UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
NATALIA PRADO FORTUNA MACAN
SOLUÇÃO NUTRITIVA PARA PRODUÇÃO DE MUDAS
PRÉ-BROTADAS DE CANA-DE-AÇÚCAR EM MESAS DE
SUBIRRIGAÇÃO
CAMPINAS 2018
NATALIA PRADO FORTUNA MACAN
SOLUÇÃO NUTRITIVA PARA PRODUÇÃO DE MUDAS
PRÉ-BROTADAS DE CANA-DE-AÇÚCAR EM MESAS DE
SUBIRRIGAÇÃO
Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Agrícola, na Área de concentração Água e Solo
Orientador: Prof. Dr. Edson Eiji Matsura
Coorientador: Prof. Dr. Rhuanito Soranz Ferrarezi
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA NATALIA PRADO FORTUNA MACAN E ORIENTADA PELO PROFESSOR DOUTOR EDSON EIJI MATSURA.
CAMPINAS 2018
Este exemplar corresponde à redação final da Dissertação de Mestrado defendida por Natalia Prado Macan, aprovada pela Comissão Julgadora em 07 de Março de 2018, na Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas.
________________________________________________________________ Prof. Dr. Edson Eiji Matsura – Presidente e Orientador
FEAGRI/UNICAMP
_________________________________________________________________ Profa. Dra. Tamara Maria Gomes – Membro Titular
USP/Pirassununga
_________________________________________________________________ Prof. Dr. Regina Célia de Matos Pires– Membro Titular
IAC/Campinas
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica da discente.
Dedico aos meus pais, Ademir e Marcia, por sempre me incentivarem a conquistar meus objetivos.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Ademir e Marcia, e a minha irmã Giovana por todo amor, apoio e paciência;
Ao meu namorado Fabio pelo companheirismo, amor e por sempre me ajudar, inclusive na realização do presente experimento;
Aos meus avós pelo carinho e em especial ao meu avô Antônio Fortuna pelo exemplo de sucesso e de dedicação à profissão e à carreira acadêmica;
Ao professor Dr. Edson Eiji Matsura pelos ensinamentos, orientação e apoio durante o mestrado;
Ao meu co-orientador Dr. Rhuanito Ferrarezi, que mesmo a distância teve papel fundamental na realização desse projeto, ao transmitir ensinamentos e me auxiliar na discussão de idéias;
Ao Instituto Agronômico, em especial ao pesquisador Dr. Mauro Xavier pelo suporte e fornecimento das mudas;
À pesquisadora Dra. Aline de Holanda Nunes Maia da Embrapa Meio Ambiente pelos importantes ensinamentos na área de estatística;
Às professoras Dra. Tamara Maria Gomes da FZEA/USP e Dra. Regina Célia de Matos Pires do IAC pelos ensinamentos e por despertarem minha paixão pela irrigação. Tenho grande admiração por vocês;
Aos professores Dr. Roberto Testezlaf, Dra. Thais Zorzeto e ao Dr. Cristiano Alberto de Andrade por contribuírem com esse projeto;
Aos amigos da pós-graduação Luma Dominical, Gilberto Fioravante, Nicolas Cano, Felipe Oliveros, Fabrício Soares e Thomaz Penteado por ajudarem na realização do experimento e por compartilharem momentos durante esses dois anos do mestrado;
Aos membros do grupo de Pesquisa Tecnologia de Irrigação e Meio Ambiente, Jonesmar de Oliveira, Bruno Santoro, Iuran Gonçalves, David Ramin, Luis Philipe Ramos, Rafael Mora, Sabrina Campos, Rafael Novi, Vitor Sampaio, aos alunos da pós-graduação Ivan, German, Osvaldo e Luis Fernando e também às alunas do ProFIS Deisi e Thamires pela grande ajuda na parte experimental;
Aos funcionários da FEAGRI, Jamilson, Antônio, João, Carlos, Devis, Luiz, José Maria, Rita de Cassia, Valéria, Tulio Ribeiro e Giovani Brota pelo suporte as atividades realizadas durante o mestrado;
Aos docentes da FEAGRI Dr. Zigomar Menezes de Souza, Dra. Mara de Andrade Marinho e Dr. Roberto Funes Abrahão por ministrarem ótimas aulas e assim contribuírem com a minha formação;
Ao CNPq pela concessão de bolsa de estudo e a FAEPEX pela concessão de auxílio financeiro para o experimento;
RESUMO
A subirrigação é um método de irrigação que pode apresentar elevada eficiência no uso de água e de nutrientes, pois o excesso de solução aplicado é coletado e reutilizado em irrigações subsequentes. Assim é possível reduzir gastos com insumos e também reduzir a contaminação ambiental decorrente do descarte da solução. Entretanto, a subirrigação ainda é pouco utilizada no Brasil. Dessa forma, estudos anteriores na Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP desenvolveram uma mesa de subirrigação do tipo Ebb-and-Flow, que atualmente está sendo utilizada para avaliar a aplicação da tecnologia na produção de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar (MPB). Como na subirrigação não ocorre a lixiviação dos fertilizantes, há tendência dos sais se acumularem no substrato. Dessa forma, a taxa de fertilização aplicada via subirrigação deve ser menor do que a aplicada via outros sistemas de irrigação. Assim, o objetivo desse estudo foi avaliar duas concentrações de solução nutritiva (SN) (33,3 e 66,6% da concentração recomendada) para a produção de MPB em mesas de subirrigação. Para isso foram utilizados três cultivares (IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099) e dois ciclos de cultivo, um no verão e outro no inverno. O controle da irrigação foi realizado de forma automatizada, através da utilização de sensores capacitivos. Os experimentos tiveram a duração de 21 dias, compreendendo a fase 1 de aclimatação de produção de MPB, e após esse período foram avaliadas variáveis biométricas e o teor de nutrientes no tecido vegetal. Também foram monitorados os valores de condutividade elétrica (CE) e pH nas SN e no substrato. Os resultados mostraram que para todos os cultivares a irrigação com diferentes concentrações de solução nutritiva resultou em mudas com valores estatisticamente iguais de altura de planta, altura da 1ª lígula, diâmetro e massa seca da parte aérea. Apenas para o ciclo de verão foi observado maior valor de massa seca de raiz para o tratamento irrigado com SN contendo 66,6% da recomendação. Em ambos os ciclos as soluções nutritivas contendo 33,3% e 66,6% da recomendação resultaram em mudas com estado nutricional adequado. Em relação a avaliação do substrato, houve tendência de aumento de CE para os tratamentos irrigados com SN com 66,6% da concentração, indicando excesso de fertilização. Já para os tratamentos irrigados com solução nutritiva contendo 33,3% da concentração houve tendência de estabilização do valor de CE, indicado adequação na taxa de fertilização. O valor de CE de ambas soluções nutritivas (33,3% e 66,6%) aumentou ao longo do experimento, mas não foi necessário realizar o descarte. Conclui-se,
portanto, que é possível utilizar menor concentração de SN para produzir MPB em mesas de subirrigação e assim promover economia no uso de fertilizantes.
