NECESSIDADE DE ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO DO ARROZ NO CULTIVO PRÉ-GERMINADO NAS CONDIÇÕES CLIMÁTICAS DO SUL DE SANTA CATARINA

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1 NECESSIDADE DE ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO DO ARROZ NO CULTIVO PRÉ-GERMINADO NAS CONDIÇÕES CLIMÁTICAS DO SUL DE SANTA CATARINA João C. Rosso 1, Álvaro J. Back 2 Resumo O balanço hídrico seriado foi simulado para a cultura do arroz irrigado por inundação no sistema de cultivo pré-germinado, com objetivo de determinar o consumo de água em seus componentes e estimar a necessidade de irrigação. Foram utilizados dados da série histórica de precipitação pluviométrica diária de Meleiro, SC (latitude S, longitude W). Para dados de evapotranspiração considerados os valores de evapotranspiração de referência estimada pelo método de Penman-Monteith, com os dados da estação meteorológica de Urussanga, SC (latitude S, longitude W). multiplicado por um coeficiente de cultura Kc, variando de 0,85 na semeadura, atingindo valor de 1,85 na fase de floração e reduzindo para 1,60 na fase de maturação. Para simular a percolação foram consideradas taxas de percolação de 0,0; 1,5; 3,0; 4,5 e 6,0 mm.dia -1. O balanço hídrico foi calculado com intervalos diários determinando-se a precipitação efetiva, consumo de água por evapotranspiração, percolação e drenagem. Para a data de plantio de 15/10 com o ciclo de 160 dias consumo total variou de 1170 mm para solo sem perdas por percolação, até e 2034 mm em solos com taxas de percolação de 6,0 mm.dia -1, sendo que a contribuição da evapotranspiração variou de 75 % a 43 %, respectivamente. A precipitação efetiva atende em média, de 51 % a 33% da demanda, sendo o restante fornecido pela irrigação. Os maiores valores de irrigação ocorrem na fase de preparo do solo com vazões variando de 1,0 a 1,2 L.s -1 ha -1, conforme a taxa de percolação. Para o período de 160 dias as vazões médias ficam entre 0,44 e 1,0 L.s -1 ha -1. Pela freqüência da irrigação observou-se que a vazão mediana de 0,47; 0,60; 0,72; 0,88 e 1,02 L/s/ha, nas diferentes taxas de percolação. Para o nível de probabilidade de 90 %, as vazões foram respectivamente de 0,58; 0,71; 0,85; 0,89 e 1,16 L.s -1 ha -1. Palavras-chave: arroz irrigado, irrigação, balanço hídrico Need for water for irrigation of rice in pre-germinated culture in weather conditions of south of Santa Catarina Summary The seried water balance was simulated for the cultivation of rice by flooding in the cultivation system pre-germinated, with the objective of determining the consumption of water into its components and estimate the need for irrigation. We used data from historical series of daily rainfall of Meleiro, SC (latitude 28 49'S, longitude 49 38'W). For data from evapotranspiration considered the values of the reference evapotranspiration estimated by the method of Penman-Monteith, with data from the meteorological station of Urussanga, SC (latitude 28 31'S, longitude 49 19'W). multiplied by a coefficient of Kc culture, ranging from 0.85 at sowing, reaching value of 1.85 during the flowering and reducing to 1.60 at the stage of maturation. To simulate the percolation were considered percolation rates of 0.0, 1.5, 3.0, 4.5 and 6.0 mm.dia -1. The water balance was calculated at intervals daily determining the effective precipitation, consumption of water by evapotranspiration, drainage and percolation. For the date of planting 15/10 with the cycle of 160 days total consumption ranged from 1170 mm to land 1 Engº Agrônomo, Mestre em Ciências Ambientais, CP 68, CEP , Araranguá-SC, jcrosso@ contato.net 2 Engº Agrônomo, Dr., Epagri, SC, ajb@epagri.sc.gov.br. 1

