Parâmetros de solo 7

P> Pi P sPi

(59) (60)

As caracteristicas fisico-hídricas de solos representativos das microrregiões do Litoral Piauiense (Areia Quartzosa) e de Teresina (Latossolo Vermelho-Amarelo) são apresentadas na Tabela 2. As curvas de retenção de água no solo (Figura 6), obtidas a partir de amostras indeformadas, foram determinadas no Laboratório de Solos da Embrapa Meio Norte e ajustadas ao modelo de Genuchten (1980), através do programa computacional Soil Water Retention Curve 10, cujas equações são:

a) Areia Quartzosa:

10 DOURADO NETO. D.; NIELSEN, D.R.; HOPMANS, J.W.; PARLANGE, M.B. Soil Water Retention Curve. v. 1.0. ESALQ, USP; University of California, 1995.

[ 9 1659

]º,11

65 1\/lml = 4,466 ( o_0-0,041 ,130 ) , -1 [ 8 9047

]ºJº

88 1\/lml = 4,708 ( o_0-0,058 ,152 ) , -1 b) Latossolo Vermelho-Amarelo: em que: [ l 3583 ] 0,4573 1\/lml = 20,492 ( o_0-0,062 ,145 ) , -1 [ 3 2637 ]0,5176 1 \/lm 1 =3 7369 ( 0,253 ) , ' -1 0 -O 058 _,

\/f m - potencial mátrico de água no solo, kPa;

0 - conteu o e agua no so o, cm cm .'d d ' 1 3 -3

(O - 0,2 m) (61)

(0,2 - 0,4 m) (62)

(O - 0,2 m) (63)

(0,2 - 0,4 m) (64)

Tabela 2. Características fisico-hídricas de solos representativos das microrregiões do Litoral Piauiense (Areia Quartzosa) (AQ) e de Teresina (Latossolo Vermelho- Amarelo) (LVA).

Solo Camada Granulometria (g ki1_{) Dg Umidade(%, em massa seca)}

(m) Areia Silte Argila (kg m-3) CC PM

AQ 0 - 0,2 880 60 60 1630 9,78 2,94

0,2 - 0,4 850 70 80 1630 12,15 4,03

LVA O- 0,2 790 110 100 1560 12,08 3,96

0,2 - 0,4 800 100 100 1580 12,20 4,13

� 0,17 --o·,2·-0,4 m ₈₀ 0,14 Ê 'ô' 60 -:'.- 0,12 � i::.40 �· 0,09

!

il,07 _(a) 20 _(a)

0,04 o

1 10 100 1000 10000 10 100 1000- 10000

Potencial mátrico (-kPa)

0,22 _{-- --0-0,2 m} 100 � 0,19 _--0,2-0,4m 80 E ... " 0,17

!

0,14 'ô' 60 _� � 0,12 _i::,..40 � 0,09

!

0,01 20 (b) (b) 0,04 o 1 10 100 1000 10000 10 100 1000 10000

Potencial máh'ico (-kPa) Potencial mátrico (-kPa)

Figura 6. Curvas de retenção de água no solo e relação entre a fração p e o potencial mátrico de água- no- wl.0- paFa- Arei-a- Quartzosa (a) e Latossolo Vermylho­ Amarelo (b ).

A capacidade d€- água-disponí.vd no so10 para as- plantas depende basicamente da capacidade de retenção de água no solo e da profundidade efetiva do sistema radicular da cultura-, sendo calcalada- p€la- expressão-(Ma-Fouell i -et al., 1996):

em que:

CAD=

(CC-PM) D

z

100 g

CAD - capacidade de água-disp0ruvel no. s0lo, mm; CC - capacidade de campo, % em massa seca;

PM - ponto de murcha permanente, % em massa seca;

Dg - massa específica do solo, kg m-3;

Z - profundidade efetiva do sistema radicular da cultura, m.

Para a definição dos limites superior (CC) e inferior (PM) de disponibilidade de água no solo (Tabela 2) utilizou-se os valores clássicos de CC, associados às tensões de água no solo de 1 O kPa para solos de textura arenosa, e de 1500 kPa para o PM, conforme recomendacão de Marouelli et al. (1996).

