Sistema Irrigas para Manejo de Irrigação: Fundamentos, aplicações e desenvolvimentos

Sistema Irrigas para Manejo de Irrigação: Fundamentos, aplicações e desenvolvimentos

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IRRIGAÇÃO: Fundamentos, aplicações e desenvolvimentos

República Federativa do Brasil

Luiz Inácio Lula da Silva Presidente

Ministério da Agricultura, Pecuária e

Abastecimento

Roberto Rodrigues Ministro

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária Conselho de Administração

Luís Carlos Guedes Pinto Presidente

Silvio Crestana Vice-Presidente

Alexandre Kalil Pires Hélio Tollini Ernesto Parterniani

Marcelo Barbosa Saintive Membros

Diretoria-Executiva da Embrapa

Silvio Crestana Diretor-Presidente

José Geraldo Eugênio de França Kepler Euclides Filho

Tatiana Deane de Abreu Sá Diretores-Executivos

Embrapa Hortaliças

José Amauri Buso Chefe-Geral

Carlos Alberto Lopes Chefe Adjunto de Pesquisa e Desenvolvimento

Gilmar Paulo Henz Chefe Ajunto de Comunicação, Negócios e Apoio

Osmar Alves Carrijo Chefe Adjunto de Administração

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA Embrapa Hortaliças Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

Sistema Irrigas para Manejo de Irrigação: Fundamentos, Aplicações e Desenvolvimentos

Adonai Gimenez Calbo Washington Luiz de Carvalho e Silva

Brasília, DF Dezembro, 2005

Exemplares desta publicação podem ser adquiridos na:

Presidente: Gilmar P. Henz Secretária-Executiva: Fabiana S. Spada Editor Técnico: Flávia A. de Alcântara Membros:Alice Maria Quezado Duval

Miríam Josefina Baptista Nuno Rodrigo Madeira Paulo Eduardo de Melo

Normalização bibliográfica: Rosane Mendes Parmagnani

1a edição 1a impressão (2005): 50 exemplares

Todos os direitos reservados.

A reprodução não-autorizada desta publicação, no todo ou em parte, constitui violação dos direitos autorais (Lei no 9.610).

CIP. Brasil. Catalogação na Publicação EMBRAPA HORTALIÇAS

Calbo, Adonai Gimenez

Sistema Irrigas para manejo de irrigação: fundamentos, aplicações e desenvolvimentos / Adonai Gimenez Calbo ; Washington Luiz de Carvalho e Silva. -- Brasília : Embrapa Hortaliças, 2005. 174 p. : il.

ISBN 85-86413-07-0 1. Irrigação - Manejo. I. Silva, Washington Luiz de Carvalho e. I. Título.

É com grande satisfação que a Embrapa Hortaliças disponibiliza para a Sociedade Brasileira o livro “Sistema Irrigas para Manejo de Irrigação – Fundamentos, Aplicações e Desenvolvimentos”. A tecnologia do Irrigas é um perfeito exemplo do potencial da pesquisa científica em toda sua extensão, desde a sua idéia inicial e seu desenvolvimento até o seu patenteamento, produção em escala industrial e uso no campo, ou seja um ciclo completo de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação (PD&I). Antes de ser lançado no mercado, as diferentes versões do Irrigas passaram por avaliações no campo e foram validadas por meio de dias de campo e unidades demonstrativas junto a produtores agrícolas.

Assim como a tecnologia do Irrigas, o presente livro também é inovador na sua forma e no conteúdo. A decisão dos autores e da Embrapa Hortaliças em disponibilizá-lo integralmente por meio eletrônico, via internet, no formato pdf, demonstra que o conhecimento técnico-científico pode e deve ser compartilhado com todos. O formato de perguntas e respostas facilita a compreensão do sistema Irrigas como um todo, complementado por várias ilustrações.

Desta maneira, cumprimento os autores pela iniciativa e dedicação que culmina com a publicação do presente livro, seguramente uma grande contribuição à agricultura e à ciência brasileira.

José Amauri Buso

Chefe Geral Embrapa Hortaliças

Sabedores da importância da água para a humanidade, da escassez que se avizinha e que cerca de 70% da água doce é utilizada na agricultura, dedicamos este livro a todos aqueles que têm se esforçado para desenvolver meios que possibilitem o uso racional e sustentável da água na agricultura.

O livro “Sistema Irrigas para manejo de irrigação“ é o resultado do trabalho intenso e alongado sobre variadas e proveitosas aplicações de um novo sistema para manejo da irrigação, baseado em um novo sensor de tensão de água, o Irrigas.

Registrado pela Embrapa sob a marca Irrigas, o

Sistema Gasoso de Controle de Irrigação, encontra aplicações em variados campos, tão díspares quanto a fisiologia vegetal, a geologia, a engenharia civil e, principalmente, a agricultura. É um sistema inovador que está sendo estudado em diversas instituições de ensino e pesquisa no Brasil em países como a Alemanha e Estados Unidos, e que vem sendo comercializado, através da Internet e de revendas comuns para agricultores da Europa, do Brasil e dos Estados Unidos.

