INTERCEPTAÇÃO DA RADIAÇÃO E TRANSPIRAÇÃO NA COPA DE CAFEEIRO
Fabio Ricardo Marin1 Alailson Venceslau Santiago2
Evandro Zanini Righi2 Paulo César Sentelhas Luiz Roberto Angelocci Selma Regina Maggiotto José Ricardo Macedo Pezzopane1
ESALQ/USP, Setor de Agrometeorologia, C.P. 09, 13418-900, Piracicaba, SP e-mail: santiago@esalq.usp.br,
1
Bolsista FAPESP; 2 Bolsista CAPES
ABSTRACT
Solar radiation distribution within a coffee canopy and its effects on the transpiration rate at different plant layers were studied. Net radiation (Rn), photosynthetically active radiation (PAR) and sap flow (T) were measured at three heights (0.2, 1.10, and 1.55 m above the ground) within the canopy of a coffee tree for more than twenty days. It was observed that about 85% of the Rn and PAR reaching the plant were extinct between the heights 1.55 and 0.2 m. Extinction coefficient for Rn presented a clear reduction trend through the canopy, differently from
PAR. The relationship between Rn expressed per leaf unit area and T indicated a significant difference among plant
layers when related to transpiration. There was a similarity between the plant layers transpiration rates, independent of their exposure to solar radiation. The different patterns of interaction between the plant layers and Rn or PAR provoked different transpiration rates at each layer, resulting that the intermediate and lowest layers had highest efficiency in using the energy for transpiration.
INTRODUÇÃO
A interceptação da radiação solar pela vegetação determina em grande parte a transpiração e a fotossíntese das coberturas vegetais. Em culturas como a do café, que é proveniente de sub-bosques de florestas úmidas, acabam não desenvolvendo mecanismos para reduzir a perda de água sob circunstâncias de estresse (WILSON, 1985). No entanto, no Brasil, o café é uma das principais culturas perenes da região central, a qual é caracterizada por níveis elevados de irradiância solar durante a maior parte do ano, além de altas temperaturas que chegam a mais de 35°C nos meses de verão. Sob estas circunstâncias, as folhas não protegidas do café sofrem danos, enquanto as folhas protegidas (dentro do dossel) transpiram em taxas potenciais (CARR, 2001).
Contudo, raras são as medidas de interceptação da radiação por culturas perenes, face as dificuldades impostas pelos diferentes tipos de geometria de plantio (espaçamentos e disposição das plantas) e geometria de copa, impondo assim dificuldades a estes estudos. Foi encontrado na literatura apenas o relato de NUTMAN (1941), que estudando o consumo de água em cafeeiro encontrou uma fraca relação entre a transpiração da árvore e a radiação absorvida por ela, mas no tocante a distribuição da radiação solar dentro do dossel de cafeeiros, poucos estudos foram feitos.
No entanto, é óbvio que as mudanças no manejo e na densidade dos cafezais, principalmente pelo uso de plantios adensados e/ou semi-adensados, resultam em alterações na distribuição da radiação ao longo da copa dos cafeeiros e assim, no aporte energético disponível a cada extrato foliar. Essas alterações, por sua vez, implicam em padrões transpiratórios diferenciados nas folhas de uma mesma planta, e com isso, taxas de assimilação de carbono, produção, crescimento e desenvolvimento diferentes daqueles cultivados nos sistemas convencionais.
Diante disso, desenvolveu-se o presente trabalho com o objetivo de avaliar a distribuição da radiação e da taxa de transpiração em diferentes extratos foliares de um cafeeiro adulto.
MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi conduzido em um cafezal a pleno sol, com aproximadamente 4 anos de idade, cultivado sob espaçamento de 2,5m x 1,0m, com direção dos renques N-S, instalado na área experimental do Campus “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, SP (22o43’S; 47o30’W, 560m) com área de 2750 m2, irrigado
por aspersão convencional. As adubações, o controle de ervas daninhas e os tratamentos fitossanitários foram realizados regularmente. O solo é classificado como Terra Roxa Estruturada (Alfisol).