2 without loss by percolation, and up to 2034 mm in soils with percolation rates of 6.0 mm.dia-1, whereas the contribution of evapotranspiration ranged from 75% to 43%, respectively. The precipitation effective serves an average of 51% to 33% of the demand, the remainder being supplied by irrigation. The best irrigation occurs at the stage of soil preparation with flow rates ranging from 1.0 to 1.2 L s -1 ha -1, as the rate of percolation. For the period of 160 days the average flow rates are between 0.44 and 1.0 L s -1 ha -1. The frequency of irrigation was observed that the flow median of 0.47, 0.60, 0.72, 0.88 and 1.02 L s -1 ha -1 ha in the different rates of percolation. For the level of probability of 90%, the flow rates were respectively 0.58, 0.71, 0.85, 0.89 and 1.16 L s -1 ha -1. Keywords: irrigated rice, irrigation, water balance Introdução A cultura do arroz irrigado é a principal atividade agrícola da região sul catarinense, sendo cultivado com irrigação por inundação no sistema de plantio pré-germinado, consumindo grandes quantidades de água. Existem poucas informações sobre o real consumo de água em lavouras de arroz irrigado, e as informações sobre o consumo de água na cultura de arroz no Brasil, geralmente se referem à cultura do arroz cultivado no sistema de taipa em nível, semeado em solo seco, e não considerando a contribuição da precipitação natural. De acordo com Louzada (2004), a preocupação com a definição de parâmetros de consumo na irrigação por inundação no Rio Grande do Sul existe desde meados da década de 50. A partir desta data, o IRGA passou a recomendar vazões entre 1,7 e 3,0 L.s -1.ha -1, valores que persistiram por 40 anos. A partir da década de 90 (IRGA, 1996), as vazões recomendadas estão entre 1,5 e 2,0 L.s -1.ha -1, o que foi possível com o avanço da tecnologia proporcionado pela pesquisa associado a maior conscientização dos agricultores (Corrêa et al, 1997). Durante e após este período, vários experimentos de campo já foram conduzidos com o objetivo de medir o consumo em áreas cultivadas com arroz irrigado por inundação. Estes experimentos se diferenciam pelas características climáticas das regiões onde foram implantados, pelas diferentes formas de preparo do solo e pelo manejo da irrigação. O estudo do balanço hídrico e seus componentes é de suma importância para o conhecimento do real consumo d água em lavouras irrigadas. Este trabalho teve como objetivo realizar o balanço hídrico seriado para o arroz irrigado no sistema prégerminado estimando o consumo de água em seus componentes e determinar a necessidade de irrigação. Material e métodos Foi elaborado um modelo de balanço hídrico para simular o consumo de água em lavouras de arroz irrigado considerando as particularidades do manejo do arroz no sistema pré-germinado. O modelo de balanço hídrico é baseado no balanço de massa (Figura 1) dado por: H i = H i-1 + P i + Ir i ETc i Dp i - R i Dr [1] em que: H i = altura da lâmina no dia i (mm); P i = precipitação (mm); Ir i = irrigação (mm); ETc i = Evapotranspiração (mm); Dp i = Percolação (mm); 2

3 R i = escoamento superficial (mm); Dri = Drenagem (mm). Fig. 1. Representação do balanço hídrico na cultura do arroz irrigado. No modelo adotado o balanço é realizado diariamente, sendo necessário fornecer os dados de precipitação, evapotranspiração de referência e percolação e definir também os critérios de manejo da lâmina de água. Na Tabela 1 encontram-se os critérios de manejo adotado nesta simulação. Tabela 1. Parâmetros de entrada no modelo para cultivares de ciclo longo. Fase 1 Descrição Duração (dias) Lamina de água (cm) Kc 2 máxima Mínima 1 OS Preparo do solo ,00 2 V Semeadura ,00 3 V Fixação de raízes ,00 4 V Plântula a perfilhamento ,05 5 V Perfilhamento ,45 6 V Crescimento ,70 7 V Alongamento do colmo ,82 8 R Dif. do primórdio floral ,85 9 R Floração ,85 10 M Fase leitosa ,80 11 M Fase pastosa ,60 12 M Drenagem final ,60 1 PS =preparo do solo; V =vegetativo; R =reprodutivo; M = maturação. 2 Kc =Coeficiente de cultura,sendo a ETo utilizada pelo método Penmam-Monteith Caso a altura calculada (H) seja maior que a lâmina máxima (Lmax), o excedente é considerado como escoamento, calculada como: 3