ABSTRACT
Subirrigation is an irrigation method with potential to present high water and nutrient use efficiency, since the excess of fertilizer solution is collected and reused for subsequent irrigations. The system reduces fertilizer costs and avoid environmental impacts due the improper discharge of nutrient solution. However, subirrigation use in Brazil is still limited. Previous research performed at the University of Campinas School of Agricultural Engineering developed a subirrigation ebb-and-flow bench, which have been used to evaluate the technology for production of sugarcane bud chips seedlings (SBS). As there is no fertilizer leaching, salts tend to accumulate in substrate and the fertilization rate applied by subirrigation should be lower than that applied by other irrigation systems. Thus, the objective of this study was to evaluate two nutrient solution concentrations (NS) (33.3% and 66.6% of recommended concentration) for production of SBS in ebb-and-flow benches. Therefore, three sugarcane cultivars (IACSP95-5000, IACSP95-5094 and IAC91-1099) were used and two cultivation cycles (summer and winter) were carried out. Irrigation control was automated through capacitive sensors and a datalogger. The experiments were carried out for 21 days, consisting of stage 1 of SBS acclimatization, and after this period, the seedlings were evaluated by biometric parameters and nutrient content in tissue. Moreover, electrical conductivity (EC) and pH of NS and substrate were monitored. The results showed that for all cultivars the irrigation with different nutrient solution concentrations resulted in seedlings with equal values of height, first ligule height, diameter and shoot dry weight. Only for the summer growing season it was observed higher root dry weight for the treatment irrigated with SN containing 66.6% of recommendation. For both growing cycles, fertilizer solutions with 33.3% and 66.6% of recommendation resulted in seedlings with adequate nutritional status. Regarding the substrate evaluation, there was a trend of EC increasing for treatments irrigated with concentration of 66.6%, indicating an excessive fertilization. For treatments irrigated with concentration of 33.3%, there was a trend of EC stabilization, indicating an adequate fertilization. The EC value for both nutrient solutions (33.3% and 66.6%) increased throughout the experiment, but it was not necessary discard the NS. The conclusion of this study is that is possible use a lower NS concentration to produce SBS in ebb-and-flow bench and thus reduce fertilizer use.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Esquema ilustrativo de um sistema de subirrigação do tipo mesa de encher e drenar
(Ebb-and-Flow) ... 24
Figura 2. Etapas de produção de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar ... 33
Figura 3. Vista frontal da estufa ... 37
Figura 4. Vista lateral da estufa ... 37
Figura 5. Modelo em 3D da estufa e da localização das mesas de subirrigação ... 38
Figura 6. Vista das mesas de subirrigação preenchidas com água ... 38
Figura 7. Módulos constituintes das mesas de subrrigaçao. Extremidade com dreno (A), peça intermediaria (B) e extremidade sem dreno (C) ... 38
Figura 8. Vista do conjunto motobomba, reservatório de 500 L e tubulações de adução e de drenagem ... 39
Figura 9. Orifício de adução e drenagem na extremidade da mesa de subirrigação ... 39
Figura 10. Delineamento experimental em blocos casualizados com parcelas subdivididas.. 42
Figura 11. Mudas com idade de 15 DAP antes da poda (direita) e após a poda (esquerda). .. 43
Figura 12. (A) Tubete de 130 ml e (B) Bandeja de polietileno de 54 células ... 43
Figura 13. Bandeja após o transplantio ... 44
Figura 14. Mudas sobre as mesas de subirrigação conforme o delineamento experimental ... 44
Figura 15. Comparação do tamanho do sensor e do tubete utilizado no experimento ... 45
Figura 16. Painel controlador com data logger (A), módulo controlador de relês (B), multiplexador (C) e bateria (D) ... 46
Figura 17. Detalhe da chave de nível utilizada para desligar a motobomba ... 46
Figura 18. Foto das mudas com idade de 21 DAP irrigadas com SN contendo 66,6% da concentração durante o ciclo de inverno ... 48
Figura 19. Foto de mudas do cultivar IACSP95-5094 com idade de 21 DAP irrigado com SN contendo 33,3% da concentração durante o ciclo de inverno... 48
Figura 20. Foto do substrato em que estavam mudas do cultivar IACSP95-5094 com idade de 21 DAP e irrigadas com SN contendo 33,3% da concentração durante o ciclo de inverno ... 49
Figura 21. Foto de muda do cultivar IACSP95-5094 com idade de 36 DAP e irrigada com SN contendo 66,6% da concentração durante o ciclo de inverno... 49
Figura 22. Foto de muda do cultivar IAC91-1099 com idade de 36 DAP e irrigada com SN contendo 33,3% da concentração durante o ciclo de inverno... 49
Figura 23. Medição da condutividade elétrica e do pH na solução lixiviada do substrato ... 55
Figura 24. Medição da altura da planta ... 58
Figura 25. Medição do diâmetro da planta ... 58
Figura 26. Variação da temperatura e umidade relativa do ar no interior da estufa ao longo dos ciclos de verão e de inverno ... 61
Figura 27.Variação da radiação fotossinteticamente ativa no interior da estufa ao longo dos ciclos de verão e de inverno ... 62
Figura 28. Variação do conteúdo volumétrico de água (CVA) ao longo dos ciclos de verão e de inverno, para os tratamentos contendo solução nutritiva com 33,3% e 66,6% da concentração recomendada ... 63 Figura 29. Condutividade elétrica e pH da solução lixiviada do substrato, coletada pelo método Pour Thru, para os diferentes cultivares de cana-de-açúcar (IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099) irrigados via subirrigação por 21 dias com solução nutritiva
(SN) contendo 66,6% e 33,3% da concentração recomendada, durante os ciclos de verão e de inverno. ... 67 Figura 30. Condutividade elétrica e pH das soluções nutritivas (SN) com 66,6% e 33,3% da concentração recomendada e utilizadas para irrigar as mudas de cana-de-açúcar via subirrigação durante 21 dias durante os ciclos de verão e de inverno ... 74 Figura 31. Valores médios de altura de planta para os cultivares 5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099 com idade de 38 DAP irrigados via subirrigação durante 21 dias com soluções nutritivas (SN) contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada, nos ciclos de verão e de inverno ... 78 Figura 32. Valores médios de altura da 1ª lígula para os cultivares 5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099 com idade de 38 DAP irrigados via subirrigação durante 21 dias com soluções nutritivas (SN) contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada, nos ciclos de verão e de inverno ... 79 Figura 33. Valores médios de diâmetro para os cultivares IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099 com idade de 38 DAP irrigados via subirrigação durante 21 dias com soluções nutritivas (SN) contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada, nos ciclos de verão e de inverno ... 80 Figura 34.Valores médios de massa seca da parte aérea para os cultivares IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099 com idade de 38 DAP irrigados via subirrigação durante 21 dias com soluções nutritivas (SN) contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada, nos ciclos de verão e de inverno ... 81 Figura 35. Valores médios de massa seca de raiz para os cultivares IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099 com idade de 38 DAP irrigados via subirrigação durante 21 dias com soluções nutritivas (SN) contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada, nos ciclos de verão e de inverno ... 83 Figura 36. Foto das mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar com 38 DAP, após cultivo durante 21 dias nas mesas de subirrigação. ... 94 Figura 37. Altura de planta de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar dos cultivares IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099 irrigadas via subirrigação com solução nutritiva contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada, durante 21 dias no ciclo de verão ... 109 Figura 38. Diâmetro do caule de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar dos cultivares IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099 irrigadas via subirrigação com solução nutritiva contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada, durante 21 dias no ciclo de verão ... 109 Figura 39. Massa seca da parte aérea de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar dos cultivares IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099 irrigadas via subirrigação com solução nutritiva contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada, durante 21 dias no ciclo de verão ... 110 Figura 40. Massa seca da raiz de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar dos cultivares IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099 irrigadas via subirrigação com solução nutritiva contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada, durante 21 dias no ciclo de verão ... 