As medidas foram realizadas entre os dias 17 de abril e 24 de maio de 2001, com 33 dias utilizados neste trabalho, selecionando-se uma planta sadia e representativa da condição média do cafezal, cujas dimensões são apresentadas na Figura 1. Durante o período do experimento, a árvore selecionada recebeu suplementação hídrica de 15 litros por dia (cerca de 5mm), de modo a garantir sua transpiração em taxa máxima.
Para as medidas de saldo de radiação (Rn), utilizou-se quatro saldo-radiômetros (REBS, Q7), posicionando-se um deles acima da copa do cafeeiro (2,2m) e os demais colocados no interior da copa da árvore, em diferentes níveis (Figura 1). A radiação fotossinteticamente ativa (RFA) foi medida com sensores quânticos de fotodiôdo de silício (Li-Cor, LI190SX), sendo dispostos da mesma forma que os saldo-radiômetros (Figura 1). Com o objetivo de minimizar o efeito da variabilidade espacial dos elementos medidos na copa, fez-se um rodízio de posições dos sensores, alternando suas posições nos quatro pontos cardeais a cada 3 dias, aproximadamente.
Para determinação do coeficiente de extinção (k) dos extratos e da planta, tomou-se dados médios horários com elevação solar superior a 20o, de acordo com PEREIRA et al. (1982). Para determinação de k no extrato superior da planta utilizou-se as medidas realizadas acima da planta e abaixo do extrato 1. As determinações dos extratos 2 e 3 seguiram o mesmo princípio, adotando-se a seguinte expressão:
IAF
R
R
k
−
=
sup infln
(1)em que k é o coeficiente de extinção do extrato ou da copa (adimensional); Rsup é a radiação (Rn ou RFA) medida acima do extrato ou da planta (W.m-2); Rinf é a radiação (Rn ou RFA) medida abaixo do extrato ou da planta (W.m -2
); IAF é o índice de área foliar do extrato ou da planta (m-2.m-2).
Além disso, com o objetivo de se estimar o aporte energético disponível à cada extrato, por unidade de área foliar, calculou-se o saldo de radiação efetivo (Rnef) com a equação 2.
IAF
Rn
Rn
Rn
ef=
sup−
inf (2)em que Rnsup é o saldo de radiação medido acima do extrato ou da copa (MJ.m-2.d-1); Rninf é o saldo de radiação medido abaixo do extrato ou da copa (MJ.m-2.d-1); e IAF é o índice de área foliar do extrato ou da copa (m2.m-2).
Para a determinação da área foliar em cada extrato da planta realizou-se a contagem de todas as folhas e a medição do maior comprimento e da maior largura de 15% delas. Com essas medidas, determinou-se a área foliar de cada extrato e, somando-as, obteve-se a área foliar total da planta pela equação 3:
F
N
C
L
AF
=
.
.
.
(3)em que L é a largura média das folhas do extrato (m2); C é o comprimento médio das folhas do extrato (m2); N é o número de folhas do extrato; e F é um fator de proporcionalidade.
O fator F foi determinado medindo-se a área foliar de 50 folhas selecionadas aleatoriamente na planta, com medidor de área foliar (Li-Cor, Li3100), e relacionando-as com o produto do maior comprimento e da maior largura de cada uma delas. Por análise de regressão linear, obteve-se F igual a 0,703, com R2=0,99.
O índice de área foliar de cada extrato foi calculado em relação a sua respectiva área da base projetada (Figura 1). A área foliar (AF) e o índice de área foliar (IAF) dos extratos e de toda a planta (tomando-se a área de projeção de toda copa sobre o terreno) são apresentados na Tabela 1.
