A UTILIZAÇÃO DOS SENSORES DE HUMIDADE DO SOLO DE REGISTO CONTÍNUO NA GESTÃO DA REGA E NA DEFINIÇÃO DOS LIMITES DE DÉFICE DE GESTÃO PERMISSÍVEL

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1 A UTILIZAÇÃO DOS SENSORES DE HUMIDADE DO SOLO DE REGISTO CONTÍNUO NA GESTÃO DA REGA E NA DEFINIÇÃO DOS LIMITES DE DÉFICE DE GESTÃO PERMISSÍVEL Boteta, L. 1 ;Guerreiro, C. 1 ; Catronga, H. 1 ; Brissos, N. 2 ; Oliveira, I. 1 (1) Centro Operativo e de Tecnologia de Regadio, Quinta da Saúde apartado 354, Beja, Telf.: (2) Aluno estagiário da Universidade de Évora Resumo O ajustamento da rega às necessidades em água das plantas é, hoje em dia, uma das prioridades da gestão da rega em agricultura de regadio. Esta prioridade prende-se com o facto de, por um lado, os rendimentos dos agricultores serem cada vez menores e, por outro, a água ser cada vez mais cara e mais rara. Nestas condições, uma das prioridades da gestão da rega é aumentar a eficiência e a uniformidade de aplicação da água, garantindo a satisfação das necessidades em água das culturas, de forma a minorar os custos de aplicação e a majorar a eficiência do uso da água pelas culturas. Se bem que alguns destes parâmetros estão relacionados com o desempenho dos equipamentos de aplicação da água, outros têm a ver com a gestão, nomeadamente a dotação aplicada e o intervalo entre regas. A gestão da rega é normalmente feita recorrendo aos diversos modelos disponíveis no mercado, todos eles baseados na técnica do balanço hídrico, seguindo, de uma forma aproximada, as metodologias da FAO. Nesta técnica, o intervalo entre regas máximo é definido a partir da razão entre o teor de humidade armazenado no solo, correspondente à fracção facilmente disponível, cujo limite inferior é definido pelo Défice de Gestão Permissível - DGP -, e a taxa de consumo de água pela planta ETc. A gestão da rega, de acordo com os princípios enunciados anteriormente, exige um conhecimento, tão perfeito quanto possível, dos valores destes dois parâmetros ETc e DGP -. Se, no que ao primeiro diz respeito, todos os congressos apresentam trabalhos conducentes à melhoria da estimativa deste parâmetro, ou à adaptação das metodologias a cada região, já no caso do DGP os valores adoptados são tomados, regra geral, com base nos valores gerais apresentados pelos diversos autores, nomeadamente pela FAO, ao longo dos diferentes documentos produzidos. A adopção destes valores, muitos gerais, é de difícil compatibilidade com a adopção das metodologias de cálculo da ETc apresentadas pela FAO, em que o cálculo dos coeficientes culturais, na ausência de dados reais, é feito através de vários coeficientes de correcção, em função do estado de humidade do solo, nomeadamente, em situação de stress. Consciente deste tipo de problemas, apresenta-se neste trabalho, uma primeira tentativa de definição dos valores do DGP para a fase intermédia e final do ciclo de duas culturas: 1

