Irrigacao e Fertirrigacao Cap1
Irrigacao e Fertirrigacao Cap1
Irrigacao e Fertirrigacao Cap1
Relao
solo-planta-atmosfera
Maurcio Antonio Coelho Filho
Lus Henrique Bassoi
Luiz Roberto Angelocci
Eugnio Ferreira Coelho
Francisco Adriano de Carvalho Pereira
Importncia da
gua para os vegetais
Entre os fatores do ambiente que afetam o crescimento vegetal e a produtivida-
de agrcola, a disponibilidade hdrica o mais importante na maioria das regies,
pois define o grau de aptido climtica das regies s culturas. Adeficincia ou
o excesso hdricos devem ser considerados no manejo agrcola, e exigem muitas
vezes a interveno humana por meio da irrigao para corrigir ou minimizar
essa deficincia.
importante uma anlise diferenciada do estresse por falta de gua nos diferen-
tes estdios de crescimento e desenvolvimento das plantas. Por exemplo, um
vegetal apresenta sua maior tolerncia ao deficit hdrico ainda na forma de se-
mente, quando sua umidade extremamente reduzida em relao a vegetais em
crescimento e a sua hidratao o ponto de partida para a continuao do ciclo
da planta. Oefeito da falta de gua notvel na fase de plntula, quando a exis-
tncia de um sistema radicular pouco desenvolvido no permite a sobrevivncia
em deficincia prolongada, e principalmente nas fases reprodutivas, por causa
das perdas na produtividade do vegetal. Amaior parte da produo agrcola de
rgos reprodutivos, como gros, frutas e olercolas, e sua produtividade pode ser
afetada pela falta de gua nesse perodo (PIMENTEL, 1998).
Relaes da gua no
sistema solo-planta-atmosfera
O manejo da gua na agricultura exige um bom entendimento das relaes h-
dricas no sistema solo-planta-atmosfera (SSPA), que engloba a caracterizao dos
processos que envolvem a gua em equilbrio e em movimento em todo o SSPA,
constituindo-se de uma vasta rea de conhecimento, porque os componentes
solo, planta e atmosfera so estruturalmente bastante diferenciados entre si, com
diversas formas de interao com a gua. Oentendimento de que o transporte de
gua deve ser estudado de uma forma global no SSPA ganhou nfase nos anos
1960, quando fsicos de solo e fisiologistas entenderam que esse transporte en-
volve um contnuo lquido e que ele depende inclusive das inter-relaes entre os
diferentes componentes. J, nas dcadas de 1930 e 1940, haviam sido lanadas
ideias de se trabalhar com o sistema de forma integrada, as quais levaram Honert
(1948) a propor um modelo em analogia com a Lei de Ohm de circuito eltrico, no
qual o fluxo de gua ocorre em equilbrio dinmico desde o solo at a atmosfera,
sendo originado por diferenas de potenciais da gua e dependente de resistn-
cias ao transporte em cada parte do sistema:
(1)
O conceito de
potencial qumico da gua
O potencial qumico de uma substncia definido com base na energia livre para
realizar trabalho lquido, empregando-se a termodinmica de processos revers-
veis. Aenergia livre de Gibbs (G) a funo termodinmica apropriada no caso,
conforme discutido por Angelocci (2002).
y = ma - m0a (3)
O valor de m0a definido como aquele da gua pura e plana temperatura e pres-
so atmosfrica de um ponto em determinado referencial de posio (JONES,
1992; KOIDE et al., 1989). Dessa forma, o valor de y zero quando num estado de
gua livre, plana e pura e decresce, assumindo valores negativos, quando ocorre
a reduo da energia livre da gua em relao ao estado padro.