Em irrigação, normalmente, utiliza-se apenas a profundidade do solo onde se concentram _cerca de 80 % a 90 % rlo .sistema .radicular rla cultura. Assumiu-se uma variação linear na profundidade efetiva do sistema radicular da cultura e, portanto, na CAD, desde um valor mínimo, na emergência, até um valor máximo na fase de maior demanda hídrica, permanecendo esta constante até a fase de maturidade fisiológica. Uma relação linear entre dias após a semeadura e crescimento em profundidade das raízes com a CAD também foi assumida por Frank.e (1996) com resultados satisfatórios.

A definição de Z para as culturas de feijão caupi e melancia foi efetuada em função de resultados de pesquisa nos locais do estudo (Nogueira & Nogueira, 1995), experiência de campo e na literatura (Andrade Júnior, 1992; Marouelli et al., 1996; Sousa et al., 1997). Adotou-se um valor de Z de 0,05 m, na fase da emergência da cultura, evoluindo até o valor máximo de 0,25 m, na fase de florescimento e enchimento das vagens de feijão caupi e dos frutos de melancia.

A evolução linear da CAD ao lol}go do ciclo das culturas foi determinada através das equações (66) e (67), cujo aspecto gráfico é apresentado na Figura 7.

sendo que:

em que:

CAD= CADe + [b(D'"C""d)] b = (CADf -CAD e)

(D-d)

b - coeficiente angular da equação;

CADe - CAD na fase de emergência para cada solo, mm; CADr - CAD na fase de florescimento para cada solo, mm;

d - período de tempo entre a semeadurá e a emergência da cultura, dias;

D - período de tempo entre a semeadura e o florescimento da cultura, dias;

(66) (67)

D' - período de tempo correspondente à fase atual da cultura, dias.

ê _e

40 -,---, -AQ- -LVA 30 _, 20 � 10

o-�-�-��-��-��-��-��--

� ,� ,� ";� {' �� �� �� � �� �� 4:,� 4:,� f\� Dias após a semeadura

figura 1. Evoluvão-da-capaGKiade de água--dispGn-�v€l-EQAD) duran-t€ 0-GiGl0-das-Gu-lturas de feijão caupi e melancia, nos solos Areia Quartzosa (AQ) e Latossolo Vei:melhG--Amai:elo-{LY A).

A--água-- prnntamenw-dispooí-vel- �AD-), uti-l�zada-- pelas plantas-fl()- pmcess? de evapotranspiração, corresponde apenas a uma fração da CAD que pode ser utilizada pelas-cultui:as-sem-coR-fi.gw:ai:-um-déficit--hldi:ico-super-ior- ao estabelecido-pelos-IlÍ.v-eis de manejo de irrigação:

AD-=-Pi-· CAD- (68)

em que:

Pi-� fi:ação-de-esgotamento-admissí.vel-da-água-00-so I o para-o -ní v-el- d e manejo de irrigação i (i = 1, 2, .... , 7).

G-s-n-í-veis-oo maoojo-oo ir-r-igaçãe-si-mulades-através da fraQãO-f)r feram-defiqidos dentro-da-faixa-estabelecida-por--DoorenbGS-& Kassam-�1994) para-as culturas de f-eijão-e

melancia (grupo de culturas 3), quais sejam: P1 = 0,2; P2 = 0,3; p3 = 0,4; p4 = 0,5; Ps = 0,6; P6 = 0,7 e p7 = 0,8.

Pelo modelo de balanço hídrico diário adotado, as culturas foram irrigadas quando foi consumida a AD do solo. No entanto, o efeito do estresse hídrico sobre a produção das culturas manifestou-se quando o valor da fração Pi simulada foi superior à indicada como adequada por Doorenbos & Kassam (1994), definida em função da ETm diária da cultura. Quando essa condição ocorreu, houve limitação hídrica no solo (ETr < ETm) com reflexo direto na produção (Fi_gura 8). O mesmo procedimento foi adotado para o balanço hídrico na estação chuvosa, com a diferença de não haver a suplementação hídrica via irrigação . quando a AD foi consumida, a qual dependeu unicamente da ocorrência ou não de precipitações pluviométricas.