Tabela1. Área foliar (AF) e índice de área foliar (IAF) de cada extrato e total da planta. AF (m2) IAF (m2.m-2)
Extrato 1 1,53 1,15
Extrato 2 5,19 2,94
Extrato 3 8,65 4,89
0,62 0,45 0,56m 1,80m 1,30m2 1,50m2 RFA 1 RFA 2 RFA 3 Rn 1 Rn 2 Rn 3 SGB50 SGB25 SGA13 Extrato 1 Extrato 2 Extrato 3
Figura 1. Representação esquemática das dimensões da planta e do posicionamento dos sensores de fluxo de seiva (SGB50, SGB25 e SGA13), saldo de radiação (Rn1, Rn2 e Rn3) e radiação fotossinteticamente ativa (RFA1, RFA2 e RFA3).
O fluxo de seiva da planta e dos extratos foliares foi medido por sensores comerciais (Dynamax Inc., SGB50, SGB25 e SBA13) de acordo com o método do balanço de calor (SAKURATANI, 1981; BAKER & VAN BAVEL, 1987). Sua alimentação elétrica foi feita por fontes de corrente contínua que dissipavam potências entre 0,2W e 2W, conforme especificação do sensor. Os valores de fluxo de seiva foram calculados de acordo com a equação geral do balanço de calor do volume de tronco (equação 4), segundo os procedimentos propostos por VALACOGNE & NASR (1993) e acumulados para 24 horas.
dT
cp
qr
qa
P
T
.
−
−
=
(4)em que T é o fluxo de seiva (g.s-1), o qual foi considerado igual a transpiração, P é potência aplicada ao sensor (W), qa é o fluxo de calor conduzido axialmente no tronco (W); qr é o fluxo de calor conduzido radialmente (W); cp é o calor específico da água (4,186 J.g-1.oC-1) e; dT é o incremento de temperatura da seiva ao longo do sensor (oC).
O isolamento térmico dos sensores foi feito com quatro lâminas de papel aluminizado. Para evitar a entrada de água nos sensores, utilizou-se uma camada de adesivo a base de silicone para vedar os espaços entre as folhas aluminizadas e os ramos, minimizando assim, os efeitos prejudiciais da umidade sobre as medidas e também sobre os ramos das árvores.
Os sinais elétricos referentes à medida das variáveis meteorológicas e do fluxo de seiva foram registrados por um sistema automático de aquisição de dados (Campbell Scientific Inc., CR10X acoplado a uma placa multiplexadora AM416), programado para realizar medidas a cada 10 segundos e armazenar médias a cada 15 minutos.
Os dados foram analisados por análise de regressão linear e pela utilização de elementos de estatística descritiva.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A variação de radiação medida acima do cafeeiro (Rn 2,20m e RFA 2,20m) ilustra as condições do tempo durante o período de observações, predominantemente de céu limpo e com poucos dias de céu nublado. Devido à época em que as medidas foram realizadas, os valores obtidos as 12:00 atingiram 400 W.m-2 para Rn e cerca de 300
W.m para RFA. Em termos médios, os totais diários de Rn ficaram próximos dos 10MJ.m .d e os de RFA chegaram aos 7,1 MJ.m-2.d-1.
Observando-se as curvas horárias obtidas nas alturas entre 1,55m e 0,20m (dentro da copa) pode-se perceber que cerca de 85% do aporte energético, tanto de Rn quanto de RFA, que atinge a planta, é extinto nos dois primeiros extratos. Fica evidente a elevada variabilidade da curva referente ao nível de 1,55m, se comparada com as outras obtidas dentro da copa. Apesar das posições dos sensores terem sido alternadas regularmente ao longo do experimento, nessa posição houve incidência de radiação direta sobre o saldo-radiômetro induzindo esse provável erro de medida.
O coeficiente de extinção (k) de cada extrato e da copa, como esperado, apresentou grande variação espaço-temporal principalmente no extrato 1, devido aos problemas nas medidas de saldo de radiação já relatados. Neste extrato, o valor médio de k foi igual a 0,92 e 0,79, respectivamente para Rn e RFA. Para toda a copa, os valores de k foram iguais a 0,55 e 0,93, respectivamente, para Rn e RFA (Tabela 2).
