CAMPUS DE BOTUCATU
MODELAGEM DAS RADIAÇÕES GLOBAL, DIFUSA E
FOTOSSINTETICAMENTE ATIVA EM AMBIENTE PROTEGIDO E
SUAS RELAÇÕES COM O CRESCIMENTO E PRODUTIVIDADE DA
CULTURA DE PIMENTÃO (Capsicum annuum L.)
VALÉRIA DE ALMEIDA FRISINA
Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Câmpus de Botucatu, para obtenção do título de Doutorado em Agronomia - Área de Concentração em Energia na Agricultura.
BOTUCATU - SP Fevereiro - 2002
CAMPUS DE BOTUCATU
MODELAGEM DAS RADIAÇÕES GLOBAL, DIFUSA E
FOTOSSINTETICAMENTE ATIVA EM AMBIENTE PROTEGIDO E
SUAS RELAÇÕES COM O CRESCIMENTO E PRODUTIVIDADE DA
CULTURA DE PIMENTÃO (Capsicum annuum L.)
VALÉRIA DE ALMEIDA FRISINA
Orientador: Prof. Dr. João Francisco Escobedo
Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Câmpus de Botucatu, para obtenção do título de Doutorado em Agronomia - Área de Concentração em Energia na Agricultura.
BOTUCATU - SP Fevereiro - 2002
Dedico este trabalho
A minha filha Amanda
e ao bebê que vem chegando, por me fazerem amar
de forma incondicional
Ao meu marido Mário,
pelo incentivo e por ter estado ao meu lado me apoiando em todos os momentos
Aos meus Pais,
que estão sempre presentes em minha vida, me apoiando e me incentivando
AGRADECIMENTOS
A Deus, por tudo que estou vivendo.
Ao Curso de Pós-graduação em Agronomia/Energia na Agricultura, da FCA/UNESP pela oportunidade de desenvolvimento deste trabalho.
Ao orientador e amigo Prof. Dr. João Francisco Escobedo, pela oportunidade, incentivo, participação e apoio na realização deste trabalho e em minha formação profissional.
À Profa. Maria Inez Peixoto Escobedo, pela valiosa amizade e auxílio nas traduções.
Aos funcionários do Departamento de Recursos Ambientais, Izaura, Fátima, Selma, Silvia, em especial a Aparecido P. de Campos, Valdomiro Rossi e Vicente Viegas pela colaboração neste trabalho.
Aos colegas Antonio, Emerson, Flávio, Glauco, Gretta, Hildeu, Jorge, Marco Antônio, Melania, Rodrigo, em especial a Eduardo Nardini Gomes, Marcelo A. de Aguiar e Silva, e Alexandre Dal-Pai, pelo valioso auxílio no experimento, medições e processamento dos dados.
Às funcionárias da seção de pós-graduação, pela atenção e serviços prestados.
Ao Depto de Produção Vegetal (Horticultura e Defesa Fitossanitária), em especial à Profa. Dra. Rumy Goto.
Ao Depto de Ciências do Solo, em especial ao professor Dr. Roberto Lyra Villas Bôas.
À empresa comercial Rogers, que forneceu as sementes de pimentão.
SUMÁRIO
Página LISTA DE QUADROS... X LISTA DE FIGURAS... XI LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS... XVII RESUMO... 1 SUMMARY... 3 1 INTRODUÇÃO... 5 2 REVISÃO DE LITERATURA...
2.1 A radiação solar e as plantas... 2.2 Radiação Fotossinteticamente Ativa...
2.2.1 Definição e unidades... 2.2.2 Métodos de medida e instrumentação... 2.2.3 Estudos das variações e modelos de estimativa da radiação
fotossinteticamente ativa em condições atmosféricas... 2.3 Radiação solar em ambientes protegidos... 2.4 Cultura de pimentão (Capsicum annuum,L.)... 2.4.1 Efeitos climáticos sobre o pimentão...
7 7 8 8 10 11 19 22 23 3 MATERIAL E MÉTODOS...
3.1 Área experimental e caracterização climática... 3.2 Período experimental... 3.3 Componentes da radiação solar monitoradas e instrumentação... 3.3.1 Radiação solar global e radiação fotossinteticamente ativa... 3.3.2 Componentes difusas da radiação solar global e da PAR... 3.3.3 Componentes refletidas da radiação solar global e da PAR... 3.4 Aquisição dos dados... 3.5 Processamento dos dados...
25 25 26 26 26 27 30 31 31
3.5.1 Conversão de unidades pelos fatores de calibração... 3.5.2 Índice de claridade Kt... 3.5.3 Radiação extraterrestre... 3.5.4 Cosseno do ângulo zenital... 3.5.5 Estudo de variações... 3.5.6 Modelos de estimativa... 3.5.7 Validação dos modelos... 3.6 Condução da cultura de pimentão (Capsicum annuum, L.)... 3.6.1 Híbrido utilizado... 3.6.2 Irrigação... 3.6.3 Preparo do solo... 3.6.4 Preparo e transplantio das mudas... 3.6.5 Adubação de cobertura... 3.6.6 Condução e tutoramento da cultura... 3.6.7 Controle de plantas daninhas, pragas e doenças... 3.6.8 Colheita... 3.6.9 Análises de crescimento da cultura de pimentão... 3.6.10 Análise de produção da cultura de pimentão...
31 31 32 32 33 33 33 34 35 35 35 36 36 37 38 40 40 41 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES...
4.1 Estudo de variações das irradiações... 4.1.1 Irradiações médias mensais Ho, ex
G
H , H , Gin HGpex e in Gp
H e índices de claridade Kt e Ktp... 4.1.1.1 Valores médios mensais da fração fotossinteticamente ativa ex p K e in p K ... 4.1.1.2 Transmissividade da PAR ( in Gp H / ex Gp
H ) e da radiação solar global no ambiente protegido ( in G H / ex G H )... 42 42 42 46 49
4.1.2 Irradiações difusas médias mensais ex Dp H , in Dp H , ex D H e H ... Din 4.1.2.1 Valores médios mensais dos índices ex
Dp
K e in Dp
K ... 4.1.2.2 Valores médios mensais dos índices Kd e Kdp.... 4.2 Modelos de estimativa das irradiações global, difusa e fotossinteticamente ativa
... 4.2.1 Componente Global...
4.2.1.1 Radiação fotossinteticamente ativa externa em função da radiação solar global externa: ex
Gp
H = f( ex G
H )...
4.2.1.2 Radiação solar global interna em função da radiação solar global externa: in
G
H = f( ex G
H )... 4.2.1.3 Radiação fotossinteticamente ativa interna em função da radiação
fotossinteticamente ativa externa: in Gp
H =f(H )... Gpex 4.2.1.4 Radiação fotossinteticamente ativa interna em função da radiação
solar global interna: in Gp
H = f( in G
H )...
4.2.1.5 Radiação fotossinteticamente ativa interna em função da radiação solar global externa: in
Gp
H = f( ex G
H )... 4.2.2 Componente Difusa...
4.2.2.1 Componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa externa em função da radiação difusa externa: ex
Dp
H = f( ex D
H )...
4.2.2.2 Radiação solar difusa interna em função da radiação solar difusa externa: in
D
H = f(HDex)... 4.2.2.3 Componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa interna em
função da componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa externa: in
Dp
H = f( ex Dp
H )...
4.2.2.4 Componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa interna em função da radiação difusa interna: in
Dp H = f( in D H )... 50 54 55 57 57 57 61 63 65 67 68 69 72 75
função da radiação difusa interna: in Dp
H = f( in D
H )...
4.2.2.5 Componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa interna em função da radiação difusa externa: in
Dp
H = f( ex D
H )...
4.2.2.6 Componente difusa da PAR em função da radiação solar global externa e da radiação extraterrestre: ex
Dp
H = f( ex Gp
H , Ho)...