4 R i = H Lmax [2] E se a altura da lâmina for menor que a lâmina mínima estima-se a irrigação por: Ir = Lmax H [3] A altura da precipitação armazenada entre a altura da lâmina de água e a altura máxima da lâmina de água foi considerada como precipitação efetiva, e o restante é considerado como perdas por escoamento. Sempre que se fizer uma redução da altura da lamina máxima o excedente será computado como perdas por drenagem. Para dados de precipitação foi utilizado a série histórica (1942 a 2006) da estação pluviométrica de Meleiro-SC, pertencente a Agencia Nacional de Águas (Estação ). Como dados de evapotranspiração de referência foram considerados os valores médios por períodos quinquidiais calculados por Back e Rosso (2006), representados na Figura 2. A evapotranspiração da cultura será estimada por: ETc = Kc ETo [4] Para estimar as perdas por percolação foram simuladas diferentes taxas diárias com os valores de 0,0; 1,5; 3,0; 4,5 e 6,0 mm/dia Na Figura 3 estão representados os critérios de manejo da lamina de água. Na simulação do balanço hídrico diariamente é calculada a altura da lâmina de água de acordo com a equação 1. ETo (mm/dia) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Pêntada Fig. 2. Variação da evapotranspiração de referência (ETo) calculada com os dados da estação meteorológica de Urussanga (Back e Rosso, 2006). 4

5 Fig. 3. Representação dos parâmetros de entrada adotados no modelo de balanço hídrico. Foi elaborado um programa de computador em linguagem Delphi 5.0 para realizar os cálculos do balanço hídrico seriado. Nas Figuras 4 e 5 estão as telas do programa com as opções de entrada. Fig. 4. Tela principal do programa de balanço hídrico com as opções de manejo da cultura e de entrada de dados de evapotranspiração e percolação. 5

6 Fig. 5. Tela do programa de balanço hídrico com os arquivos de precipitação e evapotranspiração. O balanço hídrico seriado foi simulado para o período de 1942 a 2006 correspondendo há 64 anos. Foram analisadas as séries de valores do consumo de água nos diversos componentes e a precipitação efetiva, estimando as probabilidades de ocorrência de acordo com a expressão: m P = n + 1 Resultados e discussão Na Tabelas 2 são apresentados os valores médios do balanço hídrico por fase de desenvolvimento da cultura do arroz nas diferentes simulações realizadas. Na Tabela 3 consta o consumo total de água e a contribuição dos diversos componentes do consumo. Para o plantio em 15 de outubro, que é o inicio da época de plantio recomendada na região, a evapotranspiração média é de 891,7mm e a precipitação média no período é de 793,8 mm. As perdas por percolação dependem do tipo de solo e do preparo do solo. No sistema de preparo do solo com a formação de lama, procura-se eliminar estas perdas. Eberhardt e Bacha (2002) descrevem a seqüência de praticas de preparo do solo realizadas no sistema pré-germinado. Outro fator que diminui as perdas por percolação é o fato de muitas áreas estarem em locais planos e com o lençol freático muito próximo á superfície, o que diminui o gradiente do potencial hidráulico. Em áreas dos solos de textura mais arenosa, ou nos primeiros anos da implantação de uma lavoura de arroz pré-germinado as perdas por percolação podem ser expressivas. Nas simulações realizadas com 160 dias de inundação as perdas por percolação foram de 0; 240; 480; 720 e 960 mm para taxas de percolação adotadas de 0; 1,5; 3,0; 4,5; e 6,0 mm/dia, respectivamente. [5] 6