0 100 200 300 400 500 600 Rn ( W m -2) 800 1000 1200 1400 1600 local time 0 100 200 300 400 500 PA R ( W m -2) A B
Figura 2. Variação média horária do saldo de radiação (Rn) e da radiação fotossinteticamente ativa (RFA) medidos nas alturas de 2,20m (acima da planta de cafeeiro); 1,55m (abaixo do extrato 1); 1,10m (acima do extrato 3) e; 0,20m (abaixo do extrato 3), em Piracicaba, SP.
Com relação a Rn, pode-se perceber uma tendência de redução do coeficiente de extinção ao longo da copa, diferentemente do que ocorre com RFA. Essas tendências diferenciadas devem-se ao fato de RFA decrescer à taxas constantes ao longo dos extratos da copa, enquanto que Rn atinge um patamar próximo dos 10 W.m-2, devido à baixa extinção do componente infravermelho de ondas curtas na vegetação (ROSS, 1975; PEREIRA et al., 1982), e diminuindo assim a taxa de extinção de Rn nos extratos inferiores (Figura 3).
Tabela 2. Coeficiente de extinção de saldo de radiação (Rn) e radiação fotossinteticamente ativa (RFA) para os extratos foliares e para toda a copa de cafeeiro.
Rn PAR
Extrato1 0.92 [0.74] 0.79 [0.26] Extrato2 0.44 [0.28] 0.82 [0.15] Extrato3 0.11 [0.03] 0.32 [0.11] Copa 0.55 [0.08] 0.93 [0.12]
y = 1,014e2,671x 1 10 100 1000 0,0 1,0 2,0 3,0 Altura (m) (W .m -2) RFA Rn
Figura 3. Valores de saldo de radiação (Rn) e radiação fotossinteticamente ativa (RFA) acima e dentro da copa de cafeeiro, em Piracicaba, SP.
Relacionando os valores de Rnef com a transpiração (T), foi possível verificar uma forte diferenciação entre os extratos no que se refere à transpiração. Pôde-se perceber que a razão T/Rnef, calculados para uma unidade de área foliar, variou entre 0,09 e 5,66 para os extratos 1 e 3, respectivamente (Figura 4).
y = 0,3547x y = 5,66x y = 0,0941x 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Rnef (MJ.d-1.m-2 de folha) T ( l.d -1.m -2 d e fo lh a )
Ext 1 Ext 2 Ext 3
Figura 4. Relação entre a transpiração (T) e o saldo de radiação efetivo (Rnef) para cada extrato foliar, em Piracicaba, SP.
Essa grande diferença dá idéia da importância do primeiro extrato foliar para a manutenção do equilíbrio fisiológico na planta. Sendo ele o principal absorvedor de radiação solar, os demais extratos da copa permanecem numa condição mais próxima da ecologicamente ideal para o cafeeiro (CANNEL, 1985), possibilitando que haja síntese de carbohidratos ao longo do fotoperíodo, devido às condições hídricas adequadas à abertura estomática e às trocas gasosas (NUTMAN, 1937 citado por CARR, 2001). Esse fato, de certa forma, é confirmado pela viabilidade econômica e pela longevidade dos cafezais implantados sob pequenos espaçamentos.
Analisando-se a mesma relação, considerando-se, porém, toda copa da planta, pode-se verificar que o extrato 2 foi o que mais se aproximou da relação encontrada na Figura 5. Nessa Figura, destaca-se o razoável ajuste da equação de regressão (R2=0,45), indicando que, para cada 1MJ disponível por unidade de área foliar, ocorreu a transpiração de 0,47 litros de água, ao longo de um dia. Embora esse valor possa mudar em função de outras variáveis ambientais, ele é importante por mostrar que, a partir do conhecimento da área foliar da planta, pode-se estimar sua transpiração diária utilizando-se variáveis meteorológicas.
