghana), volume and surface area were calculated for different water depths at 5 cm depth intervals, using the script contaarea.bas, developed by Golden® software.

The volume of reservoirs can be expressed as a function of their surface area, which allows for storage volume assessment from satellite imagery, or as a function of depth, which is often used in conjunction with stage data measured at the reservoirs. Both area-volume and depth-volume curves for reservoirs can be explained with power functions of the form

V X= θ σ

where:V - stored volume, m3

X - depth, m or surface area, m2

θ - equal k if X = depth (H) or k1 if X = surface area

σ - equal α if X = depth or α1 if X = surface area

The equation is valid for 0 ≤ depth (H) ≤ maximum depth (MD) and 0 ≤ surface area ≤ maximum surface area (MSA).

Results and Discussion

Figure 2 shows a 3D-model of a reservoir (Category 3) in Ghana, with the distribution of the depth measurements and the result of the interpolation. It was created from 502 GPS-readings delineating its outline and 126 depth measurements. The inset in the top right corner shows the distribution of the depth measurements, which cluster most densely in close range to the



dam wall (top edge) to capture its deepest point (3.10 m). The remaining parts of the reservoir are evenly covered. The reservoir had an area of 9.01 ha, and contained 100,435 m³ of water at the time of observation.

Figure 3 shows the correlation between logarithms of depth (H) and volume (Figure 3A) and logarithms of surface area and volume of a reservoir in Brazil (Figure 3B). The linearity observed for this specific reservoir was the same verified in all reservoirs evaluated in both regions. For Brazil, R2 was larger than 0.97 and for Ghana it was greater than 0.95. Despite the variety of reservoir shapes, the derived equations for all reservoirs, independent of size, for the whole Preto River Basin and the Upper East Region of Ghana fitted the observed data quite well, which give great confidence in their application. This information has importance in hydrology. Besides water level-volume, reservoir area or stage curve relationships, multi temporal comparison

between bathymetries can be used as an indicator for environmental changes like lake or reservoir sedimentation. From this information, lake ecosystem functioning, life times of reservoirs or erosion – sedimentation rates of catchments can be derived (Dost & Mannaerts, 2008).

Locations and values for the parameters k and α, of the relationships between depth and volume, and for k1 and α1, of the relationships between surface area and volume, for the reservoirs in the Preto River Basin, Brazil, are reported in Table 1 and for the Upper East Region of Ghana in Table 2.

The equation used to represent the depth-volume relationship is based on the fact that small reservoirs resemble an inverted pyramid. The coefficient k represents the openness of the pyramid. The more open and flatter the valley, the larger is k. Thus, one expects to get high k values in wide and open alluvial valleys (Molle, 1994). According to same author, α, defined as shape coefficient, is related with the hillside concavity.

The general shapes of the reservoir curves as shown in Fig. 3 represents the expected curves for small reservoirs and is similar to curves obtained by other authors, like Sawunyama et al. (2006), for area-volume, and Choodegowda (2009), for depth-volume.

Figure 4 presents a box plot of k and α and of k1 and α1. It can be observed that the average k and α1 values were lower in Brazil than in Ghana and the k1 and α values were higher. The analysis of the box length gives an indication of data variability. It can be noted, e.g. that the parameter α is more variable than k and that this last one has about the same variability for the reservoirs in Brazil and Ghana.

For the Preto River Basin, Brazil, the values of k varied from 18.12 to 36855.30, with a mean value of 3146.77 and a coefficient of variation (CV) of 2.04, and α from 1.58 to 3.75, with

Figure 2. 3D-model for one reservoir in Ghana. The inset in the top right corner shows the distribution of the depth measurements

Figure 3. Correlation between logarithms of depth (H) and volume, (A), and logarithms of area and volume, (B), for one reservoir in Brazil


Rodrigues & Liebe6

Table 1. Locations, maximum depth (MD), measured surface area (MSA), and coefficients k and α and k1 and α1 of the relationships depth-volumes and area-volumes, respectively, for the reservoirs in the Preto River Basin, Brazil

* Range that the equation is valid: 0 ≤ depth ≤ MD** Range that the equation is valid: 0 ≤ area ≤ MSA

a mean value of 2.61 and a CV = 0.17. In the Upper East Region of Ghana the values of k varied from 377.88 to 26413.39, with an average of 5547.11 and a CV = 0.98, and a α from 1.83 to 4.08, with a mean value of 2.59 and a CV = 0.19. k1 varied from 0.0000025 to 0.0268534, with a mean value of 0.0030960 and a CV = 1.60, and from 0.0000196 to 0.1739402, with an average of 0.0187054 and a CV = 1.62 in Upper East Region of Ghana and Preto River Basin, Brazil, respectively. α1 varied from 1.18 to 2.23, with an average of 1.67 and a CV = 0.12, and from 1.24 to 1.99, with an average of 1.52 and a CV = 0.11 in Upper East Region of Ghana and Preto River Basin, Brazil, respectively.

The results suggest that these relationships are region-specific and as expected depend on several factors like topography, valley shape and geology of the area, being difficult to make direct comparison of the results obtained in this study with other results. The parameters values of the equations area-volume are in the same order of magnitude of the equations obtained by Meigh (1995) that using topographic maps obtained a power relationship between capacity of the reservoir and its surface area measured with k1 = 0.0738 and α1 = 1.25 and R2 = 0.93. The values are also comparable in order of magnitude to the ones obtained by Sawunyama et al. (2006). They evaluated 12 small reservoirs and developed



Table 2. Locations, maximum depth (MD), measured surface area (MSA), coefficients k and α and k1 and α1 of the relationships depth-volumes and area-volumes, respectively, for the reservoirs in the Upper East Region of Ghana

* Range that the equation is valid: 0 ≤ depth ≤ MD** Range that the equation is valid: 0 ≤ area ≤ MSA


Rodrigues & Liebe8

Figure 4. Box plot of k and α and of k1 and α1 parameters for small reservoirs in the Preto River Basin in Brazil (A) and for the Upper East Region of Ghana (B)

Figure 5. Log(k)-α, for the relationships between depth and volume, and log(k1)-α1, for the relationships between surface area and volume, for the reservoirs in the Preto River Basin, Brazil (A) and for the Upper East Region of Ghana (B)

relationship between capacity of the reservoir and their surface areas and obtained k1 values varying from 0.00017 to 0.078 and α1 from 1.26 to 1.67.

It would be of high interest for water planners to know how the parameters are correlated among themselves and to have a general equation that could be applied to Brazil and Ghana to estimate reservoir volumes based on both their depth and surface area. Figure 5 (A) and (B) presents the correlation between the parameters log(k) and α and parameters log(k1) and α1, respectively.

The first attempt was to find a correlation between the parameters for each study area separately. Following this, a general correlation between the parameters of Brazil and Ghana was investigated. The correlation obtained between log(k)-α, for the relationships between depth and volume, for both areas was not satisfactory (Figure 5A). This correlation was much better for the reservoirs in Brazil (R2 = 0.46) than for those in Ghana (R2 = 0.06).

On the other hand, the correlation between log(k1)-α1, for the relationships between surface area and volume, for both regions showed a very good-fit (Figure 5B). It indicates that a high potential

exists to apply this relationship to estimate reservoir volumes based on their surface area. These results are very promising, once it shows the possibility for using remote sensing techniques to manage water of these infrastructures, which can contribute to minimize water conflicts in the region.

Future work should extend the analysis to a wider region and focus on the application of remote sensing to estimate variation in time and space of reservoir volumes based on their surface area. Liebe et al. (2009) state that satellite images for mapping the small reservoirs can be obtained from optical (i.e., Landsat, Spot, Aster, ISS, etc.) or radar satellite systems (ENVISAT, ERS, RADARSAT, etc.). Even though the technology exists, a need exists for improving the accuracy of extracting the water surface area from satellite images.

Information obtained from remote sensing could be used by planners in a type of alert system. For the irrigators, it will show the water available in the system and the risk of lack of water for irrigation. For the electric systems it will indicate the capacity of small reservoirs in a watershed to capture and retain water and their potential for flow regularization.



Conclusions

1. For all reservoirs evaluated in the Preto River Basin, Brazil, and in the Upper East Region of Ghana, a linearity between the logarithms of depth (H) and volume and logarithms of surface area (area) and volume was verified, with R2 greater than 0.93 in all cases which can be used with confidence to plan and manage the water resources in those regions.

2. A great variability in the parameters of the relationships depth-volume was observed, indicating that the equations are site specific and as such their use should not be extrapolated.

3. A high correlation between the parameters of the relationships area-volume for the Preto River Basin, Brazil, for the Upper East Region of Ghana and for both regions together was observed, demonstrating that the generic power equation obtained can be used with confidence by planners to simulate volume in function of surface area in both places.

Acknowledgements

The presented research was carried out as part of the Small Reservoir Project. We gratefully acknowledge financial support of Advisory Service on Agricultural Research for Development (BEAF) through the Challenge Program on Water and Food.

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ISSN 2316-6886

www.wrim.com.br


Tabasco pepper transpiration by the heatdissipation probe method

Ligia Borges Marinho1, Lucas Melo Vellame2, José Antônio Frizzone3,João Batista Tolentino Júnior4 & Eusimio Felisbino Fraga Junior3


Abstract: Methods of heat supply in the trunk have been widely used to estimate transpiration of woody plants; however, there are few studies about its effectiveness in small plants. This study aimed to calibrate the Heat Dissipation Probe (HDP) method to estimate transpiration and study the influence of natural thermal differences, the estimation of the conductive area and the placement of sensors to estimate transpiration in Tabasco pepper plants. Heat dissipation probes were installed in twenty nine 8-month-old plants, planted in beds, in a greenhouse. The equation for sap flow estimation was calibrated with standard lysimetric measurements in one of the representative plants. The angular coefficient of the equation for estimating sap flow was adjusted by minimizing the absolute deviations between the sap flow and daily transpiration measured in the lysimeter. After ten days of sap flow measurements, all plants were cut above the installation location of the upper probe; images of certain areas were generated and the dimensions of the regions present in the stem were determined. The HDP method with original calibration adjustment, correction of natural thermal differences and with a small sampling to determine the conductive area of the xylem is accurate to estimate the transpiration of Tabasco pepper plants.

Key words: Capsicum frutescens, lysimeter, sap flow, xylem, pepper

Transpiração em pimenta tabasco pelo métododa sonda de dissipação térmica

Resumo: Métodos de fornecimento de calor no tronco têm sido amplamente utilizados na estimativa de transpiração de plantas lenhosas. Entretanto, faltam estudos sobre a sua eficiência em plantas de pequeno porte. Esse trabalho teve como objetivo calibrar o método da sonda de dissipação térmica (SDT) e estudar os efeitos das diferenças térmicas naturais, da estimativa da área condutora do caule e do posicionamento do sensor na estimativa da transpiração de plantas de pimenta tabasco. Foram instaladas SDT em 29 plantas com 8 meses de idade, cultivadas em canteiros em ambiente protegido. A equação para estimativa do fluxo de seiva foi calibrada tendo como padrão medidas lisimétricas em uma das plantas representativa. O coeficiente angular da equação de estimativa do fluxo de seiva foi ajustado pela minimização dos desvios absolutos entre o fluxo de seiva e a transpiração diária medida pelo lisímetro. Após 10 dias de medição de fluxo de seiva todas as plantas foram recepadas acima do local de instalação da sonda superior. Em seguida, foram geradas imagens das superfícies e determinadas às dimensões das regiões presentes no caule. O método da SDT com ajuste da calibração original, com correção das diferenças térmicas naturais e com uma pequena amostragem para determinação da área condutora do xilema é preciso na estimativa da transpiração de plantas de pimenta tabasco.

Palavras-chave: Capsicum frutescens, lisimetria, fluxo de seiva, xilema

1 Departamento de Tecnologia e Ciências Sociais, UNEB, Juazeiro, BA. [email protected] Escola de Agronomia e Engenharia de Alimentos, UFG, Goiânia, Go. [email protected] Departamento de Engenharia de Biossistemas, ESALQ/USP. Piracicaba, SP. [email protected]; [email protected] Campus Curitibanos, Universidade Federal de Santa Catarina, Curitibanos, SC. [email protected]


Marinho et al. 12

Introduction

The increase in conflicts between sectors that use the water resources, the charging for water use and the commercial demand for certified products, derived from a sustainable agricultural activity, have increased the importance of efficient irrigation. Localized irrigation is a very efficient irrigation system, since the applied volume of water is small and restricted to a portion of the soil, reducing losses by evaporation and runoff. Since losses are reduced in localized irrigation systems, transpiration becomes the principal factor to be determined for water management.

Advances in the use and development of sap flow estimation techniques were observed throughout the years. These techniques can be used to quantify the transpiration and the water relations of various crops under different irrigation regimes, with salty water or even under biotic and abiotic stresses. Most of the studies about plant transpiration, especially in woody plants, are based on methods of heat supply in the trunk. Nowadays, there are three groups of systems to determine sap flow: heat pulse, heat balance and heat dissipation (Green et al., 2003; Davis et al., 2012; Renninger & Schäfer, 2012)

The heat dissipation probe (HDP) method developed by Granier (1985) presents a simple theoretical approach and, compared to the heat balance method, shows the advantages of facility to build and install the sensors, lower cost and the need for fewer channels in the data acquisition system, enabling the monitoring of a higher number of plants in the field. It has shown to be a promising method, being largely used worldwide (Sugiura et al., 2009; Ford et al., 2004; Gartiner et al., 2009; Gebauer et al., 2008) . In Brazil, its use has been reported in studies of estimation of transpiration in crops such as “Valência” orange (Vellame et al., 2012); coffee tree (Pimentel et al., 2010); mango tree (Vellame et al., 2009); rubber tree, a latex-producing tree (Delgado-Rojas et al., 2006) and also in the determination of water regulation strategy of Rapanea guianensis and Roupala Montana, woody species from ‘Cerrado’, under water deficit conditions (Naves-Barbiero et al., 2000). These studies indicate the possibility of utilization of this method with positive results.

However, the HDP method shows sources of error related to the natural thermal differences, the spatial distribution of the sap flow in the stem, the setting of the conductive area (the transversal area occupied by the xylem) and the installation

position of the sensors on the stem. The area conducting sap varies according to the species, age and stem diameter of the plant. The setting of the conductive area is a limitation of the method because it demands the plant to be destroyed for the measurement. Thus, it is possible to correlate the sap conductive area with the external diameter; however, this information is not available in the literature for most crops and must be better studied.

There is also little research on the influence of the sensor position on the stem, its application for estimating transpiration and water relations in smaller-sized woody plants, like pepper plants. This crop has been highlighted as an important product of Brazilian agribusiness, generating employment and income for farmers in the rural areas (Miranda et al., 2006).

This work aimed at calibrating the heat dissipation probe method studying the effects of natural thermal differences, stem conductive area and sensor positioning for estimating transpiration of Tabasco pepper plants.

Material and Methods

The experiment was carried out in a greenhouse, in the Biosystem Engineering Department of “Luiz de Queiroz” College of Agriculture – ESALQ-USP, Piracicaba, São Paulo, 22042’30” S and 47038’00” W, at 580 m of altitude, from 20th July to 5th August, 2010.

In this study three arched, east-west oriented greenhouses were used (Ceiling height – 3.0 m; Width – 7.1 m; Length – 17.64 m; and Total Height – 4.7 m). The greenhouses had a 150 µm transparent polyethylene plastic cover, and front and side walls made with anti-aphid net with a 0.3-m-high bottom part made of concrete. Sap flow was measured using the HDP method in 29 tabasco pepper plants at the age of 8 months (227 days after transplanting) after a production cycle and a period of irrigation.

Each sensor was comprised of a probe heated at constant power and a non-heated probe (reference probe), both having internally a thermocouple (Figure 1). The power applied to the heated probe followed the literature - 0.1 W cm-1 on probe length (Delgado-Rojas, 2003). Adjustable current source were built in order to control the power dissipated in each sensor.

Granier (1985) correlated the sap flow density and the thermal difference between both probes, validating his equation (Eq. 1) for some species, in special forest plants: Pinusnigra, Pseudotsuga


Tabasco pepper transpiration by the heat dissipation probe method 13

menziensii and Quercus pedunculata (coniferous and ring-porous plants).

placed on the sensor location. This procedure minimizes the effect of natural thermal differences (Vellame et al., 2011).

The thermal difference measurements were performed every 30 seconds and the mean values stored every 15 minutes with a system composed of a data logger CR10X (Campbell Sci.) and multiplexer (AM 1632 Relay Multiplexer, Campbell Scientific Inc.).

The natural thermal differences (NTD) were measured by the non-heated probes on 20th, 21st and 22nd July, 2010. The NTD from 28 plants were correlated with the NTD from two plants, one in each greenhouse, taken as “NTDref” to generate, through linear regression, estimation models for each monitored stem segment, according to Eq. (3).

Tc-heated probe; Tb-reference probeAdapted from: Delgado-Rojas, 2003

Figure 1. Schematic of heat dissipation probe method

F kT T

Td = = ×−

−α β 118 99 10 61 231

. max

.∆ ∆∆

in which,Fd - sap flow velocity, m.s-1

α e β - empirical coefficientsk - thermal variationsΔT - temperature difference between the two

probesΔTmáx - maximum temperature difference bet-

ween the two probes

Sap flow is calculated considering the effective section area of the xylem that conducts the raw sap, through Eq. (2):

F F ASs d=

in which,Fs - sap flow, m3 s-1

AS - raw sap conductive section area, m2

The 1-cm-long probes were built with copper-constantan thermocouples with 0.5 mm diameter, inserted in 1-mm-diameter needles and filled with resin for fixation.

In the probe installation two holes were made on the stem with diameters equal to the diameter of the capsule. The aluminum capsule is as long as the probe, with a slightly smaller inner diameter than it (1.5 mm). The probes were coated with thermal grease for a better heat conduction and inserted into the capsule. Silicone glue was externally applied to ensure a good fixation.

After probe installation, the stem segment was covered above and below with aluminum foil, and a skirt-shaped protection of aluminum foil was

NTD a DTD bE ref= × +

in which,NTDE - natural thermal difference estimated

for each probe, ºCNTDref - natural thermal difference for the refe-

rence probe, ºCa and b - empirical coefficients

The thermal difference with the heated sensor was corrected through Eq. (4).

∆ ∆T T NTDm E= −

in which,ΔT - corrected thermal difference, ºCΔTm - uncorrected thermal difference measu-

red by the probe, ºCNTDE - natural thermal difference estimated

for each probe, ºC

The application of the heat dissipation probe method for estimating sap flow requires the knowledge of the conductive section area of the stem. In most studies with this method, due to the destruction of the plant, the determination of the area is correlated with the outer diameter or perimeter of the stem, usually calibrated with plants other than those used for sap flow measurements.

After the period of sap flow measurement, all plants were cut right above the insertion location of the upper heat dissipation probe. Images of the cut surfaces were generated and, using a CAD (Computer-aided design) software, the dimensions of the regions in the stem were determined.

In the Laboratory of Plant Anatomy of the “Luiz de Queiroz” College of Agriculture – USP, the

(1)

(2)

(3)

(4)


Marinho et al. 14

stem structure was identified through transversal cuttings using sliding microtome Leica SM 2000R. After that, they were stained with a 0.25% aqueous safranin solution and a 1% aqueous Astra blue solution, and then photographed (Figure 2). The distinction between the phloem, xylem and medulla zones was visually made (Figure 3).

A weighing platform with a load cell (Alfa GL 50) was built, centralized between two carbon steel plates and connected to the datalogger. A polyethylene box (250 L) was placed on the platform, working as a weighing lysimeter. The lysimeter calibration was performed applying known soil masses and recording the respective electrical signals (mV). With the mass variations and voltage data, an equation was adjusted by linear regression for converting electrical signals into mass.

In order to calibrate the equation for estimating sap flow, lysimetric measurements in one of the plants were performed. The soil surface in the lysimeter was covered with a plastic to prevent evaporation. The angular coefficient of the Eq. (1) was modified to minimize the absolute deviations between the sap flow accumulated in 24h and the daily transpiration measured by the lysimeter.

In the greenhouses, global solar radiation values were obtained using a pyranometer LI200X, connected to a CR10X (Licor Inc.) data-logger, with measurements at every 1 second and the mean stored at every 15 minutes.

Results and Discussion

Global solar radiation, sap flow and transpiration data throughout 4 days, calculated using hourly means for the plant used in the calibration, are shown in Figure 4.

Figure 2. Transverse section of the stem of ‘Tabasco’ pepper

Figure 3. Transverse section of the stem of ‘Tabasco’ pepper

The relation between measured and estimated area, and also the mean error of this relation (E), were calculated for all plants for different numbers of samples (n), 1 to 29, through Eq. (5).

Et

n=

α

in which,α - standard deviation; and t - Student coefficient for the 29 measure-

ments at 95% confidence limit

Through Eq. (6), correction coefficients were determined from the measurements of flow density for each plant as a function of the percentage of probe length inserted in non-sap conductive regions.

