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Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO Manejo da irrigação pelo sensoriamento da água no solo: Identificação do momento de ligar e desligar o sistema e cálculo do tempo de irrigação Erivaldo de Jesus da Silva1 1 Discente do curso de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO Manejo da irrigação via sensoriamento da água no solo: 1. Introdução A agricultura irrigada apresenta diversas vantagens, dentre elas destaca-se: Aumento da produtividade em duas ou três vezes em relação ao cultivo de sequeiro; Elevação da renda do produtor; Menor oscilação de preço para o consumidor, devido à redução de sazonalidade na produção de alimentos; Favorecimento do processo de rotação de culturas e cobertura permanente do solo; e, a geração de empregos diretos e indiretos no campo. A adoção da irrigação depende também da disponibilidade e da qualidade da água, além disso, a aplicação de água de forma inadequada seja em excesso ou em déficit pode ocasionar sérios prejuízos à produção (GALBIATTI 2004; MAROUELLI et al., 2013; FREITAS, 2019) e consequentemente à renda do produtor. Sendo assim, além de entrar como um insumo importante para o incremento da produção das culturas, a água utilizada na irrigação acarreta custos operacionais e energéticos, conforme Resende et al. (1990), fato que pode impactar negativamente no custo final do produto, principalmente se a tecnologia não for adequadamente aplicada. Daí reside o fato da fundamental importância para o entendimento do manejo correto da irrigação e a compreensão das variáveis que o envolve. Assim, faz-se necessário entender alguns conceitos como disponibilidade total de água no solo (DTA) e capacidade de água disponível no solo (CAD); os limites críticos de água no solo e os valores críticos para cada cultura (CARLESSO, 1995; BERNARDO et al., 2006; MAROUELLI et al. 2012). Pois, é a partir desses valores que se calcula o tempo necessário de funcionamento dos sistemas de irrigação (conjunto motobomba) que se deseja implantar (ALBUQUERQUE, 2010; BRAGA, 2018). Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO 2. Disponibilidade De Água No Solo A capacidade que o solo tem de reter ou armazenar água é entendido como disponibilidade total de água no solo (DTA), a qual depende da sua composição granulométrica, ou seja, da relação entre areia, silte e argila. Dessa forma se estabeleceu dois limites, um superior ou máximo, no qual o solo armazena a máxima quantidade de água e acima do qual ocorre a percolação e o limite inferior ou mínimo, o qual a água está tão fortemente retida aos microporos do solo, tornando-a indisponível para as plantas (JONG van LIER, 2010). Portanto, o ponto máximo é chamado de Capacidade de Campo (CC) e o ponto mínimo de Ponto de Murcha Permanente (PMP) e a diferença entre o limite superior e o limite inferior é definida como DTA do solo, ou seja, a disponibilidade total de água. Em outro termo, podemos afirmar que a DTA é o conteúdo água retida no solo entre a capacidade de campo (CC) e o ponto de murcha permanente (PMP). Figura 1. Assim: 𝐷𝑇𝐴 = (𝐶𝐶 − 𝑃𝑀𝑃) 10 𝑥 𝑑𝑠 Onde: DTA = disponibilidade total de água no solo, em mm CC = conteúdo de água no solo na capacidade de campo, em m3.m-3 ou kg.kg-1 PMP = conteúdo de água no solo no ponto de murcha permanente, em m3.m-3 ou kg.kg-1 ds = densidade do solo (g de solo/cm3 de solo) DTA DTA Figura 1: Representação da forma de distribuição dos conteúdos de água no solo. Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO 3. Capacidade de Água Disponível (CAD) A CAD depende da profundidade do sistema radicular (figura 2). Esse valor representa a quantidade total de água disponível que o solo pode armazenar em uma profundidade z, ou seja, essa profundidade z corresponde à profundidade efetiva do sistema radicular. Conforme figura 2, o produtor pode consultar o valor de z para a cultura a ser irrigada, além disso existem muitos materiais na internet que podem ser acessado, tais como: (https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/25532/1/Circ-136.pdf); (https://aueirrigacao.com/?id=dimensionar-a-lamina-d%C2%B4agua:-parte-2--- calculos&in=35.); (https://docplayer.com.br/23860051-Balanco-hidrico-climatologico- normal-e-sequencial-de-cultura-e-para-manejo-da-irrigacao.html. O valor da CAD representa o intervalo do conteúdo de água disponível para cada cultura. Assim: 𝐂𝐀𝐃 (𝐦𝐦) = 𝐃𝐓𝐀𝐱 𝐙 𝐨𝐮 𝐂𝐀𝐃 = (𝐔𝐜𝐜 − 𝐔𝐩𝐦𝐩) 𝟏𝟎 𝐱 𝐝𝐬 𝐱 𝐙 Z = Profundidade efetiva do sistema radicular Ucc = conteúdo de água na capacidade de campo (kg.kg-1); Upmp = conteúdo de água no ponto de murcha permanente (kg.kg-1); ds = densidade o solo (g/cm3). Figura 2: Representação da profundidade (Z) do sistema radicular e exemplo de valores para algumas culturas Tabela 1. Profundidade efetiva do sistema radicular (Z) de algumas culturas no máximo estágio de desenvolvimento vegetativo. https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/25532/1/Circ-136.pdf https://aueirrigacao.com/?id=dimensionar-a-lamina-d%C2%B4agua:-parte-2---calculos&in=35 https://aueirrigacao.com/?id=dimensionar-a-lamina-d%C2%B4agua:-parte-2---calculos&in=35 https://docplayer.com.br/23860051-Balanco-hidrico-climatologico-normal-e-sequencial-de-cultura-e-para-manejo-da-irrigacao.html https://docplayer.com.br/23860051-Balanco-hidrico-climatologico-normal-e-sequencial-de-cultura-e-para-manejo-da-irrigacao.html Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO 4. Limites Críticos Superiores E Inferiores A disponibilidade total de água no solo depende, principalmente, da textura do solo. Sendo assim os argilosos armazenam mais água que os arenosos. Essa diferença está relacionada com capacidade de retenção de água nos poros dos solos, onde os solos argilosos possuem mais poros que os arenosos. A retenção é traduzida como uma força que é manifestada devido a matriz do solo. 4.1 Exemplo prático 01: Determinação da CAD: Essa força pode ser mensurada, ou seja, pode ser medida e tem a denominação de Tensão da água no solo, cujas unidades de medidas podem ser em atmosfera (atm), em metro ou em centímetro de coluna de água (mca ou cca), em quilo Pascal ou mega Pascal (kPa ou MPa), entre outras unidade de pressão (LIBARDI, 2010). Dessa forma, pode-se relacionar o conteúdo de água no solo com a Tensão (ou força) que o solo exerce sobre ela, onde quanto mais seco estiver o solo mais fortemente a água estar retida na matriz do solo (MAROUELLI, 2011). Daí é possível obter pares de valores entre determinado conteúdo de água e o respectivo valor de Tensão e a partir desses pares se constrói a curva de retenção de água no solo, conforme figura 3. A figura mostra uma planta qualquer, onde foi retirada uma amostra de solo para determinar a CAD para três solos de classe textural: ARGILOSO, ARENOSO E