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MANEJO DE IRRIGAÇÃO: TÉCNICAS AVANÇADAS UTILIZANDO A PLANTA COMO INDICADORA DO MOMENTO DE APLICAR ÁGUA NA CULTURA BARBARA DOS SANTOS ESTEVES Professor: Eliemar Campostrini Documento apresentado como parte das exigências do exame de qualificação no curso de pós-graduação em Produção vegetal da Universidade Estadual Darcy Ribeiro. UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIRO CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ OUTUBRO - 2013 1 1. INTRODUÇÃO A produção agrícola é dependente de vários fatores, tais como água, nutrientes e luz, sendo a água o fator mais limitante para a sustentabilidade dos sistemas de produção. Considerando-se que 70% da água utilizada no mundo destina-se à irrigação, é relevante o uso racional desse recurso pelo fornecimento adequado às plantas. Para manejar adequadamente sistemas irrigados, é de fundamental importância a definição do momento de irrigação e da quantidade adequada de água às culturas. Para isso, torna-se necessário o conhecimento das necessidades hídricas das plantas, bem como a fase de maior exigência de água, sendo tal informação indispensável para o êxito do empreendimento (Paiva et al., 2005). Independentemente do sistema de irrigação utilizado, a literatura é unânime ao enfatizar a importância de se controlar adequadamente a aplicação, otimizando o custo de água e energia e de outros fatores envolvidos na condução de uma cultura irrigada (Faria e Rezende, 1997). A programação da irrigação é frequentemente realizada com base no balanço hídrico do solo, onde a evapotranspiração é estimada utilizando a evapotranspiração de referência e o coeficiente de cultura, de acordo com o procedimento sugerido pela FAO (Allen et al., 1998). Este protocolo, apesar de ser amplamente difundido, apresenta algumas incertezas. No caso em que a planta irrigada seja considerada “isolada”, como num pomar, por exemplo, o maior problema é determinar o volume de água a se aplicada para cada período de tempo e a partir de que momento deve ser aplicada. Isto ocorre, pois pouco se conhece acerca do volume de água utilizada por uma planta durante sua transpiração, estando o solo em condições hídricas ótimas. Existem técnicas para determinar o consumo de água por uma planta individual; na busca de um manejo racional da irrigação, novas técnicas para detectar a deficiência hídrica nas plantas estão sendo desenvolvidas (Souza, 2009). As metodologias mais promissoras são aquelas baseadas nas próprias plantas, pois estas se mostraram mais eficientes do que as técnicas que utilizam fatores ambientais na indicação do déficit hídrico (Remorini e Massai, 2 2003). As medições da água pelo status hídrico das plantas podem integrar tanto a água disponível no solo como as condições climáticas e, portanto, fornecer uma melhor previsão das respostas das árvores ao estresse hídrico. Indicadores da planta como métodos de estimativa do estresse hídrico têm sido utilizados principalmente em pesquisas, e suas aplicações práticas no manejo da irrigação estão por ser desenvolvidas. Os indicadores tradicionalmente utilizados para a programação da irrigação que podem ser mencionados são: o crescimento dos ramos, o potencial hídrico foliar e potencial hídrico do caule e a condutância estomática (Goldhameret al., 1999; Remorini e Massai, 2003; Naor, 2006). Estas metodologias apresentam limitações para uma programação de irrigação, se destacando o uso de medidas que não se pode automatizar, pois resultam de processos trabalhosos e descontínuos. Isto justifica o estudo e o aprimoramento de indicadores baseados em medidas automáticas e continuas que permitam acompanhamento em tempo real dos dados. Entre estes novos indicadores, podem-se destacar as medidas baseadas no fluxo de seiva, a variação do diâmetro do tronco e o potencial de turgescência da folha. Neste contexto, esta revisão se propõe analisar os principais métodos indicadores nas plantas do momento de irrigar, demonstrando suas vantagens e seus desafios. 2. EFEITOS DO DEFICIT HÍDRICO NAS PLANTAS De todos os recursos de que as plantas precisam para o crescimento, a água é o mais limitante para a produtividade agrícola, visto ser essencial aos diversos processos metabólicos dos vegetais, principalmente durante o período inicial de desenvolvimento (Souza et al., 2001). O suprimento de água para uma cultura resulta de interações que se estabelecem ao longo do sistema solo-planta-atmosfera. As influências recíprocas entre esses componentes básicos tornam o sistema dinâmico e fortemente interligado, de tal forma que a condição hídrica da cultura dependerá sempre da combinação desses três segmentos. A medida em que o solo seca, torna-se mais difícil às plantas absorverem a água, porque aumenta a força de retenção e diminui a disponibilidade de água no solo. Entretanto, 3 quanto maior for à demanda evaporativa da atmosfera mais elevada será a necessidade de fluxo de água no sistema solo-planta-atmosfera (Santos e Carlesso, 1998). Cerca de 80 a 90% do peso fresco de uma planta herbácea e aproximadamente 50% das espécies lenhosas estão representados pela água (Kramer e Boyer, 1995). Além disso, a água é o solvente que permite que gases, minerais e outras substâncias possam penetrar nas células e fluir entre elas e entre os vários órgãos vegetais. Também é o reagente dos processos fisiológicos, incluindo a fotossíntese, além do seu papel na turgescência da célula e, consequentemente, no crescimento do vegetal (Silva e Freitas, 1998). Dentre as diversas mudanças metabólicas induzidas em plantas quando submetidas a estresses abióticos, destaca-se uma marcada acumulação de uma mistura complexa de ácidos