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Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais José F. de Medeiros1, Iarajane B. do Nascimento2 & Hans R. Gheyi2 1 Universidade Federal Rural do Semiárido 2 Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Manejo da salinidade na agricultura: Estudos básicos e aplicados ISBN 978-85-7563-489-9 Fortaleza - CE 2010 Introdução Origem da salinidade em áreas irrigadas Qualidade da água de irrigação Efeitos prejudiciais dos sais nas áreas irrigadas Efeitos da salinidade da água sobre o solo Efeitos dos sais sobre as plantas Fatores que afetam a salinidade do solo e resposta das culturas à salinidade Fatores que afetam a salinidade do solo e respostas das culturas à salinidade Salinidade integrada no espaço e no tempo Integração com a profundidade: Integração no tempo Frequência de irrigação Necessidade de lixiviação Frequência de lixiviação Previsão de salinidade em áreas irrigadas Balanço de sais na zona radicular Avaliação da água de irrigação através de simulação e previsão da salinidade do solo Manejo da água e tolerância das culturas considerando os valores de CE das águas dos poços na região de Mossoró Experiências no Nordeste brasileiro com água salina Referências INTRODUÇÃO Para atender o acelerado crescimento populacional mundial, surge, a cada dia, a necessidade de maior produção de alimento. Com isso, expandiram-se as áreas agricultáveis em todo mundo, impulsionado pelo uso da irrigação, para tornar produtivas as regiões áridas e semi- áridas, bem como complementar as necessidades hídricas das regiões úmidas. No Brasil, a área irrigada corresponde a três milhões de hectares, ocupando o 18º lugar no mundo em termos de área irrigada; quando se leva em consideração a relação área irrigada/área total cultivada, o Brasil encontra-se no 23º lugar, com 5% da área total cultivada (Hoffman & Evans, 2007), mas produzindo mais de 17% da produção total. Por essa capacidade produtiva e maior necessidade de se produzir por unidade de área, a tendência atual é de um crescimento acelerado das áreas irrigadas. Por outro lado, a expansão das áreas irrigadas tem causado alguns problemas, dentre eles, destaca-se a salinização do solo. Isso ocorre pelo fato da água de irrigação apresentar sais dissolvidos que, mesmo em baixa concentração, podem ser incorporados ao solo, o qual pode se tornar salino em poucos anos (Medeiros, 2001). Segundo Ayers & Westcot (1999), quanto maior o conteúdo de sais no solo, maior será o esforço que a planta terá para absorver a água; assim, ocorre a diminuição no consumo da planta à medida que cresce a concentração de sais na zona radicular das culturas (Allen et al., 1998; Medeiros, 1998). Na agricultura irrigada, a qualidade da água deve ser questionada antes do início do cultivo, pois se trata de um dos fatores que tem limitado ou impossibilitado a expansão da produção agrícola nas regiões áridas e semi- áridas do mundo. Além disso, a alta taxa de evapotranspiração e a baixa pluviosidade contribuem para a salinização dos solos irrigados. Embora as águas salinas tenham sido consideradas inadequadas para a irrigação existem amplas evidencias em todo mundo, que seu uso pode ser viabilizado, desde que adotem técnicas de manejo adequadas e culturas tolerantes á salinidade (Steppunh, 2001). No mundo, numerosos exemplos de empreendimentos agrícolas com sucessos sob condições salinas podem ser citados (Hoffman et al., 1992). Nos Estados Unidos, alfafa, sorgo e trigo são irrigados nos vale de Arkansas e Colorado com água contendo de 1500 a 5000 mg L-1 de sólidos dissolvidos totais (SDT). Bons rendimentos de algodão tem sido obtidos no Uzbekistão irrigando-se com água de drenagem contendo de 5000 a 6000 mg L-1 de SDT. Neste contexto, o grande desafio mundial consiste em aumentar os níveis de produtividade na agricultura, mediante aproveitamento de águas marginais (qualidade inferior), atualmente disponíveis. No Brasil, aproximadamente nove milhões de hectares de solos são afetados pela presença de sais, cobrindo sete Estados. Na região do Nordeste brasileiro, a maior área afetada está localizada no estado da Bahia (44% do total), seguido pelo estado do Ceará, com 25% da área total (Fageria & Gheyi, 1997). Nesses estados, a salinidade tem sido apontada como um dos principais fatores responsáveis pela diminuição no crescimento e na produtividade das culturas (Pereira et al., 2005). Os efeitos negativos da salinidade podem ser observados no “stand” da cultura, no crescimento das plantas e em rendimentos, sendo que em casos extremos pode haver até perda total da cultura (Richards,1954). Portanto,o manejo de água nas áreas irrigadas, associada ao manejo do solo e das culturas é fundamental para manter a atividade da agricultura irrigada por várias gerações. Neste contexto, em seguida serão apresentadas informações sobre a origem da salinização dos solos em Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais 290 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento áreas irrigadas, a importancia da qualidade da água, os efeitos prejudiciais dos sais para o solo e as culturas, os fatores de manejo que controlam os efeitos da salinidade para planta, a previsão de salinização do solo em áreas irrigadas a partir da qualidade da água de irrigação e manejo da irrigação. ORIGEM DA SALINIDADE EM ÁREAS IRRIGADAS O processo de salinização do solo pode ser ocasionado por processos natural e o induzido (Ferreira, 1998). O natural ocorre através de intemperização das rochas, e os diversos constituintes da mesma que são liberados em forma de compostos simples. Já o processo induzido ocorre pela ação do homem, através do manejo inadequado da irrigação, excesso de fertilizantes e drenagem deficiente em regiões áridas e semi-áridas. Embora a fonte principal de todos os sais encontrados no solo seja a intemperização das rochas, no entanto, raros são exemplos onde esta fonte de sais tenha provocado problema de salinização do solo (Richards,1954). Frequentemente, problemas de salinidade tem sido associados a água de irrigação e a presença de lençol freático não controlado, situado entre os primeiros metros do solo. Normalmente, a salinidade em áreas irrigadas na região nordeste é consequência da drenagem interna deficiente dos solos juntamente com a evaporação superior a precipitação, onde essa excessiva evaporação produz acumulação de sais solúveis e o incremento do sódio trocável na superficie do solo (Barros et al., 2004). De maneira geral, o processo de salinização pode ser evitado ou desacelerado caso ocorram precipitações pluviométricas concentradas em quantidades suficientes, associadas à boa permeabilidade do solo ou sistema de drenagem eficiente, promovendo assim uma lavagem natural do perfil (Medeiros, 1998). Estima-se em aproximadamente 30% da área dos projetos públicos de irrigação do Nordeste brasileiro é afetado por salinidade (Bernardo, 1995). Nesses perímetros irrigados do Nordeste, segundo Goes (1978), cerca de 25% a 30% das áreas irrigadas apresentam problemas de salinidade, percentagem esta considerada bastante conservadora, pois levantamento detalhado realizado por Cordeiro et al. (1988), mostrou que 24% da área de projeto de irrigação de São Gonçalo, PB, estão afetados por sais, isto sem considerar as áreas já abandonadas. QUALIDADE DA ÁGUA DE IRRIGAÇÃO Partindo-se do princípio de que todas as águas contêm sais, mesmo utilizando águas para irrigação que apresentam reduzidas concentrações, existe um certo potencial de salinização em condições de chuvas e/ou drenagem insuficientes. Normalmente, em regiões áridas e semi-áridas, as águas superficiais e subterrâneas apresentam maior concentração salina do que em regiões úmidas e sub-úmidas, o que vai se somar ao problema de salinização e sodificação do solo (Medeiros, 1998). O conceito de qualidade da água refere-se às características que podem afetar as necessidades do usuário, definidas por uma ou mais propriedades físicas, químicas e/ou biológicas. Assim, uma água pode ser considerada de melhor qualidade se produzirmelhores resultados (Figueirêdo, 2008). De acordo com Medeiros et al. (2003), nas regiões áridas e semi-áridas, como acontece mundialmente, o aumento da demanda por água tem levado à utilização da maioria das fontes de boa qualidade disponível e obrigando à utilização de águas que apresentem níveis de salinidade mais elevados. No nordeste brasileiro a maioria das fontes de água utilizada na irrigação apresenta boa qualidade, porém o volume de águas de qualidade inferior e bastante elevado e com custo de obtenção mais barato, que pode ser utilizado para o crescimento da área irrigada (Tabela 1). Existem amplas evidências em todo o mundo, que águas de alta salinidade, classificadas como inadequada para irrigação, podem ser usadas na irrigação de várias culturas selecionadas sob certas condições (Rhoades et al., 2000). Por outro lado, a utilização indiscriminada de águas com concentração elevada de sais pode salinizar os solos, comprometendo a produção das culturas. A classificação proposta pelos técnicos do Laboratório Americano de Salinidade é a mais utilizada no Brasil para classificar as águas destinadas à irrigação. De acordo com Richards (1954), baseia-se geralmente na condutividade elétrica (CE), que indica o risco de salinidade e na razão de adsorção de sódio (RAS) como indicador de sodicidade. As águas dividem-se em quatro classes de acordo com a concentração total de sais solúveis (C1, C2, C3 e C4), cada qual representando condutividades elétricas de 0-0,25; 0,25-0,75; 0,75-2,25; 2,25-4,00 dS m-1, respectivamente. Para se determinar a viabilidade do uso de uma determinada água de irrigação, deve-se levar em consideração a concentração e composição química da mesma, a tolerância das culturas aos sais, as propriedades físicas e químicas do solo, as práticas de 291Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais manejo do solo, água e culturas, as condições climáticas, o método de irrigação e as condições de drenagem (Medeiros, 1998). Segundo Rhoades et al. (1992) a utilização das águas para irrigação depende das condições de uso, incluindo- se culturas, clima, solos, métodos de irrigação e práticas de manejo, o que torna as classificações de água quanto à salinidade não aconselhadas para avaliar a adequabilidade da água de irrigação. No entanto, os mesmos autores sugerem que, com o propósito de identificar os níveis de salinidade de água, é necessário dispor de um esquema de classificação, sugerindo a mesma em termos de concentração de sais, expressos em condutividade elétrica e o tipo de água correspondente dentro das classes (Tabela 2). No Estado do Rio Grande do Norte, a água usada na região produtora de melão é proveniente de poços artesianos profundos que, embora de boa qualidade, apresenta alto custo de obtenção, impossibilitando o uso por parte de pequenos produtores, e vem levando os grandes produtores a buscarem fontes alternativas de água, como poços abertos no calcário Jandaíra, a um custo consideravelmente menor. Entretanto, essas fontes de água apresentam níveis elevados de sais, podendo causar a salinização dos solos e prejudicar o rendimento das culturas. Segundo Medeiros (1992) e Oliveira & Maia (1998) são relativamente elevadas as concentrações de sais nas águas do aquífero calcário, às vezes superando 2000 mg L-1 (aproximadamente 3,0 dS m-1). Neste caso, sua utilização fica condicionada à tolerância das culturas à salinidade e ao manejo da irrigação, com vistas ao controle da salinização das áreas. EFEITOS PREJUDICIAIS DOS SAIS NAS ÁREAS IRRIGADAS Efeitos da salinidade da água sobre o solo O acúmulo de sais solúveis, e especificamente de sódio, no solo, além de reduzir o potencial osmótico da solução do solo, produz alteração no pH, desbalanceamento nutricional e desestruturação de seus agregados. O efeito dos sais sobre a estrutura do solo ocorre basicamente pela interação eletroquímica existente entre os cátions e a argila. A característica principal deste efeito é a expansão da argila quando úmida e a contração quando seca, devido o excesso de sódio trocável. Se a expansão for exagerada, poderá ocorrer a fragmentação das partículas, causando a dispersão da argila e modificando a estrutura do solo. Em geral, os solos sódicos, ou seja, com excesso de * As águas de poço, sobretudo as ricas em bicarbonatos, o pH 24 horas após coletados pode passar para valor superior a 8,0. Fonte: Gheyi et al., 2001; Medeiros et al., 2003. Tabela 1. Composição química de águas utilizadas para irrigação no NE Tabela 2. Classificação das águas em função da condutividade elétrica (CE) em dS m-1 e concentração de sais em mg L-1 Cátions (mmolc L-1) Ânions (mmolc L-1) Tipos de Água 292 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento sódio trocável, apresentam problemas de permeabilidade e qualquer excesso de água causará encharcamento na superfície do solo, afetando a germinação das sementes e o crescimento das plantas, por falta de aeração (Medeiros et al., 2008). Várias são as causas que podem levar à salinização do solo. Geralmente, a origem dos sais está relacionada à drenagem deficiente do solo. Os sais tendem a se acumular no solo devido à ascensão capilar do lençol freático e evaporação da água, na ausência de lixiviação. O uso excessivo de fertilizantes, a influência de ventos que carregam sais encrostados na superfície de solos altamente salinos para outras áreas e inundações de áreas cultivadas pela água do mar devido à maré alta, também podem ser a causa de salinização do solo (Blanco, 1999). A acumulação de sais solúveis torna o solo floculado, fofo e bem permeável; o aumento do sódio trocável poderá torná-lo adensado, compacto em condições secas, disperso e pegajoso em condições molhadas. A dispersão do solo poderá ser explicada pela teoria da dupla camada difusa (DCD) de Gouy & Chapman. A micela do solo ou partículas de argila contém cargas negativas, as quais são equilibradas pela adsorção de uma quantidade equivalente dos cátions presentes na solução. Os cátions são atraídos pela superfície das partículas de solos e, portanto, a concentração relativa dos cátions perto da superfície é maior do que em qualquer lugar afastado desta, tornando a distribuição resultante em uma camada dupla difusa. Por outro lado, os ânions, por terem carga negativa, são repelidos e sua concentração relativa perto da superfície é igual a zero. A uma certa distância da superfície da micela, as concentrações de cátions e ânions tornam-se equivalentes. O espaço onde as concentrações de cátions e ânions são diferentes é conhecido como espessura da DCD, que varia com a concentração da solução e a valência dos cátions. Os cátions bivalentes (Ca e Mg) são atraídos pela superfície da micela mais fortemente do que os monovalentes (Na e K). Assim, com o aumento da relação Ca/Na na solução do solo, o tamanho da dupla camada diminui, acontecendo o mesmo quando aumenta a concentração da solução do solo (Bohn et al., 1985). Quanto maior ou menor for a DCD, maior a facilidade, respectivamente, de dispersão ou floculação dos colóides do solo. No solo, a quantidade de sódio trocável (NaT) em relação a sua capacidade de troca catiônica, denominada de percentagem de sódio trocável (PST), associada a concentração total da solução solo, são as grandes responsáveis pela agregação e dispersão das partículas coloidais. A PST do solo pode ser estimada a partir da composição da solução do solo, medida no extrato de saturação partindo da equação de Gapon (Richards, 1954): MgCa NaK MgCa Na G TT T em que o primeiro membro da Eq. (1) representa a relação de sódio trocável (RST), com o sub-índice “T” denotando íons trocáveis em cmolc kg-1, KG representa o coeficiente de Gapon, variando de 0,008 a 0,016 e a razão do segundo membro, denominada de relação de adsorção de sódio (RAS), é composta pela concentrações dos íons no extrato de saturação do solo, em mmol L-1. Considerando que em solos afetados por sais, os cátions trocáveis do solo correspondem ao Ca, Mg e Na, a PST pode ser calculadapor: RASK1 RASK100 100 RST1 RSTPST G G Gheyi (1986) estudou a troca entre sódio-cálcio em solos aluvionais (fração argila) dos perímetros irrigados do Estado da Paraíba, utilizando-se metodologia proposta por Fletcher et al. (1984) e soluções mistas de Na-Ca em várias proporções (RAS variando de 0 a 150 (mmol L- 1)0,5), porém concentração total (Ca2++ Na+)-2 constante de 50 mmolc L-1 e constatou existência de uma correlação altamente significativa entre RST e RAS (r2 = 0,987), permitindo a estimativa da PST do solo a partir da RAS. )0122,0RAS01407,0(1 )0122,0RAS01407,0(100PST As curvas de isotermas de troca sódio-cálcio mostraram que o cálcio é adsorvido com preferência no solo, e a presença de cálcio solúvel entre 20 e 30% na solução foi suficiente para evitar que o solo atingisse PST superior a 15. A dispersão (liberação das plaquetas individuais de argila dos agregados) é primariamente importante em solos que contêm quantidades substanciais de minerais filossilicatados de argila com camadas expansíveis (esmectitas e montmorilonitas) nos quais a PST excede cerca de 15%. A dispersão e a desestruturação (desarranjo dos agregados em subagregados) do solo pode ocorrer mesmo em condições de baixos valores de PST (< 15), desde que, a concentração eletrolítica seja suficientemente baixa. A reunião de agregados resulta em mais espaço poroso que o de partículas individuais ou de microagregados; portanto, a permeabilidade e a (1) (2) (3) 293Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais friabilidade são melhores em condições de solo agregado (floculado). As micelas dispersas de argila ou microagregados podem alojar-se nos poros reduzindo, também, a permeabilidade. Assim, soluções de solo compostas de altas concentrações de solutos (salinidade) ou com predominância de sais de cálcio e magnésio, proporcionam aos solos boas propriedades físicas. Reciprocamente, baixas concentrações de sais e proporções relativamente altas de sais de sódio afetam drasticamente a permeabilidade e a friabilidade, enquanto o alto valor de pH (>8) também afeta adversamente a permeabilidade e a friabilidade, porque aumenta a quantidade de cargas negativas da argila e da matéria orgânica e, ainda, as forças repulsivas entre elas (Rhoades et al., 2000). A elevação do pH do solo afeta a fertilidade do solo, diminuindo principalmente a disponibilidade de fósforo e de micronutrientes. A infiltração refere-se à facilidade com que a água atravessa a superfície do solo, e é medida em termos de velocidade. Uma velocidade de infiltração (VI) de 3 mm h-1 considera-se baixa, enquanto que acima de 12 mm h-1 é relativamente alta (Ayers & Westcot, 1999). Decréscimos na velocidade de infiltração do solo geralmente ocorrem na época de irrigação, por causa da gradual deterioração da estrutura do mesmo e formação de um “lacre”, crosta superficial (arranjo horizontal em camadas