Enquadramento Geral

A determinação das necessidades de rega, atualmente utilizadas como critérios de gestão em regadio, faz- se hoje pelas metodologias recomendadas pela FAO (Allen et al., 1998), as quais se baseiam em realizações do balanço de água no solo, entre limites de disponibilidade para cada cultura fixados como critérios de gestão, conforme descrito no ponto 2.2.1 deste capítulo, onde se desenvolve esta referência ao método da FAO. No entanto, é de notar que estas metodologias apresentam algumas limitações na sua aplicabilidade a uma escala regional, por serem bastante exigentes em meios humanos e materiais, não permitindo em áreas extensas um seguimento de campo suficientemente intensivo.

Por isso, as estratégias de gestão a implementar estão inevitavelmente associadas à introdução de avanços tecnológicos, como as técnicas de deteção remota, que permitiram uma caracterização espacialmente distribuída da superfície regada: definição da área efetivamente regada, identificação do tipo de cultura, determinação da biomassa vegetal, produtividade da cultura, necessidades hídricas das culturas, evapotranspiração cultural, disponibilidade de água no solo e níveis de salinidade e toxicidade (Bastiannssen e Bos, 1999).

Os avanços tecnológicos em técnicas radiométricas e de deteção remota incluem a utilização de imagens de satélite e sensores ou câmaras aerotransportadas, na recolha de informação base para a gestão eficiente da água de rega à escala regional, ficando assim ultrapassadas as limitações impostas pela variabilidade e dispersão que caracterizam as parcelas de rega a uma escala regional. Podem fornecer informação de grande qualidade e utilidade sobre a superfície terrestre (monitorização e acompanhamento do coberto vegetal e da gestão da água) com adequada resolução temporal e espacial, tendo em conta as necessidades do sector agrícola, os calendários culturais e o desenvolvimento fenológico das culturas, permitindo uma gestão da rega em termos específicos e possibilitando um melhor conhecimento, monitorização e prevenção dos impactes ambientais com eles relacionados.

Bastiannssen e Bos, (1999), agruparam a possibilidade de extração de informação a partir das técnicas de deteção remota em cinco grupos de indicadores, segundo os parâmetros extraídos destas tecnologias: a) Gestão da Água, b) Uniformidade de aplicação c) Variabilidade temporal, d) Produtividade e e) Sustentabilidade, tal como é apresentado na Tabela 2.2.

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Tabela 2.2: Indicadores (Parâmetros) obtidos a partir de Técnicas de Deteção Remota

Indicadores Metodologia Utilizada Trabalhos Pioneiros

Gestão da Água

Índice de Stress Hídrico (CWSI) Necessidades Reais de Rega Índice Défice Hídrico (WDI)

Fração Evaporativa Disponibilidade de Água no Solo

Balanço Energético da Superfície Necessidades Hídricas das Culturas

Balanço Energético da Superfície Balanço Energético da Superfície

Técnicas com microonda

Jackson (1981) Menenti et al. (1989)

Moran et al. (1994) Bastiaanssen et al.

(1996) Engman & Chaauhan

(1995)

Uniformidade de Aplicação

Água Aplicada por unidade de área Coeficiente de variação da Evapotranspiração Coeficiente de variação da Fração Evaporativa

Coeficiente de variação da Depleção de Água Geometria Espacial do Rendimento Cultural

Geometria Espacial da taxa de Evapotranspiração Real

Índice Vegetação Balanço Energético da Superfície Balanço Energético da Superfície Balanço Energético da Superfície

Índice Vegetação Balanço Energético da Superfície

Menenti et al. (1989) Bastiaanssen et al. (1996) Bastiaanssen et al. (1996) Roerink et al. (1997) Bastiaanssen et al. (1999) Alexandridris et al. (1999) Variabilidade Temporal

Variação temporal da Fração Evaporativa Series Temporais da Fração Evaporativa

Alexandridris et al. (1999)

Produtividade

Evapotranspiração Real vs Água aplicada Rendimento vs Água aplicada Rendimento vs Evapotranspiração

Balanço Hídrico Índice Vegetação Índice Vegetação e Balanço

Energético Menenti et al. (1989) Thiruvengadachari & Sakthivadivel (1997) Bastiaanssen et al. (1999) Sustentabilidade Intensidade Cultural Salinidade da superfície do solo

Classificação Multiespectral Falsa Cor

Thiruvengadachari & Sakthivadivel (1997)

Makin (1986) Adaptado de Bastiannssen e Bos, (1999)

Á eficiência de uso da água em agricultura está inevitavelmente associada a determinação realística das necessidades de água das culturas, as quais estão diretamente relacionadas com o conhecimento rigoroso da taxa de evapotranspiração (ET), com uma elevada representação espacial e temporal, de forma a servir de base a um sistema global de gestão do recurso água em agricultura de regadio.