2 milho e beterraba sacarina. Este trabalho é feito recorrendo à comparação diária entre a taxa de consumo máximo das diferentes culturas ETc, determinada pela metodologia citada anteriormente, e a taxa real de extracção de água pelas culturas, medida com uma sonda de registo contínuo baseada na reflectrometria no domínio de frequências (FDR, EnviroScan TM ). Este trabalho foi desenvolvido durante duas campanhas de rega. Palavras-chave: evapotranspiração cultural, défice de gestão permissível, gestão da rega, monitorização da água no solo. 1- Introdução A agricultura de regadio é uma actividade de grande valor socioeconómico, a qual assume actualmente uma importância estratégica - na produção de alimentos, na rentabilidade das empresas agrícolas e na conservação dos recursos agrícolas e naturais -, constituindo uma das bases do desenvolvimento rural (Gonçalves, 1997). Porém, a sustentabilidade do regadio implica a prática de tecnologias agrícolas adequadas, aplicadas com uma atitude conservacionista, ainda que empresarial, mantendo a qualidade dos recursos solo e água (Serralheiro, 1997). A eficiência na prática da gestão da água em regadio tem como requisito genérico, aplicar o volume de água estritamente necessário para repor no solo, em tempo oportuno e na zona explorada pelas raízes, os consumos das plantas perdidos por evapotranspiração, conseguindo assim maximizar a produção por unidade de água consumida, o que conduz necessariamente, não só, à maximização do rendimento que o agricultor pode retirar dessa actividade, como também, à maximização do benefício ambiental ou social que se procura com o uso da água. Neste sentido, o gestor da rega deve conhecer as características dos solos, em termos de armazenamento de água no solo, nomeadamente o défice de gestão permissível DGP, - expresso, ou como percentagem da água utilizável possível de ser retirado do solo pela cultura, ou, pela tensão máxima que a planta exerce para extrair a água necessária, sem que isso implique uma quebra de produção superior a um dado valor, considerado como desprezável. O DGP, a frequência das regas, a produção final e os custos de mão-de-obra e dos sistemas de rega, estão interrelacionados. Os maiores valores de DGP estão, se outro objectivo não for traçado, normalmente associados a produções inferiores, se bem que tal comportamento implique a utilização de regas mais espaçadas e consequentemente, menores custos de exploração. Assim, pode concluir-se que a escolha de DGP não é simples. Isto reflecte-se, na prática, onde o valor do DGP e do intervalo entre regas não são optimizados (Oliveira 1993). Tendo presente os factos apresentados anteriormente, e a falta de experimentação ajustada às condições dos regadios do Alentejo, pretende-se com esta comunicação, divulgar os resultados do trabalho que vem sendo realizado pelo COTR, com duas 2

3 culturas, em diferentes tipos de solos, tendo em vista a determinação de uma metodologia que permita determinar o DGP. Os resultados do trabalho realizado referem-se às culturas do milho e da beterraba sacarina (Outono /Inverno). Este trabalho resulta dos estudos conduzidos no âmbito de projectos financiados pelos Programas AGRO e PEDIZA. 2 - Objectivos O objectivo do trabalho, objecto desta comunicação, consistiu na tentativa de determinar o Défice de Gestão Permissível DGP - de duas culturas diferentes - beterraba sacarina e milho e, como resultado final, arranjar uma metodologia que permita, em tempo real e para qualquer cultura, tendo por base a monitorização da água do solo em contínuo, a identificação deste parâmetro, e como tal, a entrada em stress dessa mesma cultura, possibilitando assim uma gestão da rega mais adequada. A determinação dos períodos de stress foi baseada na comparação entre as curvas de consumo de água do solo, monitorizado através de uma sonda EnviroScan de registo contínuo, e a curva teórica de consumo máximo de água das culturas, determinada com base na metodologia da FAO (Allen et tal 1998). 3 Material e Métodos A metodologia utilizada na tentativa de atingir o objectivo proposto consistiu, em primeiro lugar, na determinação dos períodos em que as plantas se encontram em stress e, em segundo, na determinação do teor de humidade do solo no início desse período, fazendo corresponder este valor ao DGP. A determinação dos períodos em que as plantas se encontram em stress foi feita pela comparação entre as taxas reais e teóricas de consumo de água pelas plantas, sendo identificado um período de stress, sempre que a taxa real de consumo fosse inferior à taxa máxima teórica que a planta teria em condições de conforto hídrico. Nestas condições, e atendendo aos dados disponíveis, este estudo incidiu, nesta fase, apenas nas fases dos ciclos das culturas nas quais foram identificados períodos de stress, o que, em termos práticos, correspondeu essencialmente ás fases intermédia e final dos ciclos, altura em que, por deficiente disponibilidade de água nas explorações agrícolas, os respectivos gestores tiveram que tomar decisões consentâneas Localização O presente trabalho foi desenvolvido em dois campos experimentais (explorações agrícolas privadas) (Quadro 1), regadas por center-pivot, onde foi possível monitorizar em contínuo a rega durante as campanhas de 2003 e