das partículas de solo) como consequência de sucessivas irrigações (sedimentações, eventos de molhamento e secamento). A VI é ainda mais sensível ao sódio trocável, à concentração eletrolítica e ao pH, que a condutividade hidráulica, o que se deve à expressiva vulnerabilidade da camada superior do solo às forças mecânicas, as quais aumentam a dispersão das argilas, a desestruturação dos agregados e o movimento da argila desagregada no solo próximo à superfície, e também à baixa concentração eletrolítica que, geralmente, existe aí, em particular sob condições de chuva. As crostas, devido à deposição, frequentemente ocorrem em sulcos irrigados, onde partículas de solo, suspensas na água, são depositadas quando a vazão de água é baixa ou quando a água se infiltra. A condutividade hidráulica de tais crostas é frequentemente, de duas a três vezes menores, em ordem de magnitude, que a do solo abaixo, especialmente quando a concentração eletrolítica da água infiltrada está reduzida e o sódio trocável, está elevado. A adição de gesso (tanto no solo como na água) pode frequentemente ajudar, de maneira apreciável, na prevenção ou alívio dos problemas de redução da VI ou condutividade hidráulica. Valores representativos críticos de RAS ajustada ou corrigida (aproximadamente igual à PST) e condutividade elétrica da água de infiltração para manutenção da permeabilidade do solo, são mostrados nas Figuras 1 e 2. A relação de adsorção de sódio (RASc), conforme Suarez (1982), é recomendada por Ayers & Westcot (1999) e Rhoades et al. (2000). Figura 1. Valores limites da RAS corrigida (ou da RAS na superfície do solo) e CE da água de irrigação associados à probabilidade de redução substancial na infiltração da água no solo (adaptado de Rhoades, 1982) Figura 2. Redução relativa da infiltração, provocada pela salinidade e relação de adsorção de sódio ajustada da água de irrigação (Ayers & Westcot, 1999) Para Medeiros & Gheyi (1997), o nível de salinidade dos solos deve ser sempre inferior ao nível nocivo às plantas cultivadas. Assim, o monitoramento direto da salinidade na zona radicular é recomendado para avaliar a eficiência dos diversos programas de manejo nas áreas irrigadas. Essas águas nem sempre são adequadas para irrigação, contribuindo para o aparecimento de problemas de salinidade e, consequentemente, problemas nutricionais do cultivo, resultando em prejuízos para os agricultores. A água de irrigação, mesmo de baixa Condutividade elétrica da água de irrigação (dS m-1) RA Sc o u RA S da s up er fíc ie d o so lo ( m m ol L -1 )0 ,5 Salinidade da água de irrigação (dS m-1) RA Sc d a ág ua d e ir ri ga çã o (m m ol L -1 )0 ,5 294 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento salinidade, pode se tornar um fator de salinização do solo se não for manejada corretamente (Ayers & Westcot, 1991). Silva et al. (2007) estudando o risco de salinização em quatro solos do Rio Grande do Norte sob irrigação com águas salinas verificaram que o uso de águas de condutividade elétrica crescente promoveu a elevação do pH, da CEes e da RAS no extrato de saturação dos solos. O aumento na relação de adsorção de sódio das águas promoveu o incremento dos efeitos das soluções salinas sobre os solos indicando a necessidade do monitoramento da qualidade da água e das propriedades físico-químicas dos solos submetidos a irrigação com águas salinas. Efeitos dos sais sobre as plantas As plantas em ambientes com alta concentração de sais podem sofrer estresse de duas maneiras: em razão da baixa disponibilidade de água no solo, em consequência da diminuição do potencial osmótico na zona radicular, e pelo efeito de altas concentrações de íons específicos (Marron, 2001). Dias et al (2003) relatam que dependendo do grau de salinidade, a planta em vez de absorver, poderá até perder a água que se encontra no seu interior. Esta ação é denominada plasmólise, e ocorre quando uma solução é altamente concentrada é posta em contato com a célula vegetal. O fenômeno é devido ao movimento da água que passa das células para a solução mais concentrada. Deste modo, energia necessária para absorver água de uma solução salina é adicional a energia requerida para absorver água de uma solução de solo não salina. Os efeitos da salinidade nos vegetais caracterizam-se por redução e não uniformidade do crescimento, presença de coloração verde-azulado e queimaduras nas bordas das folhas das plantas (Richards, 1965). Por outro lado, a salinidade pode afetar positivamente a composição e o crescimento de algumas planta, pode promover o crescimento de halófitas ou incrementar a produção ou a qualidade de frutos (Pastercak et al 1987). Os efeitos causados pela toxidade acontecem quando as plantas absorvem os sais do solo, juntamente com a água, permitindo que haja toxidez na planta por excesso de sais absorvidos. Este excesso promove então desbalanceamento e danos principalmente na bordadura e no ápice das folhas, a partir de onde a planta perde, por transpiração, quase que tão somente água havendo, nessas regiões acumulo do sal translocado do solopara a planta para obviamente, intensa toxidez de sais (Dias et al 2005). Sabe-se que as diferentes espécies e cultivares de plantas reagem diferentemente à salinidade, havendo para cada espécie ou cultivar um limite tolerável de salinidade que não causa redução na produtividade potencial (salinidade limiar – SL) a partir do qual a produtividade passa a diminuir a medida que se incrementa a salinidade do solo (Ayers & Westcot,1991; Roades et al,1992). Para Maas & Hoffmam (1997), além de haver diferenças de tolerância entre as espécies e cultivares, dentro de uma mesma espécie pode também existir diferenças entre as fases fonológicas. A resposta das plantas aos sais depende, sobretudo, do tipo de sal, método e frequência de irrigação (Roades etal., 1992). A tolerância de várias culturas a salinidade é convencionalmente expressa, segundo Maas & Hoffmam (1977), em termos de rendimento relativo (Y), o valor de salinidade limiar (SL) e decréscimos percentuais de produção por unidade de aumento da salinidade acima da salinidade limiar (b) onde a salinidade do solo é expressa, de CEes em dS m-1 , como segue: CEmax CEes SL para CEmax CEes para 0 SL) - CEesb - 100 SL CEes para 100 Y em que,Y é o percentual de rendimento esperado sob condições salinas, em relação ao obtido sob condições não salinas, mantidas comparáveis para as demais condições e CEmax é salinidade do solo que o rendimento tende a ser zero. Este uso da CEes para expressar o efeito da salinidade na produção, implica no fato de que as plantas respondem primariamente ao potencial osmótico da solução do solo. A tolerância relativa da maioria das culturas é suficientemente conhecida, o que enseja a preparação de diretrizes técnicas da salinidade. A Figura 4 mostra, esquematicamente, os grupos de tolerância relativas das culturas e a Tabela 3 inclui valores de tolerância de algumas culturas extensivas, hortaliças e frutíferas, a qual se refere à salinidade da água de irrigação e a salinidade medida no extrato da pasta saturada do solo (CEes). Os valores deverão ser considerados apenas como de tolerância relativa entre os grupos de culturas, pois os valores de tolerância absoluta variam com o clima, condições de solo e práticas culturais. Esses limites de salinidade foi calculado, considerando que a relação entre salinidade do solo e da água (CEes = 1,5 CEa) e a fração de lixiviação equivalente a 15-20 %, (4) 295Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais adotando-se um modelo de absorção de água na zona radicular igual a 40-30-20-10 (padrão de extração normal). O rendimento potencial zero implica na salinidade máxima teórica (CEes) com a qual cessam o crescimento e o desenvolvimento da planta. Merrill (1976), a salinidade dos solos e resposta das plantas à salinidade são afetadas pelas características de retenção de água do solo, frequência de irrigação, fração de lixiviação adotada e salinidade da água de irrigação. Baseado nesse estudo para as condições de equilíbrio, Rhoades et al. (2000) retirou as seguintes conclusões: i) A salinidade da água de irrigação e a FL são combinadas para se estabelecer a distribuição de estresse osmótico na zona radicular e o seu valor médio na zona radicular; ambos também afetando o potencial total médio; ii) a fração de lixiviação tem pouco efeito no potencial mátrico médio, mas a frequência de irrigação afeta significativamente, devido a depleção de água entre irrigações e características de retenção de água do solo; iii) a duração do estresse, tais como “dias de estresse”, é afetado pela salinidade da água de irrigação, fração de lixiviação, frequência de irrigação e características de retenção de água do solo; iv) embora a importância desses índices de “status” de água na resposta das culturas possa variar com a tolerância das plantas, a composição da água, propriedades do solo e condições de estresse climático parecem justificar a conclusão de que, onde águas salinas são usadas para irrigação, a FL deveria ser aumentada para elevar o potencial osmótico e, todos outros fatores sendo mantidos constantes, a frequência de irrigação deveria ser aumentada para elevar o potencial mátrico, que combinados maximizam o potencial total e minimizam a duração dos “dias de estresse”; v) a salinidade média no espaço (profundidade) deveria ser um índice razoavelmente bom de resposta das plantas à salinidade da água do solo nos casos onde o estresse mátrico