O potencial da gua pode ser expresso tambm em energia por unidade de mas-
sa de gua (J kg-1), ou seja:
(4)
(5)
(6)
(7)
1atm=1,013bar=10,33mca=101.300Pa=101,3kPa=0,1013MPa
y = yT+ yP + yS + y + yg (8)
A gua no solo
Caracterizao quantitativa:
umidade e potencial da gua
O solo composto pelas fraes slida, gasosa e lquida, sendo comum a utiliza-
o do termo solo apenas para a sua parte slida ou matriz. Otermo gua do solo
comumente utilizado para referir-se soluo do solo, em que as substncias
minerais e orgnicas se encontram dissolvidas na gua, ou seja, a gua um dos
seus componentes. Neste texto, o termo ser usado sem distino dos compo-
nentes gua e solutos e ser dada nfase condio de solo no saturado por ser
essa a mais frequente nos sistemas de produo agrcola.
(10)
= U x dg (11)
A gua retida matriz do solo por meio das foras capilares e de adsoro.
As foras capilares ocorrem nos microporos e esto associadas a uma interface
gua-ar, em que as molculas de gua so retidas por foras de coeso entre elas,
maiores e contrrias s foras que as atraem para a fase gasosa. Isso gera a tenso
superficial da gua. As foras de adsoro podem ser representadas pelas foras
de London-van der Waals entre as molculas de gua e a superfcie slida. Ana-
tureza bipolar das molculas de gua faz que elas sejam atradas pelas cargas
negativas presentes na superfcie do solo. Assim, as foras capilares e de adsoro
formam a fora matricial, com a qual o solo retm a gua, que interfere nos movi-
mentos ascendente (evaporao, absoro pelas razes e, indiretamente, transpi-
rao) e descendente (distribuio e drenagem).
yt = yp + yg + yo e yp = ym + ya (12)
y H = ym + y g (13)
Assim, para qualquer ponto no sistema solo, o potencial gravitacional (yg) equi-
valente altura z na superfcie do solo, arbitrariamente adotada como referencial,
ou seja, yg = z = 0 na superfcie e yg = z na profundidade do solo considera-
da. Opotencial de presso (yp) igual altura acima de um determinado ponto,
a uma profundidade z, em um solo em equilbrio hidrosttico com a superfcie
de gua livre (solo saturado). Em um solo saturado, yg e yp so negativos, pois
adotam-se valores negativos e positivos para valores abaixo e acima do nvel de
referncia (superfcie do solo).
(14)
(15)
(16)
A equao de carter fsico e, portanto, tem uma grande vantagem para poder
predizer a grandeza. Aforma da curva de infiltrao de gua de um solo ajuda a
explicar fisicamente a infiltrao, por exemplo, quanto maior o valor de I, menor
ser o valor de i. Contudo, apresenta desvantagens no que se refere calibrao
dos parmetros e uso em solos estratificados.
(17)
(18)
Distribuio de gua
no solo sob irrigao
Nas condies de irrigao por asperso, o movimento de gua no perfil do solo
ocorre predominantemente na direo vertical, sendo seu sentido descendente
durante o processo de infiltrao, isto , durante a irrigao ascendente em ra-
zo dos gradientes de potencial resultantes da evaporao do solo e da transpi-
rao das plantas. Aequao que pode representar os processos de infiltrao,
redistribuio e evaporao do tipo:
(19)
Essa equao indica que qualquer mudana no teor de gua, com o tempo, equi-
vale a uma variao no fluxo vertical de gua q/z.
(20)
(21)
(22)
(23)
(25)
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)
(32)
O valor da umidade q (r, z, t) pode ser obtido usando-se h (r, z, t) em qualquer mo-
delo de reteno de umidade disponvel, como o de Genuchten (1980). Onico
problema em se usar o modelo de Genuchten (1980) no caso que o valor de a
ajustado pode ser diferente do valor usado nas equaes anteriores. Assim, reco-
menda-se numa primeira instncia usar o modelo de Russo (1988) abaixo para
manter consistncia nos valores de a:
Solues numricas de
escoamento da gua no solo
A no linearidade da equao de Richards deve-se principalmente dependncia
da condutividade hidrulica da umidade ou do potencial de gua do solo. Asolu-
o numrica torna-se assim mais realista, apesar do carter mais complexo que
as solues analticas.
