Efeito da água no rendimento das culturas

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1 CURSO DE COMPROVAÇÃO DE PERDAS AGRÍCOLAS PARA O SEGURO RURAL, PROAGRO E PROAGROMAIS Efeito da água no rendimento das culturas Prof. Francisco Edinaldo Pinto Mousinho TERESINA, DEZEMBRO DE 2012

2 1 1. INTRODUÇÃO A água é indispensável para o desenvolvimento das plantas pois é o principal componente do tecido vegetal. Em alguns vegetais, como o fruto da melancia e do tomate, a água chega a representar mais de 98% da sua massa. De uma maneira geral a resposta das plantas à aplicação de água pode ser representada conforme a Figura 1, podendo também ser expressa por uma equação denominada função de resposta ou função de produção da cultura à aplicação de água. Uma determinada quantidade de água aplicada (Lc) pode não ser suficiente para que a planta complete o seu ciclo produtivo, e desta forma o seu rendimento seria nulo. À medida que a quantidade de água aplicada aumenta, a planta vai respondendo positivamente aumentando o seu rendimento até que se atinja o ponto de máximo rendimento (Ym), alcançado com uma lâmina de água Lm. A partir deste pondo o aumento da lamina aplicada causa queda no rendimento da cultura. Em condições da agricultura de sequeiro, raramente a lâmina aplicada coincide com a Lm, sendo na maioria das vezes menor que esta. Assim, para lâminas menores que Lm o rendimento da cultura não será máximo. Para uma lâmina (Lr), menor que Lm, a cultura não alcançará o rendimento potencial (Ym), proporcionando assim, um rendimento real (Yr), conforme ilustrado na Figura 1.

3 2 Ym Yr Lc Lr Lm Quantidade de água Figura 1 Representação da resposta produtiva das plantas à aplicação de água Nas regiões tropicais, a distribuição irregular das chuvas aliada à grande demanda de água da maioria das culturas, que está diretamente relacionada aos altos níveis de temperatura do ar e radiação solar, fazem com que em áreas plantadas em que o cultivo não é irrigado ou até mesmo em função da ocorrência de veranicos em épocas onde a irrigação não é realizada, ocorram oscilações interanuais no rendimento destas culturas. Assim, em muitas regiões do Brasil o fator que causa maior variabilidade na produtividade é a disponibilidade de água no solo (ALFONSI et al., 1987). A disponibilidade de água no solo está diretamente relacionada à ocorrência de chuvas ou à prática da irrigação, mas também depende das características físicas do solo. Solos argilosos com textura mais fina retêm água em maior quantidade que os solos de textura arenosa, devido à maior área superficial e a poros menores entre partículas (TAIZ & ZEIGER, 1991). À medida que a umidade do solo diminui, a planta tem mais dificuldade em utilizar a água pois a força de retenção de água pelo solo aumenta, o que contribui para a diminuição da disponibilidade de água às plantas (BERGAMASCHI, 1992), e quanto maior for a demanda evaporativa da atmosfera mais elevada será a necessidade de fluxo de água no sistema soloplanta-atmosfera. A água disponível às plantas tem uma grande dependência das características de retenção da água no solo que por sua vez está relacionada às características físicas do solo. Assim, em solos arenosos a disponibilidade de água as plantas é relativamente menor que em

4 3 solos com maior teor de argila, o que torna os cultivos realizados nestes tipos de solo mais susceptíveis ao déficit hídrico. A capacidade de água disponível no solo (CAD) pode ser definida como a quantidade máxima de água que o solo pode armazenar na profundidade explorada pelo sistema radicular da planta, sendo calculada pela expressão: CAD (U U ) s Z CC PMP em que: CAD capacidade de água disponível no solo, mm; U CC umidade gravimétrica do solo na capacidade de campo, adimensional; U PMP umidade gravimétrica do solo no ponto de murcha permanente, adimensional - densidade do solo Zi - profundidade efetiva do sistema radicular, mm. A CAD varia ao longo do ciclo das culturas em função das características físicas do solo nas diferentes profundidades e devido ao crescimento do sistema radicular até atingir a profundidade efetiva. Na Tabela 1 são apresentados os valores de profundidade do sistema radicular de algumas culturas. A cultura agrícola tem seu rendimento bastante afetado pela disponibilidade de água no solo. Deficiências ou excessos de água nas suas diferentes fases de desenvolvimento causam redução no seu rendimento em diferentes proporções. Plantas que apresentam sistema radicular superficial, cerca de 0,40m, a redução do conteúdo de água nas camadas superficiais do solo, causado por pequenos veranicos ou intervalos entre irrigações maiores, podem ser suficientes para a diminuição da disponibilidade hídrica para a cultura, reduzindo ou impedindo a absorção de água.