4 Quadro 1 Campos de Experimentação Nome/Localização Culturas Herdade Monte do Judeu Serpa Beterraba Herdade de Grafanes Brinches - Serpa - Milho 3.2 Monitorização da água no solo A monitorização da água no solo foi realizada através da sonda de registo contínuo - sonda Enviroscan - Sentek a qual mede a capacitância do solo, que está relacionada com a constante dieléctrica do solo através da geometria do campo eléctrico estabelecido em torno de um par de eléctrodos inseridos no solo, e consequentemente com o teor de humidade do solo (Nunes e Oliveira 2004) (Figura 1). A utilização deste tipo de equipamento deveu-se ao facto de ser uma sonda de registo contínuo, permitindo, por isso, registar a variação do teor de água do solo numa base diária. Figura 1 Sonda Enviroscan - Sentek : datta loger e sensores 3.3 Monitorização dos estádios fenológicos da cultura Para a monitorização do estado de desenvolvimento da cultura, a mesma foi acompanhada de forma a: estimar o índice de cobertura foliar ao longo das diversas fases do ciclo. Este trabalho foi feito recorrendo ao software de análise de imagem disponível no mercado (SigmaScan Pro, 1999). Esta análise foi feita de forma automática, a partir de fotografia digital, passando pelas três fases descritas na Figura 2. registar as datas de ocorrência dos principais estádios fenológicos ao longo do ciclo das culturas. 4

5 Fotografia de campo na Reconhecimento de pixeis na Contagem do numero de pixeis gama dos verdes gama dos verdes na gama dos verdes Figura 2 Determinação da taxa de cobertura do solo Cumulativamente foi efectuado o estudo sobre a distribuição do sistema radicular. Estas observações foram efectuadas por duas metodologias: Abertura de covas perpendiculares à linha de sementeira com dimensões de 1m x 1m. A observação foi feita ao longo do ciclo vegetativo das culturas. A metodologia seguida consiste na anotação dos principais aspectos relacionados com a distribuição e quantidade de raízes, com principal destaque para a profundidade atingida pelo sistema radicular (Figura 3a e b). Segundo o método da amostra partida descrito por M. Van Noordwijk et al. (2000). Este método consiste em retirar uma amostra cilíndrica do solo, que se parte sensivelmente ao meio, e proceder à contagem das pontas de raízes visíveis em ambas as faces a diferentes profundidades. A amostra foi sempre recolhida na linha de plantação entre duas plantas (Figura 3c). a) b) c) Figura 3 - Estudo sobre a distribuição do sistema radicular. No acompanhamento das culturas não foi observado qualquer tipo de problemas fitossanitários ou de fertilização, razão pela qual os períodos de stress identificados se ficaram a dever única e exclusivamente a stress hídrico. 3.3 Balanço de água no solo A determinação das necessidades hídricas das culturas foi realizada pelo método de Penman-Monteith (Allen et al descrito em Oliveira et al. 2004). 5