110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Principais características, época da colheita e intenção de plantio em 2017 dos cultivares IAC91-1099, IACSP95-5000 e IACSP95-5094. ... 36 Tabela 2. Porcentagem de nutrientes presentes nos produtos comerciais utilizados no preparo das soluções nutritivas ... 50 Tabela 3. Calculo da dose de produto comercial a partir dos teores parciais de nutrientes .... 51 Tabela 4. Diferença (%) nos teores totais de nutrientes da recomendação teórica e da calculada a partir do uso de produtos comerciais ... 51 Tabela 5. Valor médio da análise da água proveniente do sistema de abastecimento da FEAGRI/UNICAMP e utilizada para preparar as soluções nutritivas nos ciclos de verão e de inverno ... 52 Tabela 6. Valores médios da análise inicial das soluções nutritivas (SN) usadas nos ciclos de verão e de inverno... 53 Tabela 7. Valores médios da análise das soluções nutritivas utilizadas para reabastecimento dos reservatórios (SNR) durante os ciclos de verão e de inverno ... 53 Tabela 8. Data das avaliações biométricas e idade das mudas durante as avaliações nos ciclos de verão e de inverno ... 57 Tabela 9. Número total de acionamentos da irrigação, conteúdo volumétrico de água no substrato e volume total consumido ao longo dos 21 dias de experimento, em cada um dos ciclos de cultivo (média ± desvio padrão de 2 repetições) ... 65 Tabela 10. Valores médios da análise química do substrato Tropstrato Hortaliças Mix utilizado nos ciclos de verão e de inverno ... 69 Tabela 11. Efeito da concentração da solução nutritiva (SN) e de diferentes cultivares nos teores de nutrientes encontrados no substrato após 21 dias de experimento no de ciclo de verão ... 70 Tabela 12. Efeito da concentração da solução nutritiva (SN) e de diferentes cultivares nos teores de nutrientes encontrados no substrato após 21 dias de experimento no de ciclo de inverno ... 71 Tabela 13. Efeito da concentração da solução nutritiva (SN) e de diferentes cultivares no teor de Ferro encontrados no substrato após 21 dias de experimento no de ciclo de verão ... 72 Tabela 14. Efeito da concentração da solução nutritiva (SN) e de diferentes cultivares nos teores de Cálcio e Magnésio encontrados no substrato após 21 dias de experimento no de ciclo de inverno ... 72 Tabela 15. Efeito da concentração da solução nutritiva (SN) e de diferentes cultivares na altura da planta, altura da primeira lígula, diâmetro e massa seca de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar com idade de 38 DAP irrigadas via subirrigação durante 21 dias no ciclo de verão. ... 77 Tabela 16. Efeito da concentração da solução nutritiva (SN) e de diferentes cultivares na altura da planta, altura da primeira lígula, diâmetro e massa seca de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar com idade de 38 DAP irrigadas via subirrigação durante 21 dias no ciclo de inverno ... 77 Tabela 17. Teste t para contraste unilateral para os parâmetros biométricos em mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar com idade de 38 DAP irrigadas via subirrigação durante 21 dias em mesas de subirrigação com soluções nutritivas (SN) contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada para a cultura, nos ciclos de verão e de inverno ... 86
Tabela 18.Efeito da concentração da solução nutritiva (SN) e de diferentes cultivares na concentração de potássio encontrada na parte aérea das mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar com idade de 38 DAP irrigadas via subirrigação durante 21 no de ciclo de verão ... 87 Tabela 19. Efeito da concentração da solução nutritiva (SN) e de diferentes cultivares na concentração de nutrientes encontrada na parte aérea das mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar com idade de 38 DAP irrigadas via subirrigação durante 21 no de ciclo de verão ... 88 Tabela 20. Efeito da concentração da solução nutritiva (SN) e de diferentes cultivares na concentração de nutrientes encontrada na parte aérea das mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar com idade de 38 DAP irrigadas via subirrigação durante 21 no de ciclo de inverno ... 89 Tabela 21. Teste t de contraste unilateral para os teores de nutrientes encontrados na parte aérea de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar com idade de 38 DAP irrigadas via subirrigação durante 21 dias em mesas de subirrigação com soluções nutritivas (SN) contendo 33,3% e 66,6% da concentração recomendada para a cultura, nos ciclos de verão e de inverno. ... 91 Tabela 22. Faixa de teores foliares de nutrientes considerados adequados para cultura da cana-de-açúcar ... 92 Tabela 23. Valores do volume total consumido (VC), do volume total utilizado (VT), da massa seca total das plantas (MST), da eficiência do uso da água pela planta (EUAplanta) e da
eficiência do uso da água pelo sistema (EUAsistema) ao final do experimento com mudas
pré-brotadas de cana de açucar com idade de 38 DAP, durante os ciclos de verão e de inverno. Média ± desvio padrão de 2 repetições ... 96
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CE: Condutividade elétrica CV: Coeficiente de variação
CVA: Conteúdo volumétrico de água DAP: Dias após o plantio
E.P.: Erro padrão
EUA: Eficiência do uso da água
EUAplanta: Eficiência do uso da água pela planta
EUAsistema: Eficiência do uso da água pelo sistema
FEAGRI: Faculdade de Engenharia Agrícola IAC: Instituto Agronômico
MAPA: Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento MPB: Mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar
MST: Massa seca total
SN: Solução nutritiva/soluções nutritivas
TEIMA: Grupo de Pesquisa Tecnologia de Irrigação e Meio Ambiente UNICAMP: Universidade Estadual de Campinas
UR: Umidade relativa do ar
VC: Volume total de solução nutritiva consumido VT: Volume total de solução nutritiva utilizado
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 18 2. OBJETIVO ... 21 2.1. Objetivos específicos ... 21 3. REVISÃO DE LITERATURA ... 22 3.1. Subirrigação ... 22 3.1.1.Sistemas de subirrigação ... 23 3.1.2. Vantagens ... 25 3.1.3. Limitações ... 27 3.1.4. Fertilização ... 28 3.2. Cana-de-açúcar ... 313.2.1. Mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar (MPB) ... 32
3.2.2. Cultivares ... 34
4. MATERIAL E MÉTODOS ... 37
4.1. Local ... 37
4.2. Período e duração do experimento ... 37
4.3. Mesas de subirrigação ... 38
4.4. Mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar (MPB)... 39
4.5 Substrato ... 40
4.6. Tratamentos ... 40
4.7. Delineamento experimental ... 41
4.8. Transplantio das mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar ... 43
4.9. Manejo da irrigação ... 45
4.10. Manejo da solução nutritiva ... 49
4.11. Variáveis analisadas ... 54
4.11.1. Dados meteorológicos no interior da estufa ... 54
4.11.2. Avaliação do substrato ... 55
4.11.3. Monitoramento da solução nutritiva ... 56
4.11.4. Avaliação das mudas pré-brotadas (MPB) de cana-de-açúcar ... 56
4.12. Eficiência do uso da agua ... 58
4.13. Análise estatística ... 59
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 60
5.1. Dados meteorológicos no interior da estufa... 60
5.2.1. Conteúdo volumétrico de água ... 62
5.2.2. Condutividade elétrica e pH no substrato ... 66
5.2.3. Teor de nutrientes no substrato ... 69
5.3. Monitoramento da solução nutritiva ... 73
5.4. Avaliação das mudas pré-brotadas (MPB) de cana-de-açúcar ... 75
5.4.1. Avaliação biométrica... 75
5.4.2. Análise nutricional ... 86
5.4.3. Documentação fotográfica ... 93
5.5. Eficiência do uso da agua ... 94
6. CONCLUSÕES ... 98
7. SUGESTÕES PARA ESTUDOS FUTUROS ... 100
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 101
9. APÊNDICES ... 109
9.1. Variáveis biométricas das mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar avaliadas semanalmente durante o ciclo de verão ... 109
1. INTRODUÇÃO
No cultivo em ambiente protegido é necessária a realização frequente de irrigação e fertilização, pois as plantas normalmente são cultivadas em pequeno volume de substrato, em que os nutrientes e a água são rapidamente consumidos (FERRAREZI et al., 2015a). Contudo, caso haja aplicação excessiva de fertilizantes há a possibilidade de perda de nutrientes por lixiviação, podendo acarretar em prejuízos econômicos para o produtor e em contaminação do solo e de fontes de água superficiais e subterrâneas. Dessa forma, a utilização de sistemas fechados de cultivo em que a água drenada é coletada e reutilizada no sistema representa uma alternativa para aumentar a eficiência do uso de água e reduzir impactos ambientais (PARDOSSI et al., 2006). Segundo Bouchaaba et al. (2015) uma opção de sistema fechado de cultivo é o uso da técnica da subirrigação, que pode ser realizada utilizando mesas (ebb-and-flow benches), pisos de concreto (flood floors), calhas em desnível (trough benches) ou manta capilar (capillary mats).
