NECESSIDADES HÍDRICAS DAS CULTURAS

Prof. José Alves Júniorjalves@cnpaf.embrapa.br

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁSEscola de Agronomia e Engenharia de

AlimentosSetor de Engenharia Rural

DEFINIÇÕES

• A necessidade hídrica de cultura é quantificada através da evapotranspiração (ET). A ET de uma área vegetada corresponde ao total de água transferido para atmosfera na forma de vapor d’água, simultaneamente da superfície do solo (evaporação – E) e da superfície das folhas (transpiração – T).

• Fisicamente E e T são iguais, pois envolvem mudança de estado físico da água, de líquido para vapor. Porém, pode-se dizer que a T é evaporação biologicamente controlada, devido a ação dos estômatos.

CONDIÇÕES NECESSÁRIAS p/ ET

• Água – disponibilidade no reservatório do solo (umidade na capacidade de campo ou próximo daquela)

• Energia – calor latente de vaporização da água (L)• Estômatos abertos – H2O é transferida para atmosfera e CO2 é captado

fotossíntese• Remoção do vapor – a ação do vento remove o vapor da superfície

evaporante, gerando gradientes de concentração de vapor d’água.

L = 2,501 – (2,361 · 10-3)·T, com L (MJ kg-1) e T (oC)

Exercício 1) Demonstre que se T = 20oC então L = 2,45 MJ kg-1

UNIDADES

• A ET pode ser expressa em unidades de energia, por unidade de área e de tempo (MJ m-2 dia-1) ou em altura de lâmina d’água por unidade de tempo (mm dia-1)

2,45 MJ m-2 dia-1 = 1 mm dia-1

Exercício 2) A radiação solar global (Rg) incidente num determinado espelho d’água foi de 15,65 MJ m-2 dia-1, num dia de temperatura média igual a 20oC. Se toda a Rg fosse usada

exclusivamente para evaporar água, qual seria a lâmina e o volume de água evaporados?

FATORES DE CONVERSÃO

Unidades

Lâmina Volume por unidade de área

Energia por unidade de área

mm dia-1 m3 ha-1 dia-1 L s-1 ha-1 MJ m-2 dia-1

1 mm dia-1 1 10 0,116 2,45

1 m3 ha-1 dia-1 0,1 1 0,012 0,245

1 L s-1 ha-1 8,640 86,40 1 21,17

1 MJ m-2 dia-1 0,408 4,082 0,047 1

+ SOBRE TRANSPIRAÇÃO

A TRANSPIRAÇÃO

• Depende:– Abertura dos estômatos

• luz •água• temperatura •condições atmosféricas

– taxa de absorção de água

DETERMINAÇÃO DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE UMA CULTURA

• ENVOLVE TRÈS ETAPAS:

1) Determinação da ET de referência (ETo)2) Determinação do coeficiente de cultivo

(Kc)3) Multiplicação do Kc pela ETo

ETc = Kc · ETo

EVAPOTRANSPIRAÇÃO DA CULTURA DE REFERÊNCIA (ETo)

• DOORENBOS e PRUITT (1977), no Manual 24 da FAO, apresentaram a definição de ETo tendo a grama como cultura de referência, ou seja, “ETo é a quantidade de água evapotranspirada na unidade de tempo e de área, por uma cultura de baixo porte (8 a 15 cm), verde, cobrindo totalmente o solo, de altura uniforme e sem deficiência de água”.

MÉTODOS DE ESTIMATIVA DA ET (ETo)

• Equação de Hargreaves (1985) ETo = 0,0023·Ra·(Tm+17,8)·(Tx-Tn)0,5

Ra = radiação solar no topo da atmosfera (mm dia-1); Tm = temperatura média do ar (oC); Tx = temperatura máxima do ar (oC) e Tn = temperatura mínima do ar (oC)

Exercício 3) Local = Cruz das Almas (12º de latitude Sul); Mês = janeiro; Tx = 28ºC; Tn = 20ºC (valores hipotéticos).

Determinar a ETo média diária para aquele mês bem como a ETo total mensal.