5 Tabela 1 Profundidade do sistema radicular de algumas culturas 4

6 5 2. BALANÇO HÍDRICO O balanço hídrico é a contabilização de entradas e saídas de água no solo, através do qual pode-se determinar a ocorrência de déficit ou excesso de água no solo para a condição considerada. Em nível de parcela agrícola a utilização do Balanço hídrico de Cultura (BHC) pode determinar a deficiência relativa de água para a cultura que tem relação direta com a queda de rendimento da mesma, face a ocorrência de déficit de água no solo. Para situações práticas, considerando a agricultura de sequeiro, adota-se a simplificação do balanço hídrico sendo os seus componentes ilustrados na Figura 2. Para a elaboração do BHC utiliza-se a metodologia proposta por Thornthwaite & Mather (1955). Figura 2 Representação esquemática dos componentes do Balanço hídrico de cultura, em que Pef: precipitação efetiva, ET: evapotranspiração da cultura, ARM: armazenamento da água no solo

7 6 2.1 Precipitação pluvial efetiva Como nem toda a precipitação ocorrida em um determinado local torna-se disponível às plantas, a precipitação efetivamente disponível para as plantas pode ser expressa através de um percentual da precipitação total. O método da percentagem fixa é definido como a precipitação efetiva com uma probabilidade de excedência respectiva à percentagem aplicada, conforme descrevem Sampaio et al. (2000). Assim, de acordo com as recomendação de Doorenbos e Pruitt (1997), pode-se utilizar a percentagem de 75%, utilizando a CAD como valor limite da precipitação efetiva, conforme adaptação proposta em Embrapa (2003), sendo: Pefi Pef i Pt i se 0,75 Pt i Pt i se CAD Pt i CAD em que: Pef i precipitação efetiva ocorrida no dia i, L; Pt i precipitação total ocorrida no dia i, L; Exemplificando: Se a precipitação total(pt) em um determinado dia foi de 36mm e a CAD no solo é de 40mm, então toda e precipitação ficou disponível no solo e desta forma a precipitação efetiva foi de 36mm. Todavia se em outro dia houve uma precipitação de 50mm (PT > CAD(40mm)) a precipitação efetiva seria 75% da precipitação total o que resultaria no valor de 37,5mm. 2.2 Evapotranspiração O termo Evapotranspiração é utilizado para representar o somatório de perdas de água do solo por evaporação e transpiração dos vegetais nele presentes. A evapotranspiração de uma determinada cultura representa portanto a quantidade de água necessária para suprir a demanda evaporativa da água no solo e as necessidades hídricas da cultura. Sua medida se dá através de equipamentos denominados de lisímetros no qual se faz um balanço de água no solo contabilizando as entradas e as saídas de forma a se obter a quantidade de água evapotranspirada.

8 7 A medida da evapotranspiração normalmente é restrita a órgãos de pesquisa face à necessidade de instalações físicas e equipamento (lisímetros). Como alternativa, a evapotranspiração pode ser estimada por métodos empíricos que utilizam equações que relacionam os parâmetros relacionados às condições atmosféricas(temperatura, umidade do ar, velocidade do vento, etc.) com a evapotranspiração. Tendo em vista a grande quantidade de culturas existentes, convencionou-se estimar a evapotranspiração de uma cultura padrão, de referência. Assim, a evapotranspiração de Referência (ETo) é a quantidade de água que seria utilizada por uma extensa superfície vegetada com grama, com altura entre 8 e 15 cm, em crescimento ativo, cobrindo totalmente a superfície do solo, e sem restrição hídrica. Dentre os métodos empíricos para a estimativa da evapotranspiração de referência o Método de Penman-Monteith é o recomendado pela FAO e estima a evapotranspiração a partir de variáveis agroclimáticas. A evapotranspiração de referência relaciona-se com a evapotranspiração da cultura através de um coeficiente de cultivo. O coeficiente de cultivo é obtido experimentalmente em condições locais, variando com a fase fenológica da planta. Na Figura 3 pode-se visualizar a variação do Kc de uma determinada cultura ao longo do seu ciclo. Pode-se observar que no início do desenvolvimento da cultura o seu Kc é baixo, atingindo valores maiores à medida que a planta atinge a fase de maior demanda de água. Neste exemplo o Kc inicial foi de 0,4, representando que a evapotranspiração da cultura, nesta fase, é igual a 40% da evapotranspiração de referência (ETo). Figura 3 Representação da variação do coeficiente de cultivo (Kc) em função da fase fenológica da planta