A subirrigação é um método que utiliza o princípio da capilaridade para promover o umedecimento do meio de cultivo e das raízes da cultura a partir da saturação da parte inferior dos recipientes de cultivo (RIBEIRO, 2013). No sistema conhecido como Ebb-and-Flow, recipientes de produção que possuem orifícios em sua parte inferior, como vasos e tubetes, são dispostos em mesas que são periodicamente inundadas e drenadas. A solução nutritiva que é bombeada do reservatório para mesa fica em contato com os recipientes por tempo suficiente para permitir ascensão capilar e em seguida o que não foi utilizado é drenado para o reservatório (DUMROESE et al., 2006; LIETH e OKI, 2008). As vantagens dos sistemas de subirrigação envolvem menor uso de água e fertilizantes, maior uniformidade e produtividade da cultura, redução do uso de mão-de-obra, flexibilidade no espaçamento e no tamanho do recipiente de cultivo, redução do descarte de nutrientes ao ambiente e também evita o molhamento foliar, favorecendo a prevenção de doenças (ROUPHAEL et al., 2008). Os sistemas também podem ser facilmente automatizados utilizando-se tensiômetros (MONTESANO et al., 2015) e sensores capacitivos (FERRAREZI et al., 2014, 2015b).
Apesar de propiciar economia do uso de insumos, a subirrigação ainda é pouco utilizada no Brasil. Faltam estudos que comprovem a viabilidade técnico-econômica para determinadas culturas. Dessa forma, o grupo Tecnologia de Irrigação e Meio Ambiente (TEIMA) da Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP (Universidade Estadual de Campinas) desenvolveu uma mesa de subirrigação do tipo Ebb-and-Flow e tem conduzido
estudos para avaliar seu desempenho na irrigação de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar (MPB).
O sistema de MPB consiste em uma tecnologia de multiplicação de cana-de-açúcar desenvolvida pelo Instituto Agronômico (IAC) visando a produção rápida de mudas, com elevado padrão de fitossanidade, vigor e uniformidade de plantio (LANDELL et al., 2012). Esse sistema tem como vantagens redução do volume de material utilizado no plantio, melhor controle na qualidade e na sanidade, resultando em canaviais mais homogêneos e com reduzidas falhas (LANDELL et al., 2012). Segundo Xavier et al. (2016a) o sistema de multiplicação por MPB promove taxas de multiplicação superiores a 1:70 (ha:ha) e redução de 80% no consumo de colmo semente em relação ao plantio convencional.
Para garantir o desenvolvimento das MPB é preciso que estas recebam fertilização adequada durante as etapas de produção, de acordo com suas necessidades nutricionais. Na produção realizada no IAC, há a adição de fertilizantes de liberação lenta no substrato durante a fase de individualização nos tubetes, e durante a primeira fase de aclimatação ocorre a fertilização em cobertura, via pulverizações foliares (XAVIER et al., 2014). Na produção de MPB utilizando mesas de subirrigação, esta fertilização ocorre a partir de solução nutritiva, em que os nutrientes são dissolvidos na água de irrigação e essa solução é reutilizada nas irrigações subsequentes. Contudo, não existem informações disponíveis sobre a concentração da solução nutritiva que deve ser utilizada para produzir mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar em mesas de subirrigação.
De acordo com Kang et al. (2004), para diversas culturas ainda não foram definidas as taxas ideais de fertilização que devem ser aplicadas via subirrigação. Segundo James e Van Iersel (2001) as recomendações de adubação desenvolvidas para outros sistemas de irrigação podem não ser adequadas para a subirrigação, pois esta promove alterações no ambiente de crescimento das plantas. Estudos já mostraram que neste método de irrigação há tendência dos sais se acumularem na porção superior do substrato (INCROCCI et al., 2006; ZHENG et al., 2004; SANTAMARIA et al., 2003) e a elevação da condutividade elétrica tende a se agravar com a utilização de elevadas taxas de fertilização (ROUPHAEL et al., 2008).
Como na subirrigação não há lixiviação de fertilizantes, a recomendação mais comum é reduzir a concentração de fertilizantes em 50% em relação a aplicada via aspersão (KANG et al., 2004). Contudo, essa porcentagem de redução da concentração depende da cultura que será irrigada. Enquanto Zheng et al. (2004) mostraram que para a produção de gérbera a concentração da solução nutritiva pode ser reduzida pela metade sem causar prejuízos no crescimento ou qualidade da cultura, para o cultivo de vagem, El Youssfi et al. (2012)
concluíram que a solução nutritiva com 50% da concentração não forneceu nutrientes suficientes para o crescimento da cultura, pois resultou em plantas menores com menor valor de massa seca.
Diante desse contexto, há a necessidade de se pesquisar a concentração adequada da solução nutritiva a ser aplicada na produção de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar via subirrigação, para que não haja déficit e nem excesso de nutrientes, evitando assim aumento dos custos de produção e o comprometimento do desenvolvimento da cultura.
A hipótese dessa pesquisa é que a aplicação via subirrigação de solução nutritiva contendo 33,3% da concentração recomendada não prejudica o desenvolvimento de mudas pré-brotadas (MPB) de cana-de-açúcar quando comparada com mudas irrigadas com maior concentração de solução nutritiva.
2. OBJETIVO
O objetivo dessa pesquisa consistiu em avaliar duas concentrações de solução nutritiva (33,3 e 66,6% da concentração recomendada pela literatura) para a produção de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar em mesas de subirrigação, em dois ciclos de cultivo (verão e inverno).
2.1. Objetivos específicos
-Analisar a utilização do sistema de mesas de subirrigação com controle automatizado por sensores capacitivos para produção de MPB;
- Avaliar o crescimento, acúmulo de massa e o teor de nutrientes na parte aérea de três diferentes cultivares de cana-de-açúcar (IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099) irrigados via subirrigação com as duas diferentes concentrações de solução nutritiva;
-Monitorar ao longo do experimento as variações de condutividade elétrica e pH da solução nutritiva e do substrato para os diferentes tratamentos.
3. REVISÃO DE LITERATURA 3.1. Subirrigação
A subirrigação é um método de irrigação em que a água é aplicada sob a superfície do solo e atinge as raízes das plantas por meio da ascensão capilar (BERNARDO et al., 2006). Pode ser aplicada na irrigação de culturas no campo, através do uso de sistemas como gotejamento subsuperficial e de elevação de lençol freático, ou então na irrigação de culturas em ambiente protegido, com a utilização de sistemas como mesas de encher e drenar
(Ebb-and-Flow), piso de inundação (Flood-and-Floor) e calhas em desnível (Trough Benches)
(TESTEZLAF, 2011).
No ambiente protegido os sistemas de subirrigação são utilizados na produção de culturas que utilizam substratos, como plantas ornamentais, mudas florestais, mudas frutíferas e hortaliças (FERRAREZI, 2013). Para isso os recipientes de cultivo são dispostos em estruturas que são periodicamente inundadas com água ou com solução nutritiva, e a ação capilar no substrato permite que a água e os nutrientes entrem em contato com a raiz da cultura (FERRAREZI et al., 2015a). Após a irrigação ser completada, o excedente de solução que não foi absorvido pelo substrato é drenado e armazenado em um reservatório, para ser reutilizado nas irrigações subsequentes (BOUCHAABA et al., 2015).
A utilização de ciclo fechado de irrigação, com coleta e reutilização da solução nutritiva excedente, tem como vantagens aumentar a eficiência do uso da água, reduzir custos com fertilizantes e reduzir as consequências ambientais associadas ao descarte da solução (MONTESANO et al., 2010; MAJSZTRIK et al., 2011; ZHENG et al., 2004). Contudo, para que possa ser reutilizada, a solução drenada precisa passar por ajustes de pH, de concentração de nutrientes e em alguns casos até por desinfecção, para prevenir a propagação de doenças (PARDOSSI et al., 2006).
O manejo da solução nutritiva em sistemas fechado de cultivo é mais complexo do que o manejo em sistemas abertos (com descarte da solução excedente), demandando constante monitoramento da solução recirculada (MAJSZTRIK et al., 2011; PARDOSSI et al., 2006). No entanto, o uso de sistemas de subirrigação pode simplificar esse manejo, pois os elementos não absorvidos pelas plantas se acumulam na parte superior do substrato em vez de lixiviarem e se acumularem na solução nutritiva, como ocorre em outros sistemas de ciclo fechado (BOUCHAABA et al., 2015; ROUPHAEL e COLLA, 2009).