4.2.2.7 Componente difusa da PAR interna em função da radiações global externa e extraterrestre: in Dp H = f( ex Gp H , Ho)... 4.3 Cultura de pimentão...
4.3.1 Albedo em condição de solo descoberto... 4.3.2 Albedo em solo cultivado com pimentão... 4.3.3 Medidas de crescimento da cultura de pimentão... 4.3.4 Correlações entre produtividade e parâmetros de crescimento da cultura
de pimentão com a PAR...
77 79 81 84 88 88 91 95 100 5 CONCLUSÕES... 106 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 109 APÊNDICE... 126
LISTA DE QUADROS
Página Quadro 1. Instrumentos instalados na área externa...
Quadro 2. Instrumentos instalados no ambiente protegido... Quadro 3. Substrato empregado para produção das mudas de pimentão... Quadro 4. Controle fitossanitário realizado durante o ciclo da cultura de pimentão, de
acordo com recomendações técnicas de cada produto... Quadro 5. Valores médios do número de frutos por planta, peso médio dos frutos,
produção e produtividade, em condições externas... Quadro 6. Valores médios do número de frutos por planta, peso médio dos frutos,
produção e produtividade, dentro da estufa...
30 30 36 39 99 100
LISTA DE FIGURAS
Página Figura 1. Montagem para medição da componente difusa da PAR...
Figura 2. Montagem para medição da componente difusa da radiação solar global.... Figura 3. Mudas de pimentão recém transplantadas no ambiente protegido... Figura 4. Cultura de pimentão no ambiente protegido... Figura 5. Valores de irradiações médias mensais da radiação no topo da atmosfera
(Ho), radiação solar global ( ex G
H ) e radiação fotossinteticamente ativa (HGpex), em condições atmosféricas. ...
Figura 6. Valores de irradiações médias mensais da radiação solar global ( in G
H ) e
radiação fotossinteticamente ativa ( in Gp
H ), no ambiente protegido... Figura 7. Variação mensal da transmissividade atmosférica para a faixa espectral da
radiação solar global - Kt ( ex G
H / Ho) e para a faixa da PAR – Ktp ( ex
Gp
H /Hop)... Figura 8. Razão entre os índices de claridade Ktp e Kt... Figura 9. Valores médios mensais da fração fotossinteticamente ativa da radiação solar
global, em meio externo ex p
K e interno in p
K e da irradiação solar extraterrestre (Ho)...
Figura 10. Frequência de dias de céu nublado (CN), parcialmente nublado (CP) e aberto (CA)... Figura 11. Valores médios mensais da transmissividade da PAR e da radiação solar
global... Figura 12. Valores de irradiações médias mensais das componentes difusas da radiação
solar global ( ex D
H ) e da radiação fotossinteticamente ativa (HDpex ), em condições atmosféricas ... 29 29 37 38 43 43 45 46 47 48 50
Figura 13. Valores de irradiações médias mensais das componentes difusas da radiação solar global ( in
D
H ) e da radiação fotossinteticamente ativa (HDpin ), no ambiente
protegido...
Figura 14. Componentes global e difusa da radiação solar, dentro e fora da estufa, medidas no dia 01/08/1999... Figura 15. Componentes global e difusa da PAR, dentro e fora da estufa, medidas no
dia 01/08/1999... Figura 16. Valores médios mensais dos índices KexDp e KinDp... Figura 17. Valores médios mensais dos índices ex
Kd , Kd , in Kd e exp Kd ... inp
Figura 18. Curva de regressão linear para estimativa da PAR ( ex Gp
H ) em função da
radiação solar global ( ex G
H )...
Figura 19. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da radiação fotossinteticamente ativa ( ex
Gp
H ) em função da radiação solar global
( ex G
H ); b) Curva de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e
os estimados. ...
Figura 20. Curva de regressão linear para estimativa da radiação solar global interna ( in
G
H ) em função da radiação solar global externa ( ex G
H )...
Figura 21. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da radiação solar global interna ( in
G
H ) em função da radiação solar global externa
( ex G
H ); b) Curva de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e
os estimados.....
Figura 22. Curva de regressão linear para estimativa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Gp
H ) em função da externa (HGpex)...
Figura 23. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Gp
H ) em função da externa (H ); Gpex b) Curva de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e os
52 52 53 53 55 56 58 60 61 62 64
b) Curva de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e os estimados...
Figura 24. Curva de regressão linear para estimativa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Gp
H ) em função da radiação solar global interna ( in
G
H )...
Figura 25. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Gp
H ) em função da radiação solar
global interna ( in G
H ); b) Curva de freqüência de desvio relativo entre os valores
medidos e os estimados...
Figura 26. Curva de regressão linear para estimativa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Gp
H ) em função da radiação solar global externa
( ex G
H )...
Figura 27. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Gp
H ) em função da radiação solar
global externa ( ex G
H ); b) Curva de freqüência de desvio relativo entre os
valores medidos e os estimados... Figura 28. Curva de regressão linear para estimativa da componente difusa da radiação
fotossinteticamente ativa externa ( ex Dp
H ) em função da componente difusa da radiação solar global externa ( ex
D
H )...
Figura 29. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa externa ( ex
Dp
H ) em função da componente difusa da radiação solar global externa ( ex
D
H ); b) Curva
de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e os estimados... Figura 30. Curva de regressão linear para estimativa da componente difusa da radiação
solar global interna ( in
H ) em função da componente difusa da radiação solar
64 65 66 67 68 70
solar global interna ( in D
H ) em função da componente difusa da radiação solar global externa ( ex
D
H )...
Figura 31. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da componente difusa da radiação solar global interna ( in
D
H ) em função da
componente difusa da radiação solar global externa ( ex D
H ); b) Curva de
freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e os estimados... Figura 32. Curva de regressão linear para estimativa da componente difusa da radiação
fotossinteticamente ativa interna ( in Dp
H ) em função da componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa externa ( ex
Dp
H )...
Figura 33. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Dp
H ) em função da componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa externa ( ex
Dp
H ); b) Curva de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e os estimados...
Figura 34. Curva de regressão linear para estimativa da componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Dp
H ) em função da componente difusa da radiação solar global interna ( in
D
H )...
Figura 35. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Dp
H ) em função da componente difusa da radiação solar global interna ( in
D
H ); b) Curva
de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e os estimados...
Figura 36. Curva de regressão linear para estimativa da componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Dp
H ) em função da componente difusa da radiação solar global externa ( ex
D H )... 71 73 74 75 76 77 78
Figura 37. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa da componente difusa da radiação fotossinteticamente ativa interna ( in
Dp
H ) em função da componente difusa da radiação solar global externa ( ex
D
H ); b) Curva
de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e os estimados...
Figura 38. Curva de regressão linear para estimativa de ex p
Kd em função do índice Kt...
Figura 39. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa do índice ex
p
Kd em função do índice Kt; b) Curva de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e os estimados...
Figura 40. Curva de regressão linear simples para estimativa do índice in p
Kd em função do índice ex
p
Kd ...
Figura 41. a) Curva de regressão linear para validação do modelo de estimativa do índice in
p
Kd em função do índice ex p
Kd ; b) Curva de freqüência de desvio relativo entre os valores medidos e os estimados... Figura 42. Albedo de ondas curtas ( ex
G
A ) e PAR ( ex Gp
A ) em condições de solo descoberto, na área externa... Figura 43. Albedo de ondas curtas ( in
G
A ) e PAR (AinGp) em condições de solo descoberto, no ambiente protegido... Figura 44. Variação dos índices ex
R K e in
R
K ... Figura 45. a) Albedo de ondas curtas ( ex
G
A ) e PAR (AexGp) em cultura de pimentão, na área externa; b) índice de área foliar (IAFex)... Figura 46. a) Albedo de ondas curtas ( in
G
A ) e PAR (AinGp) em cultura de pimentão, no ambiente protegido; b) índice de área foliar (IAFin)... Figura 47. Variação dos índices ex
R
K e in R
K durante o ciclo da cultura de pimentão...