6 Com base nesta metodologia, foi determinado o balanço - ETc P e/ou Rega -, sendo - ETc - o valor correspondente à evapotranspiração máxima da cultura, determinado com base no ciclo cultural real (determinados para cada local), na profundidade radicular e no estado de humidade da superfície do solo, permitindo assim corrigir os valores dos coeficientes culturais, de acordo com Allen et al De acordo com a metodologia adoptada, partiu-se do princípio de que as maiores entradas de água no solo se deviam à precipitação e à rega e as maiores saídas à evapotranspiração. Assim, conhecido o balanço teórico e a variação da humidade do solo entre dias sucessivos e à mesma hora, foi possível comparar a evapotranspiração cultural máxima (ETc max ) e a evapotranspiração actual (ETc a ). Assim sendo, sempre que a ETc a for inferior a ETc max o declive da curva que representa a variação diária daquele parâmetro será inferior ao da que representa a variação diária de ETc max (Figura 4), ou seja, a planta está a consumir menos do que o que deveria acontecer, e como tal, é considerado que, na ausência de outros factores, essa diferença é causada por deficiência de água no solo, e consequentemente a cultura entrou em stress hídrico, permitindo assim determinar o valor de humidade no solo correspondente ao DGP. ETc max ETc a Figura 4 Figura com as curvas ETa e ETmax Após a elaboração das curvas da Figura 4, e com o objectivo de tentar identificar os períodos de stress realmente existentes, efectuou-se uma análise estatística às mesmas, tornando-se, por isso, necessário dividir o período de análise em pequenos períodos. Sem qualquer critério específico, começou-se por considerar um período de 7 dias, pelo facto de ser este o período de recolha de dados efectuado pelos técnicos do COTR. Seguidamente, foram considerados outros períodos tendo-se concluído, em função da informação existente, que aquele que melhor parece responder ao objectivo do trabalho proposto é o de 5 dias, razão pela qual toda a análise apresentada se basear neste intervalo de tempo. 6

7 Assim, o ciclo cultural foi dividido em períodos com a duração determinada, tendo, para cada um deles, sido ajustada uma regressão linear a cada segmento das duas curvas, com vista a fazer a análise da tendência das mesmas. A análise da tendência das curvas, foi feita através de um procedimento estatístico utilizando para o efeito a ferramenta de análise de dados do Microsoft Excel. O procedimento estatístico consistiu: a) Determinação de uma recta de regressão para cada um dos períodos considerados (5 dias) e para cada uma das curvas; b) Ao analisar o coeficiente de regressão, se F<0,05, a recta ajusta-se aos pontos, se F>0,05 a regressão ajusta-se mal, para um nível de significância de 95% (Neter et all, 1985). Nesta última condição, juntar-se-ão os dados do período analisado com os do período anterior que tenha uma regressão bem ajustada, exceptuando o caso desta ocorrência coincidir com o primeiro período de análise. Neste caso, juntar-se-ão os dados desse período com os do período posterior que tenha uma regressão bem ajustada. c) Após este procedimento efectua-se um teste à homogeneidade dos declives da regressão (teste t-student ). Com este procedimento, sempre que se verificaram diferenças estatisticamente significativas nos declives da regressão, considerou-se que se estava na presença de um período de stress. Conhecidos os períodos de stress, e consequentemente a data aproximada do seu início, foi possível conhecer os teores de humidade do solo correspondentes, e como tal, os valores de DGP. As curvas de DGP foram elaboradas com base na bibliografia (FAO-56) - curva teórica, e determinadas a partir dos períodos de stress identificados - curva real. 3 - Apresentação e discussão dos resultados Como resultado da aplicação desta metodologia apresentam-se nas Figuras 5 a 7, os períodos de stress identificados para os períodos de análise de 5 ( 5 dias ), dados pelo teste t-student. Nas mesmas figuras estão ainda discriminados os períodos de stress identificados com o critério do teste de F, para os mesmos períodos ( 5 dias F ). Estão também identificados as diferentes fases do ciclo cultural das diferentes culturas divididos em: fase inicial, fase de desenvolvimento, fase intermédia e fase final. As curvas das Figuras 5 a 7 foram traçadas de forma a conter informação sobre: a evolução diária do teor de humidade do solo, medidas com o equipamento de monitorização - sonda Enviroscan ; 7

