Upload
trinhthien
View
217
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Controle dos fatores ambientais em ambiente protegido
Profa. Simone da Costa Mello
Departamento de Produção Vegetal, ESALQ/USP
19-3429-4190 r. 204
Microclima na casa de vegetação
Luminosidade
Temperatura
Umidade relativa do ar
Vento
Gases (CO2)
Porque controlar o microclima na casa de vegetação?
Qg
Reflexão
Absorção
Transmissão
Absorção
Radiação fotossinteticamente ativa (RFA)
• Processo quântico = quantidade de fótons absorvidos
• Em torno de 50% de Qg
RFA = 50% Qg
Curso diário da radiação fotossinteticamente
ativa (RFA) medido em cada condição nas casas
de vegetação em comparação com o pleno sol.
A: estação chuvosa (11/12/96); B: estação seca
(19/06/97). Pleno sol ( ); 50% sombra ( ); 70%
sombra ( ) e 90% sombra ( ).
Radiação solar global
Unidades:
J m-2 s-1
MJ m-2 dia-1
W m-2
Radiação fotossinteticamente ativa
Unidades:
W m-2
µmol m-2 s-1
Unidades de energia
• 1 cal = 4,18 J
• 1 mol de fótons = 6,02 x 1023 fótons
• 1 fóton = 3,581 x 10-19 J
• 1 mol = 21,56 104 J
• 1 J s-1 = 1 W
• 1 J m-2 s-1 = W m-2
• 1 W m-2 de RFA = 247 lux (unidade de fluxo luminoso)
• 1 cal cm-2 min-1 = 696,7 w m-2
Valores médios de Qg (MJ m-2 d-1)
Local J F M A M J J A S O N D
Pará 12,5 13,3 13,6 12,1 12,9 15,2 14,7 15,5 16,7 18,3 16,3 14,4
MG 17,6 17,5 16,8 14,7 13,1 12,3 12,7 15,1 16,1 15,7 16,1 16,9
SP 20,7 21,8 19,3 17,3 14,7 13,2 14,4 16,8 17,6 19,7 21,9 21,1
RS 21,3 19,5 15,7 12,5 9,7 8,3 9,0 11,1 13,0 16,4 20,2 22,1
Pereira et al. (2002)
Lei de Stefan-Boltzmann
E = ɛ x σT4
E = energia emitida (W m2-)
ɛ = poder emissivo do corpo
σ = constant de Stefan-Boltzmann = 5,67 108- W m2- k4-
T = Temperatura (K)
Balanço de ondas longas (BOL)
Emissão de energia radiante pelos corpos
Qa = fluxo de energia radiante emitida pela atmosfera em direção à superfície.
Qs = fluxo de energia radiante emitida pela superfície em direção à atmosfera, que depende da sua temperatura e da sua emissividade.
BOL = Qa - Qs
BALANÇO DE RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL
Rn = BOC + BOL
Rn = Saldo de radiação
BOC= Balanço de ondas curtas
BOL= Balanço de ondas longas
Balanço da radiação em ambiente protegido
Qg
tQg
a Qg
t( r2 (t Qg))
a (r2 (t Qg))
r1 (r2 (t Qg))
r2 (t Qg)
r1 Qg
BOC = tQg – r2tQg + r1(r2tQg) –r2(r1r2tQg)
BOC = tQg(1 – r2 + r1r2 – r2r1r2)
r1 = coeficiente de reflexão da cobertura
r2 = coeficiente de reflexão das plantas
tQg = entrada de ondas curtas
r2tQg = saída de ondas curtas da vegetação
r1(r2tQg) = entrada secundária de ondas curtas para as plantas
r2(r1r2tQg) saída de ondas curtas da vegetação
Balanço de ondas curtas (BOC)
Coeficiente de reflexão das superficies
Superficies Coeficiente de reflexão (%)
Areia úmida 20 a 30
Solo claro seco 25 a 45
Solo cinza 10 a 20
Gramado 20 a 30
Alface 22
Tomate 23
Material Transmissão da radiação solar
Reflexão/
absorção (%)
Transmissão direta (%)
Transmissão total (%)
Transmissão térmica (%)
Polietileno comum
11/(3 a 5) 76 89 71
Polietileno aditivado
12/(3 a 5) 74 88 65
Vidro 10/(0,5) 86 90 5