79 80 82 84 85 87 89 89 91
Figura 48. Variação da altura média das amostras de plantas de pimentão, dentro e fora do no ambiente protegido, durante o ciclo...
Figura 49. Variação do número médio de folhas das amostras de plantas de pimentão, dentro e fora do no ambiente protegido, durante o ciclo...
Figura 50. Valores médios da matéria fresca total das amostras de plantas de pimentão, dentro e fora da estufa, durante o ciclo...
Figura 51. Valores médios da matéria seca total das amostras de plantas de pimentão, dentro e fora da estufa, durante o ciclo...
Figura 52. Valores médios de área foliar das amostras de plantas de pimentão, dentro e fora da estufa, durante o ciclo...
Figura 53. Valores médios do índice de área foliar das amostras de plantas de pimentão, dentro e fora da estufa, durante o ciclo...
Figura 54. Relação entre a radiação fotossinteticamente ativa e a produtividade acumuladas, durante o ciclo da cultura de pimentão, em condições externas... Figura 55. Relação entre a radiação fotossinteticamente ativa e a produtividade
acumuladas, durante o ciclo da cultura de pimentão, dentro da estufa... Figura 56. Relação entre a radiação fotossinteticamente ativa e a matéria seca total
acumuladas, durante o ciclo da cultura de pimentão, em condições externas... Figura 57. Relação entre a radiação fotossinteticamente ativa e a matéria seca total
acumuladas, durante o ciclo da cultura de pimentão, dentro da estufa... Figura 58. Relação entre a radiação fotossinteticamente ativa e o índice de área foliar
acumulados, durante o ciclo da cultura de pimentão, em condições externas... Figura 59. Relação entre a radiação fotossinteticamente ativa e o índice de área foliar
acumulados, durante o ciclo da cultura de pimentão, dentro da estufa... 93 93 94 95 96 97 97 98 98 101 101 104 104
LISTA DE SIGLAS E SÍMBLOS
SÍMBOLO OU SIGLA DESCRIÇÃO
PAR. ...radiação fotossinteticamente ativa (photosynthetilcally active radiation)
RG...radiação solar global
ex...meio externo, condições atmosféricas in...interior do ambiente protegido
FC...fator de correção para a radiação difusa
Rd...radiação solar difusa
R'd...radiação solar difusa interceptada pelo anel de sombreamento, durante o dia
δ...declinação solar ω...ângulo horário do sol
φ...latitude z...ângulo zenital
b...largura do anel de sombreamento
r...raio do anel de sombreamento
Io...densidade de fluxo da radiação extrarrestre
ISC...constante Solar
Eo...excentricidade da órbita da Terra
dn...número do dia do ano
cn...céu nublado
cp...céu parcialmente nublado
ca...céu aberto
R...coeficiente de correlação
RMSE...raiz quadrada do desvio quadrático médio (root mean square error)
MBE...desvio das médias (mean bias error)
H...irradiação integrada ao longo do dia Ho...irradiação no topo da atmosfera Hop...irradiação fotossinteticamente ativa no topo da atmosfera
ex G
H ...irradiação solar global externa
in G
H ...irradiação solar global interna
ex Gp
H ...irradiação fotossinteticamente ativa externa
in Gp
Kt...transmissividade atmosférica da radiação solar global
Ktp...transmissividade atmosférica da radiação fotossinteticamente ativa
ex p
K ...fração fotossinteticamente ativa da radiação solar global, em ambiente externo
in p
K ...fração fotossinteticamente ativa da radiação solar global, no ambiente protegido
ex D
H ...irradiação solar difusa externa
in D
H ...irradiação solar difusa interna ex
Dp
H ...irradiação fotossinteticamente ativa difusa externa
in Dp
H ...irradiação fotossinteticamente ativa difusa interna
ex Dp
K ...razão entre a PAR difusa e a irradiação difusa externas ( ex Dp H / ex D H ) in Dp
K ...razão entre a PAR difusa e a irradiação difusa internas ( in Dp
H / in
D
H )
ex
Kd ...fração difusa da radiação solar global em meio externo ( ex D
H / ex
G
H )
in
Kd ...fração difusa da radiação solar global no ambiente protegido ( in D
H /H )Gin
ex R
H ...radiação refletida externa in
R
H ...radiação refletida interna
ex Rp
H ...PAR refletida externa
in Rp
H ...PAR refletida interna
ex G
A ...albedo externo de ondas curtas
in G
A ...albedo interno de ondas curtas
ex Gp
in Gp
A ...albedo interno da PAR
ex R
K ...razão entre a PAR refletida e a radiação refletida externas
in R
RESUMO
Realizou-se neste trabalho o estudo das variações da radiação fotossinteticamente ativa (PAR) em ambiente protegido com cobertura de polietileno de baixa densidade (100 µm), em condições de solo descoberto e com cultura de pimentão (Capsicum
annuum, L). Foram determinados os albedos PAR e de ondas curtas, nos dois meios.
Caracterizou-se também as relações entre os parâmetros de crescimento e produtividade da cultura com a radiação fotossinteticamente ativa. Utilizando-se a base de dados das radiações global e difusa fotossinteticamente ativa e de ondas curtas, foram determinadas equações de regressão para estimar as radiações internas em função das externas.
O experimento foi realizado no período de 01/06/1999 a 05/09/2000, em ambiente protegido, com orientação no sentido leste-oeste e cobertura de polietileno de baixa densidade (100 µm) e laterais de sombrite 50%. Na aquisição dos dados, foi utilizado Datalogger Campbell, operando na frequência de 1 Hz.
Através do estudo variacional, determinou-se a transmissividade atmosférica média da radiação global Kt = 55,43% e da PAR Ktp = 61,50%; as frações médias da PAR em relação à radiação global externa K = 43,22% e interna exp
in p
transmissividade média da radiação global na cobertura de polietileno in G H / ex G H = 73,36% e da PAR HGpin / ex Gp
H = 77,13%. Para a radiação difusa, determinou-se as relações médias entre a componente difusa da PAR e a radiação difusa (externa e interna) KDpex = 49,98% e
in Dp
K =
51,50%; as frações difusas de ondas curtas e da PAR Kd = 41,05%, ex Kd = 51,13%, in Kd = exp 37,06%, e Kd = 56,58%. inp
Os valores médios de albedo de ondas curtas e PAR, em solo descoberto, foram maiores na área externa do que no ambiente protegido ( ex
G A = 15,03%; in G A = 11,86%; AexGp = 10,49 e in Gp
A = 9,34%). Com a cultura, os valores de albedo de ondas curtas e PAR mantiveram a mesma tendência, ou seja, menores valores no ambiente protegido e ambos foram menores do que na condição de solo descoberto ( ex
G A = 13,10%; in G A = 8,69%; ex Gp A = 6,85 e AinGp = 4,24%).
A análise de crescimento mostrou que no ambiente protegido ocorreu maior crescimento em comprimento de plantas, matéria fresca e seca total e índice de área foliar. A eficiência de conversão da radiação fotossinteticamente ativa em aumento de biomassa foi maior no ambiente protegido do que no exterior.
Os modelos de estimativa para a radiação global: HGpex = 0,43532
ex G H ; in G H = 0,73901 ex G H ; H = 0,76684 Gpin ex Gp H ; in Gp H = 0,45358 H ; Gin in Gp H = 0,3354 ex G H
apresentaram coeficientes de correlação variando de 97% a 99%. Para a componente difusa, as equações obtidas: HDpex = 0,45994 ex D H ; HinD = 2,61931 + 0,56519 ex D H ; HinDp = 1,45803 + 0,57392 HDpex ; in Dp H = 0,5042 HinD; in Dp H = 1,69109 + 0,23631 HDex; ex Dp H = 0,58 HGex - 0,73 Ho ) H ( exG 2 ; HinDp = 0,43 H - 0,44 Gex Ho ) H ( exG 2 apresentaram R variando de 84% a 98%.