orgânicos, açúcares e aminoácidos, a qual tem sido denominada de ajustamento osmótico (Nogueira et al., 2001). Os mesmos autores citam que é comprovado na literatura que a prolina em sua forma livre se acumula, não só em resposta à carência de água, como também pelos efeitos da salinidade e baixas temperaturas. As respostas das plantas a escassez hídrica são complexas, envolvendo mudanças adaptativas e/ou efeitos deletérios (Chaves et al., 2002). Estes mesmos autores afirmam que sob condições de campo estas respostas podem ser sinergicamente ou antagonicamente afetadas por outros tipos de estresse. O déficit hídrico afeta a bioquímica, a fisiologia, a morfologia e os processos de desenvolvimento das plantas, reduzindo a fotossíntese de três maneiras: pela redução da área foliar disponível para interceptar a radiação solar, pela redução da difusão do CO2 para dentro da folha e pela redução da habilidade dos cloroplastos para fixar o CO2 que neles penetra (Jones, 1983). A baixa disponibilidade de água ainda limita a expansão celular, alterando a pressão de turgescência e extensibilidade da parede celular afetando o crescimento da planta (Spollen et al., 1993) O efeito do déficit hídrico na planta depende da variedade, da duração e do estádio fenológico, podendo trazer resultados tanto negativos quanto positivos, conforme revisão feita por Ginestar e Castel (1996). O uso adequado de uma estratégia de irrigação com déficit hídrico pode aumentar a produtividade da água, definida como as unidades do produto produzidas por 4 unidade de água consumida. O resultado da irrigação com déficit hídrico é útil para controlar o vigor das plantas, aumentar a entrada de radiação na copa e manter o crescimento moderado, fatores necessários para a produção adequada (Gomez-del-Campo et al.,2009; Connor et al., 2009) em termos econômicos. 3. FLUXO DE SEIVA O motor responsável pela circulação da água nos vegetais é a energia de origem solar, a qual permite que a mesma atinja as folhas, onde é perdida para a atmosfera sobre a forma de vapor. O problema da predição do uso da água pelas plantas é muito complexo e envolve a necessidade de medidas de muitas variáveis biológicas e do meio-ambiente (Pereira et al., 2006). A transpiração é uma consequência inevitável da fotossíntese. Quando os estômatos das folhas se abrem para obter o dióxido de carbono, as moléculas de água escapam. A força motora responsável pela ascensão da seiva no xilema é gerada na interface ar-água, dentro do mesófilo foliar (Taiz e Zeiger, 2002). Grande parte dos estudos que utilizam a metodologia do fluxo de seiva para obtenção da transpiração das plantas baseia-se em técnicas termométricas, de fornecimento de calor ao caule (Burguess e Dawson, 2008; Vellame, 2007; Čermárk et al., 2004), as quais pressupõem a equivalência entre o fluxo xilemático e o fluxo transpiratório foliar, em escala diária. Silva (2008) relata que existem diversas técnicas de obtenção do fluxo de seiva que podem ser separadas em três grupos, sendo o primeiro método de pulso de calor, que rastreia o movimento de um curto pulso de calor no fluxo de seiva; o segundo método de balanço de calor, que mensura o movimento da seiva, pelo transporte de calor, para fora de uma fonte de calor controlada, e o terceiro método o de dissipação térmica, que relata a dissipação do calor pelo fluxo de seiva por meio de uma relação empírica. Fernández et al. (2001) analisou a robustez da técnica do fluxo de seiva pelo método do pulso de calor, sendo considerado pelos autores, adequado para a estimativa da dinâmica transpiração ou alterações no comportamento hidráulico das árvores. Smith e Allen (1996) concluíram que a determinação da 5 perda d’água em espécies frutíferas pode ser obtida através de medições no fluxo de seiva, citando a técnica do pulso de calor, como promissora para esta finalidade, pela facilidade de sua automação e pela possibilidade de monitoramento contínuo em intervalos curtos de tempo. Santos et al. (2005) testaram o método do pulso de calor para a videira e concluíram que o método pode ser utilizado de forma satisfatória, com instrumentação baseada em sensores de baixo diâmetro e baixo fornecimento de calor para a marcação do fluxo de seiva. A técnica do balanço de calor consiste em aplicar um aquecimento em torno da circunferência do caule por uma fonte de calor e o fluxo de massa da seiva é obtido por meio do balanço dos fluxos de calor para dentro e fora da seção aquecida do caule (Silva, 2008). O método do balanço de calor destaca-se perante as outras técnicas por ser um método absoluto e não-invasivo que dispensa procedimentos de calibração e exige equipamentos relativamente simples, sendo a construção de sensores relativamente fácil e de baixo custo (Marin et al, 2008). Porém, os mesmos autores ponderam que, embora de fácil manuseio e instalação, há necessidade de avaliação da qualidade das medidas para a obtenção de dados precisos, sendo essa prática difícil de ser feita, principalmente em condições de campo e em plantas de grande porte. Granier (1985) propôs o método por dissipação térmica que permite que se determine a quantidade de água utilizada por cada planta durante um determinado período de tempo, por meio do monitoramento do fluxo xilemático de seiva. Pressupondo que a maior parte da água transportada através do xilema é utilizada na transpiração, pode-se, indiretamente, quantificar o total de água transpirado pela planta. O método de dissipação térmica para medição do fluxo xilemático consiste em uma sonda composta de duas cânulas de aço inoxidável inseridas no caule, que apresentam três centímetros de comprimento e dois milímetros de diâmetro, alinhadas verticalmente e separadas por uma distância de, aproximadamente, cinco centímetros. Observa-se o uso do método de Granier (1985) em diversos estudos e culturas (Pimentel et al., 2010; Rojas et al., 2006). Na Figura 1 estão representadas esquematicamente as três técnicas descritas acima. 