Quantificao das necessidades hdricas de culturas para manejo da irrigao

QUANTIFICAO DAS NECESSIDADES HDRICAS DE CULTURAS PARA MANEJO DA IRRIGAOMTODOS AGROMETEOROLGICOS

(Verso Preliminar)

ORIVALDO BRUNINI

Eng. Agr. PhD PqC-VICentro de Ecofisiologia e Biofsica

Instituto Agronmico

Contrato FUNDAG FEHIDRO

APOIO PRONAF

1999/2000INTRODUO

O manejo de gua nos empreendimentos agrcolas uma tarefa extremamente importante, pois se por um lado esta prtica imprescindvel para uma adequada produo, o seu uso inadequado por outro lado, poder ocasionar problemas s culturas e eroso no solo, salinizao ou comprometimento dos recursos hdricos.

A importncia do correto uso da irrigao, ou se o manejo de gua for feito com base em informaes agrometeorolgicas adequadas pode ser avaliada pelo seguinte exemplo:

a) Considerando uma rea a ser irrigada de 1500 h;

b) Se a necessidade de irrigao, ou gua a ser reposta cultura for igual a 20 mm (20m-2).

Isto equivale a um volume total de gua a ser aplicado de:

V = 1500 ha x 20 mm 300.106 litros

Se considerarmos um consumo mdio dirio de gua por habitante de cerca de 200 litros, esta irrigao estar concorrendo com o consumo de uma populao de 1.500.000 pessoas.

Alm disto, se este manejo de irrigao for feito com base nas informaes agrometeorolgicas, aliadas s de previso de tempo, permitir um uso mais racional e adequado dos mananciais e da gua contribuindo para a preservao dos recursos hdricos.

Estas consideraes, enfatizam que o conhecimento das necessidades hdricas de um vegetal um fator essencial em todo planejamento de irrigao e estas necessidades so afetadas pelos parmetros do solo, clima e da prpria cultura.

Desta maneira, para se definir: quando, quanto e como irrigar, alguns aspectos bsicos levando em considerao os aspectos de solo, clima e planta devem ser avaliados.

De acordo com FAO (1984), para o clculo das necessidades hdricas da cultura o seguinte procedimento recomendado:

1) Avaliar o efeito do clima nas necessidades da cultura e selecionar no s o melhor mtodo para estimativa da evapotranspirao de referncia, como tambm o que melhor disponibilidade de elementos (parmetros da frmula) existe para estimativa da evapotranspirao. As estimativas da evapotranspirao de referncia (ETo) devem ser no mximo entre 5 a 10 dias baseando-se no ciclo total da cultura e na sua tolerncia ao dficit hdrico no solo.2) Quantificar os efeitos das caractersticas do vegetal nas suas necessidades hdricas, e este efeito dado pelo coeficiente da cultura (Kc), o qual apresenta a relao entre a evapotranspirao de referncia (ETo) ou potencial quando for o caso e a evapotranspirao da cultura (ET) ou seja:

ET = Kc (ETo)3) Analisar os efeitos locais e as prticas agrcolas nas necessidades hdricas dos vegetais tais como o efeito local das variaes climticas com o tempo; altitude, tamanho da parcela, adveco, gua disponvel no solo, mtodo de irrigao e cultivo.Considerando-se que a finalidade da irrigao suprir a cultura de condies tais que a mesma possa atingir o mximo de evapotranspirao (ETm), e o mximo de produtividade, as necessidades de irrigao so feitas para atingir este valor de ETm, de modo que:

ETm = Kc (ETo)

O valor de Kc, coeficiente da cultura muito importante, pois exprime a porcentagem de (ETo) que realmente utilizada pela cultura. Deve-se considerar que na relao acima, a reposio em gua no solo feita somente para atender demanda da cultura, mas no para repor o armazenamento at o seu valor mximo (Capacidade de Campo).

Para propsitos irrigacionistas e prticos a evapotranspirao de referncia ser considerada como igual prpria evapotranspirao potencial, embora conceitualmente sejam parmetros distintos.

2. EVAPOTRANSPIRAO DE TANQUE CLASSE A

Uma maneira simples para estimativa da evapotranspirao potencial, ou de referncia atravs da evaporao de tanque classe A.