KANC

=−

1

1 %

in which,K - correlation coefficient of the sap flow

density measurements; andANC - percentage of the probe length inserted

in the non-sap conductive region

Figure 4. Course of solar radiation (Rs), transpiration (lysimeters) and sap flow in Tabasco pepper, calculated as hourly mean (Piracicaba, São Paulo, August 1-4, 2010)

The sap flow, as well as the transpiration, increases with the increase in solar radiation, from the morning to part of the afternoon, with a sharp drop between 11:00h and 13:00h. When solar radiation reaches its maximum, high values of sap flow and transpiration are observed, decreasing again until the night time. It is possible to notice the existence of sap flow and transpiration during nighttime, possibly in order to recover from water deficit accumulated throughout the day. Peaks of

(5)

(6)

Sola

r rad

iatio

n (M

J m-2 h

-1)

Tran

spira

tion

- sap

flow

(L h

-1)

Hour



Fs values were reported in some studies (Pimentel et al., 2010; Naves-Barbiero et al., 2000; Shackel et al., 1992).

There is also a good relation between solar radiation and sap flow by HDP calibrated with the lysimeter and the AS values with the correction of the probe location (Figure 5), showing linear trend with a good adjustment (R2= 0.94). González-Altozano et al. (2008) verified the highest sap flow value at the time of highest demand for the pear tree in the North of Spain, with a regression coefficient of R2= 0.32 between the solar radiation and the sap flow by the Granier equation without calibration.

there is a lag between sap flow and transpiration, the linear coefficient of the general Granier equation was modified, approaching the values corresponding to daily basis according to the Eq. (7). The β coefficient (1.231) of the Eq. (1) was kept as originally suggested by Granier (1985).

Figure 5. Relationship between sap flow by the equation of Granier calibrated to Tabasco pepper and solar radia-tion as an hourly mean (Piracicaba, São Paulo, July 25 to August 4, 2010)

One can also notice that both transpiration and sap flow do not follow solar radiation precisely over time, which occurs because of the hydraulic resistance found in the plantissues, according to Angelocci (2002). So, the ability of pepper plants to avoid excessive loss of water occurs probably by stomatal regulation.

It is noteworthy that the lag between sap flow and transpiration, so commonly observed in studies with large plants was not so expressive in this study, as found by Delgado-Rojas et al. (2007) who verified a little lag between transpiration and sap flow in young “Tahiti” acid lime plants using Granier method.

Sap flow and transpiration followed solar radiation trend, with abrupt variations and lag of the transpiration obtained by lysimetry compared to the daily progress of solar radiation, having as a probable cause the low resolution of the lysimeter, which impedes hourly measurements. Similar results were found by Coelho et al. (2012) studying transpiration in “Valência” oranges, in Piracicaba-SP.

Since lysimetric measurements were not sufficiently accurate on an hourly basis and

F k AS= 0 000353 1 231. .

The relation between the transpiration measurements obtained from lysimeters and the sap flow calculated using Eq. (7) and the general Granier equation (Eq. 1) can be observed in Figure 6. Sap flow estimated by the original Granier equation, underestimated plant transpiration obtained by the lysimeters.

Figure 6. Relationship between transpiration measure-ments made with lysimeter and sap flow accumulated daily by the heat dissipation probe

In Table 1 the analysis of variance is shown for the regression between daily accumulated sap flow and transpiration, and Table 2 shows the statistical parameters of regression. Results indicate a good relation between variables (adjusted R2> 0.94). The mean deviation between sap flow and transpiration on a daily basis was 6.1%. Coelho et al. (2012) observed mean deviation of 10% between daily values of sap flow and transpiration in “Valência” orange.

(7)

Table 1. Variance analysis for the regression between sap flow and transpiration of the Tabasco pepper

Table 2. Statistical indices for the regression between sap flow and transpiration Tabasco pepper


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plants have a low basal area (young plants) or low population density, there may be a higher incidence of thermal load from the environment on them, suffering more easily with the interference of natural thermal gradient (NTD). Also, the smaller the plants the stronger the effects, especially because of the reduced stem diameter, thus more easily affected, both for the energy transferred by advection and for the energy transformed on that place.

The xylem and supporting structures (conductive area) occupied an area of 70.9%, medulla, 9.5% and epidermis, cortex, fibers and phloem, 19.6% of the total stem area of Tabasco pepper plant.

The relation between the conductive section area and the outer perimeter of the stem had a good adjustment following a quadratic polynomial, Eq. (8).

The coefficients of variation (CV) for the daily measurements of sap flow from the 29 plants with and without correction to the sensor positioning by Eq. (6) may be seen in Figure 9. It is noted that part of the variability of the daily measurements of sap flow between plants can be explained by the positioning of the sensor in areas not conducting raw sap. For the entire period, the difference between CV values of the

Figure 7. Relationship between the average daily sap flow period (FS) for each plant with and without com-pensation of the natural temperature differences in the stem - NTD (A) and relationship between the lysimeter measured and cumulative daily sap flow with and without NTD compensation (B)

The mean values of sap flow estimated by Eq. (7), with and without compensation for NTD, are correlated in Figure 7A. There is a strong trend of underestimation in the method when NTD are not compensated (average of 14.9%). Vellame et al. (2011) found underestimation trends of 13.15% for sap flow in adult mango trees, using the heat dissipation probe method.

When thermal differences are corrected by subtracting the estimated natural thermal differences, the trend of underestimating the flow by the method decreases and the accuracy in estimating the sap flow increases, as one can see by the increase of the determination coefficient (R2) shown in Figure 7B.

Delgado-Rojas (2003) and Delgado-Rojas et al. (2004) found, in coffee and lemon plants, respectively, that the mentioned gradient shows high interference on the estimations.

Girardi et al. (2010) noted that errors inherent to the NTD and injuries in the stem tissues affected the accuracy of the sap flow measurements, with the heat dissipation probe method of “Valência” orange tree (Citrus sinensis (L.) Osbeck) grafted on “Cravo” lemon (Citrus limonia Osbeck). However, Delgado-Rojas et al. (2006), studying rubber trees, verified no interference of NTD on the sap flow estimations (Fs) due to the closure of plant canopy, resulting in nearly 100% shading. According to these authors, it seems that when

in which,AS - area of the conductive section, cm2

P - outer perimeter of the stem, cm

In this study, using all the plants as destructive samples, it was possible to establish the number of sampled stems that allows a reliable estimation of the active xylem area.

With a small sampling (around 10% or 3 stem segments) the errors are smaller than 5%, which allows studies of this nature with a reduced number of destroyed plants (Figure 8).

Figure 8. Percentage error in the relationship between measured and estimated conductive area (ASest/ASmed) versus percentage of stems sampled

(8)AS P P R= − + =0 112 0 819 2 765 0 9912 2. . . .



Laboratório de Anatomia Vegetal of the Escola Superior de Agricultura ‘Luiz de Queiroz’ – USP, for the identification of the stem structures of Tabasco pepper.

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Figure 9. Coefficient of variation of daily measurements of sap flow in Tabasco pepper with and without correction of the effect of positioning the probe

measurements with and without correction was of 5.3%, which explains only 12.5% of the variability

Conclusions

1. Granier equation calibrated to Tabasco pepper (F=0.000353 k1.231 AS) with correction of the natural thermal differences in the stem was efficient to estimate transpiration (mean absolute deviation smaller than 7% and R2 coefficient of 0.92), indicating great accuracy of the method and possibility of its utilization in studies of water relations in conditions similar to those in this study.

2. The estimation of the conductive section area as a function of the outer perimeter of the stem and the adopted sensor probe positioning was satisfactory for the calibration of the heat dissipation probe method for Tabasco pepper.

3. The positioning of the heat dissipation sensor probe in areas not conducting raw sap was responsible for part of the variability in the estimations of sap flow in Tabasco pepper plants, which highlights the influence of its location as a source of error in the HDP method.

4. Sampling 10% of the Tabasco pepper stems for measuring the actual sap conductive area was enough to establish a reliable estimation of the active xylem area, with errors smaller than 5%, allowing studies of this nature with a reduced number of destroyed plants.

Acknowledgements

The authors wish to thank Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) and Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), for the financial support to conduct this study, through the Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Engenharia da Irrigação (INCTEI); and the


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ISSN 2316-6886

www.wrim.com.br


Suscetibilidade ao entupimento de gotejadores operando com água residuária de suinocultura

Rafael Oliveira Batista1, Rubens Alves de Oliveira2, Delfran Batista dos Santos3,Francisco de Oliveira Mesquita1 & Ketson Bruno da Silva1


Resumo: Este estudo foi realizado com o propósito de analisar a suscetibilidade ao entupimento de gotejadores operando com água residuária de suinocultura. Foram utilizados três modelos de gotejadores (Naan Tif, Naan Drip Paz 25 e Plastro Hydro PC). A cada 20 h de funcionamento das subunidades de fertigação foram avaliadas a vazão (Q) e a uniformidade de aplicação de água, por meio do coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD). Os resultados indicaram que a formação de biofilme, resultante da interação entre colônias de bactérias e sólidos totais, propiciou a obstrução dos gotejadores cuja ordem de susceptibilidade ao entupimento foi: Naan Tif > Naan Drip Paz 25 > Plastro Hydro PC.

Palavras-chave: emissores, obstrução, biofilme, efluente

Clogging susceptibility of drippers operatingwith swine wastewater

Abstract: The purpose of this study was to analyse the clogging susceptibility of drippers operating with swine wastewater. The dripper models Naan-Tif, Naan Drip Paz 25 and Plastro Hydro PC were tested. Every 20 h of functioning as subunits of fertigation, flow rate (Q) and uniformity of water application were evaluated, by means of the coefficient of uniformity of distribution (CUD). In accordance with the obtained results, it can be concluded that the formation of biofilm resulting due to the interaction between bacteria colonies and total solids, produced blockage in the drippers, whose order of susceptibility to clogging was: Naan Tif > Naan Drip Paz 25 > Plastro Hydro PC.

Key words: emitters, blockage, biofilm, effluent

1 DCAT/UFERSA, Mossoró, RN. E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected] DEA/UFV, Viçosa, MG. E-mail: [email protected] 3 IF Baiano, Senhor do Bonfim, BA. E-mail: [email protected]


Batista et al. 20

Introdução

A inserção da indústria no processo produtivo da suinocultura contribuiu para o melhoramento das raças de suínos e consequente tecnificação do sistema de manejo, empregando-se alta tecnologia nas áreas de nutrição, sanidade e ampliação da escala de produção, gerando como efeito colateral, grande produção de dejetos. Dado ao seu potencial poluidor, esses resíduos requerem tratamentos específicos estabelecidos por leis de proteção ambiental que, em algumas situações e dada à inadequada capacitação dos próprios produtores para gerenciamento desses resíduos, são tratados simplesmente como agentes poluidores (Cabral et al., 2011).

A capacidade poluente dos dejetos de suínos é, em termos comparativos, superior à de outras espécies animais. No entanto, quando os dejetos de suínos são utilizados de forma criteriosa na agricultura, podem melhorar a qualidade do solo com a incorporação de matéria orgânica e propiciar economia de adubos químicos, em virtude do aporte de macro e micronutrientes para o desenvolvimento de cultivos agrícolas (Cabral et al., 2011).

O sistema de irrigação por gotejamento tem sido usado para aplicação de águas residuárias por causa da elevada eficiência de aplicação do efluente e do baixo risco de contaminação do produto agrícola e de operadores no campo. No entanto, esses sistemas possuem emissores que apresentam alta suscetibilidade ao entupimento. A sensibilidade ao problema de entupimento varia com as características do emissor (Trooien et al., 2000) e com a qualidade da água relacionada aos aspectos físicos, químicos e biológicos (Nakayama & Bucks, 1991).

A formação de depósitos gelatinosos resultantes da interação entre partículas orgânicas e inorgânicas, algas e bactérias formadoras de mucilagens, tem sido o fator central no processo de entupimento de gotejadores, aplicando-se águas residuárias. Batista et al. (2005b) constataram a formação de biofilme resultante da interação entre bactérias formadoras de mucilagens e sólidos totais, em gotejadores, aplicando água residuária da despolpa dos frutos do cafeeiro. Adin & Sacks (1991) relataram que as algas presentes em esgotos sanitários tratados obstruíram gotejadores somente após a ocorrência de deposições minerais ou de material gelatinoso. Estudos realizados por Taylor et al. (1995) evidenciaram que as interações entre fatores físicos, químicos e biológicos, foram responsáveis por 90% dos gotejadores entupidos.

Colônias de protozoários do gênero Ciliatea e colônias de Bryozoa plumatella foram

identificadas em gotejadores abastecidos com águas residuárias (Ravina et al., 1992). Sagi et al. (1995) constataram a presença de colônias de protozoários (Epystilus balanarum) nos gotejadores obstruídos. Os protozoários se aderiram às paredes do equipamento de irrigação mas somente onde a velocidade do escoamento do efluente era inferior a 2 m s-1. Adin & Sacks (1991) constataram ovos de Dafnia (efípios) e larvas (com 1 mm de comprimento) dentro de gotejadores autocompensantes operando com esgoto sanitário não-filtrado.

Rav-Acha et al. (1995) verificaram diminuição de 68% na vazão nominal de gotejadores abastecidos com esgotos sanitários tratados, após 60 h do início do experimento; fato similar foi descrito por Sagi et al. (1995), que identificaram colônias de protozoário ocupando 57% da área dos gotejadores acarretando redução de 38% na vazão nominal. Batista et al. (2005a) evidenciaram redução de 67% na vazão de gotejadores, aplicando água residuária da despolpa de frutos do cafeeiro, após 144 h de operação do sistema de aplicação.

Nakayama & Bucks (1981) concluíram que reduções consideráveis na uniformidade de distribuição de água podem ocorrer mesmo quando existem poucos gotejadores entupidos no sistema de irrigação. Hills & El-Ebaby (1990) constataram que o acúmulo de material orgânico dentro de gotejadores ocasionou redução de 48,3% no coeficiente estatístico de uniformidade de aplicação de água, após 1.000 h de funcionamento do sistema de aplicação. Batista et al. (2005b) notaram redução de 100% no coeficiente de uniformidade de distribuição nas unidades de aplicação de água residuária da despolpa dos frutos do cafeeiro, após 144 h de operação.

Nakayama & Bucks (1981) notaram, estudando os efeitos do entupimento em gotejadores por meio de modelagem, que a uniformidade de aplicação de água pode ser reduzida em até 10% quando 1 a 5% dos gotejadores encontravam-se obstruídos.

Estudos realizados por vários pesquisadores mostraram que as águas residuárias aplicadas via sistema de irrigação por gotejamento acarretam sérios problemas de obstrução dos gotejadores, motivo pelo qual se objetivou, nesse trabalho, analisar a suscetibilidade ao entupimento de gotejadores operando com água residuária de suinocultura.

Material e Métodos

O trabalho foi realizado na Unidade-Piloto de Tratamento e Aplicação Localizada de Água


Suscetibilidade ao entupimento de gotejadores operando com água residuária de suinocultura 21

Residuária de Suinocultura do Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG. Nesta área experimental a água residuária de suinocultura foi submetida às seguintes etapas de tratamento: 1) tanque de sedimentação de 200 m3 para remoção dos sólidos sedimentáveis e suspensos; 2) caixa de gordura de 8,8 m3 para redução da concentração de óleos e graxas e 3) filtração da água residuária em peneira.

A peneira foi constituída de uma tela (aço inox) com abertura de 47 µm montada em um dispositivo com inclinação fixa de 25º; depois de passar pela caixa de gordura o efluente foi armazenado em um reservatório de 7,7 m3; um conjunto motobomba de 1 cv bombeou o efluente até a parte superior da peneira, por meio de seguimento de tubos de PVC de 32 mm, dotados de perfurações circulares, conforme apresentado na Figura 1; enfim, o efluente filtrado foi armazenado em outro reservatório de 7,7 m3 com a finalidade de abastecer as três subunidades de aplicação.

Montou-se, na área experimental, uma bancada dotada de três subunidades de aplicação, com três modelos de gotejadores (G1, G2 e G3) cujas características técnicas estão apresentadas na Tabela 1. Na linha de derivação do sistema de aplicação, em PVC de 32 mm, foram inseridos nove conectores. Para cada modelo de gotejador foram instaladas três linhas laterais com 17 m de comprimento. Para as avaliações de uniformidade de aplicação do efluente foram identificados 22 gotejadores por linha lateral.

A bancada experimental foi constituída por duas unidades de controle, dotadas de conjunto motobomba de 3 cv. Uma unidade de controle bombeava, durante 2 h, água residuária filtrada, para as subunidades de aplicação. Decorrido esse tempo a outra unidade de controle era acionada por mais 2 h, em que se bombeava água limpa. As subunidades de aplicação funcionaram com

pressão de serviço de 150 kPa, durante 4 h por dia e sete dias por semana, até completar o tempo total de operação de 160 h.

No período de testes foram realizadas, em intervalos de 20 h, nove avaliações dos níveis da uniformidade de aplicação do efluente. Os dados de vazão coletados foram interpretados por meio do coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD) proposto por Keller & Karmeli (1975), apresentado na Eq 1. Este coeficiente compara a média de 25% dos menores valores de vazões observadas com a média total das vazões para a determinação da uniformidade de aplicação de água em sistemas de irrigação por gotejamento. Merriam & Keller (1978) apresentaram o seguinte critério geral para interpretação dos valores de CUD de sistemas que estejam operando por um ou mais anos: maior que 90%, excelente; entre 80 e 90%, bom; entre 70 e 80%, regular e menor que 70%, ruim.

Figura 1. Sistema de filtração. Vista lateral (A) e abastecimento da peneira com efluente (B)

A. B.

Tabela 1. Caracterização dos modelos de gotejadores Naan Tif (G1), Naan Drip Paz 25 (G2) e Plastro Hydro PC (G3) utilizados no experimento

D - dispositivo de autocompensação; Q - vazão nominal; E – espaçamento entre gote-jadores; K – coeficiente de vazão do emissor; X – expoente de vazão do emissor e CV – coeficiente de variação do fabricante

CUDq

q=100 25%

em que: q25% - valor médio dos 25% menores valores de

vazões observadas, L h-1

q - vazão média dos gotejadores, L h-1

Durante o período de testes, análises físicas, químicas e microbiológicas do efluente foram feitas. As coletas do efluente foram realizadas


Batista et al. 22

em três horários distintos (às 7, 9 e 11 h). Dessas coletas simples obtiveram-se amostras compostas as quais foram enviadas aos laboratórios para análises específicas. Parte das amostras compostas foi encaminhada ao Laboratório de Qualidade da Água do Departamento de Engenharia Agrícola da UFV para determinação das concentrações dos sólidos totais e suspensos (método gravimétrico). As concentrações dos sólidos dissolvidos foram obtidas pela diferença entre as concentrações dos sólidos totais e dos sólidos suspensos. Logo após cada coleta de amostra simples foram medidos os valores de pH (método eletrométrico, medidor de pH portátil). As análises de ferro total e manganês total foram feitas conjuntamente, nos Laboratórios de Matéria Orgânica e Resíduos e de Espectrofotometria Atômica, ambos do Departamento de Solos da UFV. As contagens de bactérias foram realizadas no Laboratório de Microbiologia de Alimentos do Departamento de Microbiologia da UFV e os resultados expressos em unidades formadoras de colônias (UFC) por mL de efluente.

O experimento foi montado no delineamento inteiramente casualizado, com três repetições. Os dados foram analisados por meio de estudos de regressão. Os modelos foram escolhidos com base na significância dos coeficientes de regressão (utilizando-se o teste “t” com nível de significância de até 5%), no valor do coeficiente de determinação (R2) e no processo em estudo.

Resultados e Discussão

As características do efluente coletado a montante das subunidades de aplicação estão apresentadas na Tabela 2. De acordo com a classificação proposta por Nakayama & Bucks (1991), o efluente apresenta risco de entupimento moderado para as características SD, pH e Mn; e risco severo para as características SS, Fe e PB. No trabalho realizado por Liu & Huang (2009) com esgoto tratado em sistema de lodo ativado, os riscos de obstrução de gotejadores foram classificados como baixo, para os atributos SS, Mn e PB; moderado, para as características SD e Fe; e severo, para o atributo pH.

Na Figura 2 estão apresentados os valores observados e estimados do coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD) e da vazão (Q), nas subunidades de aplicação com modelos de gotejadores Naan Tif (G1), Naan Drip Paz 25 (G2) e Plastro Hydro PC (G3) em função do tempo de operação.

Observou-se que a relação de CUD e Q com o tempo de operação foi predominantemente linear para todas as subunidades de aplicação, com exceção da relação CUD versus tempo de operação da subunidade de aplicação com modelo de gotejador G1, que apresentou relação quadrática atribuída à maior sensibilidade ao entupimento desse modelo de gotejador. Tal sensibilidade ao entupimento pode ser atribuída às características construtivas específicas do emissor, tais como comprimento do labirinto e tamanho da abertura do labirinto como sugerido por Ravina et al. (1992) e Dehghanisanij et al. (2005). Esses resultados corroboram com os obtidos por Batista et al. (2011a, b) que também constataram predominância da redução linear de Q e CUD com o tempo de operação em subunidades de fertigação abastecidas com esgoto doméstico primário, secundário e terciário. Os valores de R2 de 0,86 a 0,98 foram similares aos obtidos por Batista et al. (2011a, b) indicando ajuste adequado dos modelos de regressão selecionados.