A introdução dos referidos avanços tecnológicos na estimativa das necessidades hídricas das culturas prende-se com o cálculo indireto da taxa de evapotranspiração cultural (ETc) à escala regional, utilizando técnicas de deteção remota, mediante a sua integração com algoritmos de cálculo para estimativa da ETc

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30 e o estabelecimento de Índices de Stress Hídrico. Existem trabalhos desenvolvidos nesta linha de conhecimento, que se agrupam da seguinte forma:

a) Utilizando o método de balanço energético da superfície (p.e METRIC, SEBAL), mediante a utilização da informação remota sobre os índices de refletância à superfície no espectro eletromagnético, na gama do visível e infravermelho próximo e também na banda do infravermelho térmico (temperatura da superfície). Alguns trabalhos desenvolvidos: Ehrler et al.(1978), Jackson et al.(1977), Menenti and Choudhury (1993), Jackson et al. (1981), Idso et al. (1981), Jackson, R. D. (1982), Yazar A., et. al. (1999), Suat Irmak, et. al. (2000); Roerink et al. (2000), Su (2002), González-Dugo et al. (2005), Liming Wang et. al.(2005); Bastiaanssen et al. (1998, 2005), Tasumi et al.(2005 a,b, 2006), Allen et al. (2002, 2005, 2007a,b), Loheide and Gorelick (2005), Kustas et al. (2003, 2007), Neale (2005), Erdem, T. et

al.(2006), Er-Raki et al. (2007), Chavez and Neale (2007), Gontia, N.K., (2008).

b) Obtendo valores reais da taxa de evapotranspiração cultural e estabelecendo coeficientes culturais mediante a utilização de índices de vegetação (NDVI e SAVI) derivados a partir de valores de refletância da superfície cultural, na banda do infravermelho e infravermelho próximo. Alguns trabalhos desenvolvidos: Reginato et al.(1985), Neale et al. (1989, 1996, 2003, 2005), Jackson et al. (1980) Heilman et al.(1982), Bausch and Neale (1987), Michael and Bastiaanssen (2000), Jachum et al. (2002); Anderson, MC, et. al. (2004), Hunsaker et al. (2005), Calera et al. (2005), Zang and Wegehenkel (2006), González-Dugo e Mateos (2008).

A estimativa dos valores da evapotranspiração cultural mediante a utilização dos coeficientes culturais, obtidos a partir dos índices de vegetação multiespectrais, traduzidos com base na informação remota, é relativamente mais simples que os procedimentos descritos pelo método do balanço energético mencionado em a), na medida em que não considera as reduções da evapotranspiração diretas em função da condutância estomática e consequente deficit hídrico. Considerando esta redução de uma forma mais integrada, em função das variações no desenvolvimento da cultura, faz-se a estimativa dos valores dos índices de vegetação.

Os coeficientes culturais estimados a partir do espectro eletromagnético estão diretamente dependentes da relação que existe entre os valores do coeficiente cultural basal (Kcb, componente do coeficiente cultural que representa a transpiração) e os índices de vegetação (IV). Ambos apresentam uma grande sensibilidade às variações dos parâmetros biofísicos – índice de área foliar (LAI, leaf área índex) e fração de cobertura do solo (fc, ground cover fraction) (Choudhury et al., 1994). Alguns autores apresentam relações lineares entre os valores de Kcb e IV (Baush e Neale, 1987; Neale et al., 1989, Gonzalez- Piqueras et al. 2003), no entanto existem autores que sugerem a existência de relações não lineares (Hunsaker et al., 2003 e 2005).

Com os trabalhos que se acaba de referir, foram obtidos resultados e ferramentas com elevado potencial científico e também com uma elevada aplicabilidade nas questões relacionadas com o uso sustentável do recurso água em agricultura de regadio. No entanto, são de referir alguns pontos fracos, cujas limitações é

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31 necessário atenuar, apostando no desenvolvimento de soluções compensatórias. Nas alíneas seguintes tratam-se alguns casos com maior interesse:

Validação e calibração das determinações da temperatura aerodinâmica e da temperatura radiante do coberto vegetal, sendo esta medida pela radiação na banda térmica. Os procedimentos para esta determinação podem incluir o uso de sensores/câmaras da radiação IV na banda térmica, aerotransportados ou ao nível de informação de satélite. Definem-se com os valores medidos índices de stress hídrico, com utilização em agricultura de regadio.

Ultrapassar as limitações impostas pela resolução espacial e temporal das plataformas de aquisição de dados; aqui podem utilizar-se várias fontes de dados, plataformas aerotransportadas e satélites de alta resolução com diferentes características, obedecendo aos requisitos que o estudo a realizar melhor definirá.

Diminuir o tempo de processamento de toda a informação, até chegar ao objetivo final – determinação das necessidades de água de rega e gestão global da água à escala regional, devendo tanto quanto possível aproximarmo-nos da sua aplicabilidade em tempo real.

Validação do um modelo de gestão da água de rega à escala regional, integrando a parametrização dos procedimentos a adoptar, mediante a utilização de técnicas de deteção remota e a aplicação da água de rega à escala da parcela, mediante a utilização de técnicas de telegestão.

É neste enquadramento que surge a presente linha de trabalho, com a qual se pretende contribuir para o desenvolvimento de uma tecnologia integrada e global de gestão dos recursos – clima, água e solo – em agricultura de regadio, à escala regional. A tecnologia que se pretende desenvolver terá como suporte técnicas de telegestão, deteção remota e SIG. A ideia genérica é monitorizar por teledeteção, com elevada frequência temporal e espacial, os parâmetros associados à gestão dos recursos agrícolas – solo e água - isto é, monitorizar parâmetros agronómicos e pedológicos que traduzam o estado hídrico do solo e as necessidades de água das culturas, contribuindo desta forma para a utilização eficiente da água em regadio.

2.6.2 Estimativa da Evapotranspiração e Necessidades Hídricas com base no