6 Figura 1. Métodos de obtenção do fluxo de seiva. (a) método do pulso de calor; (b) método do balanço de calor; e (c) método da dissipação térmica (Silva, 2008). Segundo Ramos e Santos (2009) a estimativa do consumo hídrico de pomares, com base em medições de fluxo de seiva, seja por qualquer um dos métodos, em árvores individuais,requer a ampliação de dados. Estes autores estudaram a relação entre os dados de transpiração obtidos através do fluxo de seiva e os níveis de água no solo, sendo obtidos índices de estresse hídrico. Lurbe (2013) cita que a utilização de métodos de fluxo de seiva é particularmente adequada para estudos de déficit hídrico, pois esta a b c 7 metodologia pode ajudar a quantificar tanto a redução da transpiração quanto o grau de estresse hídrico atingido pela planta. Fernández et al. (2007) citam que a transpiração relativa, obtida a partir da relação entre fluxo de seiva de árvores em déficit hídrico e árvores bem irrigadas, tem sido discutida durante as últimas décadas como um indicador de estresse hídrico. Estes autores avaliaram o potencial das medidas do fluxo de seiva para a utilização do manejo de irrigação de alta frequência em videira e outras frutíferas e encontraram que o método da transpiração relativa foi bom indicador para o momento de se proceder a irrigação. No entanto, estes autores citam que, a realização desse tipo de abordagem em um pomar comercial pode não ser prática, devido a problemas associados ao manejo de irrigação, como por exemplo, o crescimento vegetativo excessivo das plantas utilizadas como referência. López-Bernal et al. (2010), estudando as diferenças anatômicas do xilema e do fluxo de seiva em oliveiras cultivadas em diferentes regimes de irrigação, observaram que as plantas que sofreram estresse hídrico apresentaram um aumento na relação transpiração noturna-diurna, podendo este fator ser um indicativo da baixa disponibilidade hídrica do solo. Daley e Phillips (2006) citam que o fluxo de seiva noturno pode estar relacionado ao status hídrico da planta, uma vez que contribui parcialmente para a reidratação da mesma, do dia anterior, quando a água disponível no solo não for suficiente. Ortuño et al. (2006) analisando a detecção do estresse hídrico em limão, encontraram que nas plantas estressadas as taxas do fluxo de seiva diminuíram progressivamente com a redução dos níveis de água. No entanto, após a reidratação os valores do fluxo de seiva aumentaram, ficando próximos ao fluxo das plantas sem estresse. Escalona et al. (2002) estudaram os efeitos do déficit hídrico no crescimento, fluxo de água e fotossíntese em videira. Estes autores encontraram que o consumo hídrico total da cultura pode ser estimado utilizando-se a técnica do fluxo de seiva, sobre diferentes condições ambientais, podendo ser utilizado como uma ferramenta para a elaboração de programas de irrigação com déficit com o objetivo de maximizar a eficiência do uso de água. Pons et al. (2008) encontraram que o fluxo de seiva medido ao fim da tarde é um bom indicador da condição hídrica da planta em videiras e se correlaciona muito bem com a condutância estomática, podendo ser utilizado com sucesso para o manejo de irrigação. 8 Fernández et al. (2008a) citam que as medições do fluxo de seiva podem ser utilizadas para determinação in situ do consumo hídrico das plantas, sendo sistemasfacilmente automatizados, obtendo resultados satisfatórios para estimativa da transpiração. Fernández et al. (2008b) desenvolveram e testaram um sistema de controle automático de irrigação para pomares de árvores frutíferas, ao qual no final de cada dia, o dispositivo calculava a demanda hídrica a partir das leituras do fluxo de seiva do tronco de árvores. Os autores encontraram que o sistema foi capaz de filtrar e amplificar as tensões das sondas de velocidade de pulso de calor para calcular dados do fluxo de seiva, sendo obtidas as quantidades diárias de irrigação para o pomar de acordo com um protocolo especifico para a cultura. No entanto, para Silva (2008) a medição de fluxo de seiva no campo para fins de manejo de irrigação, com os equipamentos existentes no mercado, ainda é uma metodologia que tem desafios tecnológicos a serem vencidos, devido ao seu alto custo e a sua sofisticação. O mesmo autor estudou a utilização do fluxo de seiva como indicador de estresse hídrico em café e a elaboração de um modelo de sensor simplificado. Com esta pesquisa o autor concluiu que os resultados obtidos da relação entre o fluxo de seiva e a evapotranspiração indicaram que o fluxo de seiva pode ser empregado como ferramenta para estimar a transpiração do cafeeiro. 