O decréscimo tanto de CUD quanto da Q ao longo do tempo é atribuído ao entupimento dos gotejadores. No início da avaliação (0 h), os valores do CUD foram classificados de acordo com Merriam & Keller (1978) como excelentes, em todas as subunidades de aplicação. No entanto, no tempo 160 h os valores de CUD foram de 16, 61 e 67% nas subunidades de aplicação com modelos de gotejadores G1, G2 e G3, respectivamente, sendo classificados como ruim, conforme as recomendações de Merriam & Keller (1978).

Estabelecendo-se a comparação entre os tempos 0 e 160 h, foram constatadas reduções nos valores de CUD e Q de 83, 38 e 29% e 44, 23 e 25% nas subunidades de aplicação com modelos de gotejadores G1, G2 e G3, respectivamente.

Em seus trabalhos com água residuária da despolpa do fruto do cafeeiro, Batista et al. (2005a, b) constataram redução nos valores de CUD e Q de 100 e 67%, respectivamente, após 144 h de operação das subunidades de fertirrigação.

A formação de biofilme, de coloração preta resultante da interação de bactérias formadoras de mucilagens e sólidos totais, foi responsável pela obstrução dos gotejadores. Os resultados do desempenho hidráulico indicaram que o * Unidades formadoras de colônias

Tabela 2. Valores médios de sólidos suspensos (SS), sólidos dissolvidos (SD), potencial hidrogeniônico (pH), ferro total (Fe), manganês total (Mn) e população bacteriana (PB) no efluente coletado a montante das subunidades de aplicação



gotejador G3 foi menos suscetível ao entupimento que os gotejadores G1 e G2, devido à maior área de filtração e vazão, corroborando, assim, com as afirmações de Ravina et al. (1992) e Dehghanisanij et al. (2005). Já a maior suscetibilidade ao entupimento do gotejador G1 se deveu à menor velocidade do escoamento de efluente e ao maior comprimento do labirinto, confirmando os relatos de Pizarro Cabello (1990) e Cararo et al. (2006). O gotejador G2 foi mais suscetível ao entupimento do que o G3, por apresentar menor área de filtração e vazão e ser menos suscetível ao entupimento do que G1, em razão da maior velocidade do escoamento de efluente e do menor comprimento do labirinto. Na Figura 3 observam-se o biofilme escuro preenchendo os filtros secundários e o dispositivo de autocompensação do emissor G3.

Para reduzir e/ou minimizar o entupimento de emissores operando com água residuária recomenda-se que seja realizado manejo de abertura de final de linha lateral periodicamente, com objetivo

“**” “*” são coeficientes significativos a 0,1 e 5% de probabilidade, respectivamenteFigura 2. Valores observados e estimados de coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD) e vazão (Q), nas subunidades de aplicação com os modelos de gotejadores G1: Naan Tif (A), G2: Naan Drip Paz 25 (B) e G3: Plastro Hydro PC (C), em função do tempo de operação

A.

B.

Figura 3. Gotejador modelo Plastro Hydro PC (G3) com biofilme obstruindo os filtros secundários (A) e o dispositivo de autocompensação (B)


Batista et al. 24

de expulsar os resíduos acumulados nos finais de linha e que podem obstruir os emissores.

Outra alternativa que pode ser adotada no intuito de minimizar o entupimento dos emissores operando com água residuária seria a injeção de produtos químicos à base de ácidos, afim de realizar a desobstrução física e biológica dos emissores; outra perspectiva para estudos futuros é o desenvolvimento de emissores específicos para trabalhar com águas residuárias.

Conclusões

1. A água residuária de suinocultura submetida ao pré-tratatamento apresentou grande potencial de entupimento de gotejadores.

2. A formação de um biofilme de coloração preta, resultante da interação entre bactérias e sólidos totais, propiciou entupimento parcial e total dos gotejadores.

3. Após 160 h de funcionamento ocorreram reduções nos valores de coeficiente de uniformi-dade de distribuição (CUD) e vazão (Q) nas subunidades de aplicação, cuja ordem de suscepti-bilidade ao entupimento dos gotejadores foi: Naan Tif > Naan Drip Paz 25 > Plastro Hydro PC.

4. Apenas filtração em tela com abertura de 47 µm não previne a obstrução de gotejadores.

Literatura Citada

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ISSN 2316-6886

www.wrim.com.br


Eficiência de uso da água em cultivares de beterrabasubmetidas a diferentes tensões da água no solo

Alexsandro Oliveira da Silva1, Ênio Farias de França e Silva2 & Antônio Evaldo Klar1


Resumo: A eficiência do uso da água relaciona a produção de biomassa pela quantidade de água aplicada, sendo bastante importante o seu reconhecimento na agricultura irrigada. O experimento foi conduzido em casa de vegetação na Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, município de Botucatu, SP no período de abril a junho de 2012. Os tratamentos foram dispostos em um fatorial 2 x 6, com duas cultivares de beterraba (Early Wonder e Itapuã) e seis níveis de tensões da água no solo (15, 25, 35, 45, 55, 65 kPa) em blocos casualisados com 4 repetições, totalizando 48 parcelas experimentais. Foram avaliadas o número de folhas, a eficiência do uso de água, o teor de água (TRA), as massas de matéria fresca e seca total das plantas. A eficiência do uso da água pelas plantas foi reduzida em 5,44 (Itapuã) e 5,34 (Early Wonder) kg ha-1 mm-1, para cada acréscimo unitário na tensão da água no solo. A massa fresca total das plantas apresentou redução de 0,44 e 0,47 g por aumento da unidade de tensão de água no solo para as cultivares estudadas. A maior produtividade da cultura foi observada nos tratamentos irrigados com a tensão de15 kPa.

Palavras-chave: Beta vulgaris L., manejo da irrigação, déficit hídrico

Water use efficiency in sugarbeet cultivarsunder different soil water tensions

Abstract: The efficiency of water use correlates biomass production to the amount of water applied and its knowledge is very important in irrigated agriculture. An experiment was conducted in a greenhouse at the Faculty of Agricultural Sciences, UNESP, Botucatu - SP, Brazil, during the period from April to June 2012. Treatments were arranged in a 2 x 6 factorial, with two cultivars of sugarbeet (Early Wonder and Itapuã) and six levels of soil water tensions (15, 25, 35, 45, 55, 65 kPa) in random blocks with 4 replications comprising a total of 48 plots. The number of leaves, the efficiency of water use, the relative water content, masses of fresh and dry matter of the whole plant were evaluated. The efficiency of water use by plants was reduced by 5.44 (Itapuã) and 5.34 (Early Wonder) kg ha-1 mm-1 for each unit increase in soil water tension. Total fresh weight of plants decreased by 0.44 and 0.47 g with per unit increase in soil water tension for the studied cultivars. A higher crop yield was observed in treatments irrigated with tension of 15 kPa.

Key words: Beta vulgaris L., irrigation management, water deficit

1 Departamento de Engenharia Rural da UNESP/FCA, Botucatu, SP. E-mail: [email protected]; [email protected] Departamento de Tecnologia Rural, UFRPE, Recife-PE. E-mail: [email protected]


Silva et al. 28

Introdução

Na região Sudeste do Brasil a beterraba (Beta vulgaris L.) é uma importante hortaliça no aspecto socioeconômico, sendo responsável por 45% da produção nacional, o que representa cerca de 250.000 t por ano, gerando renda para mais de 500.000 pessoas por ano (Tivelli et al., 2011). O cultivo no Brasil é exclusivamente de beterraba para mesa, utilizada em saladas, sendo a cultivar Early Wonder a mais cultivada no país e a cultivar Itapuã um genótipo de origem nacional (Filgueira, 2008).

Dos fatores de adversidade nas plantas, a limitação hídrica é a principal causa de redução na produtividade das espécies agrícolas e florestais, limitando o potencial e a exploração agrícola durante o período de estiagens. Neste contexto, a irrigação surge como um auxílio para diminuição dos riscos das safras em épocas de secas, pois irrigações frequentes e na quantidade adequada, juntamente com a escolha correta do sistema de irrigação, ajudam no aumento da produtividade agrícola (Ghamarnia et al., 2012; Hassanli et al., 2010; Marouelli & Silva, 2007).

Embora a irrigação localizada tenha sido desenvolvida para funcionar com alta frequência de aplicação de água e com níveis de umidade próximos ao limite de água disponível no solo, pesquisas devem ser realizadas para se determinar frequências de irrigação capazes de aumentar a produtividade e maximizar a eficiência do uso da água pelas plantas, proporcionando maior produção das culturas com um menor volume de água aplicado (Topak et al., 2011). Segundo Tivelli et al. (2011) o sistema de irrigação por aspersão ainda é o mais utilizado pela maioria dos produtores de beterraba do Estado de São Paulo, porém já existem agricultores avaliando com sucesso a produção de beterraba consorciada com outras culturas, sendo a reposição de água evapotranspirada realizada através de irrigação por gotejamento.

A eficiência do uso da água relaciona a produção de biomassa pela quantidade de água aplicada, sendo bastante importante o seu reconhecimento na agricultura irrigada, pois auxilia na otimização do uso da água, além de auxiliar nos problemas de déficit provocados pelo aumento da demanda social em relação à oferta ambiental. Dentre os meios técnicos adotados para aumentar a eficiência do uso da água na agricultura irrigada, a alta frequência da irrigação com baixo volume de água tem se mostrado eficiente (Topak et al., 2010). Segundo

Carvalho et al. (2011), em estudos sobre o manejo da irrigação da beterraba associada a coberturas mortas, a maior eficiência do uso da água pela cultura foi obtida com a reposição de 70% da água evapotranspirada através de medidas do tanque classe “A”. Conforme Tivelli et al. (2011), a água constitui cerca de 90,9% da parte aérea e 87,3% da raiz da cultura da beterraba, sendo a falta de água responsável pela queda drástica na produção desta hortaliça. O período crítico à falta de umidade no solo para a cultura estende-se durante os primeiros 60 dias. Segundo Topak et al. (2011), a maximização do lucro da cultura da beterraba com a produção de raízes é obtida com deficit hídrico de no máximo 25% do consumo hídrico total da planta.

No Brasil e particularmente no Estado de São Paulo estudos sobre o manejo da irrigação na cultura da beterraba ainda são escassos, fazendo com que os produtores desta hortaliça negligenciem a aplicação real de água para esta cultura, aplicando muitas vezes em excesso e às vezes em falta. Neste sentido, objetivou-se com este estudo avaliar o efeito de diferentes níveis de tensões da água no solo sobre a eficiência do uso da água em duas cultivares de beterraba.

Material e Métodos

O experimento foi conduzido em casa de vegetação no Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, município de Botucatu - SP, no período de abril a junho de 2012. O município está localizado na Região Centro-oeste do Estado de São Paulo, a 830 m de altitude, 22º57'34" de Latitude Sul e 48º31'20" de Longitude Oeste. O clima da região, de acordo com a classificação de Köppen, é definido como Cwa: clima temperado quente (mesotérmico) com chuvas no verão e seco no inverno, sendo a temperatura média do mês mais quente superior a 22 °C (CEPAGRI, 2011).

As condições ambientais foram monitoradas diariamente através de leitura da temperatura e umidade relativa do ar, com auxílio de um termohigrômetro digital e evaporação através de um tanque classe “A”, dentro do ambiente protegido (Tabela1).

Inicialmente foram preparadas mudas de beterraba em bandejas por um período de 30 dias, em seguida foi realizado o transplantio para vasos de polietileno com capacidade para 15 L, com diâmetro de 28 cm e altura de 40 cm. Os vasos foram perfurados e providos de um sistema de drenagem em sua parte inferior com 3 cm de brita


Eficiência de uso da água em cultivares de beterraba submetidas a diferentes tensões da água no solo 29

nº1 e manta poliéster. Foram colocadas duas mudas por vaso, sendo que 10 dias após transplantio (DAT), retirou-se as mudas menos desenvolvidas, deixando-se apenas uma planta por vaso.

O solo utilizado no preenchimento dos vasos era um Latossolo Vermelho-Amarelo (EMBRAPA, 1999), retirado de uma camada superficial de 0 a 30 cm, seco ao ar, destorroado e passado em peneira de malha de 4 mm. Foram realizadas análises físicas do solo no Departamento de Ciências do Solo da Faculdade de Ciências Agronômicas da Universidade Estadual Paulista, sendo classificado como argiloso (Tabela 2).

et al., 1998). Os tratos culturais consistiram na aplicação preventiva de fungicida e utilização da calagem para elevação da saturação de bases do solo a 80%.

Utilizou-se para o experimento o delineamento em blocos casualizados com quatro repetições. Os tratamentos compreenderam seis níveis de tensão da água no solo (15 - testemunha, 25, 35, 45, 55, 65 kPa) e duas cultivares de beterraba (Early Wonder e Itapuã), totalizando 48 parcelas experimentais, sendo que cada parcela possuía uma planta por vaso. A tensão da água no solo foi medida em todas as parcelas através de tensiômetros de punção na profundidade de 20 cm e distanciado em 10 cm da planta.

Realizou-se o manejo da irrigação a partir da leitura da tensão média em cada tratamento estudado através dos tensiômetros instalados em cada parcela. Observadas as tensões, calcularam-se as umidades correspondentes, a partir da curva de retenção de água no solo. De posse dessas umidades e daquela correspondente à capacidade de container e ainda, considerando-se o volume de solo presente no vaso, calculou-se o volume de reposição (Mantovani et al., 2009), conforme Eq. 2. Para aplicação da água de irrigação nos vasos, transformou-se a lâmina líquida de irrigação

Tabela1. Valores médios da temperatura, umidade relativa do ar e evaporação no ambiente protegido

dp - densidade das partículas; ds - densidade do solo; P - porosidade total; Cc – umidade na capacidade de campo; PMP - umidade no ponto de murcha permanente

Tabela 2. Granulometria e parâmetros físicos e hídricos do solo

Para determinação da umidade do solo (q) foi construída uma curva de retenção da água no solo (Figura 1) determinada através dos resultados obtidos em laboratório, utilizando-se amostras de solo indeformadas e funis de placa porosa (Haines, 1930). Os dados de θ (Ψ) foram ajustados por meio da função de van Genutchen com auxílio do software SWRC (Soil Water Retention Curve, Dourado Neto et al., 2000), conforme Eq. 1.

em que:θ - conteúdo de água do solo, cm-3 cm-3

Ψ - potencial matricial, kPa

A adubação foi realizada com base nos resultados da análise de fertilidade do solo (Tabela 3) e de acordo com as recomendações do Instituto Agronômico de Campinas (Trani

CE = condutividade elétrica do extrato de saturação do solo; M.O = máteria orgânica; P = fósforo; K = potássio; Ca = cálcio; Mg = magnésio; H+Al = acidez potencial; SB = sOma de bases; CTC = complexo de troca catiônica; V (%) = saturação por bases

Tabela 3. Características químicas do solo

Figura 1. Curva de retenção de água no solo utilizada para o manejo da irrigação

θ ΨΨ

( ) = +−

+ ×( )

0 2008

0 4061 0 2008

1 0 23142 087 0 2490,

, ,

,, ,

(1)


Silva et al. 30

(LLI) em volume (L vaso-1) mutiplicando-se LLI pela área do vaso (0,062 m²).

sob ambiente protegido. Rearranjando os termos da Eq. 3, tem-se:

em que:LLI - lâmina liquida de irrigação, mm;Ucc - umidade na capacidade de container, %

em pesoUatual - umidade atual, % em pesods - densidade do solo, g cm-3

Z - profundidade do sistema radicular, cm

Até 10 dias após o transplantio (DAT) as mudas dos tratamentos foram irrigados, igualmente, de forma a garantir o pegamento. Após este período iniciou-se a aplicação dos tratamentos, quando a média de cada tratamento alcançava a tensão estabelecida, promovendo o estresse hídrico nas plantas. A irrigação era realizada até se alcançar a capacidade de contêiner.

Foram avaliadas durante o experimento as seguintes variáveis: massas de matéria fresca (MFT) e seca total (MST) das plantas, número de folhas por planta (NF) (determinada a partir da contagem do número de folhas totais presentes em cada planta em todas as unidades experimentais) a cada cinco dias, relação raiz/parte aérea, comprimento das raízes (medida com auxílio de um paquímetro durante a colheita), consumo hídrico (ETc), eficiência do uso de água (EUA) e o teor de água (U) na parte aérea (Upa) e na raiz (Ur) de cada planta.

O consumo hídrico das plantas (ETc) foi determinado a partir do balanço hídrico (Jabro et al., 2012) feito no vaso com auxílio dos tensiômetros instalados. Os componentes do balanço hídrico podem ser descritos conforme Eq. 3:

∆Arm P I R AC DP ETc= + ± + − −

em que:∆Arm - variação de armazenamento do solo, mmP - precipitação, mmI - irrigação, mmR - escoamento superficial (Run Off), mmAC - ascensão capilar, mmDP - drenagem profunda, mmETc - evapotranspiração real da cultura, mm

Nas condições em que foi realizado o experimento, os termos DArm, P, R, AC e DP foram considerados nulos, por se tratar de culturas cultivadas em vasos, com irrigação frequente e

ETc I=

Nestes termos, assume-se que o valor de ETc entre dois eventos de irrigação é igual à quantidade de água aplicada no solo no tratamento em questão, considerando-se ainda que a umidade foi uniforme em todo o perfil da profundidade de instalação dos tensiômetros.

A eficiência de utilização da água foi determinada a partir da relação entre a massa da matéria seca (aferida em balança comercial de duas casas decimais após secagem em estufa a 65 oC até atingir massa constante) e o consumo hídrico da planta (Silva et al., 2012; Jabro et al., 2012) conforme Eq. 5:

EUAMST

ETc=

em que:EUA - eficiência de utilização da água, kg ha-1

mm-1

MST - fitomassa seca total, kg ha-1

ETc - consumo hídrico total, mm.

O teor de água (U) na parte aérea e raiz foi calculado pela relação entre a massa fresca e massa seca das plantas (Silva et al. 2012), conforme Eq. (6):

UMFPA MSPA

MFPA=

−

×100

em que:U - teor de água na parte aérea ou na raíz da

planta, %MFPA - massa de matéria fresca na parte aérea

ou na raiz da planta, gMSPA - massa de matéria seca na parte aérea

ou na raiz da planta, g

A quantificação do efeito do déficit hídrico sobre a produtividade foi feita mediante a relação entre a queda de rendimento relativo e o déficit hídrico de evapotranspiração relativa, dada pelo coeficiente de resposta - Ky (Doorenbos & Kassam, 1979), sendo:

1 1−

= ⋅ −

Yr

YmKy

ETr

ETm

em que:Yr - rendimento real obtidoYm - rendimento potencial obtido

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

LLIU U

ds ZCC atual=−

× ×

10



Ky - coeficiente de resposta da culturaETr - evapotranspiração realETm - evapotranspiração potencial

Obtiveram-se o rendimento potencial (Ym) e a evapotranspiração potencial (ETm) dos tratamentos correspondentes à tensão de 15 kPa, enquanto o rendimento real (Yr) e a evapotranspiração real (ETr) foram obtidos dos diferentes tratamentos.

A quantificação do efeito do déficit hídrico sobre as variáveis analisadas foi feita através da análise de variância, cujo efeito dos tratamentos foi estudado por meio da análise de regressão. Também foram comparados o desempenho de cada cultivar pelo teste de médias de Tukey a 0,05 de probabilidade. Na análise de regressão foram testados os modelos linear e polinomial de 2° grau. As equações de regressão foram escolhidas com base na significância dos coeficientes de regressão, a 0,01 e 0,05 de probabilidade, pelo teste F e com base no maior valor do coeficiente de determinação (R2). Os testes estatísticos foram realizados com o auxílio do programa estatístico SISVAR versão 5.0 (Ferreira, 2008).

Resultado e Discussão

No período de condução do experimento a temperatura média diária do ar foi de 23,9 °C e a média diária da umidade relativa foi de 71,5%. Segundo Filgueira (2008), o melhor desenvolvimento da cultura da beterraba ocorre nas temperaturas de 15 a 25 °C, segundo este autor temperaturas elevadas aumentam o risco de doenças como a cercosporiose (mancha foliar).

A análise de variância para as variáveis massa fresca total, massa seca total, número de folhas e comprimento da raiz apresentou efeito significativo (p<0,05) para o fator tensão da água no solo; para o fator cultivar apenas a variável comprimento da raiz apresentou efeito significativo. A variável relação raiz parte aérea não apresentou efeito significativo para os fatores estudados. Para a interação tensão de água no solo e cultivar nenhuma variável apresentou resposta significativa. Na Tabela 4 pode-se observar a comparação de médias pelo teste de Tukey a 0,05 de probabilidade para as variáveis de rendimento e crescimento da cultura da beterraba. Observa-se que houve diferença significativa (p<0,05) apenas para a variável crescimento da raiz, na qual a cultivar Early Wonder apresentou maior desenvolvimento.