ETr<ETm ETr=_ETm

◄ ►

ARMCRI _CAD

Armazenamento de água no solo

Figura 8. Variação da evapotranspir.ação real em função do armazenamento de água disponível no solo.

3.6.3 Parâmetros de cultura

Os principais parâmetros culturais de importância para a realização do balanço hídrico dizem respeito à época de semeadura, a duração do ciclo e o coeficiente de cultivo em seus diferentes estádios de desenvolvimento.

Em termos climáticos, as culturas de feijão caupi e melancia podem ser cultivadas o ano inteiro nas duas regiões edafoclimáticas de interesse para esse estudo, pois não existe limitação climática, como por exemplo de temperaturas do ar e do solo, que venha a induzir a semeadura em determinadas épocas do ano. Tradicionalmente, são efetuados os chamados cultivos de sequeiro, os quais ocorrem na estação chuvosa _e_sem utilização da irrigação, e irrigado, que ocorrem em plena estação seca com o uso de irrigação total.

Dessa forma, efetuou-se a análise da viabilidade econômica da irrigação dessas culturas através da simulação de diferentes épocas de semeadura ao lon_go do ano (Tabela 1). Com isso, as culturas foram submetidas a períodos de maior e menor probabilidade de ocorrência de deficiência hídrica em seus subperíodos mais criticm;_

Com relação à duração do ciclo das culturas, praticamente não existem variações significativas ao longo do ano, uma vez que praticamente não ocorrem grandes oscilações nos valores de temperatura do ar. Considerou-se um ciclo total de 65 dias, desde a emergência até a maturidade fisiológica, para as culturas de feijão caupi (Bezerra & Freire Filho, 1984) e melancia (Andrade Júnior et al., 1998d).

Os valores de coeficiente de cultivo (Kc ), nos diferentes estádios de desenvolvimento das culturas, foram obtidos de uma coletânea dos trabalhos de pesquisa locais (Bezerra & Freire Filho, 1984; Lima & Silva, 1988; Andrade et al., 1993) ou conduzidos em condições edafoclimáticas semelhantes (Silva & Millar, 1981 b; Saunders et al., 1981; Saunders et al., 1985; Padilha Júnior, 1986; Miranda et al., 1997; Barros et al., 1998; Bezerra & Oliveira, 1998a; Santos et al., 1998; Bezerra et al., 1999; Bezerra & Oliveira, 1998b; Freitas & Bezerra, 1999a), tendo como orientação os valores recomendados por Doorenbos & Kassam (1994). Um sumário destes valores de Kc são apresentados na Tabela 3.

Tabela 3. Coeficiente de cultivo (Kc) e fator de resposta ao déficit hídrico (Ky) para as culturas de feijão caupi e melancia.

Fases DAS1

z

Feijão caupi Melancia

(dias) (m) Kc Ky Kc Ky

I 0- 20 0,10 0,40 0,20 0,50 0,30

II 21 -45 O, 15 0,80 0,35 0,80 0,70

III 46- 60 0,25 1,20 1, 10 1,05 1,00

IV 61 - 70 0,25 0,70

º�º

0,75 0,55

DAS - dias após a semeadura.

A definição da duração das fases de desenvolvimento das culturas foi efetuada conforme recomendação de Doorenbos & Kassam (1994): I - estabelecimento (da emergência até 1 O % de cobertura do solo); II - desenvolvimento vegetativo ( de 1 O % a 80 % de cobertura do solo); III - floração e frutificação ( de 80 % de cobertura do solo até o início da maturação) e IV - maturação (início da maturação à colheita).