4. DENDROMETRIA A dendrometria baseia-se no monitoramento das variações de dimensões de órgãos vegetais em resposta ao seu balanço hídrico, sendo mais comum o uso de variações do tronco ou de ramos. Diversos são os trabalhos mencionando a técnica como promissora para o manejo de irrigação (Puerto et al., 2013; Fernández et al., 2011; Ortuño et al., 2010; Ortuño et al., 2006). Como a variação do diâmetro do caule é muito pequena, é necessário utilizar um aparelho muito sensível (Souza, 2009). Estes aparelhos são chamados dendrômetros, os quais utilizam extensômetros fixos sobre um braço de aço, onde a menor fração de movimento do braço pode ser detectada na forma de sinais elétricos que, posteriormente, são convertidos em sinais 9 micrométricos. Na Figura 2, está apresentado um exemplo de dendrômetro no caule da planta. Figura 2. Dendrômetro para avaliar a variação dodiâmetro do tronco. A utilidade de diferentes parâmetros derivados das medições contínuas do tronco e do ramo principal foi analisada por Goldhamer e Fereres (2001).Estes mesmos autores sugeriram que estas medições poderiam ser utilizadas como uma técnica válida para a detecção de estresse hídrico em pêssego e em amêndoa, sugerindo que os dados podem ser considerados para o estabelecimento de horários de irrigação precisos. Os parâmetros mais utilizados no uso dessa técnica são a amplitude máxima diária do diâmetro do tronco, caule e ramos e a variação do diâmetro máximo ou do mínimo diário ao longo do tempo (Goldhamer et al., 1999; Goldhamer e Fereres, 2001). Rojas (2003) encontraram que as variáveis dendrométricas do caule/ramos, recomendadas na bibliografia como indicadoras de estresse hídrico (variação da amplitude diária de contração, da diferença em dias subsequentes do diâmetro máximo e do diâmetro mínimo), mostraram-se problemáticas, pela 10 complexa relação que apresentam com a disponibilidade hídrica no solo, demanda evaporativa do ar e tamanho do caule. No entanto, a análise da evolução do diâmetro máximo diário, e também, do diâmetro médio mostrou potencialidade de uso como técnica indicadora de estresse hídrico. Ortuño et al. (2006) encontraram que o máximo encolhimento do tronco é um indicador muito adequado para o manejo de irrigação em limoeiros adultos. Estes autores afirmaram que a possibilidade de desenvolver relações de referência ou basais entre o máximo encolhimento do tronco e a evapotranspiração de referência, permite comparar as medições dos indicadores baseados em plantas em um determinado momento com o valor esperado sob condições não limitantes de água, que pode ser calculada a partir das referências. Fernández et al. (2011a) analisaram o uso de medidas do máximo encolhimento do tronco para detectar estresse hídrico em oliveiras, sob irrigação com déficit. Estes autores encontraram que as medidas do máximo encolhimento do tronco é um índice útil para detectar o aparecimento e gravidade de estresse hídrico em oliveiras, com alta produção. Neste trabalho também foi sugerido que a técnica pode ser utilizada como estratégia para a programação de irrigação de baixa frequência, com déficit. Págan et al. (2012) analisaram o uso de dendrômetros para o estabelecimento do manejo de irrigação em tangerina. Estes autores encontraram que é necessário enfatizar a adequação das medidas do máximo encolhimento do tronco, visando estabelecer uma base de referência para a programação da irrigação, em tangerinas, devido a sua resposta linear e boa correlação com a temperatura. Souza (2009) utilizaram medidas dendrométricas como indicadores do manejo de irrigação na cultura do café, analisando dois tratamentos, os quais um seria sempre irrigado e outro não teria irrigações, até certo limite do potencial hídrico foliar, ao qual depois receberia água. Este autor encontrou que a amplitude diária máxima do caule se correlacionou com as condições climáticas e a transpiração da planta, refletindo satisfatoriamente a variação do potencial hídrico foliar. Além disso, a amplitude diária máxima do caule indicou precocemente o estresse hídrico em plantas jovens de café, quando comparada com as medições do potencial hídrico foliar. 11 Conejero et al. (2010) estudaram o pessegueiro, avaliando sua máxima contração diária do tronco durante o período de crescimento dos frutos e 20 dias após a colheita, em condição totalmente irrigada. Os autores encontraram que apesar da produção na colheita, com alta carga de frutos, não afetar a condição hídrica da planta a máxima contração diária do tronco foi aumentada. Os autores concluíram que valores de referência da máxima contração diária do tronco devem ser obtidos em relação às variáveis climáticas (temperatura média diária do ar, déficit de pressão de vapor e evapotranspiração de referência da cultura) para uma determinada carga das culturas. Os resultados obtidos por Puerto et al. (2013) indicam que o índice advindo das medidas do máximo encolhimento do tronco é um parâmetro apropriado para manejo da irrigação durante o período vegetativo. A maior ou menor precisão do ajuste dos índices depende do estádio fenológico e da intensidade do estresse da planta. Publicações discutindo a utilização das variações de diâmetro do tronco como indicadores de estresse hídrico foram revisadas por Fernández e Cuevas (2010) e Ortunõ et al. (2010). Estas revisões apontaram que os registros de variações de diâmetro do tronco dependem não só da escassez de água, mas também dos padrões de crescimento sazonais, carga de frutos, idade e tamanho da planta, dentre outros fatores, que limitam a utilidade dos índices de variações de diâmetro do tronco como indicadores de estresse hídrico. Bonet et al. (2010) avaliaram a eficiência da utilização de dendrômetros em ameixa, como indicador para o manejo de irrigação, utilizando o conceito de intensidade de sinal. Os resultados demonstraram que nem sempre foi possível programar a irrigação de forma satisfatória com o uso desta técnica, possivelmente devido a mudanças temporais nas contrações dos troncos de referência empregados para calcular a intensidade do sinal. Os autores apontam como dificuldades no uso de dendrômetros, que com o melhor do conhecimento atual, ainda não se dispõem de um hardware e pacotes de software disponíveis que podem oferecer a possibilidadedos produtores rurais utilizarem e entenderem facilmente os dados gerados por esta técnica. Este fato é devido ao alto grau de complexidade dos dados gerados e sua difícil interpretação. 