DE TEXTURA MÉDIA) Solo TEXTURA MÉDIA (ds = 1,4 g/cm3) CAD = (CC – PMP) x ds xZ CAD = (0,29 – 0,19) x 1,4 x 500 mm CAD = 70,0 mm PMP = 0,19 kg.kg-1 CC = 0,29 kg.kg-1 PMP = 0,20 kg.kg-1 CC = 0,32 kg.kg-1 Solo ARGILOSO (ds = 1,3 g/cm3) CAD = (CC – PMP) x ds x Z CAD = (0,32 – 0,2) x 1,3 x 500 mm CAD = 72,0 mm Solo ARENOSO (ds = 1,2 g/cm3) CAD = (CC – PMP) x ds x Z CAD = (0,25 – 0,17) x 1,2 x 500 mm CAD = 48,0 mm PMP = 0,17 kg.kg-1 CC = 0,25 kg.kg-1 Z = 50 cm = 500 mm Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO A curva é característica de cada solo e além de ter forte relação com a classe textural (Figura 4), sofre influência também do manejo que o solo é submetido (SILVA et al., 2010). Esses pares de valores para construção da curva de umidade do solo geralmente são determinados em laboratórios com equipamentos específicos. A amostra deve ser coletada em anéis cilíndricos de volume conhecido e a uma profundidade definida, de modo a preservar-se ao máximo a estrutura original do solo. Dessa forma o valor para CC varia de -10 kPa para solos arenosos e – 33 kPa, para os argilosos. Já o valor de PMP está definido para -1500 kPa para ambas as classes de solo. Figura 3: representação da curva de tensão a partir dos pares de valores obtidos dos conteúdos de água e os respectivos valores de tensão da água no solo. Ɵcc = Capacidade de Campo; Ɵpmp = Ponto de Murcha Permanente; Log I h I: representa a Tensão da água no solo. Figura 4: curvas de tensão da água em função da classe textural do solo. Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO 5. Valores Críticos (f) Como foi dito, cada classe de solo possui curva de retenção característica devido, principalmente, da classe textural de cada solo. Em razão do maior ou menor grau de dificuldade de retirada de água do solo pelas plantas é que se estabeleceu a fração de água no solo chamada de Disponibilidade Real de Água (DRA), ou seja, se trata de uma fração da CAD, para não permitir que o conteúdo de água no solo SEJA ESGOTADO até o PMP. Essa fração, chamada de fator de depleção, fração de esgotamento ou fator crítico, é representada pela letra fc e entre outros fatores, depende do estágio fisiológico da planta a ser irrigada, conforme tabela 2. A qual apresenta valor de tensão crítico para algumas culturas. A tabela 2 mostram valores de fc para algumas culturas livre de estresse hídrico e sob a evapotranspiração de 5,0 mm/dia, (adaptado de Allen et al., 1998 VER NO LIVRO MICROIRRIGAÇÃO PAG. 144). Além dessa tabela, na literatura são abundantes para as culturas diversas, a exemplo de Alencar et al., (2009), FRANKE, (2000). Esta fração é de fundamental importância para o manejo da irrigação, isto é, ele é ponto chave para se determinar o momento exato para ligar e desligar o sistema de irrigação adotado, uma vez que representa a fração máxima do conteúdo de água da CAD que ser utilizada pela cultura sem que se configure um déficit hídrico (FRIZZONE, 2017). (Disponível em -. https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/55931/1/IRRIGACAO-e-FERTIRRIGACAO-cap5.pdf) Tabela 2 – fator de depleção de água no solo (fc) para fins de irrigação sem estresse hídrico e evapotranspiração de 5,0 mm/dia. Culturas Fator f Amendoim 0,50 Alface 0,30 Batata 0,35 Cenoura 0,35 Feijão-vargem 0,45 Melancia 0,40 Melão 0,40 Milho 0,55 Pimentão 0,30 Tomate de mesa 0,40 