3.6.4 Cálculo do balanço hídrico diário

O cálculo do balanço hídrico sequencial diário foi efetuado, para cada época de semeadura e nível de manejo de irrtgação, em função dos elementos climáticos (ETo e Pe), oriundos das simulações, características fisico-hídricas do solo (CAD e AD) e culturais (Kc).

A seqüência básica de cálculo foi constituída das seguintes etapas e utilizando-se as equações apresentadas por Doorenbos & Kassam (1994) e Pereira et ai. (1997b): a) Cálculo da evapotranspiração máxima (ETm):

ETm =Kc·ETo em que:

ETm - evapotranspiração máxima da cultura, mm dia-1

;

Kc - coeficiente de cultivo, adimensional;

ETo - evapotranspiração de referência, mm dia-1.

b) Cálculo do armazenamento crítico (ARMCRI):

ARMCRI::; (1- Pi)· CAD (70)

c) Variação do armazenamento de 4gua no solo (ARM):

No primeiro dia do balanço hídrico, assumiu-se que o armazenamento é igual à capacidade de á_gua disponível na zona radicular da cultura, ou seja: ARM = CAD. Esta hipótese é sustentável, uma vez que em condições normais de campo, durante a fase de emergência das plântulas, normalmente o solo encontra-se com elevado conteúdo de água, já que a semeadura ocorre sempre após um período chuvoso ou irrigação (Oliveira,

1990).

Para os dias seguintes, os valores de CAD foram calculados diariamente utilizando-se a equação ( 66) até a fase de maior demanda hídrica. A partir dessa fase, a CAD foi assumida constante até a maturidade fisiológica.

Esquematicamente, a seqüência de cálculos pode ser resumida da seguinte forma:

Dia l

ARM1 =CAD

DEF1 =O

Dia 2 - Caso l (Pe � ETm)

ARM2 = ARM1 + Pe- ETm

EXC1 =O 11 =

o

N2 =CAD•Ln( �2) DEF2 = O

Contudo, três situações podem ocorrer: a) Se ARM2 � ARMCRI:

l2 =

(1::1)

⇒

b) Se ARMCRI < ARM₂ < CAD: ARM2 =ARM2 e) Se ARM2

z

CAD:

ARM2 =CAD

Dia 2 - Caso 2 (Pe < ETm)

DEF2 = ETm -ETf.2

Entretanto, duas situações podem ocorrer:

lz =(1::1]

⇒

⇒

EXC2 =0 EXC2 =Pe-ETm-ALT2 N2 = Pe-ETm

⇒

EXC2 =JN2J-AD b) Se JN2I < AD:

ARM2 =ARM2 em que:

EXCz = O

ARM,, ARM2 - armazenamento de água no solo no 1° e 2º dia, respectivamente,

mm;

N1, N2 - negativo acumulado no 1° e 2° dia, respectivamente, mm;

N'2 - negativo acumulado no 2° dia após uma chuva ou irrigação, mm;

11, 12 - lâmina bruta de irrigação suplementar ou total necessária no 1° e 2° dia,

respectivamente, mm;

AL T 1, AL T 2 - alteração no armazenamento de á,gua no solo no 1 º e 2° dia,

respectivamente, mm;

DEF1, DEF2 - deficiência hídrica no 1° e 2° dia, respectivamente, mm;

EXC1, EXC2 - excedente hídrico no 1° e 2° dia, respectivamente, mm;

Er- eficiência de irrigação, decimal.

A estimativa da evapotranspiração real (ETr) foi efetuada pela variação do armazenamento de água no solo, conforme proposto por Thornthwaite & Mather (1955) citado por Pereira et al. (1997b). Os cálculos de ETr obedeceram a se,guinte ordem:

Dia 1

ETr1 = ETm Dia 2 - Caso 1 (Pe;::: ETm)

Dia 2- Caso 2 (Pe < ETm)

ETr2 =ETm

em que:

ETr1, ETr2 - evapotranspiração real no 1 º e 2° _{dia, respectivamente, mm.}

Os cálculos para os dias posteriores obedeceram a mesma seqüência apresentada para o dia 2, substituindo-se os números índices corretamente nas variáveis indexadas. Quanto à eficiência de irrigação, utilizou-se o valor de 75 % para o sistema de irrigação por aspersão convencional, conforme recomendado por Klar ( 1991 b ).