12 5. CONDUTÂNCIA ESTOMÁTICA Quando a demanda evaporativa da atmosfera aumenta, os estômatos tendem a se fechar, reduzindo as taxas transpiratórias. Dessa forma, quando ocorre mudança nas condições ambientais em termos de saldo de radiação e das diferenças entre a pressão de vapor nas folhas e no ar, a planta responde aumentando a resistência estomática (Pereira et al., 2002). A condição hídrica das plantas está muito relacionada aos processos fisiológicos de importância para o vegetal (Oliveira et al., 2005). De acordo com Gholz et al. (1990), a disponibilidade de água afeta o crescimento das plantas, por controlar a abertura dos estômatos e, consequentemente, a produção de fitomassa. O decréscimo de água no solo diminui o potencial de água na folha e sua condutância estomática, promovendo o fechamento dos estômatos. Esse fechamento bloqueia o fluxo de CO2 para as folhas, afetando o acúmulo de fotoassimilados, o que pode reduzir a produtividade (Paiva et al., 2005). A condutância estomática representa um fator importante para predizer o uso da água e a fotossíntese. Schaffer et al. (1994) sugerem que a transpiração e a assimilação líquida de CO2 podem ser usadas como parâmetros para o estudo das relações hídricas da mangueira, haja vista que a transpiração é um bom indicador da disponibilidade de água na planta. Souza et al. (2001), estudando a videira observaram diminuição de 50% na taxa de fotossíntese a partir do sétimo dia após a interrupção do fornecimento de água a cultura e redução da condutância estomática após o nono dia de interrupção da irrigação. A medição da condutância estomática é vantajosa porque é um método não destrutivo, pois as mesmas folhas de uma árvore específica podem ser medidas várias vezes. A condutância estomática é sensível à baixa umidade do solo. Além da umidade do solo, a condutância estomática depende da intensidade de luz, temperatura, déficit de pressão de vapor, da idade da folha medida e assim por diante (Jones, 1983). O uso de indicadores da condição hídrica das plantas, como a condutância foliar, pode ser importante no monitoramento da disponibilidade de água no solo e da necessidade de irrigação (Bianchi et al., 2007). Estes mesmos autores encontraram que a condutância foliar do milho tem relação direta com 13 o nível de disponibilidade de água no solo, independentemente do sistema de manejo do solo. Garnier e Berger (1987) estudaram a condutância estomática e o potencial da água da folha e do caule em pessegueiros irrigados com 50 e 100% da evapotranspiração, a fim de determinar a influência dos níveis de água no solo sobre estes indicadores de estresse hídrico das plantas. Além disso, estes autores analisaram a relação entre condutância estomática e o déficit de pressão de vapor do ar. A condutância estomática diária e o potencial hídrico do caule se correlacionaram linearmente com a diminuição da umidade do solo. A análise estatística deste estudo demonstrou que o potencial de água na folha e o déficit de pressão de vapor do ar explicaram 49% da variância da condutância estomática. Oliveira et al. (2005) utilizaram a condutividade estomática como indicador de estresse hídrico em feijão. Foram testados quatro tratamentos de irrigação baseados na evapotranspiração máxima. Nas plantas com suprimento adequado de água, os maiores valores de condutância estomática ocorreram por volta do meio-dia solar. Os autores concluíram que em plantas de feijão sob estresse hídrico, ocorreu acentuada diminuição da condutância estomática e da transpiração, proporcionalmente ao aumento desse estresse, e quanto mais intenso o estresse hídrico, maior a variabilidade horária e ao longo do ciclo. Bunce (2006) cita que medições precisas da condutância estomática podem ser feitas com o uso de porômetros de estado estacionário e transiente e com sistemas de fotossíntese portátil. Estas metodologias se caracterizam por serem caras e trabalhosas. Porém, este autor desenvolveu uma metodologia mais simples e minimamente invasiva, sendo testada em condições de campo e alcançando resultados satisfatórios para as culturas do feijão, milho e soja. A evapotranspiração baseada nas medidas originárias da condutância estomática é importante para melhorar o uso eficiente e a avaliação dos recursos hídricos agrícolas (Zhang et al., 2011). Estes autores afirmam que as variáveis meteorológicas são prontamente fornecidas por instrumentação apropriada, mas é difícil obter a condutância estomática do dossel. Jarvis (1976) descreveu um tipo de modelo de condutância estomática que fornece uma abordagem prática para interpretar medições de campo em relação às 14 variáveis ambientais. A resposta da condutância estomática para cada variável ambiental é descrita por uma função não linear e é assumido que cada variável age independentemente. Yu et al. (1998) desenvolveram um modelo baseado em variáveis ambientais para estimar a condutância estomática do milho. Este modelo é uma combinação de fórmulas otimizadas para o potencial de condutância estomática durante o dia e para o grau relativo de abertura estomática durante o dia. Estes autores concluíram que comparado com outros modelos apresentados no passado, este modelo de combinação é conveniente no seu uso prático porque pode estimar não apenas os valores máximos e médios, mas também os valores instantâneos de condutância estomática durante o dia. Além disso, a descrição teórica deste modelo foi simplificada, introduzindo o conceito de estresse ambiental. Wang et al. (2013) objetivaram em seu estudo revelar o princípio de resposta entre a condutância estomática de Euonymus japonicus e fatores ambientais relacionados ao estresse hídrico. Os autores analisaram a diferença entre as temperaturas do ar e da folha com base no modelo de Jarvis, bem como pelo modelo melhorado de Jarvis entre a condutância estomática e fatores ambientais. Após a otimização dos parâmetros do modelo, segundo o método dos mínimos quadrados, os parâmetros foram verificados através do método de cruzamento. Um modelo de rede neural artificial, em seguida, foi introduzido em comparação com os dois primeiros. Os autores encontraram que os resultados obtidos com o modelo de Jarvis melhorado foram melhores do que os obtidos do modelo de redes neurais e artificiais e o de Jarvis. Concluiu-se, neste estudo, que sob a condição de estresse hídrico, o modelo Jarvis melhorado é mais apropriado para uso em simulação de condutância estomática de E. japonicus. 