O tanque classe A, consiste de um recipiente cilndrico de 1,21 m de dimetro e 25,5 cm de altura, com fundo plano, construdo inteiramente de chapa galvanizada (no 22), montado em suporte de madeira a 10,0 acima da superfcie do solo. O tanque cheio com gua at 5 cm abaixo da borda, para permitir que as leituras possam ser efetuadas com maior preciso, um poo tranqilizador colocado dentro do tanque, a fim de evitar movimento da gua, e as leituras so efetuadas atravs de um parafuso micromtrico de gancho com preciso de medidas de at 0,02 mm no nvel da gua. Sempre que o nvel da gua chegar a cerca de 10 cm da borda, a gua reposta at seu nvel normal. Atualmente existem modelos de tanque classe A, os chamados de nvel constante, onde a evaporao do tanque acompanhada por um sistema de vasos comunicantes.

Obviamente, a estimativa atravs deste equipamento deve ser observada com critrios adequados, uma vez que pode estar sujeito a efeitos que no ocorrem na cultura como, por exemplo: adveco, conduo lateral de calor nas paredes do tanque, bordadura inadequada, entre outros.

Villa Nova e Scardua (1983) apresentam maneira de estimar a ETP em valores dirios, baseando-se em valores de tanque classe A (ECA) e parmetros meteorolgicos, de modo que:

ETP = Kt ECA

sendo Kt, um coeficiente de tanque, que funo de umidade relativa do ar, velocidade do vento e tamanho da bordadura, como apresentado na tabela 1.

Aplicao

Supondo-se que em rea experimental ou de Posto Meteorolgico foram observados os seguintes valores mdios dirios de evaporao de tanque, disposto em superfcie vegetada:

a) ECA = 8 mm dia-1 UR = 55%

Vento = 210 km dia

Bordadura = 5 m

Com base na tabela 1: temos que o coeficiente de tanque Kt 0,65. Assim sendo a evapotranspirao potencial mdia diria :

ETP = Kt ECA

ETP = 0,65 x 8,0 = 5,2 mm dia-1

Por outro lado, se os parmetros medidos fossem os seguintes:

b) ECA = 8 mm dia-1 UR = 60% Vento = 160 km dia-1 Bordadura = 10 metros

O coeficiente de tanque (Kt) 0,75 e a evapotranspirao potencial conseqentemente :

ETP = Kt ECA

ETP = 0,75 x 8,00 = 6,0 mm dia-13. COEFICIENTE DE CULTURA

O coeficiente de cultura Kc um parmetro que equaliza as necessidades hdricas da cultura, com a evapotranspirao potencial e o estdio de desenvolvimento da mesma.

O quadro 2 apresenta os valores de Kc para vrias culturas, segundo trabalho da FAO (1979).4. EFEITO DA GUA NO SOLO

Os valores de ETM para as diferentes culturas so definidos como: a mxima perda de gua por uma cultura qualquer, em qualquer estgio de desenvolvimento e sem nenhuma restrio de gua no solo com vistas a uma adequada produo. O ajuste entre a fase da cultura, ETM e ETP (ETo) dado pelo coeficiente da cultura.

Obviamente, quando a umidade do solo no est no limite ideal, a ETM sofre uma reduo e a evapotranspirao (ET) inferior mxima. Este valor de umidade do solo crtico que faz com que ET seja menor que ETM e varia com o tipo de cultura como expresso nos quadros 2, 3 e 4. (FAO, 1979).

Quadro 1. Coeficiente de tanque em funo dos parmetros meteorolgicos (FAO,

1979).Tanque colocado em rea com vegetao baixaTanque colocado em rea no cultivada

Umidade Relativa

-%Baixa

< 40Mdia

40-70Alta

> 70Baixa

< 40Mdia

40-70Alta

> 70

Vento km/diaTamanho da bordadura (m)gramaTamanho da bordadura (solo nu) mm

Leve < 1751

10100

1000.55

.85

.7

.75.65

.75

.8

.85.75

.85

.85

.851

10

100

1000.7

.6

.55

.5.8

.7

.65

.8.85

.8

.75

.7

Moderado 175-4251

10

100

1000.5

.8

.65

.7.6

.7

.75

.8.65

.75

.8

.81

10

100

1000.65

.55

.5

.45.75

.65

.6

.55.8

.7

.65

.6

Fonte 425-7001

10

100

1000.45

.55

.8

.85.5

.8

.65

.7.6

.65

.7

.751

10

100

1000.8

.5

.45

.4.65

.55

.5

.45.7

.85

.8

.55

Muito forte

>7001

10

100

1000.4

.45

.5

.55.45

.55

.6

.8.5.6

.65

.85110

100

1000.5.45

.4

.35.6.5

.45

.4.65.55

.5

.45

Quadro 2. Variao do coeficiente da cultura em funo da fase fenolgica para a

cana-de-acar (FAO, 1979).