PVC transparente
9/(1,5) 85 91 12
Transmissão da radiação solar
• BOLint = f BOLext
Balanço de ondas longas (BOL)
Qs
tQs
tQa
Qa
Saldo de radiação (Rn)
Rn = tQg (1 – r2) + f BOLext
Processos
• Físicos: aquecimento do ar e das plantas (H) e do solo (G) e evaporação (LE)
• Bio-Físico: transpiração (LE)
• Bio- Químico: Fotossintese (F)
Saldo de radiação (Rn)
Rn = H + G + LE + F
Aproveitamento energético da fotossíntese < 3%
Rn = H + G + LE
Trocas de calor
Condução: estrutura, planta, cobertura e solo
Convecção: solo e ar (evaporação/condensação); planta e ar (transpiração); ar e aberturas (ventilação); ventilação artificial
Radiação
Transmissão de calor por condução obedece a lei de Fourier
Q = ʎ.S.Δt/d
Q = perda de calor por condução em W
ʎ = Coeficiente de condutividade térmica W/m°C
S = Superfície em m2
Δt = diferença de temperatura entre as
extremidades do material °C
d = espessura do material em m
Transmissão de calor por convecção é expressa pela lei de Newton
Q =αc.S.Δt
Q = perda de calor por convecção em Kcal/h
αc = Coeficiente de transmissão de calor Kcal/m2 h °C
S = Superfície em m2
Δt = diferença de temperatura entre o fluido e o material °C
Transmissão de calor por radiação
Q =αi.S.Δt
Q = perda de calor por radiação em Kcal/h
αi = Coeficiente de transmissão de calor por radiação
Kcal/m2 h °C
S = Superfície em m2
Δt = diferença de temperatura entre o fluido e o material °C
Transmissão de calor
Ventilação natural
• Ocorre por diferença de pressão pelo vento
• Ocorre por diferença de temperatura entre o ambiente interno e externo
Índice de ventilação
• IV = Superfície das aberturas/superfície coberta de solo (m2) x 100
• IV entre 15 e 30%
Por diferença de temperatura
Depende:
• Depende da diferença de temperatura entre o ambiente interno e externo
• Diferença de altura entre as aberturas de entrada e saída
Laternin
Ventilação artificial
Uso de ventiladores/exaustores
Hvent= hv(Ti – Te)
• Hvent = perda de calor sensível através da ventilação (w m-2)
• hv = coeficiente de perda de calor pela ventilação (W m-2 K-1)
• Ti = temperatura interna da estufa (°C)
• Te = temperatura externa (°C)
Perda de calor pela ventilação
hv = ρar.Cp.Qt/As
• hv = coeficiente de perda de calor pela ventilação (W m-2 K-1)
• ρar – massa específica do ar (kg m-3) 1,293 kg/m³ (0°C e 1 atm)
• Cp – calor sensível do ar (J kg-1 K-1)
• Qt = vazão total de ar pela ventilação em m3 s-1
• As = área do ambiente protegido em m2.
Nebulização
• Gotículas de 5 a 10 µm
• Vazão – 7 L h-1 = 2,5 a 4,2 L m-2 dia-1 com 6 horas de funcionamento e 0,06 a 0,1 m-2
• Q = m L
• L = calor latente de evaporação (J/Kg) = 2,45 106J/Kg
• m = massa de água fornecida pelo sistema (kg m-2 s-1)
• Q = perda de calor (J m-2 s-1 ou W m-2)
-Uso de exaustores: não devem ser espaçados mais do que 9 m
- Exaustor – 8,5 a 9,5 m3 s-1
- O painel e o exaustor não de vem distanciar mais do que 45 m
- 30 cm de altura de painel evaporativo é necessário para cada 6 m de painel distanciado do exaustor
-Para cada litro de água são absorvidos 1879,89 J.