Quanto ao manejo da irrigação, normalmente é realizado utilizando-se temporizadores, com as irrigações ocorrendo de acordo com horários pré-determinados, e não baseado nas necessidades hídricas da cultura, o que pode ocasionar déficit ou excesso de água.
(FERRAREZI et al., 2014). Segundo Ferrarezi et al. (2015b) uma possibilidade para melhorar o controle sobre os sistemas subirrigados é a utilização de sistemas automatizados via sensores, que permitem monitoramento em tempo real e a ativação da irrigação de acordo com a demanda hídrica da cultura. Pesquisas já mostraram ser possível automatizar sistemas de subirrigação utilizando-se tensiômetros (MONTESANO et al., 2015; ROUPHAEL e COLLA, 2009) e sensores capacitivos (FERRAREZI et al., 2014, 2015b).
3.1.1.Sistemas de subirrigação
Os sistemas de subirrigação utilizados em ambiente protegido podem ser classificados em mesas de subirrigação (ebb-and-flow benches), pisos de concreto (flood-floor), calhas rasas em desnível (trough benches), manta capilar (capillary mat), pavio (wick system) e bandejas móveis (Dutch trays) (BOUCHAABA et al., 2015; FERRAREZI et al, 2015a).
Nas mesas de encher e drenar, os recipientes de cultivos são colocados sobre mesas de plástico, que ficam apoiadas em pés ou cavaletes (TESTEZLAF, 2011). Além da mesa, o sistema também é composto pela motobomba, pelo reservatório para armazenamento da solução nutritiva e pelas tubulações de adução e de drenagem (Figura 1). Durante o ciclo de irrigação a mesa é inundada com a solução nutritiva, e esta ao entrar em contato com o substrato se movimenta ascendentemente devido a ação da capilaridade (SCHMAL et al., 2011). Após o desligamento da bomba o excesso da solução retorna por gravidade para o reservatório, sendo drenado a uma taxa suficientemente lenta para permitir que a ação capilar ocorra e umedeça também as raízes localizadas na parte superior do recipiente de cultivo (LIETH e OKI, 2008). Ainda segundo Lieth e Oki (2008), o tempo de enchimento da mesa depende de suas dimensões e da vazão de adução, e o nível de água é elevado até que recipientes de cultivo tenham de 2 a 5 cm de sua parte inferior submersos.
É um sistema que possibilita ao produtor utilizar de 81% a 93% do espaço da casa de vegetação para produção e ainda permite flexibilidade e versatilidade na produção de espécies vegetais distintas, pois além de acomodar diferentes tipos e tamanhos de recipientes de cultivo possibilita irrigar as mesas separadamente (UVA et al., 2000).
Figura 1. Esquema ilustrativo de um sistema de subirrigação do tipo mesa de encher e drenar (Ebb-and-Flow)
Fonte: Ilustração de Antônio Carlos Ferreira Filho.
No sistema de subirrigação com piso de concreto, o princípio de funcionamento é semelhante ao das mesas, mas os recipientes de cultivo são colocados diretamente no piso da estufa. A superfície é inundada através de orifícios existentes no concreto e a existência de pequena declividade permite que a solução seja drenada de volta ao reservatório (FERRAREZI et al., 2015a). Normalmente não há corredores ou passagens, e assim todo o espaço fica potencialmente disponível para a produção de plantas (TESTEZLAF, 2011). O investimento inicial é menor do que o sistema de mesas, e necessita pouca manutenção (UVA et al., 2000). Contudo, as tarefas de produção são mais intensivas e exigem maior esforço físico dos funcionários, que necessitam agachar para realizar os tratos culturais (FERRAREZI, 2013). Também há a necessidade de cuidados sanitários para evitar que os trabalhadores transportem patógenos (LIETH e OKI, 2008).
No sistema de calhas rasas em desnível as plantas são colocadas em calhas inclinadas e a solução nutritiva, após ser bombeada para a parte mais alta, escoa por gravidade até um dreno e retorna para o reservatório (TESTEZLAF, 2011; FERRAREZI et al., 2015a). Segundo Lieth e Oki (2008) as calhas são fabricadas de metal ou de plástico, e podem acondicionar os recipientes de cultivo ou então serem preenchidas com substrato. Além de ser um sistema que permite que os produtores utilizem apenas de 72 a 83% do espaço da estufa para a produção, é considerado menos flexível em relação ao espaçamento, pois os formato e
tamanho das calhas são pré-determinados pelo fabricante, não podendo ser alterados (UVA et al., 2000).
No sistema de manta capilar, mantas fabricadas com um núcleo de fibra altamente absorvente (FERRAREZI, 2013) são utilizadas para cobrir superfícies niveladas e a prova de água (LIETH e OKI, 2008). Os recipientes de cultivo são dispostos sobre essa manta, que ao ser umedecida com a solução nutritiva promove o umedecimento do substrato através da ação capilar. Segundo Lieth e Oki (2008) a ideia é saturar a manta e assim manter o substrato de todos os recipientes com mesma tensão. De acordo com Ferrarezi et al. (2015a) um filme plástico perfurado pode ser utilizado para cobrir a manta e assim reduzir a evaporação e o crescimento de algas.
No sistema de pavio a água e os nutrientes são fornecidos para o substrato através de um pavio absorvente (FERRAREZI et al., 2015a). Para isso, o pavio constituído de manta sintética não tecida é colocado na parte inferior de uma calha plástica de perfil trapezoidal, que é preenchida com o substrato (TESTEZLAF, 2011). O pavio conduz a solução nutritiva de um reservatório inferior para o substrato, e conforme ocorre o consumo pelas plantas, o pavio repõe a solução automaticamente por diferença de potencial total de água (FERRAREZI et al., 2012).
No sistema de bandejas móveis (Dutch trays) as bandejas servem como meio de crescimento e de transporte entre a estufa e áreas de trabalho (TESTEZLAF, 2011). Funcionam como um sistema de ebb-and-flow móvel (FERRAREZI et al., 2015a), contudo o investimento inicial e os custos de manutenção e reparo são mais elevados devido a sua configuração altamente mecanizada (UVA et al., 2000).
3.1.2. Vantagens
As vantagens da subirrigação envolvem menor uso de água e fertilizantes, maior uniformidade e produtividade da cultura, redução do uso de mão-de-obra, facilidade de automação, flexibilidade no espaçamento e no tamanho do recipiente de cultivo, redução do descarte de nutrientes no ambiente e também evita o molhamento foliar, favorecendo a prevenção de doenças (ROUPHAEL et al., 2008; UVA et al., 1998).
Quando comparado com outros métodos de irrigação, a subirrigação possibilita a utilização de menor quantidade de água e de fertilizantes (VAN IERSEL e KANG, 2002), pois o excesso de solução nutritiva aplicada pode ser coletado e reutilizado nas irrigações subsequentes (DUMROESE et al., 2006). No estudo de Bouchaaba et al. (2015) a eficiência do uso da água na produção de feijão foi de 8,5 kg m-3 para o sistema de irrigação por
gotejamento e de 11,2 kg m-3 para a subirrigação. Já o estudo de Incrocci et al. (2006) com água salina mostrou que mesmo comparado a um sistema de gotejamento de ciclo fechado (com coleta e reutilização da solução excedente), a eficiência de uso da água para a subirrigação foi maior, sendo de 32,7 g L-1 contra 29,2 g L-1 na produção de tomate.
Como na subirrigação não há perda de fertilizantes por lixiviação (KANG et al., 2004), os nutrientes permanecem no sistema até que possam ser utilizados pelas plantas, reduzindo assim os custos do produtor com fertilização (MAJSZTRIK et al., 2011). Na produção de planta ornamental (Echinacea pallida), Pinto et al. (2008) obtiveram eficiência de uso de nitrogênio de 37% para as plantas irrigadas por aspersão e de 42,5% para as subirrigadas. Na produção de mudas florestais (Quercus rubra), Bumgarner et al. (2008) observaram que a subirrigação aumentou conteúdo total de nutrientes (mg planta-1), sendo que para a folha o aumento foi de N (41%), P (5%) e K (40%) em relação as plantas irrigadas por aspersão. Outra vantagem é a redução do impacto no meio ambiente, pois a reutilização da solução nutritiva excedente evita o descarte frequente de nutrientes e a consequente contaminação de águas superficiais e subterrâneas (FERRAREZI et al., 2015a).