CULTURA ESTGIO DE DESENVOLVIMENTO VEGETAL

Inicio Desenvolvi-mentoMeia culturaFinal desen-volvimentoNa colheitaTotal do ciclo

Repolho

Algodo 0.4-0.5

0.4-0.50.7-0.8

0.7-0.80.95-1.11.05-1.250.9-1.00.8-0.90.8-0.950.65-0.70.7-0.80.8-0.9

Amendoim

Milho doce

Gro 0.4-0.5

0.3-0.5

0.3-0.5*0.7-0.8

0.7-0.9

0.7-0.85*0.95-1.11.05-1.2

1.05-0.950.75-0.851.0-1.15

0.8-0.950.55-0.60.95-1.1

0.55-0.6*0.75-0.80.8-0.95

0.75-0.9*

Ervilha0.5-0.50.7-0.851.05-1.21.0-1.150.95-1.10.8-0.95

Batata

Arroz0.4-0.5

1.1-1.150.7-0.81.1-1.51.05-1.21.1-1.30.85-0.950.95-1.050.7-0.750.95-1.050.75-0.91.05-1.2

Sorgo

Soja

Beterraba

Cana-de-Acar

Girassol 0.3-0.4

0.3-0.4

0.5-0.5

0.4-0.5

0.3-0.40.7-0.750.7-0.8

0.75-0.85

0.7-1.0

0.7-0.81.0-1.151.0-1.15

1.05-1.2

1.0-1.3

1.05-1.20.75-0.80.7-0.8

0.9-1.0

0.75-0.8

0.7-0.80.5-0.550.4-0.5

0.6-0.7

0.5-0.6

0.35-0.450.75-0.850.75-0.9

0.8-0.9

0.85-1.05

0.75-0.85

Tomate0.4-0.50.7-0.81.05-1.250.8-0.950.6-0.650.75-0.9

Quadro 3. Grupos de culturas de acordo com a perda de gua no solo. FAO (1979).

GRUPOCULTURAS

1Cebola, pimenta, batata

2Banana, repolho, uva, ervilha, tomate

3Alface, feijo, ctricas, amendoim, abacaxi, girassol, melancia, trigo

4Algodo, milho, azeitona, aafro, sorgo, soja, beterraba, cana-de-acar, fumo

Quadro 4. Frao (p)para grupos de culturas e evapotranspirao mxima (ETm) FAO (1979).

GRUPO DE CULTURAETm mm/dia

(ETP)

2345678910

10.500.4250.350.300.250.2250.200.200.175

20.6750.5750.4750.400.350.3250.2750.250.225

30.800.700.600.500.450.4250.3750.350.30

40.8750.800.700.600.550.500.450.4250.40

5. NECESSIDADES HDRICAS DE CULTURAS (Exemplos especficos)

5.1. Arroz

O arroz uma cultura que intensamente cultivada em condies tropicais e mesmo subtropical. Um exemplo das necessidades hdricas para os cultivares IAC-1246 e IR-665 sob duas densidades (quadros 5 e 6, Figura 1) foi determinado por Brunini et al (1981). Estes parmetros foram obtidos atravs do Balano Hdrico no campo em perodo de alta pluviosidade (1030 mm em 130 dias) at o incio de maturao, e considerando-se ainda que o perodo anterior semeadura o solo estava na capacidade de campo.

O arroz muito sensvel ao dficit hdrico no solo, e responde razoavelmente irrigao suplementar, sendo que a fase fenolgica mais critica vai da diferenciao foliar (emborrachamento) at o inicio da formao das espiguetas. Por outro lado, uma estreita relao foi achada entre evapotranspirao e rea foliar (Figura 2).

Atualmente o cultivo de arroz sob condies de sequeiro diminuiu sensivelmente no Estado de So Paulo, devido no s a problemas climticos, mas tambm devido qualidade do produto, que muito superior sob vrzea inundvel ou que importado do Estado do Rio Grande do Sul.

O Instituto Agronmico vem desenvolvendo trabalhos para melhorar a qualidade deste produto quando cultivado sob irrigao complementar, alm de desenvolver estudos com variedades mais tolerantes seca. Outro aspecto importante a baixa tolerncia desta cultura a temperaturas abaixo de 15 graus centigrados, principalmente no florescimento.