-Volume água 30 a 40 L m-2 de parede
-Vazão do ar = 5 m3s-1
Sistema Pad and Fan
Painel evaporativo
Painel evaporativo de celulose
Painel evaporativo de manta
Exaustor
Cálculo da vazão de ar desejada
Va = Vt.N
• Va = vazão de ar desejada (m3 h-1)
• Vt = volume total de ar desejado (m3)
• N = número de trocas de ar desejado por hora (30 a 60)
Perda de calor sensível
• Hvent = perda de calor sensível através
da ventilação (w m-2)
• hv = coeficiente de perda de calor pela
ventilação (W m-2 °C-1)
• Ti = temperatura interna da estufa (°C)
• Te = temperatura externa (°C)
Hvent= hv(Ti – Te)
Fotossíntese
8% perda por reflexão e transmissão
8% perda por dissipação de calor
19% perda para manter o metabolismo
Somente 40% da radiação é absorvida
Somente 5% é usado no crescimento
Perda de energia pela planta
Perda de calor por condução
Perda de calor radiação
Perda de calor por evaporação da água (convecção)
6CO2 + 6H2O →C6H12O6 + 6O2 + energia
Crescimento da planta
Temperatura
Condições climáticas
Umidade do ar
• Concentração (kg vapor de água/kg de ar seco)
• Pressão de vapor de água (ea)
• Umidade relativa do ar (UR)
• UR = 100(ea/es)
• Déficit de pressão de vapor
• DPV = es - ea
Diferença de pressão de vapor entre o interior das folhas e o ambiente na estufa
Diferença de pressão de vapor de água
Déficit de pressão de vapor
(DPV)
• DPV= es – ea
• es = pressão de saturação de vapor (KPa)
• ea= pressão parcial de vapor (KPa)
es=0,6108exp[17,269T/T + 273,3]
es = KPa
T = C
Umidade relativa do ar
Baixo DPVAlto DPV
Ar seco
Vapor de
água
Pressão de saturação de vapor em função da
temperatura
Velocidade do ar
r3
r2
r1
Estado hídrico da planta
Fotossíntese
Propriedades da luz: qualidade, intensidade e duração;
Temperatura;
Gás carbônico
Água no solo
Fatores externos que influenciam a fotossíntese
Propriedades da luz
Comprimentos de onda na região do azul (400 a 500 nm)
Comprimentos de onda na região do vermelho e vermelho distante (600 a 700 e 700 a 760 nm)
Pigmentos: clorofila, fitocromo e β caroteno
Radiação fotossinteticamente ativa - PAR
Medição da radiação fotossinteticamente ativa
Intensidade
Nível de radiação para saturar o sistema fotossintético de muitas plantas C3: 400 µmol m-2 s-1
Fotossíntese: processo quântico
1µmol m-2 s-1 = 6,02 1017 fotons m-2 s-1
1 w m-2 = 4,6 µmol m-2 s-1
1 Klux = 4 w m-2
Temperatura
O AUMENTO DA TEMPERATURA EM TODAS
AS PLANTAS PROVOCA REDUÇÃO DA
FLUIDEZ DA MEMBRANA, AFETANDO A
CONFORMAÇÃO DAS PROTEÍNAS DE
MEMBRANA, RESULTANDO NA REDUÇÃO
DE SUA ATIVIDADE.
Taxa fotossintética
Retorno de prótons do lúmen para o estroma
Gás carbônico
Nível crítico de CO2: 200 ppm
Gás carbônico
• 3 a 4 g m-2 h-1
• Atmosfera: 0,04%
• Concentração: não exceder 1000 ppm
• Água de irrigação: 5,5 g de CO2 por litro (período de 100 dias)
• 365 mmolCO2/mol (atmosfera)
• 700 a 800 mmol/mol
Interceptação da radiação pela cobertura
I = Io.e-k(IAF)
I = radiação incidente na superficie de uma folha dentro da cobertura (J m-2s-1)
Io = Radiação incidente no topo da cobertura (J m-2s-1)
K = coeficiente de extinção da luz
IAF = índice de area foliar acima da folha considerada
Pn = RFA (Ei.Eb) – R
Pn = Produtividade liquida da planta g m-2
RFA = radiacao fotossinteticamente ativa incidente (MJ m-2)Ei = eficiencia da interceptacao da luz pelo cultivoEb = eficiencia de conversao da luz interceptada em biomassa (g MJ-