Ao final do balanço hídrico diário, obteve-se os valores de evapotranspiração máxima, evapotranspiração real e lâmina bruta de irrigação, para cada combinação de cultura, local, época de semeadura e nível de manejo de irrigação, os quais foram usados nas etapas posteriores relativas à estimativa da produtividade das culturas e análise da viabilidade econômica da irrigação.

Os valores de lâmina bruta de irrigação suplementar ou total necessária às culturas (I) foram ajustados à função de distribuição de probabilidade normal, de forma a possibilitar a sua futura estimativa em função do nível de risco desejado. Utilizou-se a inversa da função de distribuição normal, a partir da definição dos parâmetros da distribuição (µ e cr) e dos níveis de probabilidade de ocorrência desejados (95, 90, 85, 80, 75, 70, 65 e 60 %). Procedimento semelhante foi utilizado por Oliveira (1990) e Franke (1996). Estes valores de I foram úteis para a estimativa do custo de energia elétrica, conforme será descrito posteriormente.

Para o processo de ajuste à distribuição normal, usou-se as equações (21 e 22), descritas na estimativa dos valores diários de evapotranspiração de referência. Antes, porém, verificou-se o ajuste dos valores de I à essa distribuição de probabilidades

através do teste de aderência de Kolmogorov-Smirnov. Para as combinações de cultura, local, época de semeadura e nível de manejo de irrigação em que não ocorreram ajuste dos valores de I à função de distribuição de probabilidade normal, usou-se a função de distribuição de probabilidade empírica. Nestes casos, a estimativa de I correspondeu ao ponto médio da classe cuja freqüência acumulada abranEe a probabilidade de ocorrência desejada.

Com relação ao balanço hídrico sequencial diário efetuado sem a suplementação hídrica por irrigação, elaborou-se uma rotina utilizando-se a mesma metodol9gia apresentada anteriormente, porém procedendo-se às devidas reformulações. Contudo, não se implementou as irrigações quando estas foram necessárias conforme os critérios utilizados no balanço hídrico com irrigação. A seqüência utilizada foi a seguinte:

Dia 1

ARM1 =CAD ALT1 =O EXC1 = O

DEF1 =O ETr1 =ETm

Dia 2 - Caso 1 (Pe ;e:: ETm)

a) ARM2 = ARM1 +Pe-ETm (Se ARM₂ < CAD)

b) ARM2 =CAD (Se ARM2 ;e:: CAD)

N 2 = CAD-Ln( �2)

EXC2 = O

EXC2 =Pe-ETm-ALT2 (Se ARM2 =CAD) (Se ARM 2 < CAD) ETr2 = ETm

Dia 2 - Caso 2 (Pe < ETm)

N 2 = N1 +Pe-ETm ARM 2 =CAD· EXP(

c:b)

ET:Q = ALT2

DEF2 = ETm -ETr2

3. 7 Déficit de evapotranspiração e produção relativa

O efeito do estresse hídrico sobre a produção das culturas manifestou-se quando o valor da fração Pi simulada foi superior à indicada como adequada por Doorenbos & Kassam (1994). Quando essa situação ocorreu, configurou-se uma condição de água

limitada no solo (ETr < ETm) com reflexo direto na produção.

Um déficit hídrico de determinada magnitude pode ocorrer tanto de forma contínua durante todo o período de crescimento da cultura como durante qualquer umas das fases específicas de crescimento. Por isso, sempre que possível, para a estimativa da produtividade real da cultura, é aconselhável utilizar as equações ajustadas às diferentes fases da cultura. Uma dessas formas, é a relação multiplicativa entre a produtividade relativa e o déficit de evapotranspiração (Bernardo et al., 1988; Rao et al., 1988). Optou­ se por um modelo multiplicativo já que as culturas de feijão caupi e melancia apresentam hábito de crescimento indeterminado e relação de dependência entre os efeitos de déficits hídricos em estádios fonológicos distintos, conforme apresentado em Frizzone (1998).