é significativo, como nas condições de irrigação pouco frequente, devido a dependência acentuada da duração de “dias de estresse” à fração de lixiviação. Isso é assim porque a FL primeiramente afeta o nível de salinidade no fundo da zona radicular; entretanto, um parâmetro de salinidade que está relacionado à distribuição da salinidade, especialmente da salinidade da parte inferior da zona radicular, deveria ser usada como um índice aproximado para estimar a resposta das culturas para o caso de irrigação pouco frequente. vi) quando o intervalo entre as irrigações é prolongado, a duração de estresse aumenta e menos condições é dada para o desenvolvimento da cultura “vir equiparar-se” a irrigações frequentes. A diminuição do potencial osmótico associada a frações de lixiviação pequenas e ao uso de águas de irrigação salina, torna-se especialmente perigosa, porque o nível de “estresse Figura 3. Curva típica de tolerância das culturas à salinidade, mostrado os parâmetros salinidade limiar (SL) e o declínio de rendimento ou perda relativa (b) Figura 4. Limites de tolerância à salinidade das culturas (Maas, 1984) FATORES QUE AFETAM A SALINIDADE DO SOLO E RESPOSTA DAS CULTURAS À SALINIDADE Fatores que afetam a salinidade do solo e respostas das culturas à salinidade Sendo a salinidade do solo expressa pela concentração dos sais no extrato de saturação, e que o valor médio do perfil de salinidade na profundidade da zona radicular é o parâmetro utilizado para correlacionar com o rendimento da cultura, os fatores de manejo que interferem na distribuição dos sais no perfil e na diluição dos sais na solução do solo são preponderantes na resposta das plantas à salinidade. Conforme Rhoades et al. (2000), como foi mostrado pelo estudo de modelagem conceitual de Rhoades & Salinidade do solo (dS m-1) R en di m en to r el at iv o (% ) dS m-1 R en di m en to r el at iv o (% ) 296 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento Tabela 3. Tolerância das culturas herbáceas à salinidade1 (adaptado de Maas, 1986) 1 Esses dados servem apenas como indicativo da tolerância relativa entre culturas. Tolerância absoluta depende do clima, das condições do solo e práticas culturais 2 Os nomes botânicos e comuns em inglês, conforme a convenção de “Hortus Third”, quando possível 3 Em solos gipsíferos, as plantas toleram CEes cerca de 2 dS/m acima do indicado 4 T = Tolerante, MT = Moderadamente Tolerante, MS = Moderadamente Sensível e S = Sensível. Classes com * são estimativas 5 Como arroz é cultivado sob condições de inundação, os valores se referem às condutividades elétrica da água do solo, enquanto plantas estão inundadas. Menos tolerantes durante fase de plântula crítico” do potencial total será alcançado mais rapidamente (para uma dada quantidade de uso de água), quanto maior for o potencial osmótico no começo da depleção de água; vii) sob condições de irrigações mais frequentes, a resposta das plantas à salinidade deveria torna-se relativamente mais relacionada à salinidade da água de irrigação (CEa) e potencial osmótico médio, do que à FL Classe de Tolerância4 297Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais e salinidade média com a profundidade. Alguns resultados experimentais confirmam isso (Meiri, 1984; Bresler & Hoffman, 1986; Bresler, 1987). Em seguida serão discutidos os diferentes fatores que afetam a salinidade do solo e resposta das plantas à salinidade. Salinidade integrada no espaço e no tempo No campo, a distribuição dos sais nem é uniforme no espaço (profundidade),nem é constante com o tempo. A aplicação de resultados experimentais dos estudos de tolerância à salinidade das culturas para as condições de campo, requer conhecimentos de resposta das plantas à salinidade variando com o tempo e profundidade. Até o momento, muitos experimentos de campo têm sido conduzidos considerando a hipótese que as plantas respondem à salinidade média da zona radicular a estação de crescimento. Rhoades (1972) introduziu o conceito de salinidade média integrada da solução do solo, ao longo do ciclo de irrigação, para considerar as variações de salinidade entre irrigações. Conforme Rhoades & Merrill (1976), a salinidade média da água do solo, em determinado intervalo de tempo, é maior em solos que são irrigados com menor frequência, quando se mantêm outros fatores constantes. Ingvalson et al. (1976) correlacionaram rendimento de alfafa, obtido sob condições de salinidade, para vários índices de salinidade, e verificaram que o rendimento foi melhor correlacionado à salinidade da água de drenagem do que à da água de irrigação. Também, correlacionou- se melhor à salinidade média integrada no tempo e no espaço (profundidade), do que com a salinidade média da zona radicular e ponderada com a absorção de água, embora estes índices tenham mostrado correlações relativamente altas. Vale salientar que o método de irrigação adotado era inundação intermitente e a frequência das aplicações de água correspondia a de irrigações convencionais. Meiri & Polijakoff-Mayber (1970) observaram que a área foliar relativa do feijão, de diferentes experimentos de salinidade, foi afetada linearmente com a salinidade. Integração com a profundidade: Em experimento de campo, para estabelecer a tolerância à salinidade do milho, Hoffman et al. (1983), utilizando dois métodos de irrigação (microaspersão e subirrigação), obtiveram perfis de salinidade do solo diferentes para cada método de irrigação, entretanto, as curvas de resposta de tolerância à salinidade para os métodos de irrigação, usando a salinidade média linear do perfil para todos os níveis de salinidade testados durante os três anos de experimento não diferiram estatisticamente. Isso sugere que as plantas respondem a média aritmética dos valores de salinidade da zona radicular. Os resultados dos estudos de milho em solos orgânicos concordam com resultados de experimento de campo em Israel com solo mineral cultivando amendoim e tomate e com resultados da Califórnia para alfafa (Hoffman et al., 1992). Integração no tempo Para avaliação, a salinidade do solo é tipicamente monitorada no começo e fim do ciclo da cultura e os valores são usados para determinar a salinidade média do solo. Em experimentos, a salinidade do solo é normalmente monitorada com maior frequência. Relacionar a resposta das culturas à salinidade do solo integrada no tempo é difícil porque, para algumas culturas, a sensibilidade varia com o estádio de desenvolvimento. Bernstein & Pearson (1954), comparando a influência de um nível constante de salinidade com níveis crescendo e diminuindo, em vários ciclos, porém mantendo o valor médio do potencial osmótico idêntico ao produzido pelo nível constante, concluíram que o pimentão respondeu a salinidade média do período, independente se variava ou não durante o desenvolvimento da cultura, enquanto o tomate foi mais afetado por períodos de alta salinidade. Então, a resposta à salinidade média do período é provavelmente uma estimativa razoável, a não ser que valores de salinidade durante o ciclo oscilem ao redor da salinidade limiar da cultura ou, como foi provavelmente o caso para tomate, existam alguns valores de salinidade que excedam a faixa de resposta linear na curva de tolerância à salinidade. Avaliar a resposta de culturas perenes à salinidade no tempo é mais complexo do que para as anuais, porque o rendimento pode ser afetado pela salinidade do solo de anos anteriores. É difícil explicar como ocorre a compensação do efeito da salinidade devido períodos de dormência e mudanças drásticas do tempo como as monções, chuvas de inverno ou grandes mudanças da demanda evaporativa da atmosfera. Segundo Hoffman et al. (1992), o período de tempo apropriado para determinar a salinidade média dependerá da cultura e de seu ambiente. Frequência de irrigação Para o cultivo em solos salinos a frequência de irrigação é um fator muito importante, pois, quanto maior a frequência, menor será a concentração dos sais, devido ao efeito da diluição. Poucas evidencias experimentais existentes, entretanto, sustentam como recomendação 298 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento comum, que o intervalo de irrigação deveria ser diminuído quando se utiliza água salina (Hoffman et al.,1992). Quando o solo seca devido à evapotranspiração, depois de uma irrigação, os potenciais mátrico e osmótico diminuem. A taxa de decréscimo depende da taxa de evapotranspiração e da relação entre o potencial mátrico e o teor umidade do solo. A taxa de secamento do solo decresce quando o potencial osmótico diminui, produzindo, assim, um maior potencial mátrico antes da próxima irrigação. Contrapondo a esse processo, o intervalo de irrigação influencia na forma da distribuição de sais no perfil e no nível total de salinidade do solo Conforme Ayers & Westcot (1999), o momento da lixiviação não é o fator decisivo, a menos que a concentração de sais exceda o limite de tolerância da cultura por tempo prolongado. Pelo suposto, isto não quer dizer que a lixiviação tenha menos importância relativa, pelo contrário, para evitar a acumulação excessiva e perigosa é imprescindível que se satisfaça a necessidade de lixiviação. A frequência de lixiviação deve ser tal que permita manter a salinidade abaixo da concentração que ocasionaria reduções inaceitáveis nos rendimentos. Isso implica que a lixiviação pode ser praticada a cada irrigação, com irrigações intercaladas, ou ainda, com menos frequência, como em cada período (estação) ou