9 8 Exemplificando: A evapotranspiração de referência estimada pelo método de Penman Monteith em um determinado dia foi de 5mm. Neste dia uma cultura agrícola plantada neste local está na fase inicial do seu desenvolvimento e apresenta Kc igual a 0,5. Assim, a evapotranspiração desta cultura é dada pelo produto entre o coeficiente de cultivo e a evapotranspiração de referência, sendo, portanto, o valor da evapotranspiração da cultura igual a 2,5mm Os valores de Kc para as diversas culturas podem ser obtidos na literatura, sendo oriundo de pesquisas em diversos locais. Na Tabela 2 são apresentados os valores de Kc por fase de cultivo para algumas culturas de acordo com DOORENBOS & KASSAM (2000) e a Tabela 3 apresenta os valores de Kc para algumas culturas obtidas por diversos autores.

10 Tabela 2 Valores de Kc por fase fenológica para diversas culturas 9

11 10 Tabela 3 Valores de Kc por fase de desenvolvimento para algumas culturas Cultura Fase de desenvolvimento I II III IV Feijão 0,40 0,80 1,20 0,70 Melancia 0,50 0,80 1,05 0,75 Milho 0,40 0,80 1,10 0,85 Maracujá 0,42 0,80 1,12 0,95 Banana 0,65 0,85 1,05 1,05 O conceito de evapotranspiração da cultura (ETc) foi introduzido por Doorenbos & Pruitt (1997), caracterizando-a como sendo a evapotranspiração de uma cultura agronômica, livre de doenças, desenvolvendo-se em uma área cultivada de um ou mais hectares, sob condições otimizadas de solo, incluindo água e fertilidade. Em condições de campo, especialmente na agricultura de sequeiro, na maioria dos casos ocorre restrição de água. Assim, o termo Evapotranspiraçao real (ETR) foi introduzido para representar a quantidade de água realmente utilizada por uma cultura agrícola, porém com ou sem restrição hídrica. Desta forma a evapotranspiração da cultura seria a evapotranspiração máxima, sendo evapotranspiração real igual ou menor à evapotranspiração da cultura 2.3 Rendimento das culturas sob condições de déficit hídrico O déficit hídrico é um dos fatores que afetam a produção agrícola com maior freqüência e intensidade, influenciando praticamente todos os aspectos relacionados ao desenvolvimento vegetal, diminuindo a fotossíntese pela redução da área foliar e afetando vários outros processos, além de alterar o ambiente físico das culturas (FONTANA et al., 1992). Seus efeitos dependem da sua intensidade, duração, época de ocorrência e da interação com outros fatores que interferem no rendimento das culturas (CUNHA & BERGAMASCHI, 1999).

12 11 Os efeitos do déficit hídrico são iniciados quando a evapotranspiração supera a taxa de absorção da água do solo pela cultura, estando associados à redução progressiva da disponibilidade de água no solo (SILVEIRA & STONE, 2001). A maioria das culturas apresenta períodos críticos quanto à deficiência hídrica, durante os quais a sua ocorrência pode causar grandes decréscimos no rendimento. A forma como o déficit hídrico se desenvolve na planta é bastante complexa pois este afeta todos os aspectos relacionados ao seu desenvolvimento, sendo que os prejuízos estão diretamente relacionados à sua duração, severidade e do estágio de desenvolvimento da cultura (FOLEGATTI et al., 1997). O déficit hídrico, afeta vários aspectos do desenvolvimento das plantas destacando-se a redução do tamanho das plantas, de sua área foliar e do seu rendimento físico (FARIAS et al., 2008). INMAN-BAMBER (2004) também ressaltam que o tempo de exposição à seca, ou seja, a duração do período de déficit hídrico afeta negativamente o crescimento da parte aérea e a taxa de fotossíntese das plantas. Assim a produtividade das culturas é altamente dependente das interações entre suas fases fenológicas e as variações inter e intranuais da disponibilidade de água no solo, que por sua vez, são altamente dependentes das distribuição temporal e espacial das chuvas. As plantas de uma maneira geral respondem de forma não linear à variação do ambiente em que se desenvolvem, principalmente no que se refere às variáveis precipitação e temperatura (HAMMER et al., 2002). Além disso, a resposta da cultura às variações ambientais depende do período em que elas ocorrem e da sua intensidade (BATCHELOR et al., 2002). Quando as necessidades hídricas da cultura são atendidas plenamente, a evapotranspiração real (ETr) é igual à evapotranspiração da cultura (ETc) resultando em um rendimento potencial da cultura. Todavia, quando o suprimento é insuficiente tem-se que a evapotranspiração real da cultura é menor que a evapotranspiração máxima e a perda de produtividade é proporcional ao estresse hídrico sofrido pela cultura. DOORENBOS & KASSAM (2000) expressaram a sensibilidade das culturas ao déficit hídrico através de um fator de sensibilidade das culturas ao déficit hídrico (ky) correlacionando a queda de rendimento com o déficit de evapotranspiração relativa. Este valor indica que havendo déficit de água no solo a cultura responde negativamente diminuindo o seu rendimento. Na Tabela 4 são apresentados valores de ky para deferentes culturas por fase fenológica.