Em relação ao desenvolvimento das plantas, a subirrigação pode promover maior uniformidade, precocidade e qualidade da cultura. No estudo de Yeh et al. (2004) com planta ornamental, a subirrigação além de aumentar o número de flores, reduziu o tempo necessário para o florescimento em relação as plantas irrigadas manualmente. No trabalho de Barreto et al. (2015), a subirrigação promoveu maior crescimento das mudas de citros, possibilitando encurtamento do ciclo de cultivo.
Quando comparada com a irrigação por aspersão, a subirrigação resultou em maiores valores de massa seca (folha e caule) de muda florestal (BUMGARNER et al., 2008) e em maiores valores de altura e massa seca total para planta ornamental (PINTO et al., 2008).
Em relação a irrigação por gotejamento, a subirrigação promoveu menor produtividade nos cultivos de tomate (SANTAMARIA et al., 2003), abobrinha (ROUPHAEL e COLLA, 2005) e feijão (BOUCHAABA et al., 2015). Contudo, no trabalho de Santamaria et al. (2003) os tomates subirrigados tiveram maior qualidade (maior porcentagem de matéria seca e de sólidos solúveis totais) e maior número de frutos com tamanho ótimo de comercialização. No trabalho de Rouphael e Colla (2005), apesar de menor produtividade da abobrinha subirrigada no ciclo de primavera-verão, durante o cultivo de verão-outono os autores recomendam a utilização da subirrigação, devido maior qualidade do fruto (% matéria seca e carboidratos totais), produtividade semelhante e simplificação no manejo da solução nutritiva (devido menor variação da concentração ao longo do tempo). Já Bouchaaba et al.
(2015) concluíram que a menor produtividade pode ser compensada pela economia de água e de fertilizantes, além da redução do impacto ambiental.
3.1.3. Limitações
A principal limitação dos sistemas de subirrigação é a tendência dos sais se acumularem na porção superior do substrato (LIETH e OKI, 2008; ROUPHAEL e COLLA, 2005). Isso ocorre pois como a movimentação da solução nutritiva ocorre de forma ascendente devido à capilaridade, quando há evaporação de água na superfície os sais provenientes dos fertilizantes permanecem na camada superior do substrato (KANG et al., 2004). Como na subirrigação não há lixiviação, os sais que não foram absorvidos aumentam condutividade elétrica do substrato (MONTESANO et al. 2010) e este problema tende a se agravar com a utilização de elevadas taxas de fertilização (ROUPHAEL et al., 2008). Segundo Cavins et al. (2000) valores elevados de condutividade elétrica do substrato estão associados com crescimento deficiente da parte aérea e da raiz das culturas. Yeh et al. (2004) observaram que o aumento da concentração de nitrogênio promoveu elevação da condutividade elétrica do substrato e comprometeu o desenvolvimento da cultura, acarretando em estresse osmótico e murchamento das folhas mais velhas.
O aumento da condutividade elétrica (CE) na parte superior do substrato foi verificado nos estudos de diversos autores utilizando diferentes culturas e diferentes sistemas de subirrigação. No final do ciclo de cultivo de tomate, a CE do extrato aquoso (1:1,5) da camada superior do substrato foi de 3,4 dS m-1 para o tratamento irrigado por gotejamento e 7,7 dS m-1 para o tratamento irrigado por calhas em desnível (SANTAMARIA et al. 2003). O estudo de Kang et al. (2004) com pimenta, mostrou que para as mesas de subirrigação a ocorrência de diferentes valores de condutividade elétrica nas camadas do substrato depende da taxa de fertilização utilizada. Enquanto que a aplicação de solução nutritiva com até 100 mg L-1 de N manteve a CE (extrato aquoso 1:2) de todas as camadas do substrato abaixo de 0,65 dS m-1, a irrigação com solução contendo 400 mg L-1 de N resultou em um gradiente, com valores de EC próximos a 3, 4 e 7 dS m-1 para as camadas inferior, média e superior, respectivamente. Já o estudo de Rouphael et al. (2008) com planta ornamental, mostrou que além do método de irrigação e da concentração da solução nutritiva, a estação de cultivo também tem influência sobre o aumento do valor de condutividade da camada superior do substrato. Nesse trabalho, o maior valor de CE foi obtido para o tratamento irrigado via calhas em desnível com solução nutritiva contendo 100% da concentração e cultivado na primavera,
e o menor valor de CE foi encontrado no tratamento irrigado por gotejamento com solução contendo 50% da concentração e cultivado no inverno.
Na irrigação por gotejamento as raízes das culturas tendem a ocupar todo recipiente de cultivo, enquanto que na subirrigação as raízes tendem a se acumular na parte inferior (INCROCCI et al., 2006; MARTINETTI et al., 2008). Dessa forma, apesar da subirrigação promover acúmulo de sais e aumento da condutividade elétrica da camada superior do substrato, os efeitos negativos sobre o desenvolvimento da cultura são minimizados, devido à baixa concentração de raízes no local (MONTESANO et al. 2010). Isso foi confirmado nos experimentos de Cardarelli et al. (2010) com petúnia, Rouphael et al. (2008) com gerânio, Rouphael e Colla (2009) com abobrinha, Incrocci et al. (2006) e Montesano et al. (2010) com tomate. Em todos esses estudos foi observado maior valor de CE na camada superior do substrato para os tratamentos subirrigados do que nos irrigados via gotejamento, contudo para as plantas ornamentais não houve alteração de crescimento e de qualidade, e para as hortaliças não houve redução de produtividade.
Para que não haja efeito do aumento da salinidade do substrato sobre o desenvolvimento da cultura, Incrocci et al. (2006) sugerem utilizar maior volume de substrato, pois em experimento preliminar com metade do volume do recipiente de cultivo, foi observado redução significativa do crescimento e da produtividade do tomate irrigado via subirrigação. Lieth e Oki (2008) ressaltam que além do monitoramento constante da concentração de sais no substrato, caso a cultura seja cultivada por longo período, pode ser necessário realizar ocasionalmente lixiviação desses sais através da aplicação de água pela superfície.
Outras limitações do uso da subirrigação envolvem os altos custos de instalação e a possibilidade de disseminação de doenças entre as plantas via solução recirculada (DUMROESE et al., 2006).
3.1.4. Fertilização
A concentração ideal da solução nutritiva que deve ser utilizada para a produção de culturas em ambiente protegido depende do método de irrigação empregado, pois este influi na acumulação de nutrientes pelo substrato, o que consequentemente afeta a absorção de nutrientes pela cultura (KANG e VAN IERSEL, 2002). Dessa forma, as recomendações de fertilização desenvolvidas para outros sistemas de irrigação podem não ser adequadas para a subirrigação (JAMES e VAN IERSEL, 2001). De acordo com Kang et al. (2004), a redução
da concentração de fertilizantes em 50% em relação a aplicada via aspersão é comumente recomendada para a subirrigação.
Na subirrigação, a solução nutritiva contendo água e fertilizantes é aplicada na parte inferior do recipiente do cultivo e se movimenta por capilaridade. Com a evaporação da água na superfície do substrato, os sais permanecem e se acumulam no recipiente, podendo expor a planta a estresse osmótico (LIETH e OKI, 2008). Como não há lixiviação, a taxa excessiva de fertilização e os sais não absorvidos podem aumentar a condutividade elétrica do substrato e prejudicar o desenvolvimento da cultura, e por isso muitos autores recomendam a redução da concentração da solução nutritiva em relação a outros sistemas de irrigação (MONTESANO et al., 2010).