intervalos ainda maiores. Em muitos casos, as irrigações de aplicações aceitáveis, satisfazem as necessidades de lixiviação e, portanto, aplicar água adicional para lavar sais poderá ser desnecessário. A lâmina de lixiviação, que controla a acumulação de sais na zona radicular das culturas irrigadas, depende da concentração salina da água, do método de aplicação, da precipitação pluviométrica e das peculiaridades do solo (Kelley, 1963). Segundo Bower et al. (1969), frações de lixiviações maiores produzem perfis de salinidade mais uniforme. Shalhevet & Reiniger (1964), durante o ciclo de culturas anuais, observaram que com lixiviações elevadas houve aumento gradativo da salinidade com a profundidade, enquanto pequenas frações de lixiviação induziram maior concentração na parte intermediária da zona radicular. Considerando a salinidade do solo, Meire & Shalevet (1973) concluíram que lixiviações mais frequentes proporcionaram maiores salinidades na zona radicular no final do experimento, no cultivo de pimentão. Necessidade de lixiviação A forma de controlar o acúmulo de sais no solo é pela lixiviação, que pode ser proporcionada pela precipitação pluvial ou pela aplicação de uma lâmina de água de irrigação superior aquela requerida pela cultura, fazendo com que uma fração da água aplicada percole abaixo da zona radicular, lixiviando parte dos sais acumulados. A lixiviação é a chave da irrigação bem sucedida onde a salinidade é excessiva, e também é considera como o único meio pelo qual a salinidade do solo pode ser mantida em níveis aceitáveis sem riscos para as culturas. Pois, quanto mais salina é a água de irrigação ou mais sensível é a cultura à salinidade, a mais lixiviação deve existir para manter o rendimento da cultura explorada. A necessidade de lixiviação (NL) é a fração mínima da quantidade total de água aplicada que deve passar através da zona radicular, para prevenir a redução no rendimento da cultura. Devido à condutividade elétrica (CE) ser facilmente medida e quase linearmente relacionada com a concentração de uma soluçãodo solo relativamente diluída, comumente substitui-se a concentração por CE. Para Rhoades et al. (1992), a necessidade de lixiviação é outro aspecto do manejo da irrigação, além da frequência de irrigação, que influencia na resposta das culturas à salinidade da água de irrigação. Ele não é suficientemente entendido, especialmente quando suas interações de equilíbrio com a frequência de irrigação são consideradas em conjunto. Bower et al. (1969) considera quando o solo está em condições de equilíbrio com a salinidade da água de irrigação, a interação entre concentração de sais da água de irrigação e a fração de lixiviação é quem primeiramente determina a concentração e a distribuição de sais na zona radicular, assim, como o valor médio do potencial osmótico da água do solo. A fração de lixiviação é também o principal fator de manejo que afeta a salinidade ponderada com a absorção de água. Isso pode ser verificado na Eq. (2), desenvolvida por Bernstein & François (1973b) para descrever a concentração média de sais considerando a absorção de água pela planta, C , que é independente do padrão de absorção de água pelas raízes (Hoffman & van Genuchten, 1983; Smith & Hancock, 1986): sendo: Va e Vr - volume de água de irrigação infiltrado e drenado, respectivamente; Ca e Cr - concentração das águas de irrigação e drenada, respectivamente; FL - fração de lixiviação, que é a relação entre a lâmina drenada e a irrigação. (5) 299Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais A equação acima aplica-se somente para a condição em que ocorre conservação de massa, ou seja, Ca. Va = Cr.Vr (Medeiros, 1998). Entretanto, segundo Ingvalson et al. (1976), pode ser modificada para considerar efeitos de precipitação ou dissolução de sais como segue: FL cFLln FL1 baC em que, “a”, “b” e “c” são considerados constantes empíricas da equação polinomial de 2ª ordem, que descreve a concentração da solução do solo para uma dada água de irrigação como função de (1/F) derivada do modelo “Watsuit” (Rhoades et al., 1992). Segundo Raats (1974), C não é corretamente descrito pelas equações acima, quando a dispersão hidrodinâmica e difusão afetam apreciavelmente a distribuição de sais na zona radicular. De acordo com Rhoades (1974), para culturas específicas e aproximações mais exatas de NL, pode-se utilizar a seguinte equação: em que a NL é a necessidade de lixiviação mínima que se necessita para controlar os sais dentro do limite de tolerância da cultura, empregando-se métodos de irrigação convencional; CEa é salinidade da água de irrigação, em dS m-1, e CEes* é a salinidade média do extrato de saturação do solo, em dS m-1, que representam a salinidade tolerada pela cultura considerada. A necessidade de lixiviação (NL) para o controle da salinidade, também pode ser determinada usando as relações apresentadas por Rhoades (1977, 1982), quando se conhece a tolerância da cultura à salinidade, a salinidade da água de irrigação e o tipo de manejo de irrigação. Nesse caso, a relação para “irrigação convencional” é usada onde o solo pode ser deixado secar entre as irrigações, isto é, onde o estresse matricial significante ocorre junto com o estresse osmótico induzido pela salinidade; a relação para “irrigação com alta frequência” é usada onde o solo não seca significativamente entre irrigações. Inerente a essas duas relações, está a mudança no índice de salinidade usado para relacionar a resposta da cultura á salinidade. A salinidade média na zona radicular (média aritmética) é usada para “irrigações convencionais”, enquanto a salinidade da zona radicular ponderada com a absorção de água da cultura é usada para irrigação de alta frequência (Medeiros, 1998). Smith & Hancock (1986) apresentaram a mesma relação e aproximação como a de Bernstein & Francois (1973b), Rhoades (1982), Hoffman & van Genuchten (1983) para calcular NL. Eles sugeriram que a relação ponderada com a extração de água do solo é único método aceitável para calcular a NL. Os resultados da avaliação recente feita por Bresler (1987), quanto a resposta da cultura à salinidade e manejo da irrigação, pode ser interpretado como o suporte do conceito de “NL dual” de Rhoades (1982). O conceito de “NL dual” é um caminho indireto de ajustamento da NL para os efeitos do estresse mátrico sobre a resposta da cultura à salinidade e é recomendada para isto, até que um método mais convincente seja desenvolvido (Rhoades & Loveday, 1990). Para Rhoades et al. (2000), a necessidade de lixiviação é outro aspecto do manejo da irrigação, além da frequência de irrigação, que influencia a resposta das culturas à salinidade da água de irrigação mas é, também suficientemente entendido, especialmente quando suas interações com a frequência de irrigação são juntamente considerados. Com o solo em condições de equilíbrio com a salinidade da água de irrigação e a fração de lixiviação (FL) que determina concentração e distribuição de sais na zona radicular, assim como o valor médio do potencial osmótico da água do solo, como evidenciam os dados de Bower et al. (1969). A fração de lixiviação é também o principal fator de manejo que afeta a salinidade ponderada com a absorção de água. Isso pode ser verificado na equação desenvolvida por Bernstein & Francois (1973) para descrever a concentração média de sais na solução do solo considerando à absorção de água pela planta, C, que é independente do padrão de absorção de água pelas raízes: Shalhevet & Reiniger (1964) observaram, durante o ciclo de culturas anuais que, com lixiviações elevadas, ocorreu aumento gradativo da salinidade com a profundidade, enquanto pequenas frações de lixiviação induziram uma concentração maior na parte intermediária da zona radicular. Para Rhoades et al. (1992) o nível de sais na zona radicular deve ficar abaixo do nível nocivo às plantas cultivadas. Assim, o monitoramento direto da salinidade na zona radicular é recomendado para se avaliar a eficiência dos diversos programas de manejo na área irrigada. Frequência de lixiviação Altas concentrações de sais na porção inferior da zona radicular das culturas pode ser tolerada com efeitos mínimos no rendimento, quando a porção superior é (6) (7) 300 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento mantida com teor de sais relativamente baixo (Bernstein & Francois, 1973). As plantas compensam reduzindo a absorção de água da região mais salina e aumentando a absorção da parte menos salina (Shalhevet & Bernstein, 1968). Embora essa compensação possa ocorrer sem redução de rendimento, questões frequentemente levantadas são: (i) quanto de sais pode ser armazenado na zona radicular antes que a lixiviação seja necessária e (ii) quantas vezes água em excesso deve ser aplicada para proporcionar lixiviação. A maioria das águas de irrigação apresenta salinidade que, mesmo sem lixiviação, muitas irrigações possam ser aplicadas antes que a salinidade atinja níveis prejudiciais às culturas. Esse atraso na lixiviação é claro, depende da tolerância da cultura; mais tolerante a cultura, maior o atraso. Um exemplo de atraso da lixiviação, foi o experimento de lisímetro em casa de vegetação com alfafa usando água de irrigação de 1 dS m-1, em perfis de solo franco arenoso de 0,6, 1,2 e 1,8 m de profundidade, durante 9, 14 e 20 meses, respectivamente (Francois, 1981). O rendimento foi reduzido menos de 25%, embora mais de 14, 30 e 45 Mg ha-1 de sais fossem armazenados na metade