13 12 Tabela 4 Valores do fator de sensibilidade ao déficit hídrico de algumas culturas Considerando apenas o déficit hídrico, para estimativa de queda de rendimento em função da sua ocorrência pode-se considerar o rendimento potencial ou máximo de uma cultura (Ym) aquele obtido pelo cultivo de uma variedade adaptada, em condições de manejo adotado pelo produtor e sem restrição de água. Face à grande dificuldade da ocorrência destas condições em nível de campo, uma estimativa aproximada do rendimento potencial pode ser obtido a partir de valores potenciais de produtividade, em nível de campo ou experimentais, obtidos nas condições edafoclimáticas de interesse. Tomando-se por exemplo a cultura do feijão, na fase de floração esta cultura tem o valor de ky igual a 1,1. Assim, havendo um déficit hídrico de 30% a queda de rendimento seria 33% (1,1x30%). Se, caso não houvesse o déficit hídrico o rendimento esperado fosse de 1200 kg/ha (Ym), o rendimento obtido em função do déficit hídrico seria 33% menor, ou seja 804 kg/ha A ocorrência de déficits hídricos pode se dar, tanto durante todo o ciclo da cultura, como também em uma ou mais fases do seu desenvolvimento. A maioria das culturas em termos de rendimento, reagem diferentemente ao déficit hídrico em função da fase de desenvolvimento. Desta forma, o déficit hídrico ocorrido em uma ou mais fases está associado

14 13 a uma redução percentual na produtividade máxima, sendo o rendimento relativo dado pela relação entre este rendimento máximo e o déficit de evapotranspiração em cada fase de desenvolvimento. De acordo com Frizzone (1998), quando existe uma dependência entre os efeitos dos déficits hídricos ocorridos em diferentes estádios fenológicos de uma cultura, a estimativa do seu rendimento relativo é melhor obtida através de um modelo multiplicativo entre o rendimento potencial e o déficit de evapotranspiração. Um dos modelos multiplicativos foi proposto por Rao et al. (1988) e é apresentado por Frizzone (2005), sendo dado por: Yr Ym 4 i 1 ETr i 1 Kyi 1 ETm i em que: Yr - produtividade real da cultura, kg ha -1 ; Ym - produtividade máxima ou potencial da cultura, kg ha -1 ; Ky i - fator de resposta da cultura ao déficit hídrico na fase i, adimensional; ETr i - evapotranspiração real da cultura na fase i, mm; ETm i - evapotranspiração máxima da cultura na fase i, mm. 2.4 Estimativa de rendimento das culturas face a ocorrência de déficit hídrico Exemplo de aplicação 1 Déficit hídrico uniforme durante o ciclo da cultura Um produtor rural plantou uma área de 2 hectares de milho, no dia 15 de fevereiro e tinha previsão para colheita no dia 25 de abril. Caso não houvesse restrição de água ele esperava colher 5000 kg/ha. Durante o seu ciclo a evapotranspiração da cultura foi de 350mm, mas no entanto a chuva ocorrida durante o cultivo foi de apenas 280mm, distribuídos uniformemente durante o ciclo. Resolução: ky médio do milho (ciclo): 1,25 (Tabela 4) Redução do suprimento de água: = 70mm, 70mm equivale a um percentual de 20% da demanda total (350mm)