Yr =

Ym{ó[I-Kyi -(1-:;;_i)]}

₍₇₁₎

em que:

Yr - produtividade real da cultura, kg ha-1;

Kyi - coeficiente de resposta da cultura ao déficit hídrico na fase i, adimensional; ETri - evapotranspiração real da cultura na fase i, mm;

ETmi - evapotranspiração máxima da cultura na fase i, mm.

Utilizou-se os valores de Ky (Tabela 3) com base em Doorenbos & Kassam (1994) e em trabalhos de pesquisa conduzidos em condições edafoclimáticas semelhantes, pois não se dispõe de resultados de pesquisas locais. No caso específico das culturas de feijão caupi e melancia, destacam-se os trabalhos de Cordeiro et al. ( 1998b) e Freitas & Bezerra ( 1999b ), respectivamente.

Segundo Doorenbos & Kassam (1994), o rendimento máximo de uma cultura (Ym) é aquele obtido de urna variedade altamente produtiva e bem adaptada ao respectivo ambiente de crescimento, em condições tais que não hajam limitações de fatores como: água, nutrientes, pragas e doenças durante todo o ciclo. Entretanto, devido à complexidade das inter-relações entre os muitos fatores que a governam, a sua determinação toma-se muito complicada. Uma alternativa viável para se processar uma estimativa confiável seria a utilização de valores potenciais de produtividade, a nível de campo ou experimentais, obtidos nas condições edafoclirnáticas de interesse.

Em função de resultados de pesquisa obtidos nas condições edafoclimáticas de Parnaíba e Teresina, assumiu-se para as culturas de feijão caupi e melancia valores de produtividade potencial iguais a 2.500 kg ha-1 e 50.000 kg ha-1, respectivamente. Para garantir uma margem maior de segurança, esses valores representam apenas 80 % dos níveis de produtividade alcançados nos Campos Experimentais da Ernbrapa Meio Norte situados nas duas microrregiões (Cardoso et al., 1987; Cardoso et al., 1991; Cardoso et al., 1997; Andrade Júnior et al., 1997; Andrade Júnior et al., 1998b; Andrade Júnior et al., 1998d; Andrade Júnior et al., 1999).

Os valores de produtividade real (Yr) obtidos pela equação (71) foram ajustados à função de distribuição de probabilidade normal, de modo a permitir a sua estimativa através do uso da função inversa dessa distribuição. Para tanto, utilizou-se os parâmetros ajustados

(µ

e cr) e os níveis de probabilidade de ocorrência desejados (95, 90, 85, 80, 75, 70, 65 e 60 %). Nesta etapa, usou-se a mesma rotina de cálculo e equações utilizadas

na estimativa da evapotranspiração de referência ( equações 21 e 22), inclusive o procedimento referente ao teste de aderência de Kolmogorov-Smirnov. Para as combinações de cultura, local, época de semeadura e nível de manejo de irrigação em que não ocorreram ajuste dos valores de Y r à função de distribuição de probabilidade normal, usou-se a função de distribuição de probabilidade empírica. Nestes casos, a estimativa de Yr correspondeu ao ponto médio da classe cuja freqüência acumulada abrangia a probabilidade de ocorrência desejada.

Apesar do balanço hídrico fornecer valores diários de ETr e ETm, usou-se os valores médios por estádios de desenvolvimento das culturas, de forma a possibilitar a aplicação correta dos valores de Ky na equação (71). Como não havia, a priori, o conhecimento da magnitude dos valores de déficit hídrico a serem impostos às culturas em conseqüência dos níveis de manejo de irriga.cão aplicados� utilizou-se os valores de K y considerando-se como sendo linear a relação entre o rendimento relativo e a evapotranspiração relativa para qualquer condição de déficit hídrico.

No documento Viabilidade da irrigação, sob risco climático e econômico, nas microrregiões de Teresina e litoral piauiense (páginas 96-111)