YEH et al. (2004) estudaram o desenvolvimento da planta ornamental Canna
generalis irrigadas manualmente e via mesas de subirrigação, com diferentes concentrações
de nitrogênio (0, 4, 8, 16, e 32 mM de N). Para o cultivar “Tropical Red” a máxima produção de massa seca ocorreu em 4 mM de N para as plantas irrigadas via subirrigação e em 8 mM de N para as plantas irrigadas manualmente. Já para o cultivar “Tropical Rose”, apesar da máxima produção de massa seca ter ocorrido em 4 mM de N para ambos os sistemas, o crescimento foi maior para as plantas subirrigadas. Também trabalhando com planta ornamental, Zheng et al. (2004) concluíram que na fase final da produção de gérbera usando subirrigação, a concentração da solução nutritiva pode ser reduzida em 50% em relação a solução aplicada via aspersão na fase inicial, sem causar prejuízos no crescimento ou qualidade da cultura. Apesar de os tratamentos (100, 50, 25 e 10% da concentração da solução nutritiva) não terem ocasionado diferença estatística de massa seca total, área foliar e número de flores, as duas menores concentrações não são recomendadas pois as plantas apresentaram sintomas de deficiência de ferro decorrentes do aumento do pH do substrato.
Experimentos feitos com petúnias (CARDARELLI et al., 2010) e com gerânios (ROUPHAEL et al., 2008) irrigados com sistemas de ciclo fechado (gotejamento e calhas em desnível) mostraram que para ambos sistemas de irrigação a concentração da solução nutritiva pode ser reduzida em 50% sem causar efeitos no crescimento e na qualidade da cultura. No entanto, os dois trabalhos concluem que é preferível utilizar a subirrigação, pois além de resultar em plantas com desenvolvimento semelhante as do gotejamento, o sistema de calhas em desnível promoveu menor variação da condutividade elétrica da solução ao longo do ciclo de cultivo, o que simplifica o manejo em ciclo fechado. O trabalho de Cardarelli et al. (2010) também mostrou que a redução da concentração nutritiva depende das condições climáticas. Para ambos sistemas de irrigação, a solução nutritiva com 50% da concentração só promoveu
desenvolvimento semelhante da cultura em relação a solução com 100% da concentração para o cultivo de primavera. No cultivo de inverno as plantas irrigadas com a solução com metade da concentração tiveram menores valores de massa seca da parte aérea e dos índices de crescimento e de qualidade. Ainda em relação as condições climáticas e o cultivo de plantas ornamentais utilizando a subirrigação, Kang e van Iersel (2001) e Rouphael et al. (2008) observaram que a condutividade elétrica do substrato aumenta mais rapidamente em ambientes com maiores temperaturas. Dessa forma, para temperaturas elevadas menor concentração da solução nutritiva deve ser adotada para manter a condutividade elétrica do substrato em níveis adequados e evitar o comprometimento do desenvolvimento da cultura.
Em relação a produção de hortaliças, Liu et al. (2012) avaliaram o desenvolvimento de tomate, pimenta, couve e alface irrigados com diferentes concentrações de soluções nutritivas (50, 100, 200, 350, e 500 mg L–1 de N) via subirrigação e manualmente. A análise de regressão dos dados de massa seca mostraram que para atingir os maiores valores, a pimenta, a alface e uma das variedades de couve necessitam de menos fertilizantes quando são fertirrigadas por subirrigação do que manualmente. Além disso, a aplicação de elevadas taxas de fertilização (maiores que 350 mg L–1 de N) quando realizadas via subirrigação comprometem o desenvolvimento dessas culturas, sendo que o mesmo não ocorre quando a alta taxa de fertilização é aplicada via fertirrigação manual. Já para o tomate e para a outra variedade de couve, não foi observado efeito do método de irrigação sobre a produção de massa seca.
Para a produção de vagem irrigada por calhas em desnível, os resultados de El Youssfi et al. (2012) mostraram que a solução nutritiva com 50% da concentração de macronutrientes não forneceu nutrientes suficientes para o crescimento da cultura, acarretando em plantas menores, com menor número de folhas, menor área foliar e menor massa seca do que as plantas irrigadas com a solução normalmente usada para produção de vagem em substrato (100% da concentração de macronutrientes). Já os resultados de Bouchaaba et al. (2015) sugerem que a solução nutritiva com 80% da concentração é suficiente para atender a demanda nutricional da cultura, pois além de efeito positivo sobre a produtividade, não houve redução do teor de nutrientes no tecido vegetal das vagens em relação à solução com 100% da concentração.
Montesano et al. (2010) concluíram que a redução da concentração da solução nutritiva em 30% em relação a solução normalmente aplicada via sistemas de ciclo aberto possibilita o cultivo de tomate utilizando água salina e subirrigação. Já para o cultivo da abobrinha, Rouphael e Colla (2009) utilizando solução nutritiva com metade da concentração
(CE = 1 dS m-1) obtiveram redução de produtividade de 56% para as plantas irrigadas via subirrigação e de 44% para as plantas irrigadas por gotejamento em relação as plantas que receberam solução com concentração de 100% (CE = 2 dS m-1).
Esses resultados mostram que a aplicação via subirrigação de menor concentração da solução nutritiva em relação a concentração comumente aplicada via outros sistemas de irrigação promove efeitos distintos no desenvolvimento de cada cultura. Dessa forma, a escolha da concentração da solução nutritiva para a subirrigação deve levar em consideração a espécie que será irrigada e também as condições climáticas do local. Também se observa a necessidade de estudar a solução nutritiva para a produção de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar em mesas de subirrigação, uma vez que as informações disponíveis de fertilização são para produção de plantas ornamentais e hortaliças.
3.2. Cana-de-açúcar
A cana-de-açúcar é uma cultura de grande importância para o Brasil, sendo a área colhida e a produção da safra de 2017/18 estimadas em 8,74 milhões de hectares e 635,6 milhões de toneladas, respectivamente (CONAB, 2017). De acordo com a União da Industria da cana-de-açúcar (UNICA, 2017) a previsão é que do volume total de matéria-prima processada na safra 2017/2018, 46,99% sejam destinados a produção de açúcar e 53,01% para a produção de etanol, o que equivale a produção de 35,20 milhões de toneladas de açúcar e 24,70 bilhões de litros de etanol.
O plantio comercial de cana-de-açúcar é realizado utilizando-se colmos, estruturas que contém as gemas e as zonas radiculares e são responsáveis pela origem da nova planta (ANJOS e FIGUEIREDO, 2010). Segundo Ripoli e Ripoli (2010) o plantio semimecanizado é composto pelas seguintes etapas: Sulcação, distribuição dos colmos, alinhamento e fracionamento dos colmos dentro do sulco, aplicação de defensivos e fechamento do sulco. Nesse processo há a necessidade de distribuição de 14 a 16 gemas por metro de sulco (RIPOLI e RIPOLI, 2010), o que de modo geral representa a utilização de 8 a 12 toneladas de colmos por hectare (ANJOS e FIGUEIREDO, 2010).
A partir de 2003 o plantio mecanizado começou a ganhar importância em escala comercial e a procura por plantadoras aumentou, devido a diminuição de mão-de-obra disponível e aumento da área plantada (RIPOLI e RIPOLI, 2010). No entanto, de acordo com Landell et al. (2012), as falhas se tornaram mais frequentes no plantio mecanizado, e para evitar redução de produtividade aumentou-se para 24 a 60 o número de gemas por metro de sulco, o que equivale a 20 toneladas de colmos por hectare.
Com o objetivo de reduzir o volume de material necessário para a multiplicação da cana-de-açúcar, o Instituto Agronômico (IAC) desenvolveu o sistema de Mudas Pré-Brotadas (MPB) (LANDELL et al., 2012), que permite a utilização apenas de 1,8 a 2 toneladas de material para plantio 1 hectare (iac.sp.gov.br, 2016).
A redução na quantidade de material usado no plantio é vantajosa, pois torna a operação mais leve (XAVIER et al., 2016b) permitindo a utilização de maquinas menores. Além disso permite que um maior número de colmos seja destinado a indústria (LANDELL et al., 2012).