6. POTENCIAL HÍDRICO Um correto monitoramento do conteúdo hídrico nas plantas é importante devido à possibilidade de uma rápida intervenção para suprir suas deficiências. Como um bom indicador do status de água na planta, pode ser citado o potencial de água na folha, sendo o seu monitoramento importante nas 15 decisões sobre irrigação (Vieira Júnior et al., 2007). Medidas do potencial da água na folha têm-se apresentado como importante instrumento para quantificação de estresse hídrico em que as plantas são submetidas. O potencial de base, o qual corresponde ao potencial da água na folha medido antes do sol nascer, tem como vantagem, quando comparada com outros indicadores que descrevem o estado hídrico das plantas, a sua independência com relação às condições ambientais diurnas (Brunini e Cardoso, 1998). Segundo Carlson et al. (1979), o potencial de água na folha mostrauma acentuada variação diurna, mesmo na ausência de estresse hídrico, decrescendo rapidamente do nascer do sol ao meio da tarde. Quando o potencial de água no solo é baixo, a abertura dos estômatos não é mais dependente da radiação solar, e sim, do potencial de água na folha, o qual é dependente da umidade do solo. O potencial de água da folha descreve o estado energético dela, cujos gradientes explicam os fluxos da água no sistema solo-planta-atmosfera (Bergonci et al., 2000). Os mesmos autores citam que as medições do potencial da água na folha requerem alguns cuidados, a fim de que os dados obtidos reflitam o verdadeiro estado hídrico da planta. No caso do uso da câmara de Scholander, a pressurização deve ser lenta e deve-se evitar a perda de água após a coleta da folha. Além disso, o tempo entre a retirada da folha e a medição deve ser o menor possível. A determinação do ponto de equilíbrio, isto é, quando a seiva inicia a saída do xilema é, por vezes, difícil de ser feita, e depende do tipo de planta, o que pode induzir a erros (Bennett, 1990).O método utilizando-se a câmara de pressão de Scholander é simples e, portanto, muito popular, mas é altamente invasivo, demorado e inadequado para automação (Westhoff et al., 2009). A medição do potencial de água na folha utilizando-se a câmara de pressão tem sido utilizada para o manejo de irrigação (Grimes et al., 1987) e para o entendimento dos mecanismos envolvidos e os processos afetados no controle do déficit hídrico pela própria planta (Martins et al., 2010). O balanço ótimo entre crescimento vegetativo, produção e qualidade das plantas, pode ser monitorado mediante observação das condições hídricas na folha (Myburgh e Howell, 2006). Embora o método da medição do potencial de água na folha tenha sido extensivamente correlacionado como rendimento das culturas 16 (Johnson et al., 1989), apresenta-se como uma metodologia trabalhosa que utiliza poucas medidas para caracterizar uma grande população de plantas. Pilar et al. (2007) objetivaram estudar a relação entre o estado hídrico da videira e seu desempenho agronômico, utilizando o potencial hídrico da folha como ferramenta para o estabelecimento de limites no manejo da irrigação. Estes autores não encontraram relação entre o estresse hídrico e a qualidade dos frutos. No entanto, o potencial hídrico na folha foi considerado um bom parâmetro para determinar tanto o status hídrico da videira, quanto seu desempenho agronômico. Silva et al. (2008) encontraram em seu estudo com café, que o potencial hídrico foliar mostrou-se um indicador fisiológico que guarda relação direta com sua produtividade podendo-se recomendar o seu emprego no manejo da irrigação. Martins et al. (2010) analisaram o potencial hídrico foliar como ferramenta para indicação de déficit hídrico em milho. Estes autores encontraram que o potencial hídrico foliar em plantas de milho, não apresentou variação para déficit hídrico de até 50 mm de evapotranspiração de referencia acumulada. Quanto à variação diária no potencial de água na folha, existem plantas classificadas como anisohídricas, que têm ampla variação diária segundo as mudanças da condutância estomática e plantas com menor amplitude diária no potencial de água na folha, independente da condutância estomática, classificadas como isohídricas (Vieira Junior et al., 2007). O fato de que o status de água da planta, especialmente na folha, é geralmente controlado por meio do fechamento estomático ou por outros mecanismos de regulação, é um fator negativo para o uso da técnica da medição do potencial hídrico como indicador, especialmente em espécies isohídricas (Jones, 2004). Outro problema é que mesmo que não houvesse muitas vezes a homeostase do potencial hídrico entre os diferentes regimes de umidade do solo, as flutuações temporais rápidas são freqüentemente observadas como uma função das condições ambientais (tais como passando nuvens) (Jones, 1990). O mesmo autor cita que este fator faz com que a interpretação do potencial hídrico da folha como um indicador da necessidade de irrigação seja duplamente insatisfatório. O potencial da água nos galhos ou hastes tem se mostrado mais sensível ao déficit hídrico do que o potencial de água na folha, e é conhecido como um 17 indicador de estresse hídrico preciso em algumas espécies de árvores frutíferas por causa de sua alta sensibilidade ao regime de irrigação (Naor, 2000). Esta metodologia mede a energia potencial da água com a qual é retida no xilema. A medição do potencial hídrico em galhos também apresenta alguns inconvenientes. Além da baixa disponibilidade de água, outros fatores podem afetar as medidas, tais como fatores ambientais ou endógenos (Jones, 1985). O potencial hídrico do caule ou galhos também demonstra variabilidade temporal ao longo do dia e ao longo da estação de cultivo, independentemente da condição hídrica da planta. 