8 determinações semanais do teor de humidade do solo medidas por análise gravimétrica (método padrão); as curvas de DGP; a precipitação ocorrida; as regas aplicadas; os períodos de stress aferidos pelos dois testes; as fases do ciclo cultural. A partir da metodologia utilizada, tentaram definir-se os teores de humidade do solo, correspondente ao DGP, ou seja, o limite real deste parâmetro curva real. Beterraba Sacarina Da análise da Figura 5, relativamente ao campo experimental do Monte do Judeu, verifica-se que o teor de humidade do solo até meados de Abril apresentou um nível óptimo para o normal desenvolvimento da cultura. A partir desta data, por escassez de água para rega, a estratégia seguida foi a de permitir o esgotamento gradual da reserva facilmente utilizável, levando ao surgimento de um período de stress de 27 de Abril até meados do mês de Maio, altura em que se regista alguma precipitação. A partir de 11 de Junho a cultura entra novamente em stress hídrico, com o objectivo de fornecer o mínimo de água à planta, tentando assim diminuir o vigor vegetativo da cultura e aumentar o teor de açúcares. A nova curva de DGP, calculada com base nos períodos de stress, encontra-se agora a um nível inferior (cerca de 17 mm), em relação á curva de DGP calculada através da bibliografia. Com a utilização desta nova curva, poderia ser possível ao agricultor poupar uma ou duas regas. Pela Figura 5, observa-se que o segundo período de stress (16 de Junho) é identificado algo desfasado, do momento em que a curva de consumo mostrada pelo equipamento desce abaixo do novo DGP (2 de Junho). Para este facto não se encontrou, para já justificação. 8

9 Fase Inicial Fase Desenvolvimento Fase Intermédia Fase Final mm mm /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /12/ /03/ /12/ /12/ /12/ /01/ /01/ /01/ /01/ /02/ /02/ /02/ /02/ /03/ /03/ /03/ /03/2004 Data 06/04/ /04/ /04/ /04/ /05/ /05/ /05/ /05/ /06/ /06/ /06/ /06/ /07/ /07/ /07/ /07/ /08/ /08/2004 EnviroScan DGP 5 dias 5 dias F Novo DGP CC Gravimetria Rega Precipitação Figura 5 Evolução do armazenamento de água no solo sujeito a períodos de stress na Herdade Monte do Judeu (2004), na cultura da beterraba Na Figura 6, é apresentado o caso da beterraba do campo experimental da Herdade Monte do Judeu para o ano de Neste caso, o período de stress decorre desde o fim da fase intermédia até metade da fase final. Neste caso, o DGP real coincide praticamente com o DGP teórico Fase Inicial Fase Desenvolvimento Fase Intermédia Fase Final mm /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /01/ /01/ /01/ /01/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /04/ /04/ /04/ /04/ /04/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /06/ /06/ /06/ /06/ /07/ /07/ /07/ /07/ /07/ /07/2003 Figura 5 Evolução do armazenamento de água no solo sujeito a períodos de stress na Herdade Monte do Judeu (2003), na cultura da beterraba Data EnviroScan DGP 5 dias 5 dias F Novo DGP CC Gravimetria Rega Precipitação mm 9

10 Milho O período de stress para o campo experimental da Herdade de Grafanes (Figura 7) é detectado a meados do mês de Junho. Esta situação de stress resulta de problemas de atascamento do pivot, que coincidiu com a fase mais sensível da cultura à deficiência de água no solo e também ao período de temperaturas elevadas. O período de défice hídrico significativo mantém-se até meados de Julho Fase Inicial Fase Desenvolvimento Fase Intermédia Fase Final mm /04/ /04/ /04/ /04/ /04/ /04/ /04/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/2004 Data 26/06/ /06/ /07/ /07/ /07/ /07/ /07/ /07/ /07/ /07/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /09/2004 EnviroScan DGP 5 dias 5 dias F Novo DGP CC Gravimetria Rega Precipitação Figura 7 Evolução do armazenamento de água no solo sujeito a períodos de stress em Brinches (2004) na cultura do Milho mm Défice de Gestão Permissível Como ficou explicito nos objectivos, pretendia-se com este trabalho determinar um valor de DGP para as culturas estudadas. Tendo por base os dados anteriores, ou seja: as datas correspondentes ao início dos períodos de stress os teores de humidade do solo nessas datas a tensão de humidade correspondente aos teores de humidade as características de armazenamento do solo é possível definir provisoriamente os parâmetros correspondentes ao DGP da beterraba sacarina e do milho para as fases do ciclo indicadas. No Quadro 2 apresentam-se esses valores, quer sob a forma de tensão, quer em percentagem da fracção da reserva facilmente utilizável. Os valores correspondentes à cultura da beterraba dizem respeito à média de dois anos, enquanto que no caso do milho respeita apenas ao ano de