7 O consumo total de água é dado pela soma dos componentes de irrigação e precipitação efetiva, totalizando 1206,9 mm nos solos sem perdas por percolação o consumo total é de 1206,9 mm. Desse total 74 % é perdido por evapotranspiração, e 26% (222,3 mm) perdidos por drenagem. Tabela 2. Resultados do balanço hídrico para plantio em 15 de outubro. Componente P solo Vegetativo Reprodutivo Maturação Total Duração (dias) Precipitação (mm) 81,1 384,9 198,5 129,3 793,8 ET (mm) 49,7 484,2 232,2 125,6 891,7 Taxa de percolação 0,0 mm/dia Escoamento (mm) 33,8 116,9 39,6 32,1 222,3 Drenagem (mm) 0,0 160,9 0,0 154,3 315,2 Prec efetiva (mm) 47,3 268,1 158,9 97,2 571,5 Irrigação (mm) 173,6 358,6 72,7 30,5 635,4 Vazão (L/s/ha) 1,005 0,472 0,263 0,177 0,460 Taxa de percolação 1,5 mm/dia Escoamento (mm) 23,9 104,0 34,2 29,5 191,6 Drenagem (mm) 0,0 144,8 0,0 147,5 292,3 Prec efetiva (mm) 57,3 280,9 164,2 99,8 602,2 Irrigação (mm) 187,3 470,6 115,0 48,8 821,8 Vazão (L/s/ha) 1,084 0,619 0,416 0,282 0,594 Taxa de percolação 3,0 mm/dia Escoamento (mm) 14,8 92,6 30,2 28,3 165,9 Drenagem (mm) 0,0 123,5 0,0 147,1 269,6 Prec efetiva (mm) 66,3 292,4 168,2 101,0 628,0 Irrigação (mm) 194,9 575,3 163,1 80,1 1013,3 Vazão (L/s/ha) 1,128 0,757 0,590 0,463 0,733 Taxa de percolação 4,5 mm/dia Escoamento (mm) 10,3 78,7 28,5 22,4 139,8 Drenagem (mm) 0,0 95,4 0,0 144,2 239,6 Prec efetiva (mm) 70,9 306,3 170,0 106,9 654,0 Irrigação (mm) 199,0 688,9 209,9 99,5 1197,3 Vazão (L/s/ha) 1,152 0,906 0,759 0,576 0,866 Taxa de percolação 6,0 mm/dia Escoamento (mm) 6,7 66,3 24,6 22,3 119,9 Drenagem (mm) 0,0 76,8 0,0 135,8 212,6 Prec efetiva (mm) 74,4 318,6 173,9 107,0 673,9 Irrigação (mm) 200,1 813,8 249,2 127,3 1390,4 Vazão (L/s/ha) 1,158 1,070 0,901 0,736 1,006 7