https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/55931/1/IRRIGACAO-e-FERTIRRIGACAO-cap5.pdf Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO Conhecendo-se a CAD e o armazenamento atual de água no solo, determina-se a necessidade ou não de irrigação. Dessa maneira, em função da espécie vegetal, das condições climáticas e do tipo de solo, é estabelecido o coeficiente de disponibilidade ou de depleção (fc), tendo em vista o maior ou menor grau de dificuldade que a planta poderá ter para extrair água do solo. Daí, tem-se que: 𝐷𝑅𝐴 = 𝐷𝑇𝐴 𝑥 𝑍 𝑥 𝑓𝑐 = (𝐶𝐶 − 𝑃𝑀𝑃) 10 𝑥 𝑑𝑠 𝑥 𝑍 𝑥 𝑓𝑐 Onde: f: é o coeficiente de disponibilidade que representa a fração de esgotamento de água no solo. Como f representa uma fração, ele não tem unidade. 6. Exemplo prático 02: Demonstra-se com a figura 05 a forma de utilização das informações contidas na curva de tensão de uma amostra de solo para se proceder ao momento da irrigação, ou seja, o momento para ligar e desligar o sistema (motobomba). Dados da cultura: Amendoim; Profundidade efetiva do sistema radicular (Z) = 30 cm; fc = 0,5 (50%da DTA); Densidade do solo (ds) = 1,5 g/cm3. Figura 5: curva de retenção de água no solo, em que se define Ucc, Upmp, Umidade crítica (Ucrítica) e o coeficiente de disponibilidade ou fator fc. Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO 1º passo: Determinar a disponibilidade total da água no solo (DTA) • 𝐷𝑇𝐴 = (𝐶𝐶−𝑃𝑀𝑃) 10 𝑥 𝑑𝑠𝑥𝑍 • 𝐷𝑇𝐴 = (34,74−26,35) 10 𝑥 1,5 𝑥 30 • 𝐷𝑇𝐴 = 37,8 𝑚𝑚 2º passo: Determinar a disponibilidade REAL da água no solo (DRA) • 𝐷𝑅𝐴 = 𝐷𝑇𝐴 𝑥 𝑓𝑐 • 𝐷𝑇𝐴 = 37,8 𝑥 0,5 • 𝐷𝑇𝐴 = 19,0 𝑚𝑚 3º passo: Determinar o valor para umidade crítica (Ucrítica) e tensão crítica para o acionamento da bomba. • 𝑓𝑐 = 𝑈𝑐𝑐−𝑈𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑈𝑐𝑐−𝑈𝑝𝑚𝑝 0,5 = 34,74−𝑈𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 34,74−26,35 0,5 = 34,74−𝑈𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 8,4 • 0,5 𝑥 8,4 = 34,74 − 𝑈𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 • 𝑈𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 = 30,55 % • Isso significa que assim que o sensor de umidade atingir esse valor o moto-bomba deve ser acionado. • A tensão crítica é calculada com a função ajustada para a curva, utilizando o valor da Ucrítica. • Caso se utilize um sensor de tensão, a exemplo do Tensiômetro, deve-se utilizar o valor de tensão crítica. • Para o exemplo o valor foi de 0,13 MPa. 4º passo: Cálculo da Lâmina Necessária (LN) para que a umidade do solo retorne para a umidade na Capacidade de Campo (Ucc) • 𝐿𝑁 (𝑚𝑚) = (𝑈𝑐𝑐−𝑈𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎) 10 𝑥 𝑑𝑠𝑥𝑍 • 𝐿𝑁 (𝑚𝑚) = (34,74−30,55) 10 𝑥 1,5𝑥30 • 𝐿𝑁 (𝑚𝑚) = 19,0𝑚𝑚 𝑜𝑢 𝑠𝑒𝑗𝑎 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑎 𝐷𝑇𝐴 5º passo: será preciso definir qual será o método de irrigação • Aspersão convencional • Microaspersão ou Gotejamento Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO A escolha do método será importante para definir o tempo de irrigação necessário para que a umidade do solo retorne para a Ucc. 6º passo: MÉTODO DE IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO CONVENCIONAL FIXO: Tempo de funcionamento do moto-bomba (Ti). • Precisa definir a precipitação do aspersor utilizado (mm/h). • O aspersor aqui escolhido foi o aspersor da marca Fabrimar, modelo Pingo 360, Bocais 5,6 x 3,2, cuja pressão de serviço (ps) é de 25 mca, vazão (q) total de 2,44 m3/h e precipitação (peq) igual