MODELLING OF GLOBAL, DIFFUSE AND PHOTOSYNTHETICALLY ACTIVE RADIATION IN SHELTERED ENVIRONMENT AND ITS RELATIONSHIP WITH GROWTH AND YIELD OF SWEET PEPPER CROP (Capsicum annuum, L). Botucatu, 2002. Tese (Doutorado em Agronomia/Energia na Agricultura) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista.
Author: VALÉRIA DE ALMEIDA FRISINA Adviser: JOÃO FRANCISCO ESCOBEDO
SUMMARY
A study into photosynthetically active radiation (PAR) variability has been carried out and inside sheltered environment in uncovered soil and cultivated with sweet pepper crop (Capsicum annuum, L). PAR and shortwave albedo values have been determined in the environments. The relationship between growth parameters and crop yield versus photosynthetically active radiation has also been characterized. Regression models have been provided by photosynthetically active and shortwave global and diffuse radiation data to estimate internal radiation as a function of external radiation.
The experiment has been carried out from June 1st/1999 to September 5th/2000, in sheltered environment, in a east-west orientation, using polyethylene covering (100 µm) and a 50% shadowband polypropylene screen. A Datalogger Campbell has been used for data aqcuisition, operating at 1 Hz frequency.
The variational study allowed to determine the Kt global radiation = 55.43% and Ktp PAR = 61.50% atmospheric transmissivity; the ratio between photosynthetically active radiation to shortwave radiation: outdoor Kexp = 43.22% and Kinp = 45.06% in sheltered environment; mean covering transmissivity of PAR and shortwave radiation HGpin /HGpex = 77.13% and H /Gin H = 73.36%. Considering the diffuse component, it Gex
has been determined the mean ratio between diffuse PAR and diffuse radiation (outdoor and sheltered environment) KDpex = 49.98% and KDpin = 51.50%; diffuse fractions of shortwave radiation and PAR Kd = 41.05%, ex Kd = 51.13%, in Kd = 37.06% and exp
in p
Mean shortwave and PAR albedo values in uncovered soil were higher outdoor than sheltered environment (A = 15.03%; exG
in G
A = 11.86%; AexGp = 10.49 and AinGp = 9.34%). Concerning the crop, the shortwave and PAR albedo values followed the same trend, i.e., lower values in sheltered environment and also lower compared to uncovered soil (A = exG 13.10%; A = 8.69%; inG
ex Gp
A = 6.85% e AinGp = 4.24%).
The growth analysis has shown higher values for height, fresh and dry matter and leaf area index under indoor conditions. The conversion efficiency of photosynthetically active radiation into biomass increase was higher in sheltered environment than under outdoor condition.
Estimating models for global radiation: H = 0.43532 Gpex
ex G H ; in G H = 0.73901 HGex; in Gp H = 0.76684 H ; Gpex in Gp H = 0.45358 in G H ; H = 0.3354 Gpin ex G H showed
correlation coefficients ranging from 97% to 99%. Concerning the diffuse component, the resultant equations: HDpex = 0.45994 ex D H ; HinD = 2.61931 + 0.56519 ex D H ; HinDp = 1.45803 + 0.57392 HDpex; in Dp H = 0.5042 in D H ; HinDp = 1.69109 + 0.23631 ex D H ; HDpex = 0.58 ex G H - 0.73 Ho ) H ( exG 2 ; HinDp = 0.43 ex G H - 0.44 Ho ) H ( exG 2
presented R ranging from 84% to 98%.
____________________________
Keywords: photosynthetycally active radiation, diffuse radiation, modelling, polyethylene covering, sweet pepper crop, Capsicum annuum, L.
1 INTRODUÇÃO
Desde a década de 80, o cultivo de hortaliças em ambiente protegido vem aumentando consideravelmente em inúmeros países por possibilitar a produção, principalmente de hortaliças, nos períodos de entressafras, permitindo maior regularização de oferta e melhor qualidade dos produtos. No Brasil, esta tecnologia tem sido implantadas com inúmeras finalidades: proteção contra radiação solar excessiva, geadas, ventos, baixas ou altas temperaturas, enfim, com a finalidade de manter as condições microclimáticas mais amenas.
Diversos trabalhos têm sido realizados nas últimas décadas com o intuito de quantificar as modificações das componentes da radiação solar incidente dentro de ambientes protegidos. No Brasil, várias pesquisas têm sido voltadas ao estudo da radiação solar global e do saldo de radiação em ambientes protegidos (Farias et al., 1993; Buriol et al., 1993; Escobedo et al., 1994; Camacho et al., 1995; Souza & Escobedo, 1997; Galvani et al., 1998; Frisina & Escobedo, 1999; Galvani & Escobedo, 2000, entre outros).
Uma das componentes da radiação solar de grande interesse às ciências biológicas e agronômicas é a radiação fotossinteticamente ativa (PAR), que compreende a faixa espectral de comprimentos de onda de 0,4 a 0,7 µm. É a radiação que ativa os pigmentos
fotossintéticos, permitindo que as plantas absorvam a energia radiante do sol e a convertam em energia química, através do processo de fotossíntese.
Apesar da grande importância da PAR para as áreas biológicas e agronômicas, encontram-se poucos trabalhos na literatura (Assis & Mendez, 1989, Assunção & Barbieri, 1995, França et al., 1997, Porfírio da Silva et al., 1997, Teixeira et al., 1997, França et al., 1999, Sentelhas et al., 1999, Souza et al., 1999, Alvalá & Silva, 2000) pois a maior parte das estações meteorológicas do país não dispõem de medidas desta componente da radiação solar devido ao alto custo dos sensores e necessidade de frequentes recalibrações.
Este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo das variações da PAR em ambiente protegido, em solo descoberto e com a cultura de pimentão (Capsicum
annuum L.), determinando-se a transmissividade atmosférica, a fração da PAR em relação à
radiação global, a transmissividade da cobertura da estufa, as frações difusas e os valores de albedo para ambas as faixas espectrais de ondas curtas e fotossinteticamente ativa. Serão estudadas as relações entre os parâmetros de crescimento e produtividade da cultura com a radiação fotossinteticamente ativa a fim de se obter a eficiência de conversão da PAR em biomassa nos dois microambientes. Além disso, serão propostos modelos de regressão que permitem estimar as componentes da PAR em função das componentes da radiação solar de ondas curtas, bem como das radiações internas em função das externas.
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 A radiação solar e as plantas
Através de uma série de reações nucleares que ocorrem no interior do sol, massa nuclear é convertida em energia, de acordo com a famosa relação de Einstein: E = mc2 (onde E = energia; m = massa; c = velocidade da luz no vácuo). Pela conversão de massa em energia, o sol mantém uma temperatura de superfície extremamente alta e irradia, então, uma grande energia para o espaço. Parte dessa energia radiante incide na terra, e somente uma pequena fração é absorvida pelas plantas. Esta absorção inicia um fluxo de energia pela biosfera através das plantas, animais e ambiente onde eles habitam (Nobel, 1983).
O primeiro passo na utilização da energia do sol para este fluxo de energia é a conversão desta energia radiante em várias formas de energia química pelo processo primário de fotossíntese. A energia química pode então ser armazenada nas plantas, principalmente na forma de hidrocarbonetos e, assim armazenada, pode ser adquirida pelos animais herbívoros e indiretamente pelos carnívoros ou onívoros como os seres humanos (Nobel, 1983).
A faixa de radiação do espectro solar que ativa o processo de fotossíntese é denominada radiação fotossinteticamente ativa (PAR) e corresponde à radiação de comprimentos de onda entre 0,4 e 0,7 µm.