O coeficiente de cultura Kc para este cultivar sob as duas densidades de plantio apresentado no quadro 7 (Brunini et al 1989). Este coeficiente (Kc) foi determinado em funo da razo entre as necessidades hdricas estimada pelo mtodo do balano hdrico no campo e a evaporao de tanque enterrado.

5.4. Cultura do Tomateiro

As necessidades hdricas totais (ETm) aps o transplante com 90 e 120 dias so de 400 a 600 mm (FAO, 1994). Enquanto o coeficiente de cultura (Kc) apresentado no quadro 14.

Quadro 14. Coeficiente de cultura para o tomateiro.

ESTGIOVALOR DE Kc

Inicial (10-15 dias)0,4 0,5

Desenvolvimento (20-30 dias)0,7 0,8

Intermedirio (30-40 dias)1,05 1,25

Estgio final0,8 0,9

Colheita0,6 0,65

Uma maneira de se estabelecer os perodos de crescimento para a primeira colheita apresentado no quadro 15.

Quadro 15. Relao entre Kc e o desenvolvimento vegetativo do tomateiro.

FASEPERODO

0Estabelecimento (viveiro25 35 dias

1Vegetativo20 25 dias

2Florao 20 30 dias

3Formao 20 30 dias

5.5. Batata

A batata uma cultura que pode ser agrupada em 3 categorias em funo do ciclo (OMM, 1988).

Precoce entre 90 e 120 dias

Mdia entre 120 e 150 dias

Tardia entre 150 180 dias

Durante o seu desenvolvimento, 4 fases podem ser definidas (durao mdia em dias das fases fenolgicas).

1. Estabelecimento

15 a 25 dias

2. Fase Vegetativa

15 a 20 dias

3. Inicio do Perodo de Formao do Tubrculo

45 a 55 dias

4. Perodo de Maturao

10 a 15 dias

Os principais fatores ambientais que afetam a fenologia so a temperatura do ar e o fotoperodo. As necessidades trmicas para as diferentes fases fenolgicas esto no quadro 16.

Quadro 16. Temperatura base e graus-dias necessrios para completar as diferentes fases fenolgicas (OMM, 1988).

FASETEMPERATURA BASE oCGRAUS-DIAS

Plantio Emergncia 7 C350

Emergncia Florescimento 7 C650

TOTAL7 C1000

A cultura da batata tem ampla adaptao estacional. uma cultura de clima temperado, moderadamente tolerante ao frio, particularmente na fase inicial e final da cultura. Plantas jovens crescem melhor a temperatura de 24C. A produo de tubrculos mxima temperatura do solo de 20C. A 30C a produo grandemente reduzida (Das, 1997).

De acordo com o IAC (Boletim 200 1998) as pocas de plantio para o Estado de So Paulo so:

Seca: janeiro a maro

Inverno: abril a julho

guas: agosto a dezembro

De acordo com WMO (Boletim 31 1988), as necessidades em gua desta cultura variam entre 500 a 800 mm considerando-se um ciclo de 120 a 150 dias. Obviamente, tanto o ciclo como as necessidades hdricas dependem do clima, manejo e cultivar.

Doorenbos & Kassan (1979), sugerem o coeficiente da cultura (Quadro 17) como:

Quadro 17. Relao entre o desenvolvimento da cultura Kc para batata.

FaseKcCiclo (dias)

Estgio Inicial0,4 0,520 a 30

Estgio Desenvolvimento0,7 0,8 30 a 40

Meia Estao 1,05 1,230 a 60

Estao Final0,85 0,9520 a 35

Maturao 0,7 0,75

Quadro 18. Profundidade efetiva mdia de explorao de razes para algumas

culturas (Fonte Arruda, 1987, com adaptaes).

CulturaProfundidade efetiva mdia (cm)

Arroz20 30

Batata20 40

Feijo20 30

Milho40 50

Soja40 60

Trigo30 40

Hortalias 10 20

perene50 80

A disponibilidade til, ou a gua, prontamente disponvel s plantas funo da frao da disponibilidade total, chamada de gua facilmente disponvel cultura (AFD), sendo obtido atravs da expresso:

AFC = AD . P

onde:

AFD= gua facilmente disponvel para as plantas, em milmetros

P= frao da disponibilidade mxima de gua no solo, at a qual a cultura no afetada

O valor de P, ou seja, o limite de gua que pode ser retirado do solo, varivel para cada cultura e da ETP (ETo), e muitas vezes para o agricultor difcil fazer este acompanhamento. Para fins prticos, e em funo de trabalhos sobre as relaes ETR/ETP para diversas culturas pode-se adotar como regra geral P = 0,6.