inferior dos três perfis sem lixiviação. Assim, quanto mais profundo for o solo, maior será a capacidade de armazenar sais, com redução mínima de rendimento. Reduções drásticas de rendimento somente ocorreram quando os sais começaram a se acumular na porção superior da zona radicular. Considerando a salinidade do solo, Meiri & Shalhevet (1973) concluíram que lixiviações mais frequentes proporcionaram maiores salinidades no final do experimento. Sendo assim, para irrigações de alta frequência, o problema do pico de salinidade mais raso pode ser resolvido aplicando-se as lâminasde lixiviação apenas quando a salinidade do solo atinge valores críticos para as culturas. PREVISÃO DE SALINIDADE EM ÁREAS IRRIGADAS Balanço de sais na zona radicular A água de irrigação contém sais solúveis e seu uso constante, na ausência de lixiviação, faz com que o sal se deposite na zona do sistema radicular devido à evaporação. A remoção de sais da zona radicular para manter a solução do solo a um nível de salinidade compatível como sistema de cultivo depende da manutenção do balanço de sais. Essa lixiviação dos sais é o fator mais importante para evitar a salinização de uma área irrigada. Além disso, vários outros fatores podem ainda afetar o processo de salinização, como a drenabilidade do solo, a precipitação dos sais de baixa solubilidade, manejo da irrigação e manejo agronômico. A salinidade do solo pode aumentar consideravelmente em apenas um período de irrigação com água salina, quando não ocorrem chuvas nesse período (FAO/UNESCO, 1973). Em Israel, o uso de água com uma condutividade elétrica variando entre 0,70 e 4,00 dS m-1 tem aumentado a condutividade elétrica do extrato de saturação do solo de 0,20 a 2,50 dS m-1 após um período de irrigação (Medeiros, 1992). O Comitê de Terminologia da Sociedade Americana de Ciência do Solo classifica um solo de sódico quando este apresenta RAS > 15 meq L-1 e salino para CEes > 2dS m-1 a 25ºC (Glossary of Soiul Science Terms, 1975). Segundo Medeiros (1998), sendo conhecido o teor de sais no início, na zona radicular, pode-se calcular a variação de armazenamento de sais (Z) no intervalo de tempo considerado, como: sendo, Z1 - quantidade de sais na zona radicular (Z = CEcc.Wcc), no início da irrigação ou período considerado, expresso como CEmm, em dS m-1.mm; Wcc - lâmina de água que o solo retém à capacidade de campo (cc) na profundidade da zona radicular, em mm; R*- lâmina de percolação, (mm); I - lâmina de irrigação (mm); Ca - concentração de sais na água de irrigação (dS m-1). Medeiros (1998) considera que a variação de CE da água do solo à capacidade de campo, num período de tempo, pode ser obtida, dividindo-se a variação de armazenamento de sais (Z) pela lâmina de água à capacidade de campo (Wcc). Avaliação da água de irrigação através de simulação e previsão da salinidade do solo Segundo Rhoades et al. (2000), as condições de equilíbrio não ocorrem na maioria das situações encontradas na agricultura irrigada. Nesse caso, são necessários modelos dinâmicos complexos (Bresler, 1987; Bresler & Hoffman, 1986; Letey & Dinar, 1986; Letey et al., 1990; entre outros) para levar em conta as variáveis climáticas, culturas, solos, água, atmosfera, manejo de irrigação e tempo, relacionando as variáveis que influenciam o potencial total da água e seus (8) 301Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais componentes. Entretanto, a maioria dos dados de entrada requeridos por esses modelos não está geralmente disponível para muitas aplicações práticas e existem muitas incertezas a respeito de como relacionar a resposta das culturas à salinidade e ao potencial mátrico variável no tempo e espaço, tal como pode ser previsto por estes modelos. Por estas razões, modelos conceitualmente simplificados, como os existentes para condições de equilíbrio, podem ser mais apropriados para avaliar a adequabilidade da água de irrigação. Estes modelos, provavelmente, fornecem a pior situação que resultaria da irrigação com uma determinada água (Rhoades et al., 2000). Assim, Rhoades & Loveday (1990) e Rhoades et al. (2000) recomendam um modelo para condições de equilíbrio relativamente simples desenvolvido por Rhoades & Merrill (1976). A sequência básica é a seguinte: (1) prever a salinidade, sodicidade e concentração de íons tóxicos da água do solo em uma zona radicular simulada, resultante do uso de uma determinada água de irrigação de dada composição, aplicada com uma fração de lixiviação específica e (2) avaliar o efeito deste nível de salinidade (ou concentração iônica) no rendimento da cultura e do nível de sodicidade sobre a permeabilidade do solo. Também existe uma versão deste modelo, com mais sofisticação, em forma de programa para computador, denominado “Watsuit” (Rhoades & Merrill, 1976). A tendência atual é desenvolver modelos capazes de prognosticar os riscos de salinização e/ou sodificação a partir de dados meteorológicos do local e as características do solo, água e cultura a serem utilizadas. No Brasil, de nosso conhecimento, essa linha de pesquisa ainda encontra-se na fase inicial de adaptação. Os técnicos da CODEVASF elaboraram um mapa de riscos relativos de salinização para bacia do rio São Francisco utilizando dados climatológicos (evapotranspiração e precipitação) e a qualidade da água disponível para irrigação. Por outro lado, a Universidade Federal da Paraíba com base de balanço de sais no solo tem verificado boas correlações entre os resultados simulados e experimentais obtidos em cultivo de banana (Santos, 1997), o mesmo tem sido verificado em plantio de melão, em Mossoró/RN (Costa, 1999), e por Medeiros (1998), sob cultivo de estufa, onde verificou, que em termos médios a salinidade simulada ficou próxima da medida (Tabela 4), divergindo apenas na evolução ao longo do tempo. O valor médio simulado 15 a 20% acima do valor medido pode ser atribuído a posição das coletas das amostras de solo, que foi feita na região central do bulbo, onde a salinidade tendeu a ser menor. O exemplo apresentado em seguida apresenta uma versão adaptada por Medeiros & Gheyi (1997) para cálculo em planilha eletrônica para simular a salinidade no perfil do solo para diferentes valores CE da água e valores de fração de lixiviação, considerando a irrigação convencional e alta frequência. Este procedimento apresenta boa precisão para as águas do Brasil, pois as mesmas, em sua grande maioria são pobres em SO4, não havendo formação de precipitados de sulfato de cálcio. E ainda pode identificar culturas que possam ser exploradas na área em estudo. A mesma planilha utiliza um procedimento, sugerido por Suarez (1981), que é o cálculo da RAS ajustada ou corrigida (RASaj ou RASc) para predizer potenciais problemas de infiltração devido alta concentração de Na ou baixa concentração de Ca na água de irrigação, como também estimar a sodicidade do solo no seu perfil, conforme a equação: 2 CaMg NaRAS e aj em que, Na e Mg são concentrações de sódio e magnésio na água de irrigação, em mmolc L-1 e Cae é teor de cálcio da água, modificado pela pressão parcial do dióxido de carbono (PCO2) exercida no perfil do solo. O valor de Cae representa a concentração final de cálcio que permaneceria na solução do solo, como resultado da aplicação de uma água de determinada salinidade (CEa) e teor relativo de bicarbonato em relação ao cálcio (HCO3/Ca) e foram apresentados por Suarez (1981), na forma de tabela. Medeiros & Gheyi (1997) desenvolveram a partir de um ajustamento matemático dos valores da tabela apresentada por Suarez (1981), adaptando-a às grandezas e unidades a Equação seguinte: Tabela 4. Média ao longo do tempo da salinidade medida e simulada, assumindo a média aritmética para a profundidade da zona radicular de 60 cm, e salinidade medida no final do ciclo. (Medeiros, 1998) (9) 302 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento )999,0r( Ca HCOCE136,0CE47,232,9X 2 3/2 32/1 onde, X é concentração molar de cálcio dissolvido ou precipitado na solução do solo para alcançar o equilíbrio com a calcita, em mmol L-1 e (HCO3/Ca) é teor relativo de bicarbonato em relação ao cálcio, com concentração expressa em mmolc L-1. O valor da concentração de cálcio em equilíbrio na solução do solo, em mmolc L-1, é obtido por: 3/1)CO(e )P(X43,0Ca 2 em que, PCO2 é pressão de CO2 no perfil do solo, em kPa. Para a superfície do solo, usa-se PCO2=0,03 a 0,07 kPa; para a parte da zona radicular mais profunda, na ausência de informações específicas, usa-se valores de 1 e 3 kPa para solos arenosos e argilosos, respectivamente (Rhoadeset al., 2000). Segundo Rhoades & Loveday (1990), o programa “Watsuit” adota para PCO2 na superfície do solo e nos quatros quartos subsequentes, de abrangência do sistema radicular, respectivamente, os seguintes valores: 0,07; 0,5; 0,15; 2,3 e 3,0 kPa. As perdas (ou ganhos) em concentração de Ca são iguais à diferença [(Caa.Fc) – Cae], todos em mmolc L-1, e a perda (ou ganho) correspondente em CE (dS m-1) é igual ao produto de 0,1 vezes esta diferença. Exemplo de aplicação: Avaliar a qualidade da água de irrigação, baseado nas condições de manejo, sabendo-se que vai ser utilizada para irrigar tomate. A composição da água é a seguinte: Cl = 15,3; HCO3 = 7,0; Ca = 9,3; Mg = 4,0 e Na = 10,0 mmolc L-1, CE = 2,3 dS m-1 e pH =7,0. O solo é um Latossolo Vermelho Amarelo Eutrófico com boa drenagem. A área irrigada se localiza em Mossoró-RN, cuja precipitação pluviométrica média é de 700 mm, com uma precipitação efetiva de 420 mm. O padrão de absorção radicular, assumindo quatro camadas, será 60-30-7-3%, que é típico para irrigação de alta frequência, e a pressão parcial de CO2 nas interfaces de cada camada são: 0,07; 0,5; 1,5; 2,3 e 3 kPa. O tomateiro tolera a uma salinidade de 2,5 dS m-1 e a partir daí há uma redução no rendimento da ordem de 10% por unidade de salinidade do solo (CEes). Pede-se: a) Utilizar a planilha eletrônica para simular o comportamento da salinidade do solo para condições de equilíbrio, aplicando diferentes frações de lixiviação. a.1) Estimar o perfil de salinidade sem considerar precipitação de sais para FL = 0,10. a.2) Estimar a composição da solução do solo, assumindo precipitação da calcita, para FL = 0,10. a.3) Determinar a necessidade de lixiviação para se obter rendimento potencial e 90% para irrigação convencional e de alta frequência. Solução: a.1) Previsão do perfil de salinidade para as condições de equilíbrio, sem considerar precipitação de sais: Os cálculos de balanço de sais serão feitos por camada, conforme procedimento mostrado para elaboração da Tabela 4. A lâmina de irrigação necessária para suprir a demanda hídrica da cultura e a fração de lixiviação será: PE1111,1 9,0 1 PE FL1 1 PEI A lâmina percolada abaixo da zona radicular para a FL proposta será: PE1111,0 FL - 1 FLPER 1 (E-P) representa a quantidade da água de irrigação líquida consumida pela cultura. 