Pesquisadores em inúmeros países têm estudado a radiação fotossinteticamente ativa por esta ser essencial em diversos tipos de pesquisas, trabalhos e aplicações relacionadas à fisiologia vegetal e áreas agronômicas (Alvalá & Silva, 2000) como: modelagem de fotossíntese (Alados-Arboledas et al., 2000), rendimento ou produtividade de culturas (Galvani & Escobedo, 2000), caracterização de crescimento e morfologia de plantas (Hetfield & Carlson, 1978, Carter & Klinka, 1992; Ackerly & Bazzaz, 1995), estimativa da interação e competição entre plantas (Cannel & Grace, 1993), documentação de variações temporais nas estruturas do dossel das plantas (Baldochi et al., 1984; Rick et al., 1993), entre outros.
Além disso, o estudo da radiação fotossinteticamente ativa e de sua variação ou dependência de fatores ambientais e atmosféricos contribui para pesquisadores e agricultores otimizarem seu sistema de produção e investimento tecnológico para aumentar a eficiência agrícola e produtividade.
2.2 Radiação fotossinteticamente ativa
2.2.1 Definição e unidades
A radiação fotossinteticamente ativa (PAR) é considerada ou definida, em termos gerais, como a faixa espectral de comprimentos de onda entre 0,4 e 0,7 µm . No entanto, a questão da definição da PAR envolve diversos aspectos.
Na literatura, encontram-se variações na faixa espectral considerada como fotossinteticamente ativa.
Em 1940, Gabrielsen (citado por McCree, 1973) sugeriu, originalmente, como definição para a PAR a faixa espectral do visível com comprimentos de onda entre 0,4 e 0,7 µm.
Yefimova, em 1971, definiu a PAR como radiação de faixa espectral entre 0,38 e 0,71 µm.
Em 1972, McCree testou várias definições da PAR utilizando dados de fotossíntese e sugeriu que a definição usual de energia total na faixa espectral de 0,4 à 0,7 µm era a mais precisa.
Atualmente, a definição proposta por McCree (1972) tem sido a mais utilizada e citada por pesquisadores principalmente dos países ocidentais. No entanto, grande parte dos países da ex-União Soviética e países socialistas consideram a faixa de 0,38 a 0,71
µm como fotossinteticamente ativa (por exemplo Ross, 1981, Tooming & Gulyayev, 1967 citados por Ross & Sulev, 2000).
Estas variações ocorrem, na verdade, devido à disponibilidade e sensibilidade espetral de equipamentos para detecção da PAR. Devido a esta diferença, dados da PAR originários de países ex-socialistas (Moldau et al, 1963, Yefimova, 1965, citados por Ross & Sulev, 2000) são aumentados de 5 a 7%. Segundo Ross & Sulev (2000), esta variação é um dos fatores que tem causado confusões e erros sistemáticos em tornos de medidas da PAR.
O termo geral "radiação fotossinteticamente ativa" pode ser expresso em unidade de energia (MJ/m2) e unidade fotobiológica como fóton (µmol m-2s-1).
Em termos de energia, a PAR pode ser expressa como irradiância, ou seja, como densidade de fluxo da energia radiante fotossinteticamente ativa recebida em uma determinada superfície (em W/m2).
Em termos de unidade fotobiológica, a PAR corresponde ao número de fótons fotossintéticos incidentes por unidade de tempo em unidade de superfície, onde: 1µmol de fótons m-2s-1 = 6,022 x 1017 fótons m-2s-1 = 1µE m-2s-1.
No Sistema Internacional (SI) de unidades, a unidade de fluxo de energia é Watt (W), no entanto, não há unidade definida internacionalmente para fluxo de fótons. Mol de fótons e Einstein são geralmente usados para designar o número de Avogadro de fótons (6,022 x 1023 fótons). O einstein foi usado bastante no passado em ciências biológicas, mas, atualmente recomenda-se a utilização de mol de fótons, por pertencer ao Sistema Internacional de Unidades.
Outro aspecto referente à definição da PAR, o qual tem sido amplamente discutido, é a conversão de unidade de energia (W/m2) e unidade fotobiológica (µmolm-2s-1). Esta conversão de uma unidade em outra requer especial cuidado pois depende da fonte luminosa, da composição espectral da radiação medida e da sensibilidade espectral do sensor. Em termos médios, McCree (1972) determinou os valores de 4,57 E/J em condições de céu limpo e de 4,24 E/J em condições de céu completamente nublado para a conversão da PAR de
µE/m2.s para W/m2.
2.2.2 Métodos de medida e instrumentação
A radiação fotossinteticamente ativa pode ser determinada pelo método direto ou indireto.
Pelo método direto, a PAR pode ser medida por espectroradiômetros ou detectores quânticos.
Os espectroradiômetros são equipamentos que podem medir a irradiância espectral das diversas componentes da radiação solar. No caso da PAR, a mesma pode ser determinada pela integração da irradiância espectral na faixa de 0,4 a 0,7 µm. Atualmente, podem ser encontrados no mercado espectroradiômetros de grande precisão e unidades portáteis que permitem medições no campo. No entanto, estes equipamentos são importados a custos muito elevados.
Os detectores quânticos são sensores fotoelétricos, que convertem diretamente a energia radiante em energia elétrica. Pode-se encontrar no mercado sensores fotodiodos de silício com filtros seletivos para a banda da PAR (como o LI 190 SA da Li-Cor). Estes instrumentos são ultra rápidos, sensíveis e bastante práticos pois devido ao pequeno tamanho, são facilmente levados ao campo. No entanto, tem-se observado alguns problemas nestes equipamentos como estabilidade, efeito térmico e degradação em caso de uso prolongado, havendo a necessidade de frequentes recalibrações.
Pelo método indireto, a PAR pode ser determinada pela subtração das radiações ultravioleta e infravermelha da faixa total da radiação solar global. Neste caso, são utilizados três instrumentos, um piranômetro para medir a radiação global, um piranômetro
equipado com um filtro específico para a faixa do infravermelho (filtro RG-695, por exemplo) e um detector da radiação ultravioleta. Alguns pesquisadores utilizam somente sensores da radiação global e infravermelho, no entanto, deixam de subtrair a faixa espectral do ultravioleta, o que leva a valores ligeiramente superestimados.
O método indireto requer a utilização de três equipamentos importados e de alto custo. No entanto, é mais preciso do que o método direto quando são utilizados detectores quânticos devido a maior precisão e estabilidade dos piranômetros. Além disso, quando se compara a PAR com a radiação solar global para estudos variacionais ou de estimativa, no método indireto, estão sendo comparados dados provenientes de equipamentos de mesma natureza operacional, o que diminui a ocorrência de erros sistemáticos devido a diferenças provenientes do funcionamento dos sensores.
Diversos fatores têm sido limitantes no monitoramento da PAR no Brasil. A indisponibilidade de detectores solares nos laboratórios de pesquisa é um dos fatores, uma vez que estes equipamentos ainda são importados e a custos elevados. Além disso, a necessidade de refinada manutenção dos instrumentos, onde deve-se considerar a necessidade de frequentes recalibrações e a qualidade dos sensores disponíveis, dificulta ainda mais o estabelecimento de bancos de dados da radiação fotossinteticamente ativa. Por outro lado, a maioria dos detectores da PAR utilizados no país é de natureza quântica, sendo estes sensores sujeitos à degradação quando expostos constantemente à radiação solar, o que acaba inviabilizando a utilização destes sensores por períodos mais longos de tempo.
2.2.3 Estudos das variações e modelos de estimativa da radiação fotossinteticamente ativa em condições atmosféricas
Até a metade da década de sessenta aproximadamente, a radiação fotossinteticamente ativa era mais comumente referida como uma fração constante da radiação solar global, pouco afetada pelas condições atmosféricas e do céu (McCree, 1966; Monteith, 1972; Szeicz, 1974; Britton & Dodd, 1976; Stanhill & Fuchs, 1977). Diferentes autores de vários países consideravam a PAR como aproximadamente 50% da radiação solar global.