1)R = perda de biomassa pela respiracao (g m-2)
Produtividade liquida da planta
Fisiologia do tomateiro
FISIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO
Fases do desenvolvimento Temperatura ótima (ºC)
Germinação da semente 26 a 32
Emergência 16 a 20
Crescimento das mudas 25 a 26
Desenvolvimento vegetativo 20 a 30
Formação do pólen 20 a 26
Crescimento do tubo polínico 22 a 27
Fixação do fruto 18 a 20
Amadurecimento do fruto 24 a 28
Goto & Tivelli (1998)
Efeitos da temperatura
• Temperaturas elevadas
Abortamento de flores
Redução na taxa fotossintética
Redução na fixação de frutos
Distúrbios fisiológicos (maturação irregular,
rachaduras, lóculo aberto, podridão apical)
Fisiologia do tomateiro
Salinidade
dS/m Produção (g/planta)
0,26 253,3a
2,4 224,8b
4,8 149,2b
9,7 94,4c
Yurtseven et al. (2005)
Salinidade
• Na+; K+, Ca++; Mg++
• Cl-; SO4--; NO3
-
Nutrição mineral do tomateiro
Nitrogênio
Falta de NCrescimento vegetativo lento
Frutos pequenos
Excesso de NAltura elevada do primeiro cacho floral
Aparecimento de distúrbios fisiológicos (desequilíbrio na relação N/K)
Fósforo
Crescimento reduzido
Coloração arroxeada das folhas
Potássio
Cálcio
- Ca
Magnésio
Boro
-B
Zinco
Molibdênio
Competição entre os íons
Velocidade de absorção
• NO3- > Cl- > SO4- > H2PO4-
• NH4+ > K+ > Na+ > Mg++ > Ca++
Inibição competitiva
Íon Segundo íon presente
Mg2+; Ca2+ K+
Mg2+ K+
K+ Ca2+
Zn2+ Mg2+
Zn2+ Ca2+
Fe2+ Mn2+
MoO4- SO4
2-
Inibição não competitiva
Íon Segundo íon presenteH2PO4
- Al3+
Zn2+ H2BO3-
Zn2+ H2PO4-
Sinergismo
Íon Segundo íon presente
K+ Ca2+
MoO42- H2PO4
-
Assimilação do N
• NO3- + NAD(P)H + H+ + 2é NO2
- + NAD(P)+ + H2O
• NO2- + 6 Fdred + 8H+ + 6é NH4
+ + 6 Fdox + H2O
NH4+ + OH- NH3 NH3 + H+ NH4+
H+OH- H+
H+
H+
H+H+
OH-
OH-OH-
OH-
OH-
Membrana
VacúoloCitoplasma
pH
alto
pH baixo
Excesso de NH4+
Nitrogênio
Extração de nutrientes pela planta de tomateiro
Nutriente Acúmulo
máximo
(mg/planta)
Acúmulo no
fruto
(mg/planta)
Taxa diária
máxima de
absorção
(mg/planta/dia
)
N 10.288 5656 198,52
P 1.622 869 32,11
K 17.994 10.001 310
Ca 10.124 494 151
Mg 1.463 307 23
S 2.437 494 58,99
Zn 25 5 0,39
Cu 171 4 4,44
Fe 98,36 22,59 0,78
Mn 108,66 3,74 1,78
Quantidade de nutrientes na parte aérea e nos frutos do tomateiro e taxa diária máxima de absorção de nutrientes, cultivar Santa Clara. (Fayad et al., 2002).
Estimativa da demanda semanal de N em função do
estádio fisiológico da planta (Hartz et al. 1994).
Estádio da planta Kg/ha/di
a
Kg/ha/seman
a
Crescimento Vegetativo 0,8-1,6 5,6-11,2
Início do florescimento 2,4-3,2 16,8-22,4
Crescimento do fruto 1,6-2,4 11,2-16,8
Início da colheita 0,8-1,6 5,6-11,2
Marcha de absorção do tomateiro produzido em
estufa
0
100
200
300
400
500
600
15 45 75 105 135
Dias após transplantio
Ab
so
rçã
o (
mg
/pl.d
ia)
0
1
2
3
4
5
6
MS
(g
/pl.d
)
N K MS
Curva de resposta do tomateiro (Fontes et al.,
2000)
y = -4.41x10-4
x2 + 1.75x10
-1x + 69,12
R2 = 0,921
40
52
64
76
88
100
0 100 200 300 400
Taxa de K (kg/ha)
Pro
du
ção
to
tal
(t/
ha)
86,4 t/ha → 198 kg/ha de K
MANEJO DA CULTURA DO TOMATE
SISTEMAS DE CONDUÇÃO:
Vertical com 2 linhas:
Vertical com 1 linha:
Sistema V invertido
Capação e desbaste de frutos
Capação: corte da gema apical
Capação
Recomendação de adubação mineral (Trani et al., 1996)
Acrescentar 20 a 40 kg.ha-1 de S.