8 Tabela 3. Consumo de água total e por componente do consumo. Taxa de percolação (mm/dia) Componente do consumo 0,0 1,5 3,0 4,5 6,0 Total (mm) 1206,9 1424,0 1641,3 1851,3 2063,0 Evapotranspiração(%) 73,9 62,6 54,3 48,2 43,2 Drenagem (%) 26,1 20,5 16,4 12,9 10,2 Percolação profunda (%) 0,0 16,9 29,2 38,9 46,5 As perdas por percolação em solos com taxas diárias de 1,5 mm representam em torno e 17% do consumo total de água, podendo atingir 46,5 % do consumo em solos com taxa de percolação de 6,0 mm/dia. Estes dados ressaltam a importância do gerenciamento ambiental de forma a permitir a irrigação em solos apropriados. Algumas medidas podem ser adotadas para diminuir as perdas por percolação, como adoção de cultivares de ciclo curto, adoção de menor altura da lâmina de água e o preparo adequado do solo. O escoamento superficial ser refere à chuva que excede a capacidade máxima de armazenamento de água na quadra. Esses resultados reforçam as recomendações de Machado (2003) para construção de taipas mais altas e que permitam o armazenamento acima da lâmina projetada para irrigação, constitui-se em alternativa para aumentar o armazenamento de água da chuva. A drenagem da quadra é pratica adotada por alguns produtores que vem sendo cada vez menor utilizada. Na simulação realizada a retirada da água (drenagem) foi feita em dois momentos, sendo o primeiro logo após o plantio para a fixação de raízes em que o valor médio foi de 160,9 mm (para solos sem perdas por percolação) e no final do ciclo (154,3 mm) a drenagem é realizada para melhorar as condições do solo facilitando a colheita. Nesta situação a drenagem corresponde a 25,3 % do consumo de água. Essa drenagem é considerada como perda de água na lavoura, porém considerando toda a área irrigada, a água drenada em uma propriedade pode ser utilizada na irrigação de outras áreas. Esta observação também é importante no gerenciamento dos recursos ambientais, pois se observa que em alguns projetos coletivos de irrigação os canais de irrigação e drenagem são projetados para realizar o maior aproveitamento possível de água de irrigação, introduzindo o conceito de sistema fechado, em que toda água derivada de um canal só pode ser drenada para o mesmo sistema. Esta prática traduz-se em economia de água e redução da irrigação. A precipitação efetiva é a parcela da precipitação que é retida na quadra e seus valores dependem da taxa de percolação. Quanto maior a taxa de percolação maior são os valores de precipitação efetiva, pois as lâminas de água tendem a ser menores por ocasião das chuvas. Na simulação apresentada na Tabela 2 os valores de precipitação efetiva variam de 571,5 a 673,9 mm, correspondendo a percentuais de 47,4 a 32,7 % da demanda de água. A necessidade média de irrigação varia entre 635,4 mm a 1390,4 mm, conforme a taxa de percolação. Analisando-se o dado de vazão, observa-se que os maiores valores de vazão são necessários na fase de preparo do solo, com valores variando de 1,005 a 1,158 L.s -1 ha -1. Para os solos sem perdas por percolação a vazão média é de 0,472 L.s -1 ha -1 na fase vegetativa, 0,263 na fase reprodutiva e 0,177 na fase de maturação, com média durante o ciclo da cultura de 0,46 Ls -1 ha -1. Observa-se que uma vez estabelecida a 8

9 lamina de irrigação, as vazões necessárias para a manutenção da lâmina são inferiores aos valores citados na literatura. Essa variação na vazão também é uma informação importante para manejo dos recursos hídricos, pois com um escalonamento do plantio pode-se evitar que a retirada de água se concentre em um curto período, comprometendo as vazões e a qualidade dos cursos de água. Na Figura 6 estão representados os valores de probabilidade de irrigação média para solos com diferentes taxas de percolação. Considerando os quantis de 10 % de probabilidade obtêm-se as vazões de 0,32; 0,47; 0,59; 0,73 e 0,85 L/s/ha, respectivamente para os solos com taxa de percolação de 0,0; 1,5; 3,0; 4,5; e 6,0 mm/dia. Isso significa que em 10 % dos anos a necessidade de irrigação varia de 0,32 L/s/ha para solos sem percolação profunda até 0,85 L/s/ha para solo com percolação de 6,0 mm/dia. Para os quantis de 50 % (que corresponde à mediana) tem-se os valores de vazão de 0,47; 0,60; 0,72; 0,88 e 1,02 L/s/ha. Considerando os valores superiores de quantis 90 % as vazões variam de 0,58; 0,71; 0,85; 0,89 e 1,16 L/s/ha. Esses valores podem ser utilizados nos projetos de irrigação admitindo garantia de atendimento em 90 % dos anos. Vazão (l/s/ha) 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 DP = 0 mm/dia DP = 1,5 mm/dia DP = 3,0 mm/dia DP = 4,5 mm/dia 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Fig. 6. Probabilidade de vazões. DP = 6,0 mm/dia Probabilidade Nas Figuras 7 a 8 estão representadas as probabilidades de ocorrências dos componentes do balanço hídrico para os solos com diferentes taxas de percolação. A precipitação total durante o ciclo da cultura varia entre 400 a 1560 mm, sendo em 77 % dos casos, a precipitação é menor que a evapotranspiração, o que demonstra a importância da irrigação. Para solos sem perdas por percolação a curvas de precipitação efetiva e irrigação estão próximas mostrando a equivalência das duas fontes de água usada na cultura. À medida que aumentam as perdas por percolação aumenta a necessidade de irrigação. Os resultados dessas figuras podem ser utilizados no gerenciamento de recursos hídricos. Tomando-se por base o valor de 800 mm de irrigação observa-se que esse 9