Tm = (Tx + Tn) / 2

VALORES DE Ra

LATITUDE JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

9o

16.3 16.3 15.8 14.5 13.1 12.3 12.6 13.8 15.2 16.0 16.3 16.3

10o

16.5 16.4 15.7 14.4 12.9 12.1 12.5 13.7 15.1 16.1 16.4 16.4

11o

16.6 16.5 15.7 14.3 12.7 11.9 12.3 13.5 15.1 16.1 16.5 16.5

12o

16.7 16.5 15.7 14.2 12.6 11.7 12.1 13.4 15.0 16.1 16.6 16.7

13o

16.8 16.6 15.6 14.0 12.4 11.5 11.9 13.2 14.9 16.1 16.7 16.8

14o

16.9 16.6 15.6 13.9 12.2 11.3 11.7 13.1 14.9 16.1 16.8 16.9

15o

17.0 16.6 15.5 13.8 12.0 11.1 11.5 12.9 14.8 16.1 16.8 17.0

16o

17.1 16.7 15.5 13.6 11.8 10.9 11.3 12.8 14.7 16.1 16.9 17.2

17o

17.2 16.7 15.4 13.5 11.6 10.7 11.1 12.6 14.6 16.1 17.0 17.3

18o

17.3 16.7 15.3 13.4 11.4 10.5 10.9 12.4 14.5 16.1 17.1 17.4

Radiação solar no topo da atmosfera (mm dia-1) na Bahia em função da latitude e época do ano. (Valores do 15o dia representativos de cada mês).

Exercício 3) Local = Cruz das Almas (12º de latitude Sul); Mês = janeiro; Tx = 28ºC; Tn = 20ºC (valores hipotéticos).

Determinar a ETo média diária para aquele mês bem como a ETo total mensal.

• Método do Tanque Classe A – através da lâmina d’água evaporada no tanque evaporimétrico é possível estimar a ETo. Pressuposto básico: a cultura de referência sem deficiência hídrica, portanto transpirando na capacidade máxima, responde às mesmas variáveis meteorológicas (vento, radiação, temperatura e umidade relativa) que uma superfície de água livre exposta ao ar atmosférico.

MÉTODOS DE ESTIMATIVA DA ET (ETo)...

• A ETo é obtida convertendo-se a lâmina d’água evaporada no TCA (ECA) em ETo, através do coeficiente do tanque (Kp).

ETo = ECA · Kp

DETALHES DO TANQUE CLASSE A

Instalação do TCA:

 O tanque deve ser instalado em nível, sobre um estrado de madeira a 15 cm do solo. Objetivo: evitar trocas energéticas com o solo, o que pode aquecer a massa líquida e interferir na evaporação.

Estrado de madeira em tinta branca, dimensão de 130 cm x 130 cm.

O tanque é cheio de água limpa até ó nível superior (5 cm abaixo da borda livre do tanque). Portanto, a profundidade máxima de água no tanque é de 20 cm.

DETALHES DO TANQUE CLASSE A...

Operação do Tanque: A leitura do nível d’água no tanque é sempre feita pela manhã, em intervalos de 24 horas

A leitura do nível d’água é feita no poço tranqüilizador, utilizando-se para isso o micrômetro de gancho.

Para o cálculo da evaporação total deve-se considerar as seguintes condições: a) sem ocorrência de precipitação; b) com ocorrência de precipitação 50 mm e c) com ocorrência de precipitação 75 mm.

A lâmina d’água evaporada do TCA entre duas observações consecutivas e que atende às três condições acima pode ser obtida pela seguinte equação:

ECA = L1 – L2 + P - H

DETALHES DO TANQUE CLASSE A...

ECA = L1 – L2 + P - H

ECA = lâmina d’água evaporada (mm); L1 = leitura inicial do nível da água feita com o micrômetro; L2 = leitura final da água feita com o micrômetro; P = lâmina d’água precipitada, lida no pluviômetro; H = lâmina d’água transbordada do tanque.

Operação do Tanque: (Cont...) Sempre que o nível da água descer para 7,5 cm da borda superior, o tanque deve ser reenchido. Ou seja, 25 mm (20-17,5 = 2,5 cm) é a máxima variação permitida para o nível da água no tanque.

A água no tanque deve ser trocada pelo menos uma vez por mês, ou quando se tornar muito suja e/turva. As impurezas afetam a taxa de evaporação.

DETALHES DO TANQUE CLASSE A...

Exercício 4) No dia 21 de junho a leitura num TCA foi 45,42 mm e 24 horas depois, foi 50,65 mm. Sabendo-se que a

precipitação total no período, indicada pelo pluviômetro, foi de 10,23 mm, calcule a lâmina d’água evaporada (ECA) no

intervalo.

Exercício 5) O que teria acontecido, no caso anterior se precipitação não tivesse ocorrido?

MEDIDA DA ET

Figura 3. Tanques evaporimétricos tipo Classe A. Fonte: INMET TCA.avi

COEFICIENTE DO TANQUE

• Agora que vc. já conhece como obter ECA, é preciso determinar o coeficiente do tanque (Kp), para obtenção definitiva da ETo.

• O Kp é função da velocidade média diária do vento medida a 2 m de altura, umidade relativa média, exposição do tanque e extensão da bordadura em torno do tanque. Veja a tabela a seguir:

COEFICIENTE DO TANQUE...