A partir da metada da década de sessenta, inúmeros pesquisadores, estudando a PAR começaram a detectar variações de seu percentual em relação à radiação
solar global (PAR/RG), inicialmente, em função da estação do ano. Estes trabalhos aumentaram o estudo da PAR e a busca de outros fatores que interferem neste percentual como a elevação solar, as condições de cobertura do céu, a pressão atmosférica, a turbidez atmosférica e o conteúdo de água precipitável.
Moon, em 1940, mediu a PAR como 44% da radiação solar incidente dentro da faixa espectral de 0,4 a 0,7 µm.
Yocum et al., em 1964, registraram que a faixa espectral de 0,4 a 0,7µm era 47% da resposta de um piranômetro Eppley medindo a radiação solar global.
McCree, em 1966, encontrou nos Estados Unidos, um valor médio da razão entre a PAR e a radiação solar global de 48%, variando de 47% a 69% em função das condições do céu.
Monteith (1972) sugeriu para aplicações práticas que a PAR fosse tomada como metade da irradiância solar global.
Szeicz (1966 e 1974) registrou na Inglaterra para dia claro e seco, a proporção da PAR pela radiação global em 50% no verão e 46% no inverno, mostrando que pode ser uma boa aproximação a PAR ser considerada metade da radiação solar global.
Britton & Dodd (1976) realizaram nos Estados Unidos, um estudo do percentual PAR/ RG durante 14 meses. Obtiveram um valor médio de 48% durante o verão e de 46% nos meses de inverno. Comparando o mesmo percentual em função do fotoperíodo, determinaram que para condições de fotoperíodo longo, a razão PAR/RG foi de 58% para irradiações entre 0 e 5 MJ/m2 e de 47% para irradiações entre 25 e 30 MJ/m2. Em condições de fotoperíodo curto, o percentual foi de 50% para irradiações entre 0 e 5 MJ/m2 e 45% para irradiações entre 15 e 20 MJ/m2. Segundo os autores, o trabalho mostra que a proporção da PAR variou em função da intensidade de irradiância incidente e em função do comprimento do fotoperíodo. Além disso, que a influência do vapor de água é importante na variação da razão PAR/ RG, especialmente em dias com nuvens.
Em 1977, Stanhill & Fuchs consideraram a PAR como fração constante da radiação global, independente das condições atmosféricas (considerando-se elevação solar superior a 10o). Os dados são provenientes de Israel e Estados Unidos e
apresentaram um valor quase constante, de 49%, sendo de 47% no verão e 49% nas demais estações do ano, diferença não considerada significativa .
Goldberg & Klein (1977) registraram a PAR como valor médio anual em aproximadamente 0,45 para Israel e EUA.
Em 1982, um trabalho realizado por Stigter & Musabilha, utilizando-se de uma longa série de dados da PAR, na Tanzânia, confirmou a razão PAR/ RG em torno de 50% (0,51 ± 0,01) que vinha sendo determinada para condições de dias claros. Em condições de céu muito nublado, o percentual foi de 63%. Segundo os autores, a razão PAR/RG deveria ser considerada como conservativa ao invés de constante, tanto em altas latitudes como nos trópicos, uma vez que em climas onde extremos de nebulosidade são comuns, diferenças no índice PAR/ RG de um dia para outro podem ser responsáveis por diferenças significantes na eficiência da produção fotossintética (De Wit, 1965, citado por Stigter & Musabilha, 1982).
Em 1983, Howell & Meek, nos Estados Unidos, estudaram os percentuais da PAR em relação à global, em duas Estações Climáticas, não encontrando tendência de variação mensal ou sazonal, registrando valores médios anuais de 0,445 no verão e 0,436 no inverno. Os dados, segundo eles também não mostraram efeitos da quantidade de radiação solar e comprimento do dia nos percentuais PAR/ RG.
Blackburn & Proctor (1983) propuseram, no Canadá, uma equação de estimativa da PAR em função da radiação solar global através de regressão linear simples. Os dados foram obtidos em 186 dias, considerando-se dias de céu claro, parcialmente nublado e nublado, no verão e inverno. Os resultados mostraram uma forte correlação entre as irradiações, sendo a PAR, em média, 47% da radiação solar global (para uma base diária de dados). Este percentual variou de 45% à 58% dependendo da quantidade de nuvens, sendo o valor mínimo para condições de céu claro e o máximo para céu nublado.
Vários pesquisadores utilizam medidas da PAR interceptada por plantas cultivadas em modelos de taxas de crescimento para predizer a taxa fotossintética. Em 1983, nos Estados Unidos, Hipps et al. estudaram a relação entre a PAR interceptada por diversas variedades de trigo de inverno e o índice de área foliar. Segundo os autores, o percentual de PAR interceptada por uma cultura vegetal é função do índice de área foliar e da cobertura de nuvens quando os valores do índice de área foliar são baixos. Para altos valores
de índice de área foliar, o percentual de PAR interceptada é independente das condições do céu e da qualidade da PAR incidente.
Em 1984, Rao utilizou uma série de 3 anos de dados dos Estados Unidos para determinar a distribuição da energia radiante em dois intervalos espectrais específicos dentro da faixa da PAR. O autor considerou a faixa total PAR entre 0,385 e 0,695
µm e estudou os intervalos 0,385 - 0,530 µm e 0,630 – 0,695 µm, uma vez que as faixas espectrais de significativa sensibilidade aos processos fotossintéticos e mecanismos regulatórios nas plantas estão entre 0,4 - 0,5 µm e 0,6 – 0,7 µm. A faixa entre 0,5 – 0,6 apresenta menor eficiência nestes processos. O autor apresentou resultados onde ocorreram variações sazonais atribuídas às mudanças de massas de ar e condições do céu no local (com médias de 0,456 no inverno, 0,457 no verão, 0,458 no outono e 0,455 na primavera). A razão média PAR/RG (0,457) obtida, segundo o autor, está de acordo com a encontrada na literatura para diferentes locais sobre ampla área geográfica.
Meek et al. (1984), nos Estados Unidos, propuseram a utilização de uma relação simples entre a PAR e a radiação global. Os autores estimaram a PAR em 45% da global e mostraram que esta pode facilmente ser estimada com erro de 10% ou menos a partir de medidas da radiação global.
A componente difusa da PAR tem despertado grande interesse por parte de pesquisadores por ser a fração da PAR que atinge maior área foliar e assim, tendo efeito significativo na eficiência de absorção da energia radiante do sol pelas plantas. Segundo Weiss & Norman (1985), quando se desconsidera a diferença entre a radiação difusa e direta dentro de uma cobertura vegetal, pode-se levar a erros significativos no cálculo da fotossíntese, uma vez que a radiação difusa é muito mais eficiente do que a direta para as folhas fotossintetizantes.
Em climas onde extremos de nebulosidade são comuns, diferenças nos percentuais da componente difusa da PAR de um dia para o outro podem ser responsáveis por diferenças significativas na eficiência da produção fotossitética (De Wit, 1965 citado por Stigter & Musabilha, 1982). Além disso, determinações precisas das componentes difusa e direta da PAR são necessárias para estudos de transmissividade da luz por coberturas vegetais e coberturas transparentes de estufas (Gueymard 1989).
Ao lado do crescente interesse pelas componentes difusa e direta da PAR, aumentaram os trabalhos que visam obter estimativas destas componentes, uma vez que estas componentes raramente são medidas. Encontra-se na literatura duas categorias de correlações disponíveis para estimativa das irradiâncias difusa e direta da radiação solar global e também da radiação fotossinteticamente ativa. Há modelos de transmissividade atmosférica e modelos de decomposição da irradiância global. Os modelos de transmissividade atmosférica requerem informação detalhada sobre as condições atmosféricas, isto é, informações sobre cobertura de nuvens, turbidez atmosférica, umidade, ao passo que os modelos de decomposição tentam estimar as irradiâncias difusa ou direta das medidas da irradiância global na horizontal (Olmo et al., 1996).