Na Figura 2 se apresentam os modelos de regressão adotados para as variáveis de rendimento e crescimento da cultura da beterraba. A massa fresca total (MFT) apresentou para o tratamento testemunha (15 kPa) uma produção média de 365 g planta-1 para a cultivar Early Wonder e 323,7 g planta-1 para a cultivar Itapuã, tais resultados se assemelham aos apresentados por Tognetti et al. (2003) em estudos sobre a resposta da beterraba açucareira a sistemas de irrigação por gotejamento e aspersão em baixa pressão no Sul da Itália, em que os mesmos apresentaram para tratamentos com reposição de 100% da evapotranspiração da cultura, valores em torno de 350 g planta-1 para MFT. O modelo de regressão para MFT apresenta tendência de redução das plantas (Figura 2A) na medida em que houve aumento da tensão da água no solo, sendo esse efeito atribuído à dificuldade que a cultura teve em absorver água retida na superfície dos coloides, sendo necessário um gasto maior de energia para absorção de água e nutrientes por parte das raízes. Os resultados apresentados são semelhantes aos obtidos por Carvalho et al. (2011) em estudos sobre o manejo da irrigação no cultivo de beterraba sob diferentes coberturas mortas, e nos quais a diminuição da disponibilidade de água no solo provocou redução nos parâmetros produtivos da cultura.

Para a massa seca total das plantas (Figura 3B) houve um ajuste polinomial do modelo com estimativa de produção de MST máxima de 39,6 g para a cultivar Early Wonder e 41,41g para cultivar Itapuã. Segundo Topak et al. (2010), em estudos sobre regimes de irrigação na produção de beterraba açucareira em regiões semiáridas, os maiores valores de biomassa seca desta cultura são obtidos em irrigação plena com 100% da evapotranspiração reposta, sendo que irrigações abaixo do consumo hídrico da planta provocam reduções na MST e consequente queda na produção comercial da cultura. Para as variáveis número de folhas (Figura 2C) e comprimento da raiz (Figura 2D) houve um ajuste linear do modelo de regressão.

Tabela 4. Valores médios de massa fresca total (MFT), massa seca total (MST), número de folhas (NF) e com-primento das raízes (CR) das cultivares de beterraba ob-tidos sob diferentes tensões da água

* Letras iguias na mesma coluna não apresentam diferença estatística para o teste de Tukey a 5%. DMS - Diferença mínima significativa


Silva et al. 32

Na Tabela 5 apresenta-se o resultado do teste de comparação de médias para a interação entre a tensão da água no solo e as cultivares de beterraba. Não houve diferença significativa entre as cultivares para cada nível de tensão da água no solo nas variáveis estudadas. O fator tensão da água no solo apresentou diferenças significativas para cultivares de beterraba entre os níveis de tensões inicias (15 kPa) e finais (45, 55 e 65 kPa). Segundo Bloch & Hoffman (2005), em estudos sobre o desenvolvimento sazonal de diferentes cultivares de beterraba e a interação com o fornecimento de água, um dos fatores que iterferem de maneira significativa entre as variedades de beterraba para o seu melhor desenvolvimento é a falta de água.

Na Figura 3 pode ser verificado o consumo hídrico das cultivares de beterraba submetidas a diferentes tensões da água no solo. Observa-se para cultivares Early Wonder e Itapuã houve uma redução linear do consumo hídrico de 0,816 e 0,733 mm, respectivamente, de acordo com o aumento unitário da tensão da água no solo (kPa), provocado possivelmente pela adaptação das atividades fisiológicas ao estresse hídrico em que as plantas foram submetidas. Oliveira Neto et al. (2011), em estudos sobre a evapotranspiração da cultura da beterraba em campo sob diferentes coberturas vegetais apresentaram para o tratamento sem cobertura uma evapotranspiração acumulada de aproximadamente 120 mm, enquanto o consumo

Figura 2. Massa fresca (A) e massa seca (B) total, número de folhas (C) e comprimento da raiz (D) das cultivares de beterraba Early Wonder e Itapuã submetidas a diferentes tensões da água no solo

* Para cada variável, médias seguidas da mesma letra maiúscula nas linhas, e minúsculas nas colunas, não diferem entre si, pelo teste de Tukey ao nível de 0,05 de probabilidadeC1 - Early Wonder, C2 - Itapuã

Tabela 5. Valores médios de massa fresca total (MFT), massa seca total (MST), número de folhas (NF) e comprimento da raiz (CR) para a interação tensão da água no solo e cultivares de beterraba

C1 - Early Wonder, C2 - Itapuã, ** - significativo a 5% de probabilidade



hídrico acumulado no presente experimento foi de 87,5 mm para a cultivar Early Wonder e 79,7 mm para a cultivar Itapuã. Tais diferenças no consumo hídrico entre os experimentos possivelmente deve-se ao ambiente protegido que reduz os fatores ambientais que atuam na transpiração das plantas, como vento e radiação solar.

Para o consumo hídrico da cultura da beterraba não se registrou diferenças significativas (p > 0,05) para o fator cultivar dentro de cada nível de tensão da água no solo (Tabela 6). Para o efeito da tensão da água no solo, em cada cultivar, houve diferenças entre as médias para o tratamento inicial (15 kPa) e finais (45, 55 e 65 kPa). Segundo Ghamarnia et al. (2012), em estudos sobre diferentes lâminas e métodos de irrigação na cultura da beterraba, a redução no consumo hídrico em 75% do consumo total das plantas provocou queda no rendimento da cultura de até 63,3% na produção das raízes.

apresentados por Topak et al. (2011) em estudos sobre diferentes regimes de irrigação por gotejamento na cultura da beterraba açucareira, no qual os tratamentos com menores regimes de irrigação (25 e 50% da ETc) apresentaram uma maior EUA (8,71 e 8,41 kg m-3). Ghamarnia et al. (2012) apresentaram uma EUA de 16,72 kg m-3, para os tratamentos com menores reposições de água (25% da ETc). Tais diferenças podem ser causadas pela baixa tolerância da beterraba de mesa ao déficit hídrico, o que leva esta cultura a perdas crescentes de rendimento, reduzindo assim a EUA.

Figura 3. Consumo hídrico de cultivares de beterraba em função da tensão da água no solo

Tabela 6. Consumo hídrico de cultivares de beterraba sob diferentes tensões da água no solo

* Médias seguidas da mesma letra maiúscula nas linhas, e minúsculas nas colunas, não diferem entre si, pelo teste de Tukey ao nível de 0,05 de probabilidade

Os modelos de regressão da eficiência do uso da água (EUA) para as cultivares de beterraba estudadas estão apresentados na Figura 4. O aumento de uma unidade (kPa) na tensão da água no solo reduz em 5,34 kg ha-1 mm-1

(cultivar Early Wonder) e 5,44 kg ha-1 mm-1 (cultivar Itapuã) a eficiência do uso da água pelas plantas nos intervalos de tensão da água no solo avaliados. Tais resultados diferem dos

Figura 4. Eficiencia do uso (EUA) da água de cultivares de beterraba em função da tensão da água no solo

Na Figura 5 estão apresentados os modelos de regressão para o teor de água na parte aérea (Figura 5A) e raiz (Figura 5B). O teor de água na parte aérea (Upa) das plantas apresentou modelo linear com redução de 0,3997 e 0,453% para as cultivares Early Wonder e Itapuã, respectivamente, para cada aumento unitário da tensão da água no solo. Resultados semelhantes foram observados para o teor de água na raiz (Ur), no qual houve uma redução de 0,4011 e 0,5371% de acordo com o aumento da tensão da água no solo. Segundo Velarde (2010), em estudos sobre o manejo da água na beterraba açucareira, há uma necessidade de se encontrar variedades de beterrabas com menores exigências hídricas, para isto, os mecanismos fisiológicos de tolerância à seca devem ser realizados com maior frequência, principalmente em regiões com baixa disponibilidade de água para agricultura, à exemplo do semiárido brasileiro.

Observa-se na Tabela 7 que não houve efeito significativo (p > 0,05) para o fator cultivar dentro de cada nível de tensão da água no solo (T) para a maioria das variáveis analisadas, excetuando-se para a variável Ur, que apresentou diferenças significativas entre as cultivares no tratamento com tensão de 65 kPa. Para o efeito das tensões da água no solo dentro de cada cultivar estudada houve diferença significativa




Silva et al. 34

para os níveis iniciais de tensões da água no solo que apresentaram as maiores médias entre os tratamentos estudados. As maiores tensões da água no solo apresentaram os menores valores dentre os tratamentos, não havendo diferenças significativas para os tratamentos com tensões de 45, 55 e 65 kPa, possivelmente houve um ajustamento osmótico destas plantas ao déficit hídrico, proporcionando tais resultados (Chen & Jiang, 2010).

De acordo com a equação de regressão ajustada, os valores de ky foram de 1,64 e 1,62 para as cultivares Early Wonder e Itapuã, respectivamente (Figura 6). Os valores de ky neste estudo foram diferentes dos apresentados por alguns autores. Em estudos sobre a beterraba açucareira, Doorembos & Kassam (1979) encontraram um ky de 1,0. Shrestha et al. (2010), em estudos sobre a resposta da produção da beterraba açucareira sob estresse hídrico, obtiveram um ky de 1,01. Topak et al. (2011), apresentaram em estudos sobre a resposta da beterraba açucareira à diferentes regimes de irrigação por gotejamento, valor de ky igual a 0,93. Pejicét al. (2011) em estudos sobre o déficit hídrico na cultura da beterraba, obtiveram um fator de resposta (ky) de 0,45. As diferenças observadas para o fator resposta (ky) podem ser

causadas devido principalmente às mudanças proporcionadas pelo clima em que cada pesquisa foi realizada utilizando as práticas culturais, métodos de irrigação e as cultivares e espécies de plantas diferentes.

Conclusões

1. Para maiores produtividades e o melhor desenvolvimento das plantas em cultivares Early Wonder e Itapuã, deve-se irrigar no momento em que a tensão da água no solo estiver em torno de 15 kPa na profundidade de 0,20 m.


Figura 5. Teor relativo de água na parte aérea - Upa (A) e na raiz - Ur (B) de cultivares de beterraba sob diferentes tensões da água no solo

Tabela 7. Eficiência do uso da água (EUA) e teor de água na parte aérea (Upa) e raiz (Ur) de cultivares de beterraba sob diferentes tensões da água no solo

* Médias seguidas da mesma letra maiúscula nas linhas, e minúsculas nas colunas, não diferem entre si, pelo teste de Tukey ao nível de 0,05 de probabilidadeC1 - Early Wonder, C2 - Itapuã

Figura 6. Redução do rendimento da cultura da beterraba em função do déficit hídrico

C1 - Early Wonder, C2 - Itapuã

A. B.



2. A maior eficiência no uso da água (393,1 kg ha-1 mm-1 para Early Wonder e 323,9 kg ha-1 mm-1 para Itapuã) foi obtida com o controle da irrigação sendo realizado a uma tensão em torno de 15 kPa.

Agradecimentos

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da Bolsa de Auxílio; ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pela concessão das Bolsas de Produtividade ao Departamento de Engenharia Rural da UNESP e Departamento de Tecnologia Rural da UFRPE.

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ISSN 2316-6886

www.wrim.com.br


Remoção de óleo e sólidos totais em biofiltros operando com esgoto doméstico primário

Rafael Oliveira Batista1, Adriana de Fátima Mendes Oliveira1, Delfran Batista dos Santos2,Francisco de Oliveira Mesquita1 & Ketson Bruno da Silva1


Resumo: O lançamento de esgotos domésticos sem tratamento no ambiente impacta negativamente a qualidade de vida das populações. No presente trabalho objetivou-se analisar a remoção de óleo (O) e de sólidos totais (ST) em biofiltros, operando com esgoto doméstico. Os ensaios experimentais foram realizados na Universidade Federal de Viçosa (UFV) em Viçosa, MG. O experimento foi montado em esquema de parcelas subsubdivididas tendo nas parcelas as taxas de aplicação do esgoto doméstico (0,5; 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1), nas subparcelas os tipos de material orgânico (lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira) e nas subsubparcelas os tempos das avaliações (agosto, setembro, outubro, novembro e dezembro de 2009), no delineamento inteiramente casualizado com três repetições. A montante e a jusante dos 27 biofiltros foram coletadas, mensalmente, amostras do esgoto doméstico para determinação de O e ST, durante cinco meses. Os resultados indicaram que os biofiltros confeccionados com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira mostraram-se promissores na remoção de óleo e graxa provindos do esgoto doméstico; e que as taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1 de esgoto em todos os biofiltros avaliados não apresentaram diferenças significativas quanto à remoção de ST a partir do segundo mês de observação.

Palavras-chave: sustentabilidade, tratamento de resíduos, minhocas

Removal of oil and total solids in biofilters operatingwith primary domestic sewage

Abstract: The release of untreated domestic sewage in environment negatively impacts the quality of life of populations. The present study aimed to analyse the removal of oil (O) and total solids (TS) in biofilters operating with primary domestic sewage. Experimental tests were conducted at the Federal University of Viçosa (UFV) in Viçosa - MG, Brazil. The experiment was carried out in a split split plot scheme, in plots the rates of application of domestic sewage (0.5, 1.0, and 1.5 m3 m-2 d-1), subplots consisted of types of organic material (composted waste, sugar cane bagasse and sawdust) and split-splitplots the time of evaluations (August, September, October, November and December 2009), in a completely randomized design with three replications. Upstream and downstream of the biofilter, 27 samples of sewage were collected monthly for determination of O and TS for five months. The results indicated that the biofilter made of composted waste, sugar cane bagasse and sawdust show promising capacity in removing oil and grease stemming from domestic sewage, and that application rates of 0.5, 1.0 and 1.5 m3 m-2 d-1 of sewage in all biofilters evaluated showed no significant differences regarding the removal of TS from the second month of observation.

Key words: sustainability, waste treatment, earthworms

1 DCAT/UFERSA, Mossoró, RN. E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]

2 IF Baiano, Senhor do Bonfim, BA. E-mail: [email protected]


Batista et al. 38

Introdução

O acesso aos serviços de saneamento básico é condição fundamental para a sobrevivência e dignidade humana. O déficit em saneamento básico traz consequências graves em termos de saúde pública, meio ambiente e cidadania (Galvão Junior & Paganini, 2009).

O esgoto doméstico é aquele que provém de quaisquer edificações que disponham de banheiros, lavanderias e cozinhas. É constituído por resíduos humanos, fezes e urina, e águas produzidas nas diversas atividades diárias, como asseio corporal, preparo de alimento, lavagem de roupas e utensílios domésticos (von Sperling, 2011).

A falta de tratamento dos esgotos é considerada um dos maiores problemas sanitários da população brasileira. No Brasil, 47,2% da população não possuem rede coletora de esgoto nem mesmo fossa séptica. Isto significa que quase 100 milhões de habitantes não dispõem desses serviços. O problema torna-se mais grave nas comunidades rurais e de baixa renda. Devido à situação socioeconômica brasileira são imprescindíveis os investimentos no desenvolvimento de tecnologias alternativas, de baixo custo e boa eficiência para o tratamento das águas residuárias (Ministério das Cidades, 2009).

De acordo com Chernicharo et al. (2006), as principais tecnologias de tratamento de esgotos domésticos nas companhias de saneamento são as seguintes:

Tratamento preliminar/primário tem por finalidade remover as partículas sólidas grosseiras e reduzir a concentração dos sólidos suspensos presentes nos esgotos domésticos brutos, por meio de processos físicos ou físico-químicos. Grades, caixas de areia e separadora de óleos e graxas, tanques floculadores, flotadores, sedimentadores e filtros, pertencem a essa classe.

Tratamento secundário tem por finalidade a redução de sólidos dissolvidos e sólidos suspensos muito pequenos. Os processos biológicos de remoção utilizados se classificam em: aeróbio - utiliza micro-organismos que necessitam continuamente de oxigênio dissolvido no meio líquido, fornecido por aeração mecânica e difusa ou pela circulação dos líquidos (lagoas aeradas) e anaeróbio - utiliza micro-organismos que não carecem de oxigênio dissolvido no meio líquido, sendo utilizado em esgotos domésticos com alta carga orgânica (biodigestores, reatores e lagoas anaeróbias).

Tratamento terciário objetiva a redução do nível populacional de bactérias patogênicas bem como a remoção final da matéria orgânica, nitrogênio, fósforo e outros elementos que ainda persistem nas etapas anteriores. De modo geral são aplicados quando o esgoto doméstico é lançado em corpos hídricos receptores ou para a reutilização da água. Os filtros biológicos, lagoas de maturação e lagoas de aguapés pertencem a esta classe. Os sistemas alagados construídos, rampas de escoamento superficial infiltração-percolação e reúso de água, também pertencem a esta classe (Loures et al., 2006; Matos et al., 2010a).

As tecnologias utilizadas pelas companhias de saneamento se tornam inviáveis para comunidades rurais de baixa renda, tanto pelo alto custo de implantação e manutenção quanto pela grande dispersão populacional nas zonas rurais. Portanto, existem necessidades em relação ao desenvolvimento de tecnologias de baixo custo e de fácil operação para o tratamento de esgoto doméstico; neste sentido se destacam os filtros orgânicos e biológicos.

Filtros orgânicos são equipamentos constituídos de materiais filtrantes orgânicos capazes de remover solutos e reter sólidos que sejam subprodutos das atividades humanas, agropecuárias e industriais. É uma tecnologia que se destaca pela abundância de meios filtrantes orgânicos, baixo custo de aquisição e possibilidade de compostagem, depois de utilizados (Magalhães et al., 2006; Matos et al., 2010b).

Filtros biológicos são dispositivos compostos de materiais orgânicos e inorgânicos; possuem, geralmente, quatro camadas: a primeira é constituída de material orgânico com elevado nível populacional de micro-organismos e minhocas, para absorção e degradação da matéria orgânica presente nos esgotos domésticos; a segunda camada possui apenas material orgânico proporcionando nova filtração do efluente. A terceira e quarta camadas são constituídas por pedras, tendo por finalidade proporcionar a aeração e a permeabilidade no sistema.

Laws (2003) analisou a qualidade da filtração de biofiltros operando com esgoto doméstico bruto na taxa de 1 m3 m-2 d-1; os resultados indicaram que no esgoto doméstico tratado houve remoção de 80% dos sólidos suspensos totais.

A utilização de filtros biológicos no tratamento de esgotos domésticos favorece a utilização de radiação solar em etapas subsequentes, devido principalmente à elevada remoção de sólidos, que


Remoção de óleo e sólidos totais em biofiltros operando com esgoto doméstico primário 39

potencializa, assim, a inativação dos organismos patogênicos pela radiação ultravioleta (Sanches-Roman et al., 2007).

Soto & Tohá (1998) consideram os filtros biológicos uma alternativa de uso para o tratamento de águas residuárias domésticas e industriais, produzidas em pequena escala e que têm, como principais vantagens, o fato de requerer em espaços reduzidos para sua instalação, a inexistência da emissão de maus odores, o fácil manejo e baixo custo de instalação, quando comparados com os sistemas de tratamento convencionais.

Na Resolução CONAMA n.º 430/2011 estão apresentados os padrões para lançamento de esgotos domésticos tratados em corpos hídricos receptores. Para óleos minerais a concentração máxima permitida em efluentes doméstico tratados é de 20 mg L-1, enquanto para óleos vegetais e gorduras animais este limite passa para 50 mg L-1 (Brasil, 2011).

O presente trabalho objetivou analisar a remoção de óleo (O) e de sólidos totais (ST) em biofiltros preenchidos com serragem de madeira, bagaço de cana-de-açúcar e lixo compostado domiciliar operando nas taxas de aplicação 0,5; 1,0 e 1,5 m3 m2 d-1 de esgoto doméstico.

Material e Métodos

O trabalho foi realizado na Unidade Piloto de Tratamento de Água Residuária e Agricultura Irrigada (UTAR), uma das áreas experimentais do Departamento de Engenharia Agrícola (DEA) da Universidade Federal de Viçosa (UFV), situada em Viçosa, Minas Gerais, tendo como coordenadas geográficas: latitude 20º45’14” S, longitude 42º52’53” W e a altitude média de 650m.

A UTAR é abastecida com vazão de 2 L s-1 de esgoto doméstico bruto proveniente de uma comunidade de 600 pessoas que habitam o condomínio residencial Bosque Acamari, em Viçosa, MG.

Para avaliar a eficiência do tratamento de esgoto doméstico bruto com os biofiltros o afluente passou por um sistema preliminar constituído de um desarenador, um medidor de vazão e uma caixa de homogeneização, e por um tratamento primário com tanque séptico dotado de tempo de retenção hidráulica de 14 h; em seguida, o efluente foi aplicado pela superfície dos biofiltros.