15 14 Redução no rendimento = 1,25*20% = 25% Portanto haveria queda de rendimento equivalente a 25%. Assim ele conseguiria um rendimento de 75% do rendimento potencial Rendimento obtido pelo produtor = 5000kg/ha x 75% = 3750 kg/ha Em dois hectares a produção seria: 2 x 3750 = 7500 kg Exemplo de aplicação 2 Déficit hídrico diferenciado por fase Utilização da planilha BH Dados: Um produtor fez o plantio de uma área de 1,5 ha. Durante o período de cultivo as chuvas ocorridas e a evapotranspiração de referência foram as apresentadas na Tabela a seguir. Caso não houvesse déficit hídrico e de acordo com a tecnologia adotada a produtividade esperada era de 5000 kg/ha. Determine o rendimento esperado face a ocorrência de déficit hídrico no período de cultivo. Cultura milho Dados da cultura: Fase DAP Z (cm) Kc Ky I II III IV Z Profundidade do sistema radicular Kc Coeficiente de cultivo

16 15 Dados do solo Z (cm) CC (%) PMP(%) ρ solo CC Capacidade de campo, % em massa PMP Ponto de Murcha Permanente, % em massa ρ solo densidade do solo, adimensional Dados climáticos da região DAP Chuva(mm) ETo diária Utilizando a planilha 1. Abrir a planilha BH 2. Inserir a senha: 1970 e clique OK

17 16 3. Escolha a opção SOMENTE LEITURA e clique em OK 4. Leia as instruções de uso e clique em continuar

18 17 5. Insira os dados da cultura nos campos destacados de amarelo e depois clique em CONTINUAR 6. Informe os dados do solo, por camada e clique em continuar

19 18 7. Informe os dados de chuva de Evapotranspiração de referência no período e clique em CONTINUAR 8. Visualize o resultado do Balanço Hídrico e o rendimento esperado da cultura 9. Caso deseje salvar, escolha outro nome para o arquivo e salve-o.

20 19 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALFONSI, R. R; PEDRO JR., M. J. BRUNINI, O; BARBIERI, U. Condições climáticas para a cana-de-açúcar. In: PARANHOS, S. B. Cana-de-açúcar: cultivo e utilização. Campinas: Fundação Cargill BATCHELOR, W. D.; BASSO, B.; PAZ, J. O. Examples of strategies to analyze spatial and temporal yield variability using crop models. European Journal of Agronomy, v. 18, n. 1-2, p , Dec BERGAMASCHI H. Desenvolvimento de déficit hídrico em culturas. In: BERGAMASCHI, H. Agrometeorologia aplicada à irrigação. Porto Alegre: UFRGS, Ed. Universidade, p CUNHA, G. R.; BERGAMASCHI, H. Efeitos da disponibilidade hídrica sobre o rendimento das culturas. In: BERGAMASCHI, H. (Coord.). Agrometeorologia aplicada à irrigação. 2.ed. Porto Alegre: Editora Universidade UFRGS, cap. 6, p DOORENBOS, J.; KASSAM, A.H. Efeito da água no rendimento das culturas. Trad. de H.R. Gheyi, A.A. de Sousa, F.A.V. Damasceno, J.F. de Medeiros. 2. ed. Campina Grande: UFPB, p. (Estudos FAO: Irrigação e Drenagem, 33). DOORENBOS, J.; PRUITT, W.O. Necessidades hídrica das culturas. Trad. de H.R. Gheyi, J.E.C. Metri, F.A.V. Damasceno. Campina Grande: UFPB, (Estudos FAO: Irrigação e Drenagem, 24). EMBRAPA - EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. Sistema de Produção de Citrus para o Nordeste. 2003a. EMBRAPA Mandioca e Fruticultura. Sistemas de produção, 16. Versão eletrônica. FARIAS, C. H. de A.; FERNANDES, P. D.;AZEVEDO, H. M.; DANTAS NETO, J. Índices de crescimento da cana-de-açúcar irrigada e de sequeiro no Estado da Paraíba. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 12, n. 4, p , 2008 FOLEGATTI, M. V.; PAZ, V. P. S.; PEREIRA, A. S.; LIBARDI, V. C. M. Efeitos de diferentes níveis de irrigação e do déficit hídrico na produção do feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.). In: CONGRESO CHILENO DE INGENIERIA AGRÍCOLA, 2., Resumenes de trabajos. Chillan : Universidad de Concepcion, p.73. FONTANA, D.C.; BERLATO, M.A.; BERGAMASCHI, H. Alterações micrometeorológicas na cultura da soja submetida a diferentes regimes hídricos. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.27, n.5, p , 1992.

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