Assim se AD = 40 mm, o valor de AFD seria 40 x 0,6 = 24 mm.

O valor de AFD, assim obtido, representa a quantidade de gua a ser utilizada pela cultura, antes de nova irrigao.

6. MONITORAMENTO AGROMETEOROLGICO DA IRRIGAO

Antes da implantao de um sistema de monitoramento para irrigao, trs aspectos importantes devem ser avaliados, que so:

6.1. Cultura

As caractersticas fisiolgicas da planta, e os aspectos de tolerncia ao dficit hdrico, assim como as fases fenolgicas mais susceptveis ao estresse hdrico, devem ser avaliados e servirem de guia no estabelecimento de um calendrio de irrigao.

Outro aspecto importante a profundidade efetiva do sistema radicular, que determinar o volume de solo a ser explorado, conseqentemente o de gua a ser utilizado (quadro 18).

6.2. Solo

Por ser o elemento bsico, que pode determinar a profundidade do sistema radicular, e para estimativa do volume de gua a ser aplicado, um dos mais importantes no manejo de gua para irrigao. Deste modo, algumas definies fazem-se importantes:

Capacidade de Campo (CC) quantidade de gua retida no solo, ou por uma amostra deste, aps o excesso de gua gravitacional ter sido drenado, ou que a percolao de gua para as camadas inferiores seja desprezvel. Ponto de Murcha Permanente (PMP) quantidade de gua existente no solo, ou o teor de umidade de uma amostra de solo, no qual as plantas no conseguem utilizar, e no possvel manter a turgescncia do tecido vegetal.

gua Disponvel (AD) teor de gua existente no solo entre a Capacidade de Campo e Ponto de Murcha Permanente, para uma dada profundidade de explorao razes no solo.

gua facilmente disponvel s plantas (AFD) gua disponvel no solo que pode ser utilizada pelas plantas sem restrio evapotranspirao.

Frao de gua disponvel (p) frao da disponibilidade mxima de gua no solo em funo do tipo de cultura e da evapotranspirao potencial, que reflete a interao planta-gua no solo e ETo.

A gua disponvel no solo pode ser calculada como:

onde:

AD= total de gua disponvel no solo para as plantas, em milmetros

CC= capacidade de campo, em porcentagem

PMP= ponto de murcha permanente, em porcentagem

Dg= densidade global do solo, g.cm3H= profundidade de explorao de 80% das razes, em centmetros (Quadro 14)

Se o usurio no dispuser de valores medidos de Capacidade de Campo, ponto de murcha e densidade do solo ele pode usar uma regra bsica aproximada para cada tipo de solo, em funo da textura, ou seja:

- Textura Arenosa 0,6 a 0,8 mm H2O/cm solo

- Textura Mdia 0,9 a 1,1 mm H2O/cm solo

- Textura Argilosa 1,2 a 1,3 mm H2O/cm solo

Deve-se ressaltar que esta uma regra geral e alteraes podem ocorrer em funo de outros parmetros.

6.3. Estimativa da Evapotranspirao

Este um dos pontos crticos, pois necessrio que seja feito a estimativa de dois parmetros:

1. Evapotranspirao de Referncia da Cultura ETo

2. Evapotranspirao Mxima Etm

Vrios mtodos e frmulas existem, e o uso do mtodo depende dos dados disponveis, como apresentados no apndice A.

7. MANEJO DA IRRIGAO

A seguir apresentamos o manejo da irrigao baseando-se nos mtodos de estimativa da evapotranspirao potencial, segundo Camargo e tambm Tanque Classe A.

Se considerarmos que um solo (latossolo) possui cerca de 1,2 mm/cm de gua disponvel no caso de uma cultura de milho cerca de 60 dias o volume de explorao mxima seria 40 cm ou em gua disponvel 48 mm, e para uma cultura de cana-de-acar com 120 dias, o volume de explorao mxima do solo seria 80 cm ou 96 mm.

O roteiro abaixo descreve o manejo de irrigao para estes mtodos, como apresentado nos quadros 20 e 21. Outra maneira de acompanhar a necessidade em gua para a cultura, pela relao ETR/ETP (quadro 22).

Neste caso os limites para irrigao seriam quando a gua disponvel no solo estivesse abaixo dos 60% do limite mximo, que nos casos j descritos seriam: 28 mm e 58 mm.

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