2 Assume-se que a CE da água percolada é igual a CE da solução do solo à capacidade de campo. a.2) Assumindo a precipitação do Ca. Como a concentração do sulfato na água de irrigação é baixa e o maior fator de concentração da água no solo ser 10, o sulfato irá se concentrar abaixo da solubilidade do sulfato de cálcio. Assim a ocorrência de precipitados deve ocorrer apenas como carbonato de cálcio. Os quadros seguintes apresentam os resultados para cada posição da zona radicular. (10) (11) (12) (13) 303Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais Os procedimentos de como se calcular os valores apresentados nestes dois últimos quadros estão apresentados em seguida: CEr - CE da água percolada das respectivas camadas, sem considerar ocorrência de precipitações. O valor para a posição “0” corresponde a CE da água de irrigação. Fc - fator de concentração da solução do solo, obtido pela razão entre CEr de cada posição da zona radicular e CEa. Na, Mg, Ca, HCO3 e Cl - concentração dos elementos contidos na água de irrigação vezes o fator de concentração de cada posição. RAS determinada pela equação: RAS = Na/ [(Ca+Mg)/2]0,5 RASaj determinada pelas Eqs. 17, 18 e 19 CEas - CE da solução do solo na capacidade de campo, corrigida pela precipitação ou dissolução da calcita, ou seja, CEas=CEr - 0,1.(Ca - Cae). CEesaj - CE da solução do solo (CEas) expressa como do extrato de saturação, obtido por: as cc S es CEU UajCE Assim, CEes e CEes, assumindo a precipitação do CaCO3, foram respectivamente 2,22 e 4,01 dS m-1, representando uma redução de 30,8 e 33,9% em relação aos valores obtidos sem considerar as precipitações. Por outro lado, as médias aritmética e ponderada da RAS apresentaram um aumento de 51,3 e 45,3%, quando se efetuou a correção da precipitação do Ca. a.3- Necessidade de lixiviação para se obter o rendimento potencial de 90%. Considerando os parâmetros de tolerância para o tomate, aplicando a Eq. (1), a salinidade do solo para o rendimento de 90% é de 3,5. Utilizando a planilha de cálculo acima, para FL de 0,02 a 0,30, têm-se os seguintes valores de salinidade do solo para irrigação convencional e de alta frequência: Assim, para irrigação convencional, a necessidade de lixiviação deve ficar por volta de 12%, e para irrigação de alta frequência, 2%. Manejo da água e tolerância das culturas considerando os valores de CE das águas dos poços na região de Mossoró A área explorada sob condições de irrigação no Nordeste do Brasil ainda é pequena (aproximadamente 663.672 ha, em 2001), mas existe potencial para chegar a 1.304.000 ha (Christofidis, 2001). Embora a irrigação seja apontada como uma das alternativas para o desenvolvimento socioeconômico das regiões semi- áridas, ela deve ser manejada racionalmente, a fim de evitar problemas de salinização dos solos e de degradação dos recursos hídricos e edáficos, uma vez que as condições climáticas dessas regiões são extremamente favoráveis à ocorrência desses problemas (Medeiros, 2008). Souza et al. (2000) reforçam que, em áreas irrigadas, o processo de salinização pode acontecer mesmo em solos com boas características, em especial nas situações em que não existe manejo de solo e água adequado. Na realidade, a concentração de sais nos solos irrigados apresenta relação direta com a precipitação total anual, com as características físicas do solo e com as condições de drenagem. Sabe-se que todas as águas utilizadas na irrigação contêm sais, que se concentram no solo à medida que as plantas retiram a água do mesmo. Uma lâmina de 100 mm mesmo com, relativamente, baixo teor de sais (condutividade elétrica de 0,50 dS m-1 ou 320 mg L-1 de sólidos dissolvidos totais), pode incorporar no solo cerca de 320 kg ha-1 de sais, sendo que cada irrigação ou lâmina adicional provocaria um aumento progressivo se estes sais não forem lixiviados ou sofrerem qualquer outra transformação - precipitação ou retirada pelas plantas. Na presença do lençol freático alto, a água ascende por capilaridade na zona radicular à medida que esta é evapotranspirada. A rapidez deste processo depende do manejo da irrigação, da concentração de sais na água do lençol, da profundidade do lençol freático, do tipo de solo e do clima (Ayers & Westcot, 1999). Na agricultura irrigada, a utilização indiscriminada de águas com concentração elevadas de sais pode salinizar os solos, comprometendo a produção das culturas. Porém, existem amplas evidências em todo o mundo, que águas de alta salinidade, classificadas como inadequada 1 Valor calculado fazendo-se a média de cada camada e posterior média das médias parciais. (14) 304 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento para irrigação, podem ser usadas na irrigação de várias culturas selecionadas sob certas condições (Rhoades et al., 2000). Alguns autores (Medeiros et al., 2003; Maia, 1996) verificaram a existência de relações entre diferentes características da água. Na Tabela 5 são apresentadas relações existentes entre a CE e as concentrações de (Ca2++ Mg2+, Ca2+, Na+ e Cl-), as duas podem ser estimadas com boa precisão (R2 > 0,69) a partir da CE, crescendo todos proporcionalmente com a salinidade da água, enquanto o HCO3- não apresentou correlação significativa, mas podendo ser obtido por diferença (HCO3=Ca+Mg+Na-Cl). De uma forma geral, as relações foram similares entre as épocas, exceto para a relação Na x CE, cujas águas mais salina tenderam a apresentar maiores teores de Na. Nas culturas moderadamente tolerantes (mamão, abobrinha, sorgo, etc.) a irrigação convencional pode ser utilizada sem nenhuma restrição quando se utilizar águas com CEa ≤ 1,75 dS m-1,contudoestas culturas não suportam irrigação com águas de CEa ≥ 5dS m-1, sem que haja prejuízo. Para se utilizar águas com CEa de 2,5; 3,5 e 4,5 dS m-1 sem redução do seu rendimento, é preciso adicionar lâmina de irrigação com frações de lixiviação ≥ 5%, 10% e 18%, respectivamente. Utilizando-se irrigação de alta frequência (Figura 6), observa-se que todas as águas avaliadas podem ser aplicadas na irrigação das culturas tolerantes. Para moderadamente tolerantes, existem restrições para águas com CEa > 3,5 dS m-1. Figura 5. Comportamento da CEes em função da CEa e da fração de lixiviação aplicada através de métodos de irrigação convencional e de alta freqüência Tabela 5. Relação entre condutividade elétrica e as concentrações de diferentes íons O uso da irrigação com águas de qualidade inferior em regiões semi-áridas exige manejo adequado, com aplicação de frações de lixiviação e o uso sistemas de drenagem como estratégia para minimizar a acumulação de sais na área do sistema radicular das culturas. Na Figura 5 verifica-se que as culturas classificadas como tolerantes (algodão, coqueiro, grama) podem ser irrigadas sem nenhuma restrição pelo método convencional quando se utiliza águas com CE ≤ 3,5 dS m-1. Já as águas com CEa a 4,5 apresenta restrição para o uso convencional em culturas tolerantes, recomendando-se uma lixiviação de ≥ 8 % . C Ee s (d S m -1 ) Figura 6. Comportamento da CEes em função da CEa e da fração de lixiviação aplicada através de métodos de irrigação de alta freqüência FL (%) C Ee s (d S m -1 ) FL (%) Para a cultura do melão, considerada moderadamente sensível, não pode ser irrigada sem que haja prejuízo pela água de CEa ≥ 3,5 dS m-1 (Figura 6). Já as águas de 2,5 dS m-1 podem ser utilizadas sem prejuízos na produção, desde que se aplique fração de lixiviação ≥ 14%. EXPERIENCIAS NO NORDESTE BRASILEIRO COM ÁGUA SALINA Na área semi-árida do Brasil, embora exista uma boa disponibilidade de água doce, há uma má distribuição espacial, muitas vezes distante dos bons solos para irrigação. Um exemplo concreto disso ocorre na área da Chapada do Apodi, no estado do Rio Grande do Norte, onde existe uma área significativa de solos apropriados para culturas irrigadas, sem problemas de drenagem, mas a água que tem disponibilidade a custo relativamente barato apresenta salinidade alta (1,0 a 4,0 dS m-1). Mesmo assim, cerca de 50% do melão produzido pelo país é produzido nesta área. Na Figura 7 mostra-se o rendimento e peso medo