Os biofiltros foram avaliados em bancada experimental constituída de 27 módulos em alvenaria, nas dimensões de 1,0 m de largura por 2,0 m de comprimento por 1,2 m de altura.

Nesses módulos foram ensaiados três tipos de materiais orgânicos filtrantes (bagaço de cana-de-açúcar com granulometria de 8 mm, serragem de madeira com granulometria de 2,0 a 5,0 mm e lixo orgânico domiciliar compostado com granulometria de 2,0 a 5,0 mm) e três taxas de aplicação de esgoto doméstico bruto (0,5; 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1).

Os 27 biofiltros destinados ao tratamento de esgoto doméstico foram preenchidos com quatro meios filtrantes, sendo duas camadas de materiais orgânicos e duas de materiais inorgânicos.

A primeira camada tem 0,20 m de espessura, sendo constituída de material orgânico ao qual foram adicionadas minhocas da espécie Eisenia phoetida; a segunda camada de 0,40 m de espessura foi preenchida somente com material orgânico. Enquanto, as terceira e quarta camadas foram compostas por britas 0 e 1 perfazendo espessura de 0,40 m, visando favorecer a drenagem no biofiltro e garantir a aeração contínua no sistema.

No fundo de cada módulo foi instalado um sistema de drenagem, composto por tubos de PVC com diâmetro nominal de 32 mm, para a coleta do efluente tratado. Na montagem dos biofiltros os materiais orgânicos foram acondicionados nas bancadas, de forma gradual, em camadas de 0,2 m de espessura, sob compressão de 0,167 kgf cm-2 (16,35 kN m-2), pressão exercida por um homem, de 50 kgf de peso, até ser atingida a altura de 0,60 m. Abaixo das camadas orgânicas foram colocadas as duas camadas de brita para drenagem dos efluentes.

Os módulos foram circundados por sombrite para evitar a ação de predadores naturais das minhocas. Os módulos foram abastecidos com esgoto doméstico proveniente do tanque séptico com tempo de detenção de 14 h, utilizando-se três motobombas de 3 cv, três reservatórios 2,5 m3 e tubos de PVC de 25 mm perfurados ao longo do seu comprimento, formando pequenos tubos janelados enquanto o módulo controle foi preenchido com solo contendo material humificado, até a altura de 0,70 m.

Para determinação da taxa de aplicação mediu-se e se ajustou a vazão de entrada em cada um dos biofiltros, de modo que ficasse uniforme em todos. Em função desta vazão calculou-se o tempo de funcionamento das bombas para a aplicação das taxas diárias; obteve-se, então, um tempo de aplicação de 2 h para a taxa de 0,5 m3 m-2 d-1, 4 h para a taxa de 1,0 m3 m-2 d-1 e 6 h para a taxa de 1,5 m3 m-2 dia-1.

A vazão de cada módulo foi determinada coletando-se o volume aplicado durante um minuto.


Batista et al. 40

Para avaliação da qualidade do efluente foram obtidas amostras compostas a montante e a jusante dos biofiltros, a partir de amostras simples coletadas em quatro horários (às 8, 11, 14 e 17 horas). No Laboratório de Qualidade da Água (DEA/UFV) foram realizadas, mensalmente, durante cinco meses, as análises de óleo (O) e sólidos totais (ST). As coletas e análises dos efluentes foram realizadas sempre na última semana de cada mês iniciando-se em agosto de 2009 e finalizando em dezembro do mesmo ano.

O experimento foi montado em esquema de parcelas subsubdivididas, cujas parcelas foram as taxas de aplicação do esgoto doméstico (0,5; 1,0; e 1,5 m3 m2 d-1), nas subparcelas os tipos de material orgânico (lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira) e nas subsubparcelas os tempos das avaliações (agosto, setembro, outubro, novembro e dezembro de 2009), no delineamento inteiramente casualizado com três repetições. Os dados foram submetidos à análise de variância e teste de média. Na análise de variância foi utilizado o teste F em nível de até 0,05 de probabilidade; as médias foram comparadas utilizando-se o teste de Tukey a 0,05 de probabilidade; nas análises estatísticas foi utilizado o programa computacional SAEG 9.1 (Ribeiro Júnior & Melo, 2008).


Estão apresentadas na Figura 1 as concentrações de óleo (O) de amostras de esgoto doméstico coletadas a montante e a jusante dos biofiltros com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira, submetidos às taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1.

Observa-se, na Figura 1 que a passagem do esgoto doméstico primário nos biofiltros com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira, ocasionou redução da concentração de O para todas as taxas de aplicação, no período de agosto a dezembro de 2009. Nos biofiltros com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira, ocorreu remoção de O de até 70, 74 e 90%, respectivamente. Tais remoções foram superiores ao valor médio de 11% obtido por Batista et al. (2008) com filtração de água residuária de suinocultura em peneira com abertura de 47 µm.

A Resolução CONAMA n.º 430/2011 estabelece que efluentes tratados devem apresentar concentração de O no valor máximo de 50 mg L-1, quando do lançamento em corpos hídricos (Brasil, 2011). Constata-se, nas taxas de

AFL - esgoto doméstico sem tratamento, EBL - esgoto doméstico coletado a jusante do filtro biológico com lixo compostado, EBB - esgoto doméstico coletado a jusante do filtro biológico com bagaço de cana-de-açúcar e EBS - esgoto doméstico coletado a jusante do filtro biológico com serragem de madeira

Figura 1. Concentrações de óleo (O) de amostras de esgoto doméstico coletadas a montante e a jusante dos biofiltros submetidos às taxas de aplicação de 0,5 (A), 1,0 (B) e 1,5 (C) m3 m-2 d-1

aplicação de 0,5 e 1,5 m3 m-2 d-1, que os valores de O dos efluentes coletados a jusante dos biofiltros com lixo compostado e bagaço de cana-de-açúcar foram inferiores ao limite de 50 mg L-1 estabelecido pelo CONAMA n.º 430/2011, nos meses de setembro e outubro de 2009. Enquanto na taxa de aplicação de 1,0 m3 m-2 d-1 os valores de O dos efluentes coletados a jusante dos protótipos de filtro biológico com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira foram menores que o limite de 50 mg L-1 (Brasil, 2011), no mês de agosto de 2009. Os valores médios de O nos efluentes coletados a jusante dos protótipos de filtro biológico com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira submetidos às taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1, variaram de 23,33 a 117,00 mg L-1.



Na Figura 2 estão apresentadas as concentrações de sólidos totais (ST) de amostras de esgoto doméstico coletadas a montante e a jusante dos biofiltros com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira, submetidos às taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1.

Observa-se, nesta figura, que nos meses de agosto e setembro de 2009 os valores de ST dos efluentes coletados a jusante dos protótipos de filtro biológico com lixo compostado submetido às taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1, foram superiores aos valores de ST do esgoto doméstico sem tratamento devido ao arraste de partículas pelo esgoto doméstico quando de sua infiltração no meio filtrante, conforme relatado por Puig-Bargués et al. (2005) e Batista et al. (2008).

Nos biofiltros com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira,

submetidos às taxas de aplicação de 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1, ocorreu remoção de até 32, 45 e 49% no período de agosto a dezembro de 2009, respectivamente. Os valores médios de ST nos efluentes coletados a jusante dos protótipos de filtro biológico com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira submetidos às taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1 apresentaram variação de 403 a 11.501 mg L-1.

Na Tabela 1 está apresentado o resumo da análise de variância dos valores de remoção de OG e ST dos biofiltros com distintos materiais de preenchimento sob diferentes taxas de aplicação de esgoto doméstico ao longo do período experimental, no esquema de parcelas subsubdivididas.

Figura 2. Concentrações de sólidos totais (ST) de amostras de esgoto doméstico coletadas a montante e a jusante dos biofiltros submetidos às taxas de aplicação de 0,5 (a), 1,0 (b) e 1,5 (c) m3 m-2 d-1

AFL - esgoto doméstico sem tratamento, EBL - esgoto doméstico coletado a jusante do filtro biológico com lixo compostado, EBB - esgoto doméstico coletado a jusante do filtro biológico com bagaço de cana-de-açúcar e EBS - esgoto doméstico coletado a jusante do filtro biológico com serragem de madeira

Tabela 1. Resumo das análises de variância obtidas das variáveis de remoção de óleo (O) e sólidos totais (ST), no esquema de parcelas subsubdivididas

** F significativos a 1% de probabilidade. ns não-significativo a 0,05 de probabilidade

Verifica-se, para as variáveis de remoção de O e ST, que a interação tripla T x TA x TM foi significativa a 0,01 de probabilidade (Tabela 1). Em vista dos resultados das análises de variância procedeu-se ao desdobramento da interação T x TA x TM para as variáveis de remoção de OG e ST.

Estão apresentados na Tabela 2 os valores médios da variável de remoção de óleo (O) e graxa para o fator tipo de material orgânico dentro de cada nível de tempo de aplicação e cada nível de taxa de aplicação.

Estabelecendo comparação entre as médias da variável de remoção de O (Tabela 1) constatou-se que: no mês de agosto de 2009 a remoção de O nos biofiltros com bagaço de cana-de-açúcar submetidos às taxas de aplicação de 0,5 e 1,5 m3 m-2 d-1 diferiu da obtida nos biofiltros com os demais tipos de materiais orgânicos; no mês de setembro de 2009 a remoção de O nos biofiltros com lixo compostado submetidos às taxas de aplicação de 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1 diferiu da obtida nos biofiltros com os demais tipos de materiais orgânicos enquanto a remoção de O


Batista et al. 42

nos biofiltros com lixo compostado submetidos à taxa de 0,5 m3 m-2 d-1 diferiu da obtida nos biofiltros com serragem de madeira; no mês de outubro de 2009 a remoção de O nos biofiltros com lixo compostado submetidos à taxa de 1,0 m3 m-2 d-1 diferiu da obtida nos biofiltros com os demais tipos de materiais orgânicos enquanto a remoção de O nos biofiltros com serragem de madeira submetidos à taxa de aplicação de 1,5 m3 m-2 d-1 diferiu da obtida nos biofiltros com os demais tipos de materiais orgânicos; no mês de novembro a remoção de O dos biofiltros com serragem de madeira submetidos às taxas de 0,5 e 1,5 m3 m-2 d-1 diferiu da obtida nos biofiltros com lixo compostado enquanto a remoção de O nos biofiltros com lixo compostado submetidos a taxa de aplicação de 1,0 m3 m-2 d-1 diferiu da obtida nos biofiltros com os demais tipos de materiais orgânicos e no mês de dezembro de 2009 a remoção de O nos biofiltros com lixo compostado submetidos às taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1 diferiu da obtida nos biofiltros com serragem de madeira.

Constam, na Tabela 3, os valores médios da variável de remoção de ST para o fator tipo de material orgânico dentro de cada nível de tempo de aplicação e cada nível de taxa de aplicação. Observa-se nesta tabela que não houve efeito das taxas de aplicação sobre a remoção de ST para cada tipo de material orgânico, no período de setembro a dezembro de 2009.

Analisando as médias da variável de remoção de ST (Tabela 3), constatou-se que: a remoção de ST nos biofiltros com lixo compostado

submetidos à taxa de aplicação de 1,5 m3 m-2 d-1 diferiu das demais taxas de aplicação enquanto a remoção de ST nos biofiltros com serragem de madeira submetidos às taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1 difere entre si, no mês de agosto de 2009.

Estabelecendo comparação entre as médias da variável de remoção de ST (Tabela 3), constatou-se que: no mês de agosto de 2009 a remoção de ST nos biofiltros com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira submetidos às taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1 difere entre si e no mês de setembro de 2009 os biofiltros com lixo compostado submetidos às taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1 apresentaram remoção de ST que diferiu da obtida nos biofiltros com os demais tipos de materiais orgânicos.

Conclusões

1. Os biofiltros confeccionados com lixo compostado, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de madeira mostraram-se promissores na remoção de óleo provindos do esgoto doméstico.

2. As taxas de aplicação de 0,5, 1,0 e 1,5 m3 m-2 d-1 de esgoto em todos os biofiltros avaliados a partir do segundo mês de observação não apresentaram diferenças significativas, quanto à remoção de sólidos totais.

3. O uso de biofiltros para o tratamento de esgoto doméstico é uma tecnologia viável para pequena escala.

Tabela 2. Valores médios da variável de remoção de óleo - O (%) para o fator tipo de material orgânico dentro de cada nível de tempo de aplicação e cada nível de taxa de aplicação

* Médias seguidas de pelo menos uma mesma letra maiúscula nas colunas para cada tempo de aplicação e minúscula nas linhas para cada taxa de aplicação, não diferem entre si a 0,05 de probabilidade, pelo teste de Tukey

Tabela 3. Valores médios da variável de remoção de sólidos totais - ST (%) para o fator tipo de material orgânico dentro de cada nível de tempo de aplicação e cada nível de taxa de aplicação

* Médias seguidas de pelo menos uma mesma letra maiúscula nas colunas para cada tempo de aplicação e minúscula nas linhas para cada taxa de aplicação não diferem entre si a 0,05 de probabilidade, pelo teste de Tukey



Literatura Citada

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ISSN 2316-6886

www.wrim.com.br


Comportamento temporal da umidade do solosob Caatinga e solo descoberto na BaciaExperimental do Jatobá, Pernambuco

José Antônio Lopes de Menezes1, Thais Emanuelle Monteiro dos Santos2,Abelardo Antônio de Assunção Montenegro3 & José Roberto Lopes da Silva3


Resumo: O presente trabalho teve como objetivo investigar o comportamento do conteúdo da água no solo sob duas condições de superfície, caatinga e solo descoberto, em duas parcelas experimentais localizadas na Bacia Experimental do Jatobá, no município de Pesqueira, semiárido pernambucano. Os dados de umidade foram coletados a partir de sonda de nêutrons. No estudo de umidade do solo percebeu-se variação da umidade do solo para as duas condições de superfície entre os períodos secos e chuvosos e que a evapotranspiração favoreceu o decréscimo da umidade do solo na condição de cobertura natural no período de estiagem, tornando tais valores inferiores à umidade do solo na condição de solo descoberto. Verificou-se que a umidade do solo não é recuperada quando ocorrem as primeiras chuvas subsequentes ao período de estiagem rigoroso; já no período chuvoso a umidade do solo na condição de cobertura natural aparece superior à umidade na condição de solo descoberto.

Palavras-chave: Caatinga, sonda de nêutrons, umidade do solo

Temporal behavior of soil water under ‘Caatinga’and bare soil in Experimental Basin of Jatobá, Pernambuco

Abstract: This study aimed to investigate the behavior of soil water content under two surface conditions, ‘Caatinga’ and bare soil, in two experimental plots located in Experimental Basin of Jatobá, in the municipality of Pesqueira, semiarid region in the State of Pernambuco, Brazil. Soil moisture data were collected by a neutron probe device. In the study of soil moisture it was verified that there was variation in soil moisture content for the two surface conditions between dry and rainy periods. Evapotranspiration enhanced the soil moisture decrease for the natural cover condition in the dry season, reducing to values below the soil moisture in bare soil condition. Soil moisture is not recovered when the first events of rain occur subsequent to the period of severe drought. In the rainy season the soil moisture condition in the natural cover appears higher than in the bare soil.

Key words: ‘Caatinga’, neutron probe, soil moisture

1 Universidade Federal da Bahia, Barreiras, BA. E-mail: [email protected] Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, Cruz das Almas, BA. E-mail: [email protected] 3 Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, PE. E-mail: [email protected]; [email protected]


Menezes et al. 46

Introdução

A forte dependência entre a atmosfera e a superfície pode ser verificada quando se estuda o comportamento da umidade do solo. O meio mais comum de umedecimento do solo é a partir da chuva e se observa que nem toda a água que chega à superfície do solo infiltra, mas parte dela é ainda perdida por evaporação e escoamento superficial. Destacam-se, como fatores que interferem na infiltração de água no solo, o avanço da frente de umedecimento no perfil do solo e o selamento superficial caracterizado pela energia das gotas de chuva.

O processo erosivo causado pela água das chuvas tem principal abrangência nas áreas com clima tropical, onde os totais pluviométricos são mais elevados. Nessas áreas também é típico as chuvas se concentrarem em certas estações do ano, o que agrava ainda mais a erosão (Santos et al., 2009).

Na região semiárida do Nordeste brasileiro predominam os solos rasos, que tendem a se saturar na chuva e ressecar facilmente nos períodos de estiagem, com vegetação típica de caatinga, clima tropical quente, elevados índices de evapotranspiração durante todo o ano e grandes variações pluviométricas. Os eventos chuvosos se apresentam em algumas épocas e locais com grande intensidade, o que, associado à baixa eficiência da vegetação em proteger solos com erodibilidade alta, resulta em eventos erosivos de grande magnitude (Tavares Filho et al., 2006).

Segundo Santos et al. (2002), por mais que as características da região semiárida sejam generalizadas existem também características específicas de cada sub-região, como a média de precipitação anual, distribuição pluviométrica, tipo de vegetação e tipo de solo. Associada a essas características está a magnitude da erosão.

Segundo Martorano et al. (2008), a ausência ou a presença de vegetação, tal como as práticas agrícolas e a ação de agentes naturais, também são influentes nas propriedades hidrodinâmicas da água no solo. As referidas mudanças são decorrentes de alterações físicas que ocorrem em função do manejo adotado, ocasionando aumento da macroporosidade do solo em relação à microporosidade.

Quando a água se infiltra no solo terá a dinâmica definida a partir da evaporação, da evapotranspiração ou continuará infiltrando para as camadas mais profundas. De acordo com Oliveira et al. (2001), com o processo de redistribuição de água no solo a região do perfil

com alto conteúdo de água drena rapidamente a água para as camadas inferiores mais secas.

No processo de evapotranspiração existe um intervalo hídrico ótimo para o desenvolvimento da vegetação. Este valor se encontra entre o Ponto de Murcha Permanente (PMP) e a Capacidade de Campo (CC). Klein et al. (2006) ressaltam que quando o solo se encontra na CC, os macroporos estão livres e os microporos totalmente preenchidos e que o PMP corresponde ao teor de água no solo no qual as plantas experimentam perdas de turgescência das folhas, não se recuperando quando colocadas em ambiente escuro e saturado.

Apesar de existirem alguns bancos de dados de grande porte, as observações sistemáticas da umidade do solo são escassas, especialmente porque técnicas gravimétricas exigem trabalho intensivo e, portanto, não podem ser implementadas para monitorar rotineiramente áreas extensas (Parent et al., 2006).

Verificando a importância da umidade no solo, vários métodos foram criados para a sua determinação, podendo as medidas ser diretas ou indiretas. Segundo Gevaed & Freitas (2006), a determinação da umidade do solo pode ser feita localmente por meio de métodos não destrutivos, métodos indiretos, que garantem um mínimo de perturbação no ambiente para que a medição não seja afetada pelo procedimento adotado, destacando-se, dentre outros, a sonda de nêutrons, que necessita de um tubo de acesso para realização das leituras. O tipo de tubo de acesso usado para introdução da sonda é um dos fatores que podem alterar a qualidade dos resultados obtidos, pois o tipo de material constituinte do tubo pode influenciar a contagem de nêutrons da sonda. Porém, Ferreira et al. (1998) compararam as leituras da sonda realizada com tubos de PVC e de alumínio e concluíram que os dois tipos apresentaram elevada correlação, e o que determinaria a escolha seria o fator econômico, já que tubos de alumínio possuem custo mais elevado.

O efeito da cobertura do solo sobre a dinâmica da umidade tem sido objeto de intensa investigação na agricultura, embora poucos experimentos de campo tenham concentrado na variabilidade da umidade do solo a longo prazo, sob vegetação natural. A não disponibilidade de medidas de umidade do solo a longo prazo, que se estende por dois ou mais anos sob diferentes tipos de cobertura natural, limita a compreensão dos impactos das alterações da cobertura do solo no ciclo hidrológico (Venkatesh et al., 2011).


Comportamento temporal da umidade do solo sob Caatinga e solo descoberto na Bacia Experimental do Jatobá, Pernambuco 47

Diante do exposto o objetivo deste trabalho foi investigar o comportamento do conteúdo da água no solo sob duas condições de superfície, caatinga e solo descoberto, na Bacia Representativa do Ipanema, localizada no semiárido pernambucano.

Material e Métodos

Os dados foram coletados na Bacia Represen-tativa do Ipanema, no município de Pesqueira, PE (Figura 1). Essa bacia está localizada entre as coordenadas 8° 34’ 17’’ e 8° 18’ 11’’ de Latitude Sul e 37° 1’ 35” e 36° 47’ e 20” de Longitude Oeste. Ao norte faz limite com a bacia do Rio Ipojuca e ao oeste com a bacia do Rio Moxotó (Silva et al., 2009).