Estabelecendo-se a relação da transpiração de cada extrato com a transpiração total da copa pode-se verificar que, devido à forma de delimitação dos extratos adotada neste trabalho, o de número 3 representou 60% do total transpirado pela planta (Figura 6A). Analisando-se os valores de área foliar de cada extrato (Tabela 1), pode-se perceber claramente que os coefientes angulares das regressões da Figura 6A condordam fortemente com a
relação entre a área foliar do extrato e a área foliar total da planta. Isso, por sua vez, indica que há semalhança entre as taxas de transpiração dos extratos, independente da sua exposição à radiação solar (Figura 6B).
Ao se expressar a transpiração por unidade de área foliar, verifica-se que o extrato 1 apresentou uma taxa de transpiração superior aos demais extratos. Os extratos 2 e 3 apresentaram uma elevada dispersão dos dados, o que impossibilitou uma clara distinção entre eles (Figura 6B), devido à limitação no aporte de energia aos extratos inferiores e à semelhança de condicões micrometeorológicas a que são submetidos.
y = 0,4746x R2 = 0,4468 0,0 0,2 0,4 0,6 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Rnef (MJ.d -1.m-2 de folha) T ( l.d -1 .m -2 de f o lh a)
Figura 5. Relação entre a transpiração (T) e o saldo de radiação efetivo (Rnef) para toda a copa de cafeeiro, em Piracicaba, SP.
Utilizando todos os pontos na confecção de uma linha de tendência entre a transpiração da copa e a transpiração dos extratos, encontrou-se um coeficiente angular próximo da unidade, diferentemente do encontrado quando se fez a análise de regressão linear separadamente para cada extrato. Para o extrato 1, o coeficiente angular encontrado foi igual a 1,24, para o extrato 2, igual a 0,72 e, para o extrato 3 foi igual a 1,06. No entanto, devido à elevada dispersão dos dados, nenhuma das análises apresentou-se estatíticamente significativa ao nível de 10%.
Nessa comparação, é interessante notar que a soma de Rnef dos extratos 2 e 3 representou um aporte de energia de cerca de 15% daquele disponível ao extrato 1, apresentando, no entanto, de acordo com a Figura (6B), taxas de transpiração que, em média, chegaram a cerca de 80% das verificadas no extrato 1. Esse resultado é idêntico ao encontrado por NUTMAN (1941) e evidencia a habilidade fisiológica dos estômatos do cafeeiro de manterem-se abertos e com elevadas taxas de trocas gasosas sob baixos níveis de radiação.
y = 1 ,0 3 8 x 0 ,0 0 ,2 0 ,4 0 ,6 0 ,8 0 ,0 0 ,2 0 ,4 0 ,6 T C o p a (l.m-2fo lh a .d-1) T E xt ( l.m -2fo lh a .d -1)
Ext1 Ext2 Ext3 B Ext3 = 0 ,6 0 T Ext2 = 0 ,2 8 T Ext1 = 0 ,1 2 T 0 2 4 6 0 2 4 6 8 T C o p a (l.d-1) T E xt rat o ( l. d -1)
Ext1 Ext2 Ext3 A
Figura 6. Relação entre a transpiração da copa (T copa) e a transpiração de cada extrato (T ext) de cafeeiro (A), e relação entre a transpiração da copa (T copa) e a transpiração de cada extrato (T ext) do cafeeiro, expresso por unidade de área foliar (B), em Piracicaba, SP.
CONCLUSÕES
Os extratos foliares do cafeeiro apresentaram padrões diferenciados de interação com a radiação fotosssinteticamente ativa e com o saldo de radiação, o que impôs taxas diferenciadas de transpiração à cada extrato.
O extrato superior (extrato 1) apresentou as maiores taxas de extinção da radiação e de transpiração por unidade de área foliar. Os extratos inferiores (2 e 3) apresentaram uma maior eficiência de uso da energia para a transpiração.
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