de frutos de duas cultivares de melão irrigadas com 305Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais diferentes níveis de salinidade. Verifica-se que a cultivar Trusty, que é melão cantaloupe, seu rendimento é reduzido apenas a partir de uma salinidade 3,3 dS m-1, enquanto a cultivar Orange flesh decresceu seu rendimento a partir do uso de água de CE 2,5 dS m-1. Gurgel et al. (2003) observando a evolução da salinidade no solo em dois cultivos consecutivos de melão irrigado com águas de diferentes salinidades na Fazenda São João, no município de Mossoró, estado do Rio Grande do Norte, verificou que de modo geral, a salinidade do solo tendeu ao equilíbrio, a partir do final do primeiro ciclo do meloeiro. Apesar da concentração salina do solo no segundo ciclo da cultura, ter aumentado nas camadas mais profundas, a intensidade foi superior na camada superficial e tanto no primeiro como no Figura 7. Rendimento comercial (A) e peso médio de fru- tos das cultivares de melão Trusty (C1) e Orange flesh (C2) (B) submetidas a diferentes níveis de salinidade de água de irrigação (Barros, 2002) Figura 8. Lâmina de irrigação e de chuva ocorrida durante o cultivo de melão, milho e melão. Cultivo de milho foi realizado 120 dias após o início do Exp. I e o segundo ciclo do melão 335 dias após o início do Exp. I Figura 9. Curvas de salinidade do solo durante um período de um ano e meio, onde se cultivou dois ciclos de melão e um de milho Estudando o risco de salinização em quatro solos do Rio Grande do Norte sob irrigação com águas salinas Silva et al. (2007) verificaram que o uso de águas de condutividade elétrica crescente promoveu a elevação do pH, da CEes e da RAS no extrato de saturação dos solos. O aumento na relação de adsorção de sódio das águas promoveu o incremento dos efeitos das soluções salinas sobre os solos, indicando a necessidade do monitoramento da qualidade da água e das propriedades físico-químicas dos solos submetidos a irrigação com águas salinas. Os solos da região de Mossoró são solos sedimentares que apresentam na sua maioria boa drenagem e que a precipitação média na região fica ao redor de 700 mm, o que tem sido suficiente para lixiviar os sais que se acumulam durante o período seco, com irrigações. Na Figura 8 são mostradas as lâminas de irrigação e precipitação pluviométrica que ocorrem durante dois ciclos de melão intercalado do cultivo de milho no período das chuvas, enquanto na Figura 9 mostra-se a salinidade do solo durante esse período para a área irrigada com quatro níveis de sais. Verifica-se que o período chuvoso foi suficiente para reduzir os sais do solo acumulados no período seco para valores similares aos níveis existentes antes do cultivo. Resultados similares podem ser observados em Barros (2002). C E 1: 2 m éd ia d o so lo (d S m -1 ) Dias após semeadura do Exp. I 306 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento segundo ciclo, a salinidade média na zona radicular, ao longo de cada ciclo, foi reduzida linearmente com o aumento da lâmina de irrigação (Figura 10). econômica quando essa cultivar foi irrigada com água de máxima salinidade equivalente CEa = 2,4 dS m-1 e adubada com doses maiores de K2O. No caso do coqueiro admite-se que possua elevada tolerância aos sais, levando em consideração os cultivos existentes na orla marítima. De acordo com Ferreira Neto et al. (2002) a água de irrigação com CE de até 10 dS m-1 pode ser utilizada no cultivo de coqueiro anão, para coco verde sem alterar a qualidade do fruto comercialmente. A utilização de água de qualidade inferior nas plantas além de promove efeito osmótico ocasiona também desbalanceamento dos nutrientes essenciais. Recentemente Carmo (2010) estudando o efeito de cinco níveis de salinidade da água de irrigação (S1 – 0,66, S2 – 2,21, S3 – 3,29, S4 – 4,11 e S5 – 4,38 dS m-1) associados com três níveis de doses de N aplicadas em fertirrigação (26, 51 e 76 kg ha-1) na produção e nos seus componentes, verificou que a salinidade da água de irrigação diminuiu a produtividade, número de frutos por planta e peso médio de frutos de abóbora (Figura 11), Figura 10. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx Pr od uç ão ( kg h a- 1 ) N o de F ru to s po r Pl an ta Pe so M éd io ( g) Cea (dS m-1) Figura 11. Produtividade, número de frutos por planta e peso médio de frutos totais e comerciais de abóbora, híbrido atlas, em função do nível de salinidade da água de irrigação (Carmo, 2010) Sa lin id ad e do so lo (d S m -1 ) Dias após início do primeiro ciclo Na perspectiva de aproveitamento de água salina podemos destacar várias pesquisas com intuito de minimizar o problema de salinidade, através da utilização de espécies mais tolerante. Sabe-se que as espécies e cultivares se comportam diferentemente em relação á salinidade. Costa et al. (2008) estudando a emergência de plântulas de melões híbridos Goldex e Vereda, em diferentes níveis de salinidade (CE= 0,45; 1,30; 2,15; 3,00; 3,85; 4,70 dS m-1) da água de irrigação observaram que a salinidade interferiu em todos os parâmetros estudados: índice de velocidade de emergência (IVE), emergência das plântulas em casa de vegetação, altura da parte aérea da plântula e massa da matéria seca da parte aérea das plântulas, sendo que concentrações a partir de 2,15 dS m-1 são mais prejudiciais ao híbrido Goldex que o Vereda. Em melão tipo ‘Honey Dew’, Pereira et al. (2007) verificaram redução 6,2% na fotossíntese entre a menor (0,57dS m-1) e a maior (4,50 dS m-1) salinidade da água de irrigação. Objetivando avaliar o crescimento e o desenvolvimento do híbrido Gold mine, submetido a dois níveis de salinidade da água de irrigação (0,55 e 2,65 dS m-1), em Mossoró (RN), Farias et al (2003) verificaram que o acúmulo de fitomassa seca foi afetado pela água de maior salinidade ao longo de todo o ciclo da cultura. Em vários trabalhos conduzidos na região do Agropólo Mossoró-Assu foram avaliados os efeitos da salinidade da água de irrigação no crescimento, produção e qualidade pós-colheita do meloeiro (Dutra et al 2000; Porto Filho et al., 2006a, 2006b; Queiroga et al., 2006; Silva Júnior et al., 2007). Gurgel et al. (2005) mostraram que é viável, economicamente, produzir melões de cultivar Orange Flesh, utilizando água salina (CEa = 3,02 dS m-1 ), mas para a cultivar Goldex só houve viabilidade 307Manejo do solo-água-planta em áreas afetadas por sais quer seja da produção total quer seja da produção comercial, entretanto, na produção total as perdas relativas por unidade de salinidade acima do menor nível utilizado para produtividade, número de frutos por planta e peso médio de frutos foram respectivamente de 8,0, 3,2 e 3,5%/(dS m-1), enquanto para a produção comercial os respectivos valores foram 10,3%, 7,9% e 3,2%/(dS m-1). Constataram ainda que as doses de nitrogênio incrementaram a produção, exceto para peso médio de frutos comerciais. Na Figura 12 (A e B) mostra a produção de melancia Mickely irrigada com água de diferentes salinidade Verifica-se que a salinidade influenciou linearmente parâmetros analisados, sendo a característica mais afetada a produtividade com uma redução de ate 41,28% em relação ao menor nível salino. (A) (B) Figura 12. Produtividade (a) e número de frutos (b) e peso médio dos frutos de melancia irrigada com diferentes níveis salinos Figura 13. Relação entre rendimento relativo a água S1 (CE=0,6) em função da salinidade da água de irriga- ção aplicada de forma incremental à partir diferentes dias após semeadura (DAS) em dois ciclos (Porto Filho, 2003). (A) – primeiro ciclo e (B) – segundo ciclo (B) (A) Outras alternativas podem ser utilizadas no caso de existir águas de baixa e alta salinidade como a mistura de água com elevada concentração de sais com água de boa qualidade, vem sendo uma alternativa para melhorar a qualidade e aumentar a disponibilidade de água nessas regiões, principalmente nas áreas em que as águas apresentam elevados teores de sais, ou se irrigar nas fases iniciais de cultura com água doce e posteriormente utilizar as águas de maior salinidade. A Figura 13 ilustra o uso de água de águas de salinidade incremental sendo utilizada na irrigação do melão, onde se verifica, que o uso de águas salinas no terço final do ciclo não provoca efeitos negativos à cultura. Na Figura 14 é apresentado os valores de rendimento da bananeira, em termos de peso de cacho, e que a planta responde a salinidade média do solo durante o Figura 14. Peso de cacho de banana, em valor absoluto e em relação ao valor obtido para o menor nível de salinida- de (0,55 dS m-1), em função da salinidade do solo média ao longo do ciclo cultural (CEa= 0,55, 1,70, 2,85 e 4,0 dS m-1) 308 José F. de Medeiros & Iarajane B. do Nascimento ciclo cultural, apresentando um decréscimo no peso de 2,61 kg por incremento unitário da salinidade acima de CEes=1,7 dS m-1, representando uma perda relativa de rendimento de 26%/(dS m-1). Assumindo 1,7 dS m-1 como sendo a salinidade limiar, que na realidade seria este valor ou menor, a perda relativa de rendimento acima deste valor pode ser considerada com sendo de 26%. REFERÊNCIAS Allen, R.G.; Smith, M.; Pereira, L.S.; Pruit, W.O. Proposed revision to the FAO procedure for estimating crop water requirements. In: International Symposium on Irrigation of Horticulturtal Crops. 2, Chania, 1996. Proceedings... Leuven, ISHS, 1996. v.1, p.17-33 Ayers, R.S.; Westcot, D. W. A qualidade da água na agricultura. 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