a 7,5 mm. Disponível em https://www.fabrimar.com.br/arquivos/produtos/994/fabrimar(994)_manual_tabela-de- desempenho-eco.pdf. • Precisa definir a eficiência de aplicação para calcular a Lâmina Total Necessária (LTN). Aqui foi definida para Ea = 80%. • 𝐿𝑇𝑁 = 𝐿𝑁 𝐸𝐴 = 19,0 0,8 = 23,8 𝑚𝑚 (esse é o valorda lâmina a ser aplicada) • Tempo Necessário: 𝑇𝑖 = 𝐿𝑇𝑁 𝑝𝑒𝑞 = 23,8 7,5 = 3,16 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 = 3,0 ℎ 𝑒 10 𝑚𝑖𝑚𝑢𝑡𝑜𝑠 7º passo: MÉTODO DE IRRIGAÇÃO LOCALIZADA (microaspersão) Tempo de funcionamento do moto-bomba (Ti). Para aplicação localizada, a área molhada pela microirrigação é menor que a área total ocupada pela cultura, ocasionando menor perda de água por evaporação do solo. Daí precisa definir a fração de área molhada, com a finalidade de ajustar as necessidades hídricas estimadas pelos métodos tradicionais ás condições de irrigação localizada. • Cultura: citros, espaçamento de 3,0 m x 6,0 m; Z = 70 cm. • Precisa definir a precipitação do microaspersor utilizado (l/h). • Características: Pressão máxima de serviço recomendada: 2,5 bar; Vazão: 55L/h, raio de alcance igual a 2,8 m2.área molhada pelo micro aspersor igual a 24,6 m2. https://www.fabrimar.com.br/arquivos/produtos/994/fabrimar(994)_manual_tabela-de-desempenho-eco.pdf https://www.fabrimar.com.br/arquivos/produtos/994/fabrimar(994)_manual_tabela-de-desempenho-eco.pdf Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO • Precisa definir a área sombreada pela copa. Aqui definimos em que a copa da planta tem 1,5 m de raio, logo a área é de 7,1 m2. • Precisa definir a Fam – fração da área molhada. 𝐹𝑎𝑚 = 7,1 24,6 = 28,9% • Precisa definir a eficiência de aplicação para calcular a Lâmina Total Necessária (LTN). Aqui foi definida em Ea = 90%. • 𝐿𝑇𝑁 = 𝐿𝑁.𝐹𝑎𝑚 𝐸𝐴 = 44,0 𝑥 0,289 0,9 = 14,1 𝑚𝑚 • Deve-se calcular o volume de irrigação por planta (VTN) 𝑉𝑇𝑁 = 𝐿𝑇𝑁 𝑥 á𝑟𝑒𝑎 𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑉𝑇𝑁 = 14,1 𝑥 3,0 𝑚 𝑥 6,0 𝑚 = 254 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 (esse é a lâmina a ser aplicada por planta) • Tempo Necessário de Irrigação: 𝑇𝑖 = 𝑉𝑇𝑁 𝑛º 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑎𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑥 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 = 254,0 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 1 𝑥 55,0 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 /ℎ = 4,62 𝑜𝑢 4 ℎ 𝑒 37 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 7. Considerações finais: • Deve-se instalar sensores de umidade ou de tensão para monitorar o conteúdo crítico de água no solo para a cultura desejada. • É necessária a obtenção da curva de retenção de umidade do solo, o qual é feito em laboratório especializado. • Quando o sensor de umidade do solo ou o sensor de Tensão atingir o valor crítico (Ucrítico = 30,55% ou Tcrítico = 0,13 MPa), o sistema deve ser acionado para que o solo retorne ao conteúdo de água igual ao valor de Ucc. • O tempo de funcionamento para que o solo atinja esse valor, depende do método da irrigação e da cultura a ser irrigada; Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola PGSS035 – DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO 8. REFERÊNCIAS ALBUQUERQUE, P. E. P. de. Estratégias de manejo de irrigação: exemplos de cálculo. Embrapa, Circular Técnica 136, 2010, p. 1-25. 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