Em 1987, Ting & Giacomelli mostraram a possibilidade de estimar a PAR utilizando dados disponíveis da radiação solar total e forneceram equações empíricas horárias e diárias para estimar a PAR direta e difusa baseado em valores da radiação total. Além disso, apresentaram uma correlação entre a componente difusa da PAR e o coeficiente de transmissão atmosférica, dado pela razão entre a componente global e a radiação no topo da atmosfera, a fim de investigar o efeito combinado da atmosfera e absorção por nuvens.
Em 1989, Karalis utilizou dados da PAR medidos entre 1962 e 1978 em Atenas (Grécia) através da utilização de um pireliômetro equipado com filtros para a faixa espectral entre 0,4 e 0,695 µm. Os resultados mostraram uma variação anual simples da componente direta da PAR com mais altos valores no período de abril a setembro e mais baixos no inverno. Os autores encontraram para a razão entre a PAR direta e a radiação direta total o percentual médio de 0,40, variando de 0,34 a 0,42. A componente direta da PAR reduzida à horizontal como fração da irradiação global variou de 0,32 a 0,85 com média anual igual a 0,45.
Em 1996, Papaioannou et al. trabalharam com medidas horárias da PAR, na Grécia, para avaliar a variabilidade temporal da PAR e sua dependência a condições do tempo e poluição atmosférica. Segundo os autores, a razão PAR/RG variou de 0,419 (durante o inverno) para 0,446 (no verão), com média anual de 0,436. Os percentuais aumentaram de 0,428 para 0,444 com as condições do céu variando de aberto para nublado. Paralelamente, os autores apresentam regressões lineares ajustadas entre as radiações global e
PAR. Os resultados mostraram que ambas as radiações são altamente correlacionadas e pode-se estimar a PAR através de relações analíticas simples mensais ou sazonais.
No mesmo ano de 1996, Gant et al. propuseram equações não lineares com base física que podem ser aplicadas diretamente para a irradiância difusa. Outros aspectos discutidos pelos autores no trabalho referem-se à transmitância e espalhamento da PAR pela atmosfera, sendo diferente da radiação total de ondas curtas e a distribuição da PAR dentro de coberturas vegetais.
Em 1999, Alados & Alados-Arboledas descreveram variações das razões das componentes direta e difusa da PAR em relação à radiação solar em diferentes condições do céu, representadas pelas taxas adimensionais da radiação solar (claridade do céu e brilho da luz do céu), ângulo solar zenital e temperatura do ponto de orvalho. O trabalho mostrou uma dependência das componentes difusa e direta da PAR às condições atmosféricas. Segundo os autores, a variabilidade destas componentes em relação à radiação total de ondas curtas não pode ser explicada por um único parâmetro. A razão da componente direta pela direta total apresentou dependência principalmente pelo parâmetro de claridade do céu. Por outro lado, a mesma razão para a componente difusa depende acentuadamente dos índices de claridade do céu e brilho da luz do céu. O índice claridade do céu é dependente da quantidade de aerosol e nuvens e o brilho da luz do céu, da carga de aerosol e espessura das nuvens. Isto indica a influência de ambos nuvens e aerosóis na distribuição espectral da radiação solar na superfície. A influência do ângulo zenital solar e temperatura do ponto de orvalho (medida de conteúdo de água precipitável) é de ordem secundária.
Em 2000, Alados-Arboledas et al. e Alados et al. apresentaram dois trabalhos que objetivaram buscar modelos de estimativa da PAR. No primeiro, os autores desenvolveram uma comparação entre diversos esquemas de parametrização de céu aberto e testaram a performance dos modelos para estimar as componentes direta, difusa e global da PAR. Neste trabalho, os autores discutem a importância de informações referentes aos efeitos do aerosol para as componentes direta e difusa. No segundo artigo, os autores mostram modelos para estimar a PAR sob condições de céu nublado, considerando tipos e altura de nuvens em função de transmitância de nuvem.
No Brasil, vários trabalhos têm sido desenvolvidos no sentido de caracterizar a radiação fotossinteticamente ativa em diversas regiões ou em microecossistemas como é o caso de estudos da PAR em culturas de interesse agronômico.
Em 1989, Assis & Mendez apresentaram, no Rio Grande do Sul, uma relação entre os fluxos de radiação fotossinteticamente ativa (em E/m2) e de radiação global (em MJ/m2), onde a PAR pode ser estimada em 2,23 vezes a radiação global com erro relativo médio da estimativa dentro da faixa de erro de medida dos dois parâmetros. Neste trabalho, a razão da PAR em relação ao espectro solar total foi de 47%
Assunção, em 1994, estimou a fração da PAR em relação à radiação global (PAR/RG) através de regressão linear simples sob diferentes condições atmosféricas. Os percentuais de PAR/RG encontrados foram de 0,417 para dias limpos; 0,429 para dias parcialmente limpos e 0,496 para dias nublados. O valor médio obtido foi de 0,44 para as diferentes condições atmosféricas. A razão PAR/RG foi determinada também para a partição horária, sendo encontrados os seguintes valores: 0,45 para dias claros e 0,56 para dias nublados.
França et al., em 1997, estudou no Rio Grande do Sul a radiação fotossinteticamente ativa, sua fração da radiação total de ondas curtas e apresentou um modelo para estimativa. Nesta trabalho os autores apresentaram o valor de 0,42 encontrado para a razão entre a PAR e a radiação global.
Teixeira et al., em 1997, avaliaram a radiação fotossinteticamente ativa acima e abaixo da folhagem da cultura de videira e obtiveram variação de 0,87 à 0,44 da razão entre a radiação fotossinteticamente ativa abaixo e acima da folhagem para uma variação de 0,15 à 1,34 de índice de área foliar.
Porfírio da Silva et al. (1997) estudaram o comportamento da radiação solar total e da radiação fotossinteticamente ativa em sistema silvipastoril na região noroeste do estado do Paraná. Segundo os autores, o comportamento cambiante das zonas de sombra ao longo do dia, contribui para que a PAR média em sistema silvipastoril seja maior do que quando é considerado somente medidas sob sombra e a pleno sol.
Em 1998, Teixeira et al. encontraram em Petrolina (PE) o percentual de 45% para a razão da PAR pela total de ondas curtas no período de junho à julho de 1994.
Em 1999, Souza et al., em Pombal-PB, utilizaram os índices de claridade e brilho da atmosfera, calculados com dados de irradiâncias solar global, direta e difusa para fazer estimativas da PAR, utilizando-se dois modelos propostos por Alados et al. (1996).
França et al. (1999) monitotararam e utilizaram dados da PAR com o objetivo de ajustar, para o milho, um modelo de crescimento, representado pelo acúmulo da matéria seca em função da radiação fotossinteticamente ativa e da temperatura do ar.
Almeida (1999) registrou no período de setembro de 1998 à fevereiro de 1999, em Ilhéus-BA, um valor médio da razão PAR/RG de 57%, com mínimo de 52% e máximo de 60%.
Fonseca et al. (1999) mostraram que existe tendência linear positiva entre a PAR absorvida e o índice de vegetação por diferença normalizada, o que possibilita a utilização deste índice em modelos de estimativa da utilização da radiação em Paspalum
notatum.