A maneira mais simples de tratar o volume molhado do solo irrigado por gote-
jamento por meio de uma semiesfera, cujo raio, a partir do incio da irrigao,
pode ser representado pela seguinte equao:
(34)
(36)
(37)
Distribuio radicular
e absoro da gua do solo
A distribuio de razes de espcies frutferas varia de acordo com a origem da
muda, tipo de solo e manejo da cultura. Assim, plantas oriundas de sementes
apresentam uma raiz pivotante, enquanto as propagadas assexuadamente apre-
sentam um sistema radicular fasciculado, com maior distribuio de razes laterais
(CARVALHO, 2002). Espcies olercolas transplantadas com torro permitem a for-
mao de um sistema radicular mais estreito e profundo, quando comparadas s
plantas originadas de transplante de raiz nua, que possibilitam a formao de um
sistema radicular mais raso, fibroso e mais largo (SALLES, 2002). Aprofundidade,
textura, estrutura, pH, condutividade eltrica e disponibilidade de nutrientes in-
fluenciam a distribuio das razes no solo. Desde que as razes estejam na mesma
poro do solo onde se encontram os nutrientes, pode ocorrer a interceptao
radicular que contribui para o processo de absoro. Ressalte-se tambm que a
umidade do solo desempenha um papel importante na absoro de nutrientes,
pela forte dependncia do fluxo de massa e da difuso da umidade do solo e pelo
A gua do solo move-se atravs dos solos predominantemente por fluxo de mas-
sa, governado por um gradiente de presso. Adifuso do vapor de gua ocor-
re em uma escala muito menor dentro do movimento total de gua no solo.
medida que as plantas absorvem gua do solo, elas esgotam o solo de gua junto
superfcie das razes, que leva a uma reduo de K e do potencial hidrulico (yH)
da gua junto raiz e, consequentemente, ao surgimento de um gradiente desse
potencial em relao s regies vizinhas do solo, que possuem maiores valores
de yH.
LVA textura
Gotejamento 5x8 0,90 1,60
mdia
(12),
Mangueira
(13), (14) LVA textura
Microasperso 7x9 0,60 2,00
arenosa
Microasperso 10 x 10 TER 0,80 2,50
(1)
AVA: Argissolo Vermelho Amarelo; LR: Latossolo Roxo; LVA: Latossolo Vermelho Amarelo; TER: Nitossolo; AQ: Areia Quartzosa; NQ:
Neossolo Quartzarnico.
Fonte: (2) Correa (1982); (3) Neves et al. (2001); (4) Bassoi et al. (2001); (5) Bassoi et al. (2002a); (6) Machado (2000); (7) Coelho et al. (2002);
(8)
Cintra et al. (1992); (9) Santos et al. (2003); (10) Bassoi et al. (2002b); (11) Coelho et al. (2003); (12) Silva et al. (2001); (13) Coelho et al. (2001);
(14)
Silva et al. (1999); (15) Sousa et al. (2002); (16) Choudhury et al. ( 1986); (17) Bassoi et al. (1999); (18) Bassoi et al. (2003a); (19) Bassoi
et al. (1998); (20) Choudhury et al. (1980); (21) Bassoi et al. (2001); (22) Bassoi et al.(2003b).
(38)
(39)
em que u(r, z) corresponde frao de gua extrada numa certa posio (r, z)
do bulbo molhado em relao ao total de gua extrada no plano; mr e sr so as
mdias e desvio-padro, respectivamente, da distribuio de extrao de gua na
direo radial e Mz e Sz so a mdia e desvio-padro, respectivamente, referentes
coordenada transformada ln(z) e b um parmetro de escala.