O clima é semiárido muito quente tipo Estepe, segundo classificação de Köeppen. A precipitação média anual é de 607 mm, a temperatura média é de 23°C e a evapotranspiração potencial é de cerca de 2.000 mm por ano (Montenegro & Montenegro, 2006).

Para o estudo da umidade foram considerados dados de uma encosta da bacia. A área possui duas parcelas experimentais com 4,5 m de largura por 11 m de comprimento, delimitadas por alvenaria. Cada parcela representa uma condição de cobertura do solo: Cobertura Natural (CN) e Solo Descoberto (SD) (Figura 2).

Para as leituras do conteúdo volumétrico de água, foram instalados oito tubos de acesso de PVC, em cada parcela, distanciados a cada 2 m. A profundidade de leitura foi de 0,20 m.

O monitoramento do conteúdo de água no solo foi realizado durante o período de junho de 2010 a dezembro de 2011, sendo as leituras realizadas quinzenalmente utilizando-se para isto, uma sonda de nêutrons, modelo CPM 530 DR.

O solo da área experimental foi classificado como Argissolo Amarelo Eutrófico abrupto, cujas características físicas se encontram na Tabela 1.

Figura 1. Mapa de solos da Bacia Representativa do Alto Ipanema com delimitação das Bacias Experimentais do Jatobá e Mimoso e os tipos de solo presentes

Figura 2. Parcelas experimentais com Solo Descoberto (PSD) e Cobertura Natural (PCN)

Fonte: Adaptado de EMBRAPA, 2000


Menezes et al. 48


A Figura 3 apresenta o comportamento temporal da umidade do Argissolo Amarelo Eutrófico abrupto, na profundidade de 20 cm, no período de 01/06/2010 a 16/12/2010, para as duas condições de superfície: Cobertura Natural (CN) e Solo Descoberto (SD), e também as precipitações com antecedência às leituras da sonda de nêutrons, em sete e quinze dias.

A umidade para a condição SD apresentou-se inferior em 30,5% do valor da umidade do solo em CN, em resposta à precipitação antecedente da leitura do dia 29/06, de 63 mm.

Santos et al. (2011) verificaram, observando os dados de escoamento superficial ocorridos nas mesmas parcelas experimentais, que apenas a parcela de solo descoberto apresentava escoamento superficial, constatando que cerca de 70% da chuva que precipitou na parcela geraram escoamento superficial em função do selamento superficial.

Na condição de solo exposto a energia transmitida à superfície pelas partículas de água é ainda maior, ocasionando erosão do solo e selamento superficial, incrementando, consequentemente, o escoamento.

Logo após as precipitações diminuírem, a umidade do solo reduziu em ambos os tratamentos, até alcançar valores inferiores ao ponto de murcha permanente, nos quais o solo em CN apresentou valores inferiores ao SD em 24,5, 45,6, 30,3 e 51,5% para os dias 17/07, 08/09, 22/09 e 06/10, respectivamente. Este comportamento está relacionado à evapotranspiração que caracteriza a diminuição da umidade do solo em função do bioma da área estudada, caatinga. Gevaerde & Freitas (2006) também verificaram que a evapotranspiração possui importância destacada na condição de umidade uma vez que o perfil de raízes determina a retirada de umidade nas camadas do solo e controla o perfil de umidade, típico em cada bioma, relacionando também a estação climática. Santos (2010) também relaciona o menor valor de umidade para o solo com cobertura natural à maior evapotranspiração nesta condição de superfície, analisando a distribuição temporal do conteúdo da água na camada de 20 cm no Argissolo Amarelo Eutrófico abrupto, sob diferentes condições de superfície.

Com a precipitação de 129,86 mm as duas condições de cobertura de solo se apresentaram no intervalo ótimo de umidade, estando o SD com valor inferior em 13,7 %, apresentando diferença estatística segundo os dados da Tabela 2.

Santos et al. (2011) afirmam que as raízes das plantas da região do semiárido permanecem abaixo do ponto de murcha permanente teórico

Tabela 1. Características físicas do Argissolo Amarelo Eutrófico abrupto

Dp- densidade das partículas; Ds- densidade do solo

Figura 3. Distribuição temporal do conteúdo médio da água no solo Argissolo Amarelo Eutrófico abrupto para a condição de Cobertura Natural (CN) e Solo Descoberto (SD) e precipitação antecedente (ocorrida 15 (P15) e 7 (P7) dias antes do monitoramento de umidade) para o período de junho a dezembro de 2010

Observando-se a Figura 3, percebe-se que no dia 01/06/2010 os valores da umidade do solo estavam abaixo do ponto de murcha permanente (0,098 cm³ cm-³) para as duas condições de superfície, porém a precipitação antecedente à leitura do dia 21/06 foi suficiente para elevar o valor da umidade do solo em ambos os casos. Nessa leitura a umidade para a condição CN era de 0,199 cm³ cm-³, valor este superior à umidade na capacidade de campo (0,15 cm³ cm-³), enquanto em SD apresentava valor de 0,141 cm³ cm-³. Mulumba & Lal (2008) observaram, investigando o efeito da aplicação de cobertura vegetal nas características físicas do solo, que a adição de resíduos vegetais ao solo aumentou a porosidade, a agregação e o teor de água ao nível da capacidade de campo.



durante pelo menos seis meses e apresentam recuperação do turgor logo após as primeiras chuvas.

Cessando as chuvas os solos apresentam valores abaixo do ponto de murcha permanente com valor inferior para o solo em CN devido ao efeito da evapotranspiração.

Outro fator determinante da umidade do solo está na composição granulométrica do solo. Para este caso percebe-se predominância da textura arenosa que tem a característica de não reter água em sua superfície apresentando maior tamanho das partículas em função das demais que compõem o solo.

Em seguida, são apresentadas, na Tabela 2, as médias do conteúdo da água no solo, comparadas à probabilidade de 0,05.

os tratamentos, sendo o valor de CN inferior ao SD em 19,8%.

Nota-se que no dia 21/02 a precipitação de 23,74 mm compensou a perda de umidade do solo por evapotranspiração na condição de CN. Como visto na Tabela 3, os valores de umidade não diferiram ao nível de 5% de probabilidade. Valores baixos de umidade do solo também foram encontrados por Chen et al. (2007) em

Tabela 2. Valores médios do conteúdo de água do Argissolo Amarelo Eutrófico abrupto, sob diferentes condições de superfície em diferentes períodos de monitoramento, para profundidade de 20 cm com precipitação antecedente (ocorrida 15 e 7 dias antes do monitoramento de umidade) nos meses de junho a dezembro com probabilidade de 0,05

(1) Médias seguidas de letras minúsculas iguais na mesma linha não diferem estatisticamente entre si a nível de probabilidade de 0,05, pelo teste de Tukey. CN – Cobertura Natural e SD – Solo Descoberto

A Figura 4 apresenta o comportamento temporal da umidade do Argissolo Amarelo Eutrófico abrupto, na profundidade de 20 cm, no período de 25/01/2011 a 21/12/2011 para as duas condições de superfície: Cobertura Natural e Solo Descoberto (SD). Também são apresentadas as precipitações com antecedência às leituras de sonda de nêutrons, em sete e quinze dias.

Observando os dados da Figura 4 percebe-se que a precipitação de 35,7 mm que antecedeu a leitura do dia 25/01 foi suficiente para manter o valor da umidade do solo, para as duas condições de superfície, superiores ao ponto de murcha permanente (0,098 cm³ cm-³). Porém, com a precipitação de 70,0 mm, ocorreu o decaimento dos valores da umidade no dia 05/02 em ambos

Figura 4. Distribuição temporal do conteúdo médio da água no solo Argissolo Amarelo Eutrófico abrupto, sob condições de Cobertura Natural (CN) e Solo Descoberto (SD) e precipitação antecedente (ocorrida 15 (P15) e 7 (P7) dias antes do monitoramento de umidade) para os meses do ano de 2011

(1) Médias seguidas de letras minúsculas iguais na mesma linha não diferem estatisticamente entre si ao nível de 5% de probabilidade, pelo teste de Tukey. CN – Cobertura Natural e SD – Solo Descoberto

Tabela 3. Valores médios do conteúdo de água do Argissolo Amarelo Eutrófico abrupto, sob diferentes condições de superfície em diferentes períodos de monitoramento, para profundidade de 20 cm, com precipitação antecedente (ocorrida 15 e 7 dias antes do monitoramento de umidade) para o ano de 2011, com probabilidade de 0,05


Menezes et al. 50

região semiárida da China, ao verificarem que em épocas sem chuva a perda de água no perfil do solo se dá tanto em superfície quanto em profundidade devido ao aumento da evapotranspiração.

A escassez de chuva relativa aos dias 17/03, 31/03 e 28/04 proporcionou uma diferença para a condição de CN em 35,4, 39,9 e 34,3%, respectivamente, comparada à condição SD. A perda de água no solo por evapotranspiração tem relevante influência nas diferenças de valores.

Santos et al. (2011) investigaram a variabilidade temporal do conteúdo superficial da água no solo, através da reflectometria no domínio do tempo (TDR) e verificaram que a cobertura morta se destacou como a prática conservacionista mais adequada para manutenção da umidade do solo, nas condições do estudo. Torres et al. (2006) investigaram o conteúdo de água no solo durante a colheita das culturas do milho e da soja e após a incorporação dos resíduos no solo; estes autores verificaram a importância na manutenção da cobertura vegetal sobre o solo uma vez que o conteúdo de água no solo apresentou diminuição de seus valores, durante a colheita e em seguida, com a incorporação dos resíduos, um aumento nos valores de umidade do solo, mesmo no período de baixa precipitação.

Já a precipitação de 96,8 mm elevou os valores de umidade de solo no dia 12/05 para as duas condições de superfície, e o SD passou a diferir em 2% se comparado ao solo sob CN. Entre os dias 12/05/2011 e 29/07/2011 os valores se mantiveram entre o intervalo ótimo de umidade e, de acordo com a Tabela 4, nenhum valor apresentou diferença estatística. Os meses de maio e julho estão dentro do período considerado chuvoso para esta região e é o que mantém os valores mais elevados da umidade. Rossato et al. (2004) também verificaram que na região do Nordeste do Brasil o percentual de água no solo varia de acordo com a estação chuvosa, em determinada sub-região.

Como não ocorreu precipitação antecedente à leitura do dia 21/09, os solos nas duas condições de tratamento apresentaram redução no valor da umidade; percebe-se, enfim, o efeito da evapotranspiração na condição CN cujo valor de umidade é 43,7% inferior ao verificado no SD.

No mês de outubro a precipitação foi de 31,7 mm e antecedente à leitura do dia 20/10, 3,3 mm. Esses fatores contribuíram para que a umidade se elevasse além do PMP em ambas as condições de superfície.

Já para o mês de dezembro quando não ocorreram chuvas, a umidade voltou a apresentar

valores inferiores ao ponto de murcha permanente e a evapotranspiração condicionou a diferença do solo em CN em relação aos dias 06/12 e 21/12 em -16,4% e -34,7%, respectivamente, quando comparada à condição SD.

Conclusões

1. Nos períodos sem chuva, para as duas condições de superfície, o solo apresenta valores abaixo do ponto de murcha permanente (0,098 cm³ cm-³).

2. A evapotranspiração favoreceu o decréscimo da umidade do solo na condição de cobertura natural no período de estiagem, tornando tais valores inferiores à umidade do solo na condição de solo descoberto.

3. A umidade do solo não é recuperada quando ocorrem as primeiras chuvas subsequentes ao período de estiagem rigoroso.

4. No período chuvoso a umidade do solo na condição de cobertura natural é superior à umidade na condição de solo descoberto avaliando os dados do ano de 2010 enquanto para o ano de 2011 a umidade do solo em quase todas as medidas, aparece superior na condição de cobertura natural.

Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio financeiro da FACEPE, CNPq e da FINEP

Literatura Citada

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ISSN 2316-6886

www.wrim.com.br


Identificação dos sistemas agrícolas do arenito Caiuásujeitos à erosão, através do modelo AGNPS

Adriano Rausch Souto1, Ronaldo Rossetto1 & Ricardo Ralisch2


Resumo: Os modelos matemáticos de simulação consistem em importante ferramenta para avaliar os efeitos da atividade agrícola sobre os recursos hídricos visando reduzir a degradação ambiental. Esses modelos identificam áreas sujeitas aos processos erosivos em função do uso e manejo do solo, em nível de bacias hidrográficas, escala ideal para tais investigações. O objetivo deste trabalho foi, a partir de dados observados, aplicar o modelo AGNPS, associado ao SIG-ArcGis, para prever a produção de sedimentos no Rio Inhacanga, Altônia, PR. Simularam-se diferentes cenários comparando-se os estimados aos medidos durante anos de cultivo, sob distintas intensidades de chuva. Foram identificados as áreas com erosão, suas causas e o rearranjo na sua localização, em função das alterações no sistema de produção agrícola. Constatou-se que a suscetibilidade à erosão aumentou sempre que as áreas ocupadas por culturas perenes foram substituídas por anuais e pastagens. O aumento dos valores estimados de produção de sedimentos foi proporcional às classes de umidade do solo e a energia pela intensidade de chuva, o EI30. O sistema convencional de manejo resultou no carreamento contínuo de sedimentos para o rio, independentemente da espécie cultivada.

Palavras-chave: manejo do solo, bacia hidrográfica, sedimentos

Use of the AGNPS model for identification of agricultural production systems in the Caiuá sandstone subjected to erosion

Abstract: Mathematical models are important tools to evaluate the effect of agricultural production on water bodies, aiming at reducing environmental degradation. Such models allow the identification of areas subjected to erosive processes as a result of soil use and management at watershed level, which is preferable for such investigations. The objective of this work was to adjust the AGNPS mathematical model, in association with the use of GIS techniques, to predict sediment production in the Inhacanga river, in Altônia, Southern Brazil. Different scenarios were simulated and the estimates were compared with the measurements during the years of cultivations, under different rain intensities. The areas with erosion were identified, as well as their causes and relationships with the changes occurred in soil use and location due to alterations in the agricultural production system. It was verified that the susceptibility of the areas to erosion increased as perennial crops were substituted by annual ones and pastures. The increase in the estimated values of sediment production was proportional to classes of soil water and energy from rain intensity, EI30. The conventional soil tillage techniques resulted in continuous sediment carriage to the river, independently of the cultivated species.

Key words: soil management, watershed, sediments

1 IAPAR, Londrina, PR. E-mail: [email protected]; [email protected] UEL, Londrina, PR. E-mail: [email protected]


Souto et al. 54

Introdução

O processo erosivo consiste de três eventos sequenciais: desprendimento, arraste e deposição das partículas de solo. É um fenômeno natural, mas vem sendo cada vez induzido e agravado pela ação do homem, seja pela urbanização mal planejada, seja pelas práticas inadequadas de manejo agrícola. Estas aceleram e intensificam a degradação do solo, alterando suas propriedades e causando a diminuição da capacidade de infiltração, aumento do escoamento superficial, redução da capacidade produtiva, perda de fertilidade, danos severos às estradas rurais, assoreamento do leito dos rios e alteração da qualidade das águas (Carvalho et al., 2002; Gonçalves et al., 2005; Panachuki et al., 2006; Barros et al., 2009). Os rios são os principais agentes de transporte de sedimentos e a avaliação da descarga sólida é importante para caracterização da bacia hidrográfica, pois quantifica os impactos do manejo do terreno, de acordo com as alterações antrópicas (Vestena et al., 2008).

Diante disto, torna-se fundamental o conhecimento das técnicas de manejo e preparo do solo e seus efeitos, uma vez que no sistema convencional o constante revolvimento causa um impacto imediato na alteração da sua estrutura e das propriedades físicas, químicas e biológicas, resultando na degradação da matéria orgânica (Calegari, 2006). O Sistema Plantio Direto – SPD tem-se caracterizado por manter a maior parte da superfície do terreno coberta e protegida com resíduos culturais, promovendo a retenção de água, mas induzindo a infiltração e a redução da capacidade de transporte de agregados e, consequentemente, maior controle na perda de solo (Bertol et al., 2007).

Ao avaliarem a erosão hídrica em diferentes sistemas de plantio, Cogo et al. (2003) descreveram que as perdas de solo foram mais elevadas no convencional, reduzidas no intermediário e mais baixas na semeadura direta. Esses resultados corroboram com os de Chaves & Piau (2008) em que o aporte de sedimentos e escoamento superficial foi mais acentuado no plantio convencional, seguido do direto e do cerrado nativo.

Estimar a erosão do solo é essencial para avaliar as práticas adequadas de conservação, sendo útil para determinar os impactos antes mesmo da adoção de uma cultura específica ou manejo agrícola. Infelizmente, é muito dispendioso e impraticável monitorar os processos erosivos em toda a bacia hidrográfica; daí, a necessidade de predizê-la com o uso de modelos (Grilo & Enami,

2006). Ao estudarem o escoamento superficial utilizando o AGNPS em bacias com áreas de 3,9 a 625,0 km2, Garg et al. (2003) utilizaram um sistema de informação geográfica para mapear o uso e a cobertura do solo, o tipo de solo bem como o modelo de elevação digital do terreno.

O presente trabalho teve por objetivo: a) comparar os resultados estimados com os observados em uma série temporal de monitoramento hidrossedimentológico; b) aplicar o modelo AGNPS e técnicas de SIG na microbacia do Rio Inhacanga, região do arenito Caiuá, PR, em função dos sistemas agrícolas, considerando cenários de uso e ocupação do solo sob chuva natural, para determinação de áreas de produção de sedimentos gerados pela erosão hídrica.

Material e Métodos

A área de estudo foi a microbacia do Rio Inhacanga localizada em Altônia, região noroeste do Estado do Paraná, inserida na bacia do Piquiri, entre as coordenadas geográficas 53º48’52” W e 23º57’10” S a 53º45’50” W e 23º52’20” S, com área de 21,51 km2, perímetro de 22,44 km, onde se encontram 158 produtores rurais. No ordenamento dos canais, que reflete o grau de ramificação dos cursos de água dentro de uma bacia hidrográfica, classificou-se como pouco ramificado, de segunda (2a) ordem, conforme critérios de Horton, 1945 e modificados por Strahler, 1957 (Tucci, 1993).

O clima da região, segundo a classificação de Köppen, é mesotérmico Cfa, subtropical úmido, com temperatura do ar média de 22 oC e umidade relativa do ar oscilando entre 70 e 75% (Caviglione et al., 2000). A maior potencialidade erosiva das chuvas ocorre entre novembro e março. Nos meses de julho e agosto, períodos de inverno, ocorrem os maiores riscos de estiagens, sendo que as geadas se concentram nesta época (Cunha et al., 1999). O relevo predominante é suave ondulado e praticamente plano na microbacia, com altitudes entre 275 e 425 m. A vegetação primária é do tipo floresta tropical subperenifólia, apresentando árvores de porte médio a alto. Muzilli (1996) descreve que a cobertura de florestas era restrita, sendo raras as matas ciliares e de preservação permanente.

O material geológico constitui-se de rochas eruptivas básicas, formação Serra Caiuá, do grupo São Bento. As classes predominantes são: Latossolos Vermelhos Distróficos argissólicos (LVd), na situação de relevo plano e suave, declividade < 3%, ocupando 30% da área; Argissolos Vermelhos Eutrófico abrúpticos (PVe),


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nas encostas adjacentes à rede de drenagem, declividade < 8%, em 65% da área e Neossolo Quartzarênico Órtico típico (RQ), nas baixadas e fundos de vale, cabeceiras de vertentes e nas meias-encostas, com 5% de declividade (EMBRAPA, 1984; 1999; Muzilli, 1996).

A versão 5.0 do AGNPS foi utilizada para estimar a produção e o transporte de sedimentos, em função de componentes da bacia hidrográfica: a área, a série histórica e o volume precipitado, a umidade do solo, a cobertura vegetal, o uso da terra, o tipo de solo, as formas de manejo e prática mecânica conservacionista, operando com parâmetros de características gerais da bacia e coeficientes específicos para cada célula da grade (Young et al., 1989; Fragoso, 2008). A microbacia foi subdividida em 42 linhas por 20 colunas, com 201,17 x 201,17 m, 4,04 ha (10 acres), totalizando 636 células (Young et al., 1989; 1994; Brannan & Hamlett, 1998). Na determinação da descarga líquida, sólida e dos sedimentos produzidos em cada célula, utilizou-se uma ferramenta que possibilitou a alteração da calha do rio, triangular (T) e retangular (R).