Alvalá & Silva, em 2000, estudaram a relação entre a PAR e a irradiância de ondas curtas (PAR/RG) em área de policultivo na Amazônia. Os resultados mostraram variação da razão PAR/RG de 0,38 a 0,49 com média de 0,44 e que esta razão aumenta razoavelmente quando as condições do céu variam de claro para nublado. Isto pode ser principalmente atribuído às variações na importância relativa dos processos de absorção e espalhamento na atenuação da irradiância solar incidente pelas nuvens em diferentes regiões do espectro. As nuvens atenuam a irradiância solar incidente em comprimentos de onda maiores que 0,7 µm por absorção e espalhamento, ao passo que a atenuação (pelas nuvens) no visível deve-se somente ao espalhamento (De Vault & Ktsaros, 1983). Os autores concordam também com Stigter & Musabilha (1982) ao afirmarem que, embora para muitas propostas, η possa ser considerada “constante”, principalmente quando o céu esta muito claro, a variabilidade observada em dias de céu encoberto indica que a terminologia “conservativa” parece mais apropriada.
Gomes et al. (2000) apresentaram um modelo de regressão linear simples para estimar a componente direta da PAR em função da radiação direta de ondas curtas. Segundo os autores, a razão entre a componente direta da PAR e direta total de ondas
curtas não é constante e varia em função da densidade de fluxo e do horário do dia. Em média, o percentual foi de 41,8%.
Conforme descreveu Assunção (1994), a existência de diferentes métodos para determinar a porção fotossinteticamente ativa para um objetivo singular reflete a pluridade de soluções para um mesmo problema. Cada metodologia apresenta não só a visão do autor, como também os recursos disponíveis para o desenvolvimento do trabalho. Assim, se o objetivo for a identificação de um tipo ideal de metodologia, os modelos de Hansen (1984), Weiss & Norman (1985), Gueymard (1989) são mais completos, no entanto, são de pouca adoção, justamente por exigirem equipamentos sofisticados e de custos elevados. Se, por outro lado, o objetivo é utilizar um método mais simples, os modelos de Britton & Dodd (1976), Pereira et al. (1982), Assis & Mendes (1989) são mais fáceis por envolverem somente medidas tomadas no campo com equipamentos convencionalmente utilizados em estações meteorológicas.
2.3 Radiação solar em ambientes protegidos
Nas últimas décadas, o cultivo em ambientes protegidos vem aumentando consideravelmente. Vários países como Espanha, França, Portugal, Israel, Japão, China, entre outros tantos, têm utilizado casas de vegetações como meio de proteção às plantas e culturas agronômicas contra adversidades e variações climáticas. (Sganzerla, 1995).
Através do cultivo nestes microambientes, países que dependiam de volumosas importações, passaram a ocupar lugares de destaque na produção agrícola interna e até mesmo para exportação. A grande vantagem desta técnica consiste na possibilidade de produção, principalmente de hortaliças, nos períodos de entressafras, permitindo maior regularização de oferta e melhor qualidade dos produtos. Além disso, as estufas levam à obtenção de produtos de alta qualidade, precocidade de culturas, possibilidade de utilização de menor número de mão-de-obra, aumento de produtividade e menor índice de lixiviação do solo.
No Brasil, considerando sua extensão e localização geográfica, o uso de ambientes protegidos apresenta diversas funções. Nas regiões Sul e Sudeste, por exemplo, a cobertura de estufas atua como regulador térmico, diminuindo o efeito danoso causado em
algumas culturas por baixas temperaturas, geadas, ventos, chuvas intensas e excesso de radiação no verão. Em regiões onde as temperaturas são elevadas, os ambientes protegidos proporcionam ambientes com temperaturas mais amenas. Além disso, protegem contra chuvas de intensidade elevada, granizo e estresse provocado pela ação direta dos ventos.
Atualmente, no Brasil, a plasticultura tem permitido maior produtividade e qualidade de culturas agrícolas; desenvolvimento de projetos de pesquisa com vegetais, visando o estudo de novas cultivares e híbridos, sem depedência restrita a épocas do ano; desenvolvimento de viveiros de mudas para reflorestamento e restituição de vegetações silvestres e matas ciliares; estudos sobre interação de organismos em comunidades e microecossistemas regionais, etc.
No estado de São Paulo, apesar de apresentar um clima favorável ao desenvolvimento de culturas agrícolas, verifica-se a maior utilização de filmes plásticos, pois, a variação sazonal das condições climáticas resulta em instabilidade de oferta e, consequentemente, na oscilação dos preços.
Baille & Baille (1990) estudando a influência das estruturas na transmissão da radiação solar, definiram como primeiro critério para classificar uma estufa como eficiente, a alta transmissividade da radiação solar durante o inverno e, como segundo critério, a homogeneidade da distribuição da luz no seu interior.
Sabe-se que os ambientes protegidos provocam grandes alterações nos elementos meteorológicos locais, inclusive na intensidade e qualidade espectral da radiação solar, que tem importância vital ao desenvolvimento das plantas através do processo de fotossíntese , além de exercer efeitos sobre o fotoperiodismo, germinação de semente, síntese de pigmentos, controle de floração e coloração do fruto.
O estudo destas alterações microclimáticas provocadas pelos ambientes protegidos tem se tornado, em diversos países (Alpi & Tognoni, 1984; Kurata, 1990, Castilla et al., 1990; Hasson, 1991; Critten, 1993), muito comum frente à crescente utilização destes microambientes para o cultivo de hortaliças, plantas medicinais e produção de flores.
No Brasil, ainda são poucas as informações numéricas dessas modificações devido à indisponibilidade de detectores solares e outros sensores nos laboratórios de pesquisa, que, na maioria das vezes, são importados a custos muito elevados.
Os trabalhos de Farias et al. (1993), Buriol et al. (1993), Camacho et al. (1995), Souza (1996), Souza & Escobedo (1997), Assis (1998), Sentelhas et al. (1997) são alguns exemplos de pesquisas desenvolvidas no país, buscando estudar as modificações na intensidade e qualidade espectral das diversas componentes da radiação solar em estufas.
A radiação fotossinteticamente ativa ainda é uma componente da radiação solar pouco estudada sob ambientes protegidos. Algumas pesquisas recentes têm estudado a transmissividade da PAR em coberturas plásticas como o poliestireno, o polietileno de baixa densidade e telas de polipropileno (telas de sombreamento).
Sentelhas et al., em 1997, avaliaram, nos meses de novembro e dezembro de 1996, o efeito de diferentes tipos de cobertura em mini-estufas na atenuação da radiação solar e da luminosidade. De acordo com os autores, a atenuação da radiação solar, através dos processos de reflexão e absorção, quer seja no seu espectro total como na fração PAR e no próprio saldo de radiação, é dependente do tipo de material. O polietileno de baixa densidade provocou atenuação da radiação solar global, de 20,3%, a radiação fotossinteticamente ativa, de 13,3% e o saldo de radiação, de 22,6%.
Pezzopane et al. (1997) determinaram, no período de setembro à dezembro de 1996, atenuação média da radiação solar global de 42% e de 45% da radiação fotossinteticamente ativa, em tela com especificação comercial de 50%.
Voltolini et al. (1997) avaliaram a transmissividade da radiação fotossinteticamente ativa em telas de polipropileno. Os autores observaram diferentes resultados para dias de céu aberto e nublado: o sombreamento proporcionado palas telas de 30, 50 e 70% foi de 35,2; 54,1 e 77,0% em dias de céu limpo e de 39,7; 63,2 e 81,4% em dias nublados.
Em 1999, Sentelhas et al. estudaram diferenças proporcionadas por filmes plásticos utilizados comercialmente na cobertura de estufas. Para o estudo, foi utilizada uma estufa modelo “túnel alto” coberta com PVC de 150 micra, metade com cor azul e metade transparente. Os resultados mostraram que o filme azul proporciona maior atenuação da radiação global e da PAR medida no interior da estufa, respectivamente, da ordem de 35% e 40%, ou seja, transmissividade de 65% e 60%, ao passo que sob o PVC transparente a atenuação foi da ordem de 29% e 28%. Em razão dessas diferenças, os autores constataram que a relação entre a PAR e a radiação global foi menor que o PVC azul (36,9%) do que sob o