7. PRESSÃO DE TURGESCÊNCIA FOLIAR (ZIM-PROBE) Variações de potencial de água na folha antes do amanhecer e ao meio-dia podem ser obtidas através de uma sonda desenvolvida recentemente, a qual fornece informações sobre as mudanças relativas na pressão de turgor das folhas (Zimmermann et al. 2008), conhecida comercialmente como ZIM-probe. Os mesmos autores citam que a sonda utilizada uma metodologia não invasiva e capaz de operar automaticamente e continuamente em condições de campo. A sonda de pressão mede as respostas da variação da pressão exercida sobre uma parte da folha constantemente monitorada, como no esquema apresentado em Zimmermann et al. (2013), na Figura 3. Figura 3. Diagrama esquemático dos princípios das medidas magnéticas da ZIM-probe. 18 A sonda mede a pressão atenuada em resposta a aplicação constante de pressão pelos grampos imantados sobre o pedaço de folha monitorado. A atenuação da pressão aplicada depende da função de transferência da folha. A magnitude da função de transferência depende de dois termos, um termo independente da pressão de turgescência (relacionada com a compressão da cutícula, paredes celulares, e outros elementos estruturais) e outro com a pressão de turgor dependente do período (Zimmermann et al. 2008). Neste mesmo trabalho, os autores citam que a teoria demonstra que a pressão de turgescência dependente em parte da função de transferência e é uma função do poder de pressão de turgor celular. Assim, prevê que a função de transferência assume valores próximos de zero se a pressão de turgor celular for alta e, vice-versa. Rodriguez-Dominguez et al. (2012) citam que uma vez que a pressão de turgescência está relacionada com o potencial hídrico da folha e com a pressão do xilema, respectivamente, uma das mais importantes forças motrizes para o fluxo de seiva pode ser monitorado por mais tempo. Assim, multiplicando-se os valores armazenados obtidos pela sonda e pelo fluxo de seiva, permiti o estudo do transporte de água ao longo de um intervalo de tempo medindo a partir de uma única folha o status hídrico de toda a árvore. Segundo Meinzer et al. (2001), em sua revisão sobre o transporte de água em árvores, analisando novas perspectivas, novas idéias e algumas controvérsias, os dados obtidos pela nova sonda demonstraram que as alterações no regime de irrigação e no microclima podem ser detectadas pela metodologia, apresentando grande sensibilidade as variações. Os mesmos autores afirmaram que a utilização de várias sondas permitiu o estudo do transporte de água diurno em múltiplas escalas de folhas individuais e de todo o organismo vegetal. Uma grande vantagem do sistema para o monitoramentodo status hídrico foliar é o envio dos sinais da sonda através de uma rede móvel para um servidor na internet, onde os dados são armazenados e visualizados na forma de gráficos ou tabelas, em tempo real. Zimmermann et al. (2013) em sua revisão citam que a nova sonda tornou-se uma ferramenta importante na fisiologia vegetal, biologia molecular e ecologia, sendo também muito importante para a evolução do manejo de irrigação. Este fato se deve, porque 19 representa um método robusto, de fácil uso, no qual os produtores podem receber as informações sobre as necessidades hídricas de suas plantas por telemetria sem fio, rede móvel e internet, e assim podem ajustar de forma muito precisa tanto o momento da irrigação, quanto a quantidade de água a aplicar. Estes autores ainda mencionam que as aplicações da sonda magnética são inúmeras e pode-se esperar uma evolução altamente interessante em relação ao manejo de água nas plantas em um futuro próximo. Westhoff et al. (2009) afirmam que o potencial do uso da sonda para a medição da variação de turgor nas folhas, por longos períodos, é demonstrada por meio de medições em diversas culturas, sob diferentes condições de clima e irrigação. Estes autores concluíram em seu trabalho que a ZIM-probe pode ser utilizada para o aviso precoce do início do stress hídricoe que a sonda abre caminho para uma forma mais apropriada de obtenção da demanda hídrica das culturas, tanto em campo, quanto em estufa. A sonda é constituída por um sensor de pressão miniaturizado, integrado a um suporte magnetizado, que é posicionado num pedaço de folha intacto na planta (Zimmermann et al., 2009). Os imãs aplicam uma pressão constante para fixação na folha, de modo que os sensores de pressão são capazes de detectar as mudanças relativas de turgescência (Bramley et al., 2013). O funcionamento de uma sonda presa a folha de videira, está apresentado esquematicamente na Figura 2, retirada de Westhoff et al.(2009). 