O mapa planialtimétrico foi elaborado pelo Instituto Ambiental do Paraná – IAP e obtido a partir da restituição de fotos aéreas do terreno de 1980, na escala 1:100.000. Para os solos, utilizou-se Muzilli (1996) que estima as unidades pedológicas na microbacia, levando-se em conta as condições de topografia e relevo, caracterizadas pela EMBRAPA (1984; 1999). As formas de uso da terra foram determinadas pelo Laboratório Integrado de Sensoriamento Remoto do Paraná – LISERP/IAP e SENAGRO, a partir de imagens orbitais do LANDSAT 5 – INPE, bandas 3B, 4G e 5R, nos seguintes períodos: agosto de 1993 e dezembro de 1994, na escala 1:20.000. As classes de uso foram: algodão, amora, café, capoeiras, matas, milho, pastagens, reflorestamento e solo descoberto, ou seja, sem cobertura vegetal. A projeção adotada para o georreferenciamento de dados espaciais foi a oficial no Brasil, Universal Transversal de Mercator – U.T.M. e baseada no Datun – SAD – 69. Esses mapas foram digitalizados e manipulados no SIG – ArcGis e a carta de declividade foi determinada pela interpolação das seguintes faixas: a) 0 – 3%; b) 3 – 6%; c) 6 – 12%; d) >12% (Silva et al., 2009).

Ao coeficiente de rugosidade de Manning, que representa a resistência ao escoamento nos cursos de água, a qual depende da natureza e do estado da superfície, da forma e da declividade, atribuíram-se os valores de Netto & Alvarez (1985). Nas áreas cultivadas o referido coeficiente foi definido de

acordo com a cobertura vegetal e os resíduos culturais remanescentes (Derpsch et al., 1991; Calegari, 1995). Nas culturas perenes e pastagens adotaram-se os critérios de Young et al. (1994).

A textura dos solos foi obtida através de metodologia de Fidalski (1997a), a qual utiliza a média dos valores do horizonte superficial e sub-superficial; de posse dos resultados e através do Triângulo de Classificação Granulométrica de Vargas (1977) foram classificados como arenosos e, segundo Young et al. (1994) na Classe A, que especifica o Grupo Hidrológico do Solo. As condições de umidade foram determinadas em função da série histórica das precipitações, sendo a lâmina média obtida pelo método de Thiessen considerando-se a estação do ano e os valores de Machado (2002). No cálculo do escoamento superficial, Young et al. (1994) propõem a metodologia do número da curva (CN), em que os valores foram fundamentados no tipo de solo; no uso e manejo, que descrevem as condições de cobertura; nas situações hidrológicas, que se referem ao escoamento superficial; e nos volumes das chuvas e, consequentemente, no valor armazenado pela retenção. Obteve-se a constante da condição da superfície (CCS) a partir de uso e manejo (Tucci, 1993).

O fator cobertura vegetal (C), que indica a proteção oferecida ao solo pelas culturas e formas de manejo foi modelado em dados de uso da terra. Para as pastagens procurou-se a metodologia de Bertoni & Lombardi Neto (1990) que trata o índice de erosão da chuva. A avaliação da erosividade foi realizada segundo Rufino et al. (1993), que estabeleceram equações para as regiões no Estado do Paraná. Para as demais culturas, os valores foram extraídos de Fernandes (1996) e Santos et al. (1999). Ao fator prática mecânica (P) atribui-se o valor 1,00 considerando-se a não adoção de uso conservacionista em toda a microbacia (Muzilli, 1996). A erodibilidade (K), que se refere à habilidade potencial do solo em resistir à erosão foi extraída de Denardin (1990) e, para as suas características físico-químicas adotaram-se os valores de Fidalski (1997b). A avaliação da matéria orgânica foi feita pelo teor de carbono calculado pela equação de Muzilli et al. (1978). Com estes resultados estabeleceu-se o nitrogênio total, empregando-se o método de Kiehl (1979).

O fator disponibilidade de fertilização está relacionado aos métodos de preparo e ao grau de incorporação dos nutrientes pela mobilização do solo (Fragoso, 2008). Um fator de 100% representa a pior situação, em que nenhum fertilizante é


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incorporado. Assim, como sugerido por Souto & Crestana (2000), admitiu-se um valor de 100% para as matas e florestas. Nas situações em que foram empregados mais de um equipamento agrícola, utilizou-se o produto percentual dos valores. Para os parâmetros de entrada do modelo em cada célula nas diferentes culturas, executou-se média ponderada em função da área ocupada (Suttles et al., 2003).

Para captar as águas das chuvas utilizaram-se pluviógrafos modelo HC, localizados na nascente, seção média e na parte final da microbacia. Com a seleção dos diagramas gerados determinaram-se a intensidade máxima da chuva em 30 minutos (I30) e os totais precipitados (Cataneo et al., 1982). Realizou-se o cálculo do índice de erosividade das chuvas – EI30, utilizando-se as metodologias de Castro Filho (1982), Bertoni & Lombardi Neto (1990) e Tommaselli et al. (1999). A lâmina média foi baseada no método de Thiessen (Tucci, 1993).

Para medir a variação dos níveis de água instalaram-se réguas graduadas, escalonadas ao longo da seção transversal de escoamento. Visando ao registro contínuo, empregou-se o linígrafo LNG – 16 – SM, no qual a pena gravava, em diagramas, as oscilações no transcorrer do tempo. No período, realizaram-se oitenta e cinco medições das vazões com o micromolinete. A curva-chave, que é uma relação entre o nível da água de um rio e sua descarga líquida, permitiu quantificar as vazões por uma leitura das cotas diárias, no entanto, trata-se de um processo lento e custoso (Bertoldo & Righes, 2004; Pinheiro & Badia, 2008).

Para os sedimentos em suspensão empregou-se o amostrador UDSH – 48, com coletas no momento das leituras dos níveis (Carvalho et al., 2000; Vestena et al., 2008). Instalou-se, também, o coletor de estágio único montado em diversos níveis, possibilitando a amostragem fora dos horários programados. As amostras foram encaminhadas ao Laboratório de Solos do IAPAR, Londrina, PR, onde se determinou a concentração de sedimentos (APHA, 1995). A descarga sólida em suspensão foi o produto da vazão líquida com a concentração de sedimentos e uma unidade de tempo (Carvalho, 1994).

Para identificação das áreas de produção de sedimentos gerados pela erosão na microbacia do Rio Inhacanga foram criados cenários em que a realidade do local refletia o sistema agrícola, além das simulações utilizando-se eventos de chuvas naturais, no período de 1991 a 1995. Para determinação dos indicadores da perda de solo

utilizou planilha eletrônica correlacionando-se as células e seu uso, os fatores C, K, a declividade e o comprimento do declive.


Entre os cinco cenários criados serão apresentados apenas dois, ou seja, o segundo e o quinto. A segunda simulação foi para o inverno de 1993 e se considerou toda a microbacia com amora, pastagens, café, solo descoberto, reflorestamento, capoeiras e matas (Figura 1 e Tabela 1). As culturas foram tratadas com o plantio convencional, empregando-se arado de disco, com duas passadas de grade niveladora e semeadora; a perene, o café com capina manual e nas entrelinhas semeadoras à tração animal. No reflorestamento adotou-se o plantio mínimo, escarificador e as amoras, cultivo em nível. Para as pastagens, capoeiras e matas, o fator incorporação foi de 100%, que representa ausência de atividade.

Figura 1. Mapa do uso e ocupação do solo das culturas anuais e perenes, 1993, microbacia do Rio Inhacanga, Altônia, PR



A determinação das áreas de produção de sedimentos e sua estimativa para cada célula e toda a microbacia podem ser observadas na Figura 2. Para esta simulação utilizou-se a chuva de 61,8 mm, com EI30 = 94,1 MJ mm ha-1 h-1 de 23/04/93, podendo-se constatar que 29,25% da produção de sedimentos foram relacionados ao fator cobertura, este relacionado ao uso e ocupação; 23,28% ao comprimento do declive; e 38,51% à declividade, enquanto que 8,96% se encontram nas áreas de

maior fator K. Os resultados deste cenário indicam que 88,5% da área apresentaram uma produção de sedimentos de até 7,14 t ha-1 e salientam ainda que todas as faixas acima do valor de 14,29 t ha-1 se encontravam com solo descoberto (Tabela 2).

Tabela 1. Áreas de uso, ocupação e culturas

Figura 2. Simulação de produção de sedimentos por meio do modelo AGNPS para a chuva de 23/04/93, mi-crobacia do Rio Inhacanga, Altônia, PR

Tabela 2. Produção de sedimentos nas células, solos secos

A quinta simulação foi realizada para o verão de 1994, em que as áreas com culturas anuais e perenes receberam o mesmo tratamento anterior, quanto ao manejo do solo (Figura 3). Para a quinta simulação utilizou-se a chuva de 35,2 mm, com EI30 = 107,2 MJ mm ha-1 h-1 de 06/11/94 e se pode determinar que 30,00% dos sedimentos produzidos foram relacionados ao fator cobertura; 24,17% ao comprimento do declive; 37,50% à declividade e 8,33% se encontram nas áreas com fator erodibilidade do solo igual a 0,008 em Latossolos Vermelhos Distróficos argissólicos.

Os resultados apresentados na Tabela 4 indicam que neste cenário 93,9% da área apresentaram uma produção de sedimentos de até 10,53 t ha-1, sendo que a célula com os maiores valores foi para solo descoberto, em Argissolos Vermelhos Eutróficos abrúpticos, com declividade de 7,4%, cuja forma de declive é uniforme, no entanto se encontram nas áreas de maior fator K. Salienta-se, ainda, que no algodão foram realizadas as operações de manejo do solo com plantio convencional; para as demais faixas, acima de 14,05 t ha-1, inclusive, se destacam situações, com declividade superior a 6,0% e pastagens cujo fator cobertura (C) e declividade foram os mais relevantes.

Nesta quinta simulação as áreas suscetíveis à erosão não foram as mesmas nos eventos de chuvas e os valores dos sedimentos produzidos variaram de acordo com o volume e a EI30. Em função das condições de umidade do solo saturado, foram avaliados chuvas erosivas inferiores a 10 mm e, observou-se pico de escoamento, produção de sedimentos e variação na taxa de perda de solo nas células, sendo esta condição corroborada pelo ajuste nos valores do CN.

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* Legenda da Figura 1



Souto et al. 58

Na análise temporal constatou-se o rearranjo das áreas de erosão hídrica em função da alteração do sistema de produção agrícola, com a redução das culturas perenes e aumento das anuais e pastagens, o que provocou mudanças nos principais indicadores de perda de solo (Tabela 5).

É possível observar, também, uma variação no uso dos locais de maior declividade. Pereira & Teixeira Filho (2009) concluíram que análises

baseadas em dados temporais, considerando diferentes cenários para uma mesma região, são uma perspectiva enriquecedora para refinar as ações de planejamento conservacionista. Além disso, áreas foram incorporadas ao processo produtivo e, devido à falta de práticas como o terraceamento, o comprimento do declive, tornou-se responsável também por este efeito, haja

Figura 3. Mapa do uso e ocupação do solo das culturas anuais e perenes, 1994, microbacia do Rio Inhacanga, Altônia, PR

Tabela 3. Áreas de uso, ocupação e culturas

Figura 4. Simulação de produção de sedimentos por meio do modelo AGNPS para a chuva de 06/11/94, mi-crobacia do Rio Inhacanga, Altônia, PR

Tabela 4. Produção de sedimentos nas células, solos em capacidade de campo

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vista as melhorias no fator cobertura. Cardoso et al. (2006) comentam que a declividade e a cobertura vegetal tornam-se fatores importantes na tomada de decisão de um manejo adequado, que influenciam na interação da precipitação e superfície do solo, no escoamento superficial e no fluxo de água, resultados que corroboram com Wang & Cui (2005), ao verificarem que taxas de erosão poderiam ser reduzidas através da melhoria do fator C, com a adoção de práticas de manejo e conservação como o plantio direto, aliado aos resíduos culturais. Calegari et al. (2006) descrevem que áreas intensamente cultivadas através do sistema convencional, com revolvimento do solo e incorporação dos resíduos vegetais, têm contribuído para degradação das suas propriedades físicas, químicas e biológicas.

Na análise espacial as áreas suscetíveis de erosão hídrica não foram as mesmas para os eventos de chuva mas, as variações nos valores da produção de sedimentos estão relacionadas às condições de umidade do solo, aos volumes precipitados e ao produto da energia cinética pela intensidade - EI30. Carvalho et al. (2002) concluíram em área experimental da EMBRAPA/UFRRJ, com Argissolo Vermelho Amarelo e declividade de 8% utilizando um simulador de chuvas pendular e diferentes intensidades, que a perda de solo aumentou com o incremento da energia cinética da precipitação, atingindo 9,7 vezes o valor, quando passou de 138 para 321 J m-2.

Ao utilizarem o modelo AGNPS com apoio de sistemas de informação geográfica, Yongsheng & Bartholic (2003) observaram que a perda de solo, sedimentos e nutrientes, se eleva com o incremento da chuva, formando uma curva exponencial. Silva et al. (2005) notaram que independentemente da intensidade da chuva, o acréscimo na cobertura reduz a perda, pois dissipa a energia do impacto das gotas sobre a superfície, diminui a desagregação das partículas e, consequentemente, a concentração de sedimentos na enxurrada. Inácio et al. (2007) observaram que as taxas de desagregação foram maiores no solo descoberto do que naquele com cobertura independentemente do declive.

A forma de cultivo tem influência decisiva sobre as perdas de solo, sendo que nas áreas ocupadas por matas obteve-se nesse estudo valores de 0,004 t ha-1 ano-1; as pastagens 0,70 t ha-1 ano-1; o café 1,10 t ha-1 ano-1 e, o algodão, 38,00 t ha-1 ano-1. Visando estabelecer limites de perda de solo nos Estados Unidos da América, Osaki (1994) descreve valores de 2,00 a 12,05 t ha-1 ano-1, conforme o tipo de solo, a espessura e as propriedades físicas. Este critério foi estabelecido em função do tempo de formação de 25 mm de solo, estimado em 300 anos; no entanto, quando o solo é atingido pelos agentes erosivos, em virtude do seu preparo, este tempo pode ser reduzido em 30 anos, equivalente a uma perda de 12,50 t ha-1 ano-1. Estes valores podem também ser observados na FAO (1967), que admite perdas da ordem de 12,50 t ha-1 ano-1 para solos profundos, permeáveis e bem drenados; de 2 a 4 t ha-1 ano-1 para solos rasos ou impermeáveis.

Assim como o uso da terra, o fator erodibilidade passou por um ajuste quando da formação das células via SIG, caso em que se sabe que para uma mesma chuva incidindo sobre diferentes condições de solo, obter-se-ão distintas quantidades de erosão em função dos valores de erodibilidade (Cogo, 1988). O AGNPS operou presumindo serem uniformes os padrões de precipitação na microbacia, o que não ocorreu, como observado na distribuição espacial das chuvas, obtida nos pluviogramas. Fragoso (2008) ao realizar simulações com o AGNPS para avaliar o comportamento hidrológico e de sedimentos na bacia do córrego Capão Comprido, DF, verificou que a carga gerada pelo modelo foi superestimada em relação à observada nos eventos.

Apesar da proteção ao habitat da vida animal e aos sistemas aquáticos como observado por Machado et al. (2003), as matas ciliares não foram inseridas nas simulações, em razão das suas pequenas dimensões. Contudo, Vennix & Northcott (2004) demonstraram que, embora restritas, as faixas de 30 metros ao longo dos cursos d’água minimizam a contaminação das águas e controlam a erosão nas margens dos rios e nascentes, em até 17% dos sedimentos transportados.

A estimativa dos sedimentos gerados pela erosão superficial com a alteração na forma da seção transversal de escoamento no Rio Inhacanga, triangular (T) e retangular (R), forneceu resultados distintos (Figuras 5A e 5B). No entanto, as áreas suscetíveis e a variação dos valores nas células foram as mesmas. A correlação de chuvas intensas com sedimentos pela área apresentou dependência polinomial (Figura 6). O

Tabela 5. Variação dos indicadores de perda de solo para todos cenários


Souto et al. 60

teste F foi significativo ao nível de 0,05 (Bussab, 1988).

Conclusões

1. O AGNPS apoiado em sistemas de informação geográfica mostrou ser instrumento de grande utilidade para identificar, comparar e avaliar as áreas de erosão em função da cultura, do manejo do solo e da prática agrícola.

2. Observou-se que o sistema de produção agrícola implantado na microbacia do Rio Inhacanga arenito Caiuá, apresenta-se como insustentável com relação à produção de sedimentos, principalmente em referência ao manejo do solo, plantio convencional.

3. A mudança do sistema de cobertura possibilitou a análise e a determinação do papel de cada fator envolvido na Equação Universal de Perda de Solo – USLE.

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Figuras 5. Correlação entre os valores observados e os estimados da produção de sedimentos, na microbacia do Rio Inha-canga, Altônia, PR. Seção Triangular (A) e seção Retangular (B)

Figura 6. Correlação dos sedimentos produzidos por unidade de área estimada pela seção triangular (T) e re-tangular (R), com chuvas intensas na microbacia do Rio Inhacanga, Altônia, PR



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ISSN 2316-6886

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Potencial de entupimento de um sistema de irrigaçãopor gotejamento operando com esgoto doméstico tratado

Hudson Salatiel Marques Vale1, Luiz Eduardo Vieira de Arruda1, Danniely de Oliveira Costa1,Fabrícia Gratyelli Bezerra Costa1 & Rafael Oliveira Batista1


Resumo: O presente trabalho teve por objetivo avaliar o potencial de entupimento de um sistema de irrigação por gotejamento operando com esgoto doméstico primário (EDP) e água de abastecimento (AA) em assentamento rural do semiárido Potiguar. A área experimental está localizada no Assentamento Milagres em Apodi - RN. Os tratamentos utilizados foram: T1 = 100% de EDP; T2 = 75% de EDP mais 25% de AA; T3 = 50% de EDP mais 50% de AA; T4 = 25% de EDP mais 75% de AA; e T5 = 100% de AA. Foram realizadas as análises físico-químicas e microbiológicas de EDP e AA bem como medição da vazão e determinação da uniformidade de aplicação. Os resultados indicaram que EDP representa risco de obstrução para emissores, principalmente em relação à população de microrganismos; a aplicação de EDP proporcionou alteração da uniformidade de aplicação e da vazão dos emissores; e o tratamento T4 (25% de EDP mais 75% de AA) foi mais susceptível ao entupimento em relação aos demais.

Palavras-chave: fertigação, reúso de água, obstrução, assentamento Milagres

Clogging potential of a drip irrigation system operatingwith treated domestic sewage

Abstract: This study aimed to evaluate the potential of clogging of a drip irrigation system operating with primary domestic sewage (EDP) and supply water (AA) in the rural community of semiarid Potiguar - RN, Brazil. The experimental area is located in the rural community of Milagres in Apodi - RN. The treatments studied were: T1 = 100% of EDP, T2 = 75% of EDP + 25% of AA, T3 = 50% of EDP + 50% of AA, T4 = 25% of EDP + 75% of AA, and T5 = 100% of AA. The physico-chemical and microbiological characteristics of EDP and AA as well as the flow rate and uniformity of application were determined. The results indicate that EDP represents risk of obstruction of emitters, especially in relation to the population of microorganisms; applying EDP caused alteration of uniformity and flow rate of emitters, and T4 (25% EDP + 75% AA) was more susceptible to clogging in relation to other treatments.

Key words: fertigation, water reuse, obstruction, community Milagres

1 DCAT/UFERSA, Mossoró, RN. E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]


Vale et al. 64

Introdução

O uso de águas residuárias na agricultura encontra-se em crescente valorização. Esta prática exige, no entanto, atenção detalhada em relação à quantidade de nutrientes adicionados via fertirrigação bem como as quantidades de nutrientes requeridos pelas plantas; esse cuidado poderá evitar eventuais prejuízos ao ambiente, por exemplo, por conta da lixiviação de nutrientes e acumulação de sais no solo, garantindo em última análise o aumento no rendimento da cultura (Léon Suematsu & Cavallini, 1999).

A utilização de águas residuárias para irrigação é uma prática que, apesar de potencialmente benéfica, exige uma gestão cuidadosa em todas as suas etapas, desde o plantio até a colheita da cultura, necessitando sempre de orientações técnicas adequadas (Souza et al., 2011).

Estudos efetuados em diversos países demonstraram que a produtividade agrícola aumenta significativamente em áreas fertirrigadas com águas residuárias, desde que estas sejam adequadamente manejadas. Léon Suematsu e Cavallini (1999) afirmaram que a utilização de esgoto sanitário tratado como fonte de nutrientes, traz benefícios ao meio ambiente e ao produtor rural, que irá reduzir seus custos com aplicação de fertilizantes e, consequentemente, aumentar a produtividade das culturas.

No trabalho realizado por Shende (1985), comparando o rendimento anual de algumas culturas, comprovou-se que os cultivos fertirrigados com águas residuárias apresentaram maior rendimento do que os cultivos irrigados com água limpa e fertilizados com adubos químicos. De acordo com Santos (2004), a aplicação de esgoto sanitário tratado proporcionou aumento nas concentrações de nitrogênio, fósforo e potássio das folhas do cafeeiro, em relação às folhas de cafeeiros irrigados com água limpa. Rocha et al. (2003) relataram que plantas de couve fertirrigadas com esgoto sanitário tratado apresentaram maior produtividade e menores teores de nitrogênio total nas folhas em relação às plantas cultivadas com esterco bovino.