Cobertura: aplicar 200 a 300 kg.ha-1 de N e 120 a 140 kg.ha-1 de
K2O, parcelando de 4 a 6 vezes, com intervalos de 15 a 20 dias
entre as aplicações.
Manter a relação N:K de 1:1,5 a 1:2,0.
P resina, mg.dm - 3 K+ trocável, mmolc.dm - 3Nitrogênio
0-25 26-60 >60 0-0,15 1,6-3,0 >3,0
--------P2O5, kg.ha - 1-------- --------K2O, kg.ha -1--------N, Kg/ ha60 800 500 300 300 200 100
--------B, mg.dm-3-------- Zn, dm - 3
0-0,20 0,21-0,60 >0,60 0-0,5 0,5 -1,2 >1,2
B, kg.ha - 1 --------Zn, kg.ha -1--------
3 1,0 0 5 3 0
ADUBAÇÃO - SISTEMA CONVENCIONAL
Adubação fosfatada e
adição de matéria
orgânica no plantio
ADUBAÇÃO -FERTIRRIGAÇÃO
Conceito: aplicação simultânea de fertilizantes e água
no solo.
Vantagens:
• Economia de mão-de-obra e energia
• Diminuição da compactação do solo
• Distribuição do fertilizante e localização
• Eficiência do uso e economia dos fertilizantes
• Controle da profundidade de aplicação
• Flexibilidade de aplicação
Água
• Características físicas →
Sedimentos
Como resolver esse problema?
Filtragem da água de irrigação: Filtro
de areia e filtro de disco
• Características químicasParâmetros Símbol
oUnidade Valores
normaisConteúdo de saisCondutividade elétrica CE dS/m 0-3
Sais totais dissolvidos SDT mg/L 0-2000Cátions e ânionsCa Ca++ meq/L 0-20
Mg Mg++ meq/L 0-5Na Na+ meq/L 0-40Carbonatos CO3
- meq/L 0-0,1Bicarbonatos HCO3
- meq/L 0-10Cloreto Cl- meq/L 0-30Sulfatos SO4
-- meq/L 0-20NutrientesNitrato NO3- mg/L 0-10Amônio NH4
+ mg/L 0-5
Fosfato PO4--- mg/L 0-2Potássio K+ mg/L 0-2OutrosBoro B mg/L 0-2
Relação de adsorção de sódio
RAS (mmol/L)1/2 0-15
Acidez ou alcalinidade pH 6-8,5
• Características biológicas
Presença de algas e bactérias
Microrganismos patogênicos
Efeitos da qualidade da água
• Salinização
Cultura 100% 90% 75%
Tomateiro 2,5 3,5 5,0
Tolerância relativa à salinidade do solo(LORENZ &
MAYNARD, 1988)
Controle da luminosidade
• Controle manual através da abertura e fechamento de cortinas
Telas termo-refletoras
Radiação solar global e transmitância das
coberturas com malha termo-refletora externa
e interna.
Ciclo Qg (MJm-2d-1) Transmitâncias
(%)
Malha
externa
Malha
interna
Amb.
externo
Malha
externa
Malha
interna
1 5,1 3,3 15,2 33,6 21,7
2 4,7 3,1 17,3 27,2 17,9
Pandorfi (2006)
Aditivos em filmes plásticos Filmes aditivados Propriedades
Anti-UV Aumenta a vida útil do plástico
Leitoso Redução na intensidade de luz
Térmico Relativamente opaco às radiações
infravemelhos
Fotosseletivo Modificam a composição do
espectro de luz
Difusor de luz Aumenta a proporção de luz
difusa
Anti-gotejo Evita a condensação do vapor d’
água no plástico
Aplicações do plásticos na Olericultura
Polietileno difusor de luz 150 um (P150d)
ESTUFAS CLIMATIZADAS
Sensores Atuadores
ControladorEntrada Saída
Casa de vegetação
Sistema Pad-Fan
Nebulização
Controle da temperatura
• Aberturas (Janelas zenitais, lanternins laterais e frontais)
Exaustores