(40)
A umidade na posio (r, z), num plano radial ao caule e ao gotejador, q(r, z, t),
ser dada como resultado do balano de gua na posio (r, z) num dado tem-
po, levando em conta que os componentes do balano so a umidade qf (r, z, t)
resultante da infiltrao e redistribuio de gua (equao 16) e a extrao de
gua pelas razes acumulada naquela posio desde o fim da ltima irrigao
t0, ou q(r, z, t - t0), em que:
(41)
Assim, ao fim de cada irrigao, considera-se que o deficit de gua suprido pela ir-
rigao, fazendo q(r, z, t0) = 0; q(r, z, t) ou a umidade atual ser dada pela equao:
Caracterizao quantitativa
das condies hdricas das plantas
O estado hdrico das plantas pode ser caracterizado pelas medidas quantitativas
do contedo de gua em rgos vegetais ou pela determinao do potencial to-
(43)
y yp yP
Turgidez
(MPa) (MPa) (MPa)
quando o tecido perde gua. Tecidos mais elsticos (< e) possuem a capacida-
de de reduzir mais lentamente a sua turgescncia por unidade de volume de
perda de gua, de modo que, para um dado valor, e de tecidos mais elsticos
possui valores de yp e CRA inferiores e de yp superiores aos apresentados nos
tecidos mais rgidos. Por isso, importante nos estudos de ajustamento os-
mtico a quantificao de , pois o efeito da maior elasticidade se confunde
com o do ajustamento osmtico promovido pelo acmulo de ons ou solutos
orgnicos osmoticamente ativos nas clulas. O ajustamento osmtico um
mecanismo responsvel pelo decrscimo do potencial osmtico por meio do
Transporte de gua
na fase lquida na planta
Ao se estudar o transporte de gua na planta, pode-se estar interessado no fluxo
hdrico na escala de tecido ou mesmo celular ou no fluxo a longa distncia, desde
os stios de absoro nas razes at os stios de evaporao nas folhas. No transporte
pela planta como um todo, o xilema tem papel fundamental. Acapacidade da planta
de transportar gua verticalmente at distncias de dezenas de metros, contra a for-
a da gravidade, foi desenvolvida pela evoluo de um sistema eficiente de condu-
o de seiva bruta constitudo de vasos rgidos e metabolicamente inertes. Ao con-
trrio do xilema, os tecidos vivos tm condutividade hidrulica relativamente baixa
e, se as plantas no tivessem evoludo um sistema de baixa resistncia hidrulica,
teriam dificuldade de se desenvolver verticalmente, pois o transporte seria suficiente
para atender somente a uma camada de tecido muito prxima da fonte de gua.
O balano hdrico de uma planta depende dos fatores que afetam a absoro de
gua pelas razes e o seu transporte at os stios de evaporao, bem como dos que
afetam a perda de gua para a atmosfera a partir das folhas. Para manter um balan-
o hdrico favorvel ao crescimento/desenvolvimento das plantas superiores, elas
desenvolveram na evoluo filogentica um sistema de controle da perda de gua
na forma de vapor que compensa a presena de um eficiente sistema condutor
capaz de mover grandes quantidades de gua do solo para atmosfera, vencendo
as resistncias hidrulicas impostas no sistema radicular, caules e folhas , alm da
elevada rea foliar, para manter uma assimilao adequada de dixido de carbono.
Ocontrole do balano de gua possvel pela presena de uma epiderme relativa-
mente impermevel s trocas gasosas e de um sistema controlador dos fluxos de
vapor e dixido de carbono, sistema esse representado pelos estmatos.
Nos vegetais superiores, uma ligeira falta de gua que ocorre em torno do
meio-dia, at mesmo em plantas irrigadas, pode causar distrbios ao metabo-
lismo da planta. Uma ligeira diminuio de turgescncia celular, suficiente para
causar o fechamento temporrio dos estmatos nos horrios de elevada disponi-
bilidade de energia e deficit de saturao de vapor do ar, torna a absoro de di-
Essas relaes podem ser ainda mais complexas do que as apresentadas anterior-
mente e envolver o transporte hidrulico de substncias (cido abscsico ABA,
por exemplo) produzidas nos ramos e razes como estmulo ao fechamento es-
tomtico. Nesse caso no existiria uma resposta direta dos estmatos ao deficit
interno da planta, mas sim diminuio do teor de gua do solo, mesmo que o
estado hdrico da planta no tenha mudado. Tem-se sugerido que o mecanismo
envolve o transporte de um sinal (provavelmente qumico) das razes para as fo-
lhas, de modo que estas reduzam a perda de gua da planta quando as razes
ficam submetidas secagem acentuada do solo.