10 valor atende a demanda 90% dos casos em solos sem perdas por percolação, caindo para 40 % em solos com percolação de 1,5 mm/dia, 6 % nos solos com percolação de 3,0 mm/dia. mm Precipitação Irrigação Precipitação efetiva Drenagem 2000 Escoamento Evapotranspiração Consumo ,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 probabilidade Fig. 7. Probabilidade dos componentes do balanço hídrico na cultura do arroz irrigado para percolação de 0,0mm/dia. mm 2400 Precipitação Irrigação 2200 Precipitação efetiva Drenagem 2000 Escoamento Evapotranspiração Consumo ,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 probabilidade Fig. 8. Probabilidade dos componentes do balanço hídrico na cultura do arroz irrigado para percolação de 1,5 mm/dia. 10

11 mm Precipitação Precipitação efetiva 2000 Escoamento Consumo Irrigação Drenagem Evapotranspiração 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 probabilidade Fig. 9. Probabilidade dos componentes do balanço hídrico na cultura do arroz irrigado para percolação de 3,0 mm/dia. mm Precipitação Precipitação efetiva Escoamento Consumo Irrigação Drenagem Evapotranspiração 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 probabilidade Fig. 10. Probabilidade dos componentes do balanço hídrico na cultura do arroz irrigado para percolação de 4,5 mm/dia. 11

12 2600 Precipitação Irrigação Precipitação efetiva Drenagem 2400 Escoamento Evapotranspiração Consumo mm ,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 probabilidade Fig. 11. Probabilidade dos componentes do balanço hídrico na cultura do arroz irrigado para percolação de 6,0mm/dia. Conclusões Com base nos resultados desta pesquisa podem-se obter as seguintes conclusões: - Na simulação do balanço hídrico, o consumo total de água, dado pela soma dos componentes irrigação e precipitação efetiva, nos solos sem perdas por percolação foi de 1207 mm. Desse total 74 % é perdido por evapotranspiração, e 26% é perdido por drenagem. - Os maiores valores de vazão são necessários na fase de preparo do solo, com valores variando de 1,005 a 1,158 L.s -1 ha -1. Para os solos sem perdas por percolação a vazão média é de 0,472 L.s -1 ha -1 na fase vegetativa, 0,263 na fase reprodutiva e 0,177 na fase de maturação, com média durante o ciclo da cultura de 0,46 L.s -1 ha Nas simulações realizadas obteve-se valores de precipitação efetiva de 571 a 674 mm, correspondendo de 47,4% a 32,7 % da demanda de água. - Na série histórica de 64 anos, a precipitação acumulada durante o ciclo da cultura variou entre 400 a 1560 mm, sendo em 77 % dos anos a precipitação foi menor que a evapotranspiração, o que demonstra a importância da irrigação suplementar. Bibliografia Back, A.J.; Rosso, J. C., Comparação de métodos de estimativa da evapotranspiração de referência decendial e mensal em Urussanga-SC. Florianópolis, Brasil. XVI Congresso Brasileiro de Meteorologia. Anais. SBMET. 12

13 Correa, N.; Caicedo, N.; Fedder, R.; Louzada, J. A.; Beltrame, L.F.S., Consumo de água na irrigação do arroz por inundação. Lavoura Arrozeira, Porto Alegre, Brasil.v.50, n p Eberhardt, D. S.; Bacha, R. E., Preparo do solo e manejo da água. In: EPAGRI. A cultura do arroz irrigado pré-germinado. Florianópolis, Brasil, p IRGA Arroz Irrigado : Recomendações Técnicas da Pesquisa para o Sul do Brasil. 3.ed. Cachoeirinha, Brasil. 88 p. Louzada, J. A. S., Simulação da irrigação por inundação e da drenagem nos solos de várzea do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, Brasil. (Tese Doutorado). Machado, S. L. O Sistemas de estabelecimento do arroz irrigado, consumo de água e perdas de nutrientes na água de drenagem inicial, monitoramento de herbicidas na água da lavoura e efeitos no jundiá. Tese (Doutorado). Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria. 13