11 Quadro 2 Valores de DGP expressos em tensão (kpa) e % da capacidade utilizável do solo para as culturas da beterraba e milho Cultura DGP Tensão (kpa) (%) Beterraba Milho Para o caso da cultura da beterraba, tem-se que, quando for esgotado 58 % da capacidade utilizável do solo, a cultura terá que exercer uma tensão de 84 kpa para extrair a água necessária. No caso da cultura do milho, tem-se que, quando for esgotado 64 % da capacidade utilizável do solo, a cultura terá que exercer uma tensão de 61 kpa para extrair a água necessária. 4 Conclusão Com esta metodologia pretende-se, casos os trabalhos futuros a realizar com estas e outras culturas, e em diferentes fases dos respectivos ciclos culturais, assim a validem, que no futuro possa ser uma ferramenta que, em tempo real, possibilite, através da utilização de um equipamento de monitorização de água no solo de registo contínuo, e do consequente tratamento estatístico, a identificação de situações de stress hídrico das culturas. Nos campos de beterraba e milho apresentados, a condução da rega foi feita de modo a manter a cultura em conforto hídrico, razão pela qual apenas se dispôs de alguns períodos de stress. Contudo, para a definição dos limites de stress, torna-se necessário induzir várias situações de forma a confirmar os níveis de humidade em que esta situação ocorre. Para a continuação da aplicação desta metodologia, torna-se necessário: Aumentar o número de ensaios com a mesma cultura. Aplicar a mesma metodologia a outras culturas. Utilizar culturas, que para o seu desenvolvimento vegetativo, seja necessário, a imposição de períodos de stress (Pereira, Girassol, Algodão, Cereais, etc.), para assim ajustar o DGP ao objectivo proposto. Impor períodos de stress nas várias fases do ciclo de desenvolvimento das culturas. 5 Bibliografia 11

12 ALLEN, R. G.; PEREIRA, L. S.; RAES, D.; SMITH, M., (1998). Crop evapotranspiration Guidelines for computing crop water requirements, FAO Irrigation and drainage paper 56, Rome. GOMES, K. A.; GOMEZ, A. A., (1984). Statistical Procedures for Agricultural reserarch, 2 nd edition, International Rice Recearch Institute Book, John Wiley and sons, New York. GONÇALVES, J.M. (1997). Sistema de Apoio à Decisão para o Projecto em Rega de Gravidade. Aplicação da Análise Multicritério ao Baixo Mondego. Dissertação apresentada no Instituto Superior de Agronomia para efeito de prestação de provas de doutoramento. Universidade Técnica de Lisboa. Instituto Superior de Agronomia. Lisboa. NETER, J.; WASSERMAN, W.; KUTNER, M. H., (1985). Applied linear statistical models: regression analysis of variance and experimental designs, 2 nd edition, Richard D. Irwin, Inc., Illinois. OLIVEIRA, I. (1993). Técnicas de Regadio Tomo I. Instituto de Estruturas Agrárias e Desenvolvimento Rural. Lisboa. OLIVEIRA, I. (2003). Monitorização da Água do Solo. Guia de Rega 1.1 Cotr. Beja. SERRALHEIRO, R.P. (1997). Perspectiva da Agricultura de Regadio em Portugal. Publicações da Universidade de Évora, Ciências Agrárias, pp SERRALHEIRO R. P.(2003). O Futuro do Regadio e a Protecção do Ambiente. Universidade de Évora - TOUREIRO, C. M., SERRALHEIRO, R. P.; OLIVEIRA, M. (2004). Economia de Água com Rega Deficitária, uma Aproximação ao Conceito de Água Útil para Rega. Universidade de Évora