A densidade de fluxo de vapor dgua (por unidade de rea foliar) pode, ento,
ser calculada a partir do uso da Lei de Fick adaptada, considerando-se fluxo em
equilbrio dinmico:
sendo Fva , gva e rva expressos em moles por unidades de rea foliar e de tempo
(mmol m-2 s-1).
Neste item, os fatores que afetam a absoro da gua e a transpirao das plan-
tas sero examinados com maior detalhamento, como subsdio para o estudo da
evapotranspirao. Para isso, eles sero classificados em dois grandes grupos, o
dos fatores do ambiente (ligados ao solo e atmosfera) e o dos fatores da planta.
Salinidade do solo
A B
Aerao do solo
Temperatura ambiente
Figura 8. Relao entre a transpirao de lima-cida Tahiti por unidade de rea fo-
liar e a radiao lquida determinada sobre gramado em Piracicaba, SP. As limeiras
jovens possuam rea foliar de at 1,1 m2 e as adultas, 48 m2 e 99 m2.
Fonte: adaptado de Coelho Filho (2002) e Marin et al. (2001).
O ndice de rea foliar (IAF) uma varivel muito utilizada para expressar o cres-
cimento da planta e afeta a evapotranspirao das culturas anuais. Em culturas
perenes, as relaes existentes so mais complexas e o IAF no a varivel mais
indicada. Nesse caso, a rea foliar total a base para a modelagem da transpira-
o (BRAUN et al., 2000; COELHO FILHO, 2002), por ser a informao que melhor
padroniza as diferentes caractersticas dos pomares, as quais afetam a transpira-
A B
Figura 9. Transpirao de plantas de lima cida Tahiti com rea foliar (AF) entre
0,17 m2 a 1,1 m2, em dias com evapotranspirao de referncia (ETo) variando entre
1 mm dia-1 a 6 mm dia-1 (A); transpirao (fluxo de seiva) de ma com rea foliar
variando de 1 m2 a 20 m2, e dias com valores distintos de ETo A, B, C, D e E (B).
Fonte: adaptado de Angelocci e Valancogne (1993) e Coelho Filho (2002).
Indicadores vegetais
do grau de deficit hdrico
Existem vrios indicadores do estado hdrico das plantas, como os baseados em
variveis fsico-hdricas do solo, o seu potencial mtrico e a variao do contedo
de gua disponvel. Nas ltimas dcadas, tem-se dado considervel ateno ao
uso de indicadores da prpria planta, pois, segundo Kramer e Boyer (1995), as
prprias plantas so os melhores indicadores da disponibilidade hdrica ao inte-
grarem todos os fatores que afetam o seu grau de hidratao. Muitos acreditam
que os ndices das plantas so os mais confiveis, considerando-se que o solo
apenas um indicador indireto. Porm, as variveis medidas diretamente na planta
mostram-se muito sensveis a fatores ambientais e a resposta ao estresse pode ser
mal-interpretada, indicando apenas um deficit hdrico temporrio, resultante do
desequilbrio existente entre a transpirao e a absoro radicular.
Nesses casos, o yFAA no pode ser utilizado como ndice de deficit hdrico da plan-
ta e a transpirao relativa o melhor indicador desse deficit.
A B
Figura 10. Relao entre transpirao relativa e potencial da gua na folha antes
do amanhecer (yFAA) em rvores de nogueira: solos com distribuio homognea de
gua (A); solos com distribuio heterognea de gua (B).
Fonte: adaptado de Amglio et al. (1999).