20 Figura 2. Diagrama esquemático do principio de funcionamento na folha da sonda de medição de pressão de turgescência foliar (a) e de uma sonda fixada na videira. (1) pedaço da folha; (2) suporte contendo o chip sensor, (3) chip sensor, (4) membrana de silicone e (5) apoio do suporte. Zimmermann et al. (2009) demonstraram que a sonda de medição de pressão de turgor foliar pode acompanhar as variações diurnas, bem como oscilações da pressão de turgescência em folhas grandes, como as de bananeira. As curvas encontradas neste estudo demonstram a perda de pressão de turgescência em torno do meio-dia, à ocorrência de oscilações na pressão de turgor e tempo necessário para a recuperação da pressão de turgescência no período da tarde. Estes indicadores, segundo os autores, são úteis para a análise do status hídrico das plantas. Ehrenberger et al. (2012) estudaram as relações hídricas em árvores de carvalho, analisando sua dependência com o microclima e a umidade do solo. Estes autores, dentre outros equipamentos utilizaram dendrômetros e o sensor para medir as variações de pressão de turgescência foliar. Este estudo demonstrou que os dendrômetros automatizados e a sonda de pressão de turgor, desenvolvida recentemente, são equipamentos de fácil utilização,sendo ferramentas que operam de forma contínua para o estudo das relações hídricas 21 das árvores, com grande precisão e alta resolução temporal. As medições utilizando os equipamentos foram capazes de revelar não apenas a dependência do teor de água da haste e o turgor das folhas a curto e em longo prazo em relação as flutuações das variáveis microclimáticas e umidade do solo, mas também forneceu informações sobre o movimento da água do caule e das folhas. Fernández et al. (2011b) utilizaram a sonda de pressão de turgor das folhas (ZIM-probe) como indicador de estresse hídrico em oliveiras. Estes autores concluíram que a sonda e o sistema de transferência de dados são uma tecnologia precisa e robusta, que é capaz de monitorar as condições hídricas das plantas continuamente, em condições de campo, ao longo dos distintos manejos de irrigação. Estas informações em tempo real são benéficas ao manejo de irrigação em pomares comerciais, onde é necessário o controle eficiente do estresse hídrico, para aplicação de déficits de água controlados. Lee et al. (2012) acompanharam as mudanças relativas da pressão de turgor celular das folhas de plantas de tomate bem irrigadas, utilizando a sonda ZIM, sob condições climáticas dinâmicas, em estufa, analisando três alturas do dossel. Padrões diurnos foram observados em relação a pressão de turgor celular das folhas nos diferentes estratos, sendo observado um claro efeito de altura do dossel. Folhas não expostas mostraram alterações relativas no turgor celular que se seguiram de perto a absorção de água da planta durante o dia. Rodriguez-Dominguez et al. (2012) avaliaram medidas concomitantes do fluxo de seiva e de pressão de turgescência da folha utilizando a ZIM-probe, em plantas de oliveira, analisando diversos manejos de irrigação com déficit hídrico controlado. As curvas oriundas da variação da pressão de turgor conseguiram marcar claramente os limites para execução da irrigação. Bramley et al. (2013) utilizaram a ZIM-probe para monitorar o status hídrico do trigo. Estes autores observaram que os ciclos de secagem e umedecimento foram identificados pela metodologia. Os registros de potencial de turgescência nas folhas, utilizando as sondas ZIM, de desenvolvimento recente, têm-se demonstrado úteis para o acompanhamento do estresse hídrico na oliveira, segundo Fernández et al., (2011b) e em outras culturas como demonstrado pela revisão acima. No entanto, tal metodologia apresenta limitações a partir de certos valores de 22 estresse hídrico que devem ser analisados pela pesquisa para o melhor aproveitamento da técnica. 8. CONCLUSÕES Para que haja o monitoramento da quantidade e do momento certo da irrigação, existem diversas metodologias atualmente, visando a maior eficiência do uso da água. Dentre estas metodologias, as que se apresentam mais promissoras, são aquelas baseadas na análise do “status” hídrico das próprias plantas. Neste sentido esta revisão se propôs analisar tais metodologias de maneira a demonstrar seus princípios, vantagens e desafios para um melhor aproveitamento das técnicas. Existem metodologias consagradas, como as medidas do potencial hídrico e a da condutância estomática, mas que são de difícil execução em campo, por serem extremamente trabalhosas e não poderem ser automatizadas. As metodologias utilizando-se medidas do fluxo de seiva e da dendrometria têm ganhado espaço atualmente, principalmente pela possibilidade de automatização do sistema. Mais recentemente, a medição da pressão de turgor das folhas, utilizando-se a sonda comercialmente chamada de ZIM, também tem se mostrando interessante para um monitoramento do estado hídrico da cultura em tempo real. No entanto, estas metodologias ainda tem desafios tecnológicos para vencerem e poderem ser apresentadas de maneira satisfatória ao usuário final, que fará de fato, o manejo de irrigação. As pesquisas vindouras devem trabalhar estas ferramentas para elaboração de índices técnicos que permitam a sua simplificação, tanto do ponto de vista instrumental, quanto para a interpretação dos resultados. Existem diversas questões em aberto, tais como: quais os critérios adequados para eleger uma planta de referência? Quantas plantas monitorar por área? Quais índices seriam adequados para a cultura de interesse? Quais os principaisfatores responsáveis pelas variações das medidas? e ainda quais são os limites de estresse hídrico em que os valores gerados são confiáveis? Todas estas questões merecem ser observadas e respondidas com critério pela pesquisa, para que tais ferramentas promissoras possam ser utilizadas, 23 não apenas em experimentações, mas também, em campo, para o monitoramento adequado das lavouras reais. 9. 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