A aplicação de água residuária por meio da irrigação localizada tem se tornado uma opção eficaz para a aplicação racional de água na agricultura, por se tratar de um sistema que opera a baixas pressões e alta eficiência (Puig-Bargués et al., 2010). Por outro lado, têm-se algumas restri-ções quanto ao seu uso, devido principalmente, ao entupimento de emissores. Estes podem obstruir por diversas causas, tornando o entupimento um dos principais problemas de uso e manutenção

destes sistemas. A obstrução de emissores afeta a uniformidade de aplicação de água, reduzindo-a e, consequentemente, reduz a eficiência da aplicação de produtos químicos via irrigação, o que resulta em perdas de produtividade (López et al., 1992).

Os emissores podem obstruir por diversas causas, tornando o entupimento um dos principais problemas de uso e manutenção destes sistemas. A obstrução de emissores afeta a uniformidade de aplicação de água, reduzindo-a e, consequentemente, reduz a eficiência da aplicação de produtos químicos via irrigação, o que resulta em perdas de produtividade (López et al., 1992; Batista et al., 2011a,b).

O entupimento pode ser de origem física, química ou biológica (Capra & Scicolone, 2004). Os entupimentos físicos são ocasionados pelas partículas que a água leva em suspensão e que obstruem ou fecham os emissores (gotejadores e microaspersores) ou as próprias tubulações. Já os entupimentos provocados pelas precipitações químicas são mais difíceis de localizar e difíceis de tratar quando estão em estado avançado, necessitando assim fazer tratamentos preventivos mais frequentes quanto mais altos forem os riscos de entupimento, que pode ser originado por excesso de carbonato ou sulfato de cálcio e magnésio, ou pela oxidação do ferro, formando precipitados pouco solúveis, quando as condições de umidade, temperatura, pH e/ou concentração de sais favorecem estes processos. O entupimento biológico diz respeito à acumulação de biofilme contendo algas, bactérias e fungos (Nakayama & Bucks, 1991).

Mesmo em vistas às dificuldades de manejo na aplicação de águas residuárias para fins agrícolas, ainda assim, percebe-se que o reuso pode se tornar uma prática segura e viável, sem que haja o comprometimento da qualidade ambiental. Em trabalho conduzido com lodo de esgoto, Martins et al. (2005) verificaram que a fertilização do solo com aplicação do lodo não afetou a qualidade de bebida do café.

O presente trabalho objetivou avaliar o potencial de entupimento de um sistema de irrigação por gotejamento operando com esgoto doméstico e água de abastecimento em assentamento rural do semiárido Potiguar.

Material e Métodos

O presente trabalho foi realizado no Assentamento Milagres em Apodi-RN, situado a 100 km de Mossoró-RN, sob as coordenadas geográficas 5°35´17´´de latitude sul e 37°54´07´´


Potencial de entupimento de um sistema de irrigação por gotejamento operando com esgoto doméstico tratado 65

de longitude oeste e altitude de 152 m. Atualmente, o assentamento possui 105 habitantes em 28 residências e dispõe de rede coletora de todo esgoto doméstico produzido, além de sistema de tratamento primário. Estima-se que as residências da agrovila produzem diariamente um volume de esgoto doméstico em torno de 20 m3.

O experimento foi instalado numa área de 744 m², sendo essa destinada à produção agrícola de girassol, milho, pimenta malagueta e cana-de-açúcar; a área experimental era caracterizada pela presença dos seguintes componentes: a) reservatório de 10 m³ para armazenamento de esgoto doméstico tratado (Figura 1A); b) reservatório de 10 m³ para armazenamento de água de abastecimento (Figura 1B); c) conjuntos motobomba automatizados de 1,5 cv e filtros de discos com aberturas de 130 µm (Figura 1C); e d) unidades de irrigação por gotejamento (Figura 1D) dotados de emissor não autocompensante fabricados pela Plastro com vazão nominal de 1,6 L h-1 e espaçamento entre emissores de 0,30 m.

A avaliação da uniformidade de aplicação do efluente foi realizada de acordo com a metodologia

proposta por Merriam & Keller (1978) modificada por Denículi et al. (1980), na qual se determina a vazão dos gotejadores, em oito posições e em quatro linhas laterais, sendo a primeira linha lateral, a situada a 1/3 da origem, a situada a 2/3 e a última linha. Em cada linha lateral, selecionam-se oito gotejadores (o primeiro, a 1/7, 2/7, 3/7, 4/7, 5/7, 6/7 do comprimento e o último). Os dados de vazão foram obtidos coletando-se o volume aplicado pelo emissor, durante um período de três minutos.

Para o cálculo da uniformidade de aplicação de efluente, foram utilizados o Coeficiente de Uniformidade de Christiansen (CUC), o Coeficiente de Uniformidade de Distribuição (CUD) e o Coeficiente de Variação de Vazão (CVQ), conforme apresentado nas Eqs 1, 2 e 3.

Figura 1. Fotografia do conjunto de irrigação pressurizado no Assentamento Milagres em Apodi-RN, detalhando reserva-tório para esgoto doméstico (A), reservatório para água de abastecimento (B), conjuntos motobomba com filtros de discos (C) e unidades de irrigação por gotejamento (D)

C. D.

A. B.

CUCq q

n q

ii

n

e

= −−

=∑

100 1 1

em que:

(1)


Vale et al. 66

CUC - coeficiente de uniformidade de Christian-sen, %;

qi - vazão de cada gotejador, L h-1

q - vazão média dos gotejadores, L h-1

ne - número de gotejadores.

- Tratamento 5: 100% de aplicação de água de abastecimento.

A amostragem para caracterização do esgoto doméstico primário armazenado nos reservatórios foi realizada nos dias 01 de setembro e 18 de outubro de 2011, totalizando duas amostras. Para caracterização físico-química dos efluentes, as amostras foram coletadas e preservadas em caixas isotérmicas com gelo à temperatura de 4°C até a entrada no laboratório. Posteriormente, as amostras foram encaminhadas para o Laboratório de Diagnóstico Físico-Químico da Universidade Estadual do Rio Grande do Norte (UERN) onde foram realizadas análises de: pH, Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), sólidos dissolvidos (SD), sólidos suspensos (SS), cálcio (Ca2+), magnésio (Mg2+), ferro total (Fe) e manganês total (Mn).

Na caracterização microbiológica dos efluentes, amostras foram coletadas e preservadas em caixa isotérmica com gelo, sendo posteriormente encaminhadas para o Laboratório de Inspeção de Produtos de Origem Animal, localizado na Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA) para identificação e quantificação dos níveis populacionais de coliformes totais (CT).


Estão apresentadas na Tabela 1 as caracterís-ticas físico-químicas e microbiológicas do esgoto doméstico primário e da água de abastecimento utilizados no abastecimento dos conjuntos de irrigação por gotejamento, bem como os riscos de entupimento de gotejadores (Nakayama & Bucks, 1991; Capra & Scicolone, 1998).

O valor médio do pH do esgoto doméstico primário (Tabela 1) encontra-se dentro da faixa 7,0 a 7,5 estabelecida por Nakayama & Bucks (1991), a qual classifica o risco de obstrução de emissores como moderado. No trabalho realizado por Batista et al. (2011a), avaliando a obstrução de gotejadores, constataram que os valores médios de pH do esgotos domésticos primário, secundário e terciário foram de 7,2, 8,3 e 8,8, respectivamente. Da mesma forma, o valor médio do pH da água de abastecimento apresenta risco moderado de obstrução de emissores, corroborando com o trabalho de Liu & Huang (2009).

A concentração de sólidos suspensos do esgoto doméstico primário foi inferior aos limites de 50 e 200 mg L-1 estabelecidos por Nakayama & Bucks (1991) e Capra & Scicolone

CUDq

q=100 25%

em que:CUD - coeficiente de uniformidade de distribui-

ção, %; eq25% - valor médio dos 25% menores valores de

vazões dos gotejadores, L h-1.

em que:CVQ - coeficiente de variação de vazão, %S - desvio-padrão da vazão da amostra, L h-1.

Paralelamente à medição de vazão dos gotejadores, a pressão de serviço dos conjuntos de irrigação foi medida com manômetro e mantida em 120 kPa.

No período de 01 de setembro a 18 de outubro de 2011 foi utilizado esgoto doméstico primário para a produção de milho e girassol, totalizando um período de aplicação de 48h. As necessidades hídricas das culturas foram estimadas com base no balanço de água no solo e na evapotranspiração da cultura pela metodologia da FAO (Allen et al., 2006).

Os dados meteorológicos necessários para a estimativa da ETo, como velocidade do vento, umidade relativa do ar, insolação, radiação solar e temperatura foram obtidos de estação meteorológica instalada na área.

As irrigações foram realizadas diariamente com base no coeficiente de cultura (Kc), no valor da evapotranspiração de referência e no teor de água do solo. O turno de rega usado foi de um dia.

Os tratamentos utilizados no experimento foram:

- Tratamento 1: 100% de aplicação de esgoto doméstico primário;

- Tratamento 2: 75% de aplicação de esgoto doméstico primário e 25% de água de abasteci-mento;

- Tratamento 3: 50% de aplicação de esgoto doméstico primário e 50% de água de abasteci-mento;

- Tratamento 4: 25% de aplicação de esgoto doméstico primário e 75% de água de abasteci-mento; e

(2)

(3)CVQS

q= 100



(1998), respectivamente, que classificam o risco de obstrução de emissores como menor. Essa concentração média encontra-se dentro da faixa de 33,6 a 101,4 mg L-1 obtida por Dazhuang et al. (2009) com esgoto doméstico de sistema de lodos ativados. Portanto, a concentração média de sólidos suspensos da água de abastecimento não representa risco de obstrução de emissores.

O valor médio dos sólidos dissolvidos do esgoto doméstico primário foi inferior aos limites de 500 e 625 mg L-1 estabelecidos por Nakayama & Bucks (1991) e Capra & Scicolone (1998), respectivamente, que classificam o risco de obstrução de emissores como menor. Tal valor médio foi inferior a faixa de 542 a 567 mg L-1 obtida por Dazhuang et al. (2009) com esgoto doméstico de sistema de lodos ativados, sendo que tal faixa representa risco moderado de obstrução de emissores. Enquanto, para a água de abastecimento o risco de obstrução também foi classificado como menor, corroborando com os resultados obtidos por Liu & Huang (2009).

A concentração média de ferro total do esgoto doméstico primário encontra-se dentro das faixas limites de 0,2 a 1,5 mg L-1 e 0,5 a 1,2 mg L-1 estabelecidas por Nakayama & Bucks (1991) e Capra & Scicolone (1998), respectivamente, que classificam o risco de obstrução de emissores como moderado. Esse valor médio foi menor que 2,3, 2,7 e 1,7 mg L-1 obtidos por Batista et al. (2011a) em ensaios experimentais de esgotos domésticos primário, secundário e terciário utilizados no abastecimento de sistema de irrigação por gotejamento. Para a água de abastecimento, a concentração média de ferro total foi inferior a 0,5 mg L-1, representando menor risco de obstrução de emissores conforme a classificação proposta por Nakayama & Bucks (1991).

O valor médio do manganês total do esgoto doméstico primário (Tabela 1) encontra-se dentro da faixa limite de 0,1 a 1,5 mg L-1 estabelecida por Nakayama & Bucks (1991), que classifica o risco

de obstrução como moderado. Tal valor médio foi superior à 0,03 mg L-1 obtido por Liu & Huang (2009) com esgoto doméstico de sistema de lodos ativados. Enquanto, para água de abastecimento o valor médio do manganês total foi inferior ao limite de 0,1 mg L-1 estabelecido por Nakayama & Bucks (1991), corroborando com os resultados apresentados por Liu & Huang (2009) para água de abastecimento.

A concentração média de cálcio do esgoto doméstico primário (Tabela 1) foi inferior ao limite de 12,5 mmolc L-1 estabelecido por Capra & Scicolone (1998), sendo o risco de obstrução classificado como menor. Tal valor médio foi superior a 0,55 mmolc L-1 obtido por Capra & Scicolone (2007) com esgoto doméstico secundário. Para água de abastecimento, a concentração média de cálcio foi inferior à 2,42 mmolc L-1 obtido por Liu & Huang (2009) com água de abastecimento.

O valor médio do magnésio presente no esgoto doméstico primário foi menor que o limite de 2,0 mmolc L-1 estabelecido por Capra & Scicolone (1998), sendo o risco de obstrução classificado como menor. Esse valor médio foi inferior à 0,73 mmolc L-1 obtido por Capra & Scicolone (2007) com esgoto doméstico secundário. Para água de abastecimento o risco de obstrução de emissores também foi classificado como menor, sendo inferior ao valor de 1,0 mmolc L

-1 obtido por Liu & Huang (2009) com água de abastecimento.

A concentração média da Demanda Bioquímica de Oxigênio (Tabela 1) foi inferior ao limite de 25 mg L-1 de DBO5, estabelecido por Capra & Scicolone (2004) para ótimo desempenho de sistemas de irrigação por gotejamento que operam com águas residuárias. Tal valor médio foi inferior a 165,4 mg L-1 obtido por Batista et al. (2011a) com esgoto doméstico primário.

O nível populacional médio dos coliformes totais (Tabela 1) encontra-se dentro da faixa limite

Tabela 1. Características físico-químicas e microbiológicas do esgoto doméstico primário (EDP) e da água de abastecimen-to (AA) utilizados na irrigação por gotejamento, bem como os riscos de entupimento de gotejadores

Nota: SS = sólidos suspensos; SD = sólidos dissolvidos; Fe = ferro total; Mn = manganês total; Ca2+ = cálcio; Mg2+= magnésio; DBO5 = Demanda Bioquímica de Oxigênio; PB = população bacteriana; e UFC = unidades formadoras de colônias. * Média aritmética das características. ** Média geométrica da característica. n.c.= não classificado


Vale et al. 68

de 1,0 x 104 a 5,0 x 104 unidades formadoras de colônias por mililitro, estabelecida por Nakayama & Bucks (1991), sendo o risco de obstrução de emissores classificado como moderado. Tal valor médio foi inferior a 2,4 x 101 unidades formadoras de colônias por mililitro obtida por Dazhuang et al. (2009) com esgoto doméstico de sistema de lodos ativados. Já a água de abastecimento não representa risco de obstrução de emissores.

Na Tabela 2 estão apresentados os valores do coeficiente de uniformidade de Christiansen das unidades de aplicação de esgoto doméstico, durante 48 h de operação.

a formação de precipitados que aderiram aos labirintos dos emissores conforme relatado por Nakayama & Bucks (1991).

Estão apresentados na Tabela 3 os valores do coeficiente de uniformidade de distribuição das unidades de aplicação de esgoto doméstico, durante 48 h de operação.

Tabela 2. Valores do coeficiente de uniformidade de Christiansen (CUC) das unidades de aplicação de esgoto doméstico, durante 48 h de operação

Nota: T1 = 100% de esgoto doméstico; T2 = 75% de esgoto doméstico mais 25% de água de abastecimento; T3 = 50% de esgoto doméstico mais 50% de água de abastecimento; T4 = 25% de esgoto doméstico mais 75% de água de abastecimento; e T5 = 100% de água de abastecimento

Os valores de CUC referentes ao tempo de funcionamento inicial (01 de setembro de 2011) das unidades de fertirrigação foram superiores a 90% e, de acordo com Merriam & Keller (1978), são classificados como excelentes.

Entretanto, no tempo de funcionamento de 48 h (18 de outubro de 2011), somente o valor do CUC da unidade submetida ao tratamento T5 (0% de esgoto doméstico mais 100% de água de abastecimento) foi classificado como bom; os valores de CUC da unidade submetida ao tratamento T4 (25% de esgoto doméstico mais 75% de água de abastecimento) encontrou-se na faixa de 70 a 80%, sendo classificado como razoável; e os valores do CUC das demais unidades foram menores que 70%, razão pelo qual receberam a classificação ruim.

Estabelecendo comparação entre tempos de funcionamento inicial (0 h) e 48 h, notou-se que os valores de CUC das unidades operando nos tratamentos T1, T2, T3, T4 e T5 apresentaram reduções de 69, 50, 38, 21 e 8%, respectivamente. Cunha et al. (2006) obtiveram redução de 76% nos valores de CUC de unidades de irrigação por gotejamento abastecidas com água residuária da despolpa dos frutos do cafeeiro após 144 horas de operação.

A redução no valor do CUC do tratamento T5 provavelmente está associada à presença de cálcio e magnésio da água de abastecimento que em função da alteração de pH proporcionou

Tabela 3. Valores do coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD) das unidades de aplicação de esgoto doméstico, durante 48 h de operação


No tempo de funcionamento inicial (01 de setembro de 2011), todos os valores de CUD das unidades foram superiores a 90%, sendo classificados como excelentes por Merriam & Keller (1978). Porém, quando se analisaram os valores do CUD das unidades no tempo de funcionamento de 48 h (18 de outubro de 2011) somente o valor de CUD do tratamento 5 (0% de esgoto doméstico mais 100% de água de abastecimento) foi classificado como bom. Os valores de CUD dos demais tratamentos foram classificados como ruins, por serem inferiores a 70%.

As reduções nos valores de CUD das unidades operando nos tratamentos T1, T2, T3, T4 e T5 apresentaram reduções de 99, 97, 68, 87 e 13%, respectivamente, quando se estabeleceu comparação entre os tempos de funcionamento inicial e 48 h. Batista et al. (2011a) obtiveram reduções nos valores de CUD de 61, 27 e 57% em sistemas de irrigação operando com esgotos domésticos primário, secundário e terciário, respectivamente.

As reduções dos valores de CUD dos tratamentos T1 a T4 podem ser associadas à formação de biofilme resultante da interação entre bactérias e sólidos suspensos nos emissores corroborando com Batista et al. (2011a,b). Na aplicação da água residuária, pode-se aumentar o tempo de fertirrigação; assim, as plantas que receberam menor lâmina de fertirrigação passam a receber maior quantidade de efluente, de modo a atender às suas exigências nutricionais. No entanto, aquelas plantas que recebiam a lâmina adequada passam a ter problema de fertirrigação excessiva, ocorrendo, também, aumento da perda por percolação (López et al., 1992).

Na Tabela 4 estão apresentados os valores do coeficiente de variação de vazão das unidades de



aplicação de esgoto doméstico, durante 48 h de operação.

No início (01 de setembro de 2011), verificou-se que os valores de CVQ das subunidades foram inferiores a 10%, sendo classificados como bons, segundo a norma ASAE EP 405 (ASAE, 2003). Já no tempo de funcionamento de 48 h (18 de outubro de 2011) somente o valor de CVQ do tratamento T5 (0% de esgoto doméstico mais 100% de água de abastecimento) foi classificado como razoável; os demais valores de CVQ das subunidades foram superiores a 20%, recebendo, assim, a classificação de inaceitável.

Comparando os tempos de funcionamento inicial e 48 h, percebeu-se que os valores de CVQ das unidades operando nos tratamentos T1, T2, T3, T4 e T5 foram aumentados em 1506, 1067, 691, 1943 e 85%, respectivamente. O elevado aumento no CVQ das subunidades proporciona distribuição desuniforme de águas e nutrientes do esgoto doméstico primário, podendo resultar em perda de produtividade (López et al., 1992).

Comparando as unidades submetidas aos tratamentos T1, T2, T3, T4 e T5 nos tempos de funcionamento inicial (01 de setembro de 2011) e 48 h (18 de outubro de 2011) notou-se reduções de vazão de 34, 36, 25, 77 e 9% (Tabela 5). Estabelecendo comparações entre os tempos de operação de 0 e 500 horas no trabalho desenvolvido por Batista et al. (2011b), notou-se que houve redução na vazão dos gotejadores dos conjuntos de irrigação de 62, 22 e 61% para os esgotos domésticos primário, secundário e terciário, respectivamente. No trabalho realizado por Batista et al. (2010) com esgoto doméstico terciário constatou-se redução de 5% na vazão inicial dos gotejadores após 120 horas de operação do conjunto de irrigação em campo. Berkowitz (2001) avaliou o desempenho de cinco conjuntos de irrigação por gotejamento operando com esgoto doméstico secundário durante seis anos; foram utilizados gotejadores autocompensantes com vazão nominal de 2,3 L h-1; o entupimento dos gotejadores foi observado somente em dois

conjuntos de aplicação, com redução máxima da vazão inicial de 23%.

Conclusões

1. O esgoto doméstico primário representa risco de obstrução para emissores, principalmente em relação à população de microrganismos.

2. A aplicação de esgoto doméstico primário proporcionou alteração da uniformidade de aplicação e da vazão dos emissores.

3. O tratamento T4 (25% de esgoto doméstico mais 75% de água de abastecimento) foi mais suscetível ao entupimento.

Literatura Citada

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Tabela 4. Valores do coeficiente de variação de vazão (CVQ) das unidades de aplicação de esgoto doméstico, durante 48 h de operação


Tabela 5. Valores de vazão dos emissores das unidades de aplicação de esgoto doméstico, durante 48 h de operação



Vale et al. 70

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