Transpirao e condutncia
foliar difuso de vapor
A transpirao e a resistncia foliar difuso de vapor so variveis utilizadas em
estudos fisiolgicos de relaes hdricas como ndices de estresse de uma cultura
para o manejo de irrigao. Plantas estressadas aumentam a resistncia difuso
de vapor e transpiram menos por unidade de rea foliar.
Existem vrios fatores que afetam a abertura estomtica, como a idade da folha,
a luminosidade, a temperatura do ar, a umidade relativa do ar, o vento, o poten-
cial da gua na folha, a disponibilidade hdrica do solo e o possvel transporte de
substncias das razes para partes areas das plantas, quando h existncia de
deficincia de gua no solo. Esses fatores dificultam a interpretao dos valores e
sua relao com o balano hdrico da planta. Aexistncia e atuao desses fatores
Variaes micromorfomtricas
de rgos vegetais
Os estudos envolvendo a variao do crescimento e turgescncia vegetal mais
uma maneira de detectar o deficit hdrico das plantas. Como verificado na Figura
12, ao longo de um dia, o balano de gua na planta pode ser positivo ou ne-
gativo, dependendo do horrio e da capacidade de armazenar gua nos tecidos
(capacitncia hdrica). Quando no h limitao de gua no solo, a planta transpi-
ra potencialmente e, ao longo da fase clara do dia, o balano hdrico negativo,
havendo contrao dos caules, ramos ou frutos; porm, com a reposio hdrica
noturna, observam-se valores absolutos superiores aos encontrados no incio da
manh anterior em virtude do crescimento das plantas. Quando h limitao h-
drica no solo, a reposio noturna de gua na planta no completa e as varia-
es micromtricas dos rgos das plantas diferenciam-se das observadas para as
plantas sem deficincia hdrica (Figura 13).
Figura 12. Curso dirio do fluxo de seiva (L 20 min-1) determinado pelo mtodo do
balano de calor no caule e da transpirao (L 20 min-1) determinada com o uso de
pormetro de equilbrio dinmico, em trs plantas de lima cida Tahiti em campo
(A); e medidas de transpirao em folhas de lima-cida Tahiti em campo ao longo
de um dia (B). Dezembro de 2001, Piracicaba, SP.
Fonte: Coelho Filho (2002).
Chuva de 10 mm
2,0
Chuva de 7 mm
1,5 Chuva de 30 mm
1,0 Irrigada
com 864 L
0,5
Planta 1 (mantida sob baixo potencial mtrico)
Planta 4 controle (mantida sob irrigao)
0,0
293 296 299 302 305 308 311 314 317 320 323 326 329 332 335 338 341 344
Dia juliano
Figura 13. Variao radial de ramo de duas rvores de lima-cida Tahiti ao longo
dos dias julianos 293 a 344 do ano de 2002, Piracicaba, SP.
Fonte: Delgado Rojas (2003).
A relao entre o grau de deficit hdrico e a diferena trmica entre folha e am-
biente no simples, pois o balano global de energia da folha depende de va-
riveis como o deficit de presso de vapor dgua do ar, o saldo de radiao e
a velocidade do vento, o que exige que sejam encontradas relaes entre essas
variveis. AFigura 14, por exemplo, apresenta a relao entre a diferena de tem-
peratura entre folha e ar, associada variao do deficit de presso de vapor do ar
(DPV), as quais mostram uma relao linear quando ocorre transpirao potencial
(sem estresse hdrico), sendo denominadas de linhas-base baselines, permitindo
o clculo de um ndice denominado de graus-dia de estresse hdrico (IDSO et al.,
1977, 1981, 1982). ndices correlatos, mas que levam em conta efeitos, por exem-
plo, da velocidade do vento, so usados como o ndice de estresse hdrico da cul-
tura (IEHC), tratado teoricamente por Jackson (1982).
A temperatura do dossel vegetativo pode ser obtida com o uso de pequenos ter-
mopares aderidos a nmero representativo de folhas da planta avaliada, procedi-
mento que inviabilizado na prtica quando a planta possui elevada rea foliar.
De maneira geral, os estudos so realizados com o uso de termmetro por detec-
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