3.2.1. Mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar (MPB)
Mudas pré-brotadas consiste em um sistema de multiplicação de plantas de cana-de-açúcar desenvolvido pelo Instituto Agronômico visando a produção rápida de mudas, com elevado padrão de fitossanidade, vigor e uniformidade de plantio (LANDELL et al., 2012).
Quando comparado com o plantio convencional através colmos, o plantio utilizando as mudas pré-brotadas apresenta como vantagens: redução da quantidade de material usado no plantio, menor ocorrência de pragas devido a utilização de mudas sadias originadas de gemas selecionadas, além de redução de falhas e maior homogeneidade dos canaviais (LANDELL et al., 2012). Segundo Xavier et al. (2016a) o sistema de multiplicação por MPB promove taxas de propagação superiores a 1:70 (ha:ha) e redução de mais de 80% no consumo de colmo semente.
As etapas de produção da MPB conduzidas pelo IAC e descritas por Landell et al. (2012) estão ilustradas na Figura 2. O processo começa com o corte de colmos produzidos em viveiros para obtenção dos minirrebolos (gemas individualizadas). Após seleção das melhores gemas, os minirrebolos são imersos em calda com fungicida e podem passar por tratamentos complementares como, por exemplo, promotores de enraizamento. Em seguida, os minirrebolos são acondicionados em caixas plásticas com substrato e são mantidos a 32 ºC em câmara ou casa de vegetação climatizada. Depois de 7 a 10 dias, as gemas que brotaram são transferidas para tubetes individuais. O próximo estágio é o de aclimatação, dividida em duas fases. A primeira ocorre em casa de vegetação e tem duração de 21 dias. Nessa fase a irrigação é realizada via barra de aspersão e o manejo (lâmina e os turnos de irrigação) é definido de acordo com o desenvolvimento das plantas. Após passar por processo de poda foliar para estimular o desenvolvimento radicular, as mudas passam para fase 2 de aclimatação, também conhecida como rustificação. Essa fase também tem duração de 21 dias, mas ocorre externamente ao ambiente protegido, e tem o objetivo de adaptar a muda às
condições de plantio no campo. No final dessa etapa é esperado que as mudas tenham bom vigor e estejam bem enraizadas e assim tenham condições de serem retiradas dos tubetes e plantadas no campo.
Figura 2. Etapas de produção de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar Fonte: Adaptado de Landell et al. (2012)
O programa Cana do Instituto Agronômico apresentou o sistema de MPB ao setor sucroenergético em 2012, e em 2015 lançou o Projeto de Validação do Sistema de Mudas Pré-Brotadas em parceria com a Coplana (Cooperativa Agroindustrial) e a Socicana (Associação dos Fornecedores de Cana de Guariba). Nesse programa, os produtores participantes recebem treinamento por 24 meses, além de um Kit de Pré-Brotação de Mudas, composto por um cortador de minirrebolos, um equipamento de tratamento químico, um protótipo da câmara de brotação e um lote de mudas das variedades IAC 91-1099, IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IACSP97-4039. Os objetivos do projeto envolvem reduzir o tempo de adoção das novas variedades desenvolvidas pela pesquisa e contribuir para a independência do canavicultor em relação à produção de mudas. Dessa forma, o produtor receberá o material genético das mais recentes variedades IAC e irá realizar a multiplicação, reduzindo assim a dependência em relação à estrutura das usinas (agricultura.sp.gov.br, 2015; iac.sp.gov.br, 2016).
O sistema de Mudas Pré-Brotadas também já é utilizado por usinas como a São Martinho na região de Ribeirão Preto/SP, a Abengoa em Pirassununga/SP e Destilaria Nova União em Jandaia/GO (XAVIER et al., 2014b). Na São Martinho o projeto de produção proposto pelo IAC foi adequado a um modelo de produção em série, com galpão industrial para preparo de minirrebolos, câmara úmida para brotação, estufa e bancada de rustificação, possibilitando a produção de 2,5 milhões de mudas por mês. Na Destilaria Nova União o sistema de produção também foi adaptado, com a utilização de canteiros horizontais para a brotação de gemas, substrato (à base de serragem fina compostada) fabricado na própria empresa e construção da estrutura de rustificação com material de descarte da manutenção automotiva (XAVIER et al., 2014b).
A multinacional BASF lançou em 2013 sua tecnologia de mudas pré-brotadas, a AgMusa (Agricultura de Mudas Sadias), visando aumentar a produtividade de canaviais brasileiros através de um sistema de formação de viveiros e produção de mudas de alta qualidade. É um pacote tecnológico que envolve o fornecimento da muda, realização do plantio, orientações de manejo e assistência técnica (agro.basf.com.br, 2016).
A Syngenta também lançou duas tecnologias voltadas à produção de mudas de cana de alta qualidade, o Plene Evolve e o Plene PB. No Plene Evolve a multiplicação da cana é realizada em laboratório através de um meristema ou célula apical, e resulta em uma muda que pode ser mecanicamente transplantada. Já o Plene PB é uma muda pré-brotada produzida em viveiros da própria Syngenta a partir do Plene Evolve. (revistacanavieiros.com.br, 2014).
Por se tratar de tecnologia recente, existem poucos trabalhos científicos publicados sobre mudas pré-brotadas de cana de açúcar, e não há referência envolvendo o uso de mesas de subirrigação. Dessa forma é necessário estudar a produção e o desenvolvimento de MPB utilizando um sistema de irrigação capaz de promover economia do uso de agua e de fertilizantes.
3.2.2. Cultivares
Os programas de melhoramento genético têm como objetivo promover novas cultivares que aumentem a produtividade de energia (açúcar, álcool e fibra), e para isso as cultivares são desenvolvidas visando atender as condições edafo-climaticas de determinada região (LANDELL e BRESSIANI, 2010).
O melhoramento genético é realizado em diversas instituições públicas e privadas, sendo que no Brasil os principais programas são do Instituto Agronômico de Campinas, que desenvolve cultivares com a sigla IAC; da Rede Interuniversitária para Desenvolvimento do
Setor Sucroenergético (Ridesa), que desenvolve cultivares da sigla RB; do Centro de Tecnologia Canavieira, que desenvolve cultivares da sigla CTC (MORAIS et al., 2015).
Os métodos de melhoramento envolvem as etapas de seleção parental, hibridação e seleção da progênie, e a nomenclatura do novo cultivar é constituída por uma sigla, que contém informações da instituição responsável, do ano de cruzamento ou seleção, o número especifico do clone e também a região de origem (LANDELL e BRESSIANI, 2010). As características que apresentam maior importância no processo de seleção são: Resistência a doenças e pragas, produtividade, época de maturação, teor de fibra, velocidade de crescimento e perfilhamento, ausência de florescimento, habito de crescimento ereto, despalha fácil, brotação e longevidade, adaptabilidade e estabilidade (MORAIS et al., 2015).
No programa de melhoramento desenvolvido pelo IAC é adotada uma estratégia de seleção regional, em que indivíduos adaptados a determinadas regiões são selecionados (LANDELL e SILVA, 2004). A escolha das regiões foi realizada com a intenção de abranger as principais condições edafo-climaticas para a canavicultura do estado de São Paulo e para o cerrado brasileiro (LANDEL et al. 2007), e atualmente essas regiões são: Piracicaba, Ribeirão Preto, Jaú, Mococa, Pindorama, Assis, Adamantina e Goianésia (LANDEL e BRESSIANI, 2010). Esse sistema de seleção regional permite explorar ganhos resultantes da interação genótipo e ambiente, e também reduz o tempo do processo de seleção (6 a 7 anos) (LANDEL et al. 2007). Algumas das variedades desenvolvidas pelo IAC nos últimos anos foram a IACSP95-5000, IACSP95-5094 e IAC91-1099, e suas principais características são mostradas na Tabela 1.
A liberação de novas variedades é importante para diversificar o material genético disponível para os produtores e assim auxiliar na proteção contra epidemias da cana-de-açúcar e na maximização da produção (LANDEL et al. 2007). Contudo, no contexto das mudas pré-brotadas ainda são necessários estudos para determinar as técnicas de manejo mais adequadas para produção desses diferentes cultivares.