 

Posição do

Tanque

B (m)*

Exposição ATanque circundado por

gramaUR média (%)

Posição do

Tanque

B (m)*

Exposição BTanque circundado por

solo nuUR média (%)

Vento(km/dia)

 Baix

a<40

Média

40-70

Alta>70

 Baix

a<40

Média

40-70

Alta>70

 Leve<175

110

1001000

0,550,650,700,75

0,650,750,800,85

0,750,850,850,85

110

1001000

0,700,600,550,50

0,800,700,650,60

0,850,800,750,70

 Moderad

o175-425

110

1001000

0,500,600,650,70

0,600,700,750,80

0,650,750,800,80

110

1001000

0,650,550,500,45

0,750,650,600,55

0,800,700,650,60

 Forte

425-700

110

1001000

0,450,550,600,65

0,500,600,650,70

0,600,650,700,75

110

1001000

0,600,500,450,40

0,650,550,500,45

0,700,650,600,55

 Muito forte>700

110

1001000

0,400,450,500,55

0,450,550,600,60

0,500,600,650,65

110

1001000

0,500,450,400,35

0,600,500,450,40

0,650,550,500,45

Tabela 2 - Valores de Kp em função dos dados meteorológicos da região e do meio em que o tanque Classe A se encontra instalado (DOORENBOS e PRUITT, 1977).

COEFICIENTE DO TANQUE...

Exercício 6) Um tanque Classe A encontra-se instalado no centro de uma área circular recém-arada e gradeada de 10 ha. Leituras no tanque

durante uma semana indicaram uma evaporação média de 5,5 mm dia-1. As condições de vento e umidade durante aquele intervalo de tempo

foram: velocidade do vento 3,2 m s-1 e umidade relativa do ar 68%. Com base nessas condições:

a) o coeficiente, Kp

b) a ETo média do período (mm dia-1)

c) a ETo acumulada no período (mm)

d) a ETc média (mm dia-1) de uma cultura com Kc = 0,95

e) a ETc acumulada (mm) no período

COEFICIENTE DA CULTURA

• Quociente existente entre a evapotranspiração máxima (ou potencial), em uma dada fase do plantio, e o valor da evapotranspiração de referencia.

o

Cc ET

ETK occ ETKET .

• A FAO desenvolveu uma tabela com valores de Kc para diferentes culturas,em diferentes estádios de desenvolvimento e para duas condições atmosférica.

COEFICIENTE DA CULTURA

FATORES QUE AFETAM A ET

• Fatores Climáticos:– Saldo de Radiação (Rn): fonte de

energia para o processo. Depende da radiação solar incidente e do albedo da vegetação.

– Temperatura do ar (T): calor sensível contribui com parte da energia necessária ao processo e a temperatura está diretamente ligada à umidade relativa e ao déficit de saturação do ar.

FATORES QUE AFETAM A ET...

– Umidade Relativa (UR): atua junto com a temperatura, determinando o déficit de saturação do ar, um dos componentes do poder evaporante do ar.

– Vento (U): responsável pela remoção do ar saturado junto à superfície das folhas. Responsável pelo transporte de calor de áreas mais secas (advecção de calor sensível). É o outro componente do poder evaporante do ar.

FATORES QUE AFETAM A ET...

• Fatores da Planta :

– Espécie: relacionado à arquitetura foliar, à resistência ao transporte de vapor no estômato e a outros aspectos morfológicos que interferem diretamente na evapotranspiração.

– Coeficiente de Reflexão (albedo): afeta o saldo de radiação, principal fonte de energia para o processo.

FATORES QUE AFETAM A ET...

– Área Foliar: relacionada ao tamanho da superfície foliar disponível para o processo de transpiração.

– Altura da planta: interfere na interação planta-atmosfera.

– Profundidade do Sistema Radicular: relacionado ao volume de solo explorado pelas raízes, objetivando o suprimento de água à planta.

FATORES QUE AFETAM A ET...

• Fatores de Manejo e do Solo: – Espaçamento / Densidade de

Plantio: determina o nível de competição entre os indivíduos da mesma espécie.

– Tipo de Solo: solos argilosos têm maior capacidade de armazenamento de água do que os arenosos e, portanto, a capacidade de atender as exigências hídricas da cultura por mais tempo.

FATORES QUE AFETAM A ET...

– Disponibilidade de Água no Solo: reduz a evapotranspiração quando o armazenamento cai além do limite crítico.

– Plantio Direto: a cobertura morta sobre o solo reduz a perda de água por evaporação.

– Impedimentos Físicos / Químicos: limitam o crescimento do sistema radicular da cultura, reduzindo o volume de água disponível para o uso pelas plantas.