Neste livro as aplicações do Irrigas são esmiuçadas em temas específicos de acordo com as teorias, interpretações e aplicações. O conteúdo é introduzido com simplicidade e aprofundado gradativamente em capítulos descritivos na primeira parte do livro. Uma estrutura moderna de perguntas e respostas é utilizada em vários capítulos para detalhar e para tornar mais fácil o entendimento das aplicações. A segunda parte do livro trata da tensiometria a gás, dos sinalizadores de irrigação, regadores automáticos, ativadores de irrigação e é fechada com uma introdução aos fundamentos da automatização da irrigação com sensores Irrigas, em sistemas acionados ou não por Irrigas. Na terceira parte do livro, são tratadas as aplicações avançadas nas quais há ênfase maior para as aplicações científicas, seja em agricultura de precisão, em laboratório e até para estudos de fisiologia vegetal. Uma pluralidade de fotos e esquemas ilustra as aplicações e é rica fonte para todos que queiram utilizar e ampliar os usos da tecnologia Irrigas. Cada dispositivo ilustrado foi devidamente testado. Complementando, o livro contém um glossário ilustrado com a definição dos termos utilizados, uma vasta literatura, um índice analítico para facilitar as consultas mais detalhadas e a lista dos fabricantes.

Em geral, maior ênfase é dada primeiro às aplicações agrícolas em culturas anuais, frutas e hortaliças. A seguir tratam-se de assuntos atinentes à rega de plantas ornamentais seja em jardins, em vasos, em casas de vegetação ou mesmo em ambiente doméstico. Os procedimentos selecionados representam algumas das várias possibilidades de uso do sistema Irrigas em agricultura e em pesquisa.

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Sistema Irrigas para manejo de irrigação SUMÁRIO

PRIMEIRA PARTE – FUNDAMENTOS E APLICAÇÕES 1Aspectos gerais3 2 Fundamentos 1 3Origem e tipos19 4Perguntas freqüentes sobre o Irrigas29 5Tensiômetros a gás e aplicações37 6Sinalizadores de irrigação47

SEGUNDA PARTE - AUTOMATIZAÇÃO 7 Regadores automáticos 57 8Ativadores de irrigação67 9Automatização com ativadores75 10Controladores pontuais de irrigação81 11Sistemas selecionados de automatização89

TERCEIRA PARTE – USOS AVANÇADOS 12Estado da água no solo e na planta95 13Caracterização e testes103 14 Irrigas bifacial 1 15 Aplicações instrumentais 123

16Realidade no manejo de irrigação no Brasil e no exterior 133

17Produtos Irrigas comercializados137

Referências 159 Índice analítico165 viii viii

Parte 1 FUNDAMENTOS E APLICAÇÕES

Parte 1 Fundamentos e aplicações

CAPÍTULO 1

ASPECTOS GERAIS Adonai Gimenez Calbo & Washington L.C. Silva

O “sistema gasoso de controle de irrigação” foi patenteado pela Embrapa e é usualmente denominado por sua marca registrada, Irrigas. Os produtos Irrigas não são apenas cápsulas porosas de desenhos e propriedades variadas. Mais do que isto, são sistemas completos e acessórios desenvolvidos para o manejo de irrigação agrícola e doméstico, com uma variedade de níveis de sofisticação. Adicionalmente, o Irrigas é um sensor de sistemas tensiométricos para aplicações científicas em engenharia agrícola, fisiologia vegetal e geologia.

As aplicações do Irrigas no manejo de irrigação são úteis em ambientes tão variados quanto casas-devegetação, vasos de plantas ornamentais e aplicações agrícolas diversas com sistemas de irrigação como o gotejamento, aspersão e sulcos. Os produtos Irrigas fazem uso de sensores robustos e duráveis, que tem suas propriedades físicas ajustadas na fabricação. Uma série de aplicações podem ser criadas a partir de modelos interessantes adaptáveis a cada problema de irrigação.

Sensores Irrigas (Fig. 1.1) simples custam cerca de 10 vezes menos do que tensiômetros comuns, são muito mais fáceis de usar, praticamente não envolvem trabalho de manutenção e são tão rápidos quanto os tensiômetros e certamente são mais confiáveis para uso por agricultores pouco instruídos e para as aplicações de automação.

Sistema Irrigas

O Irrigas, na sua forma mais simples (Fig. 1.1), é um sistema que consta de uma cápsula porosa (sensor), conectada através de um tubo flexível a uma pequena cuba transparente, que é o dispositivo para medir o estado da água no solo. Para fins de manejo de irrigação, a cápsula é instalada no solo na profundidade efetiva do sistema radicular. Nesta situação a cápsula porosa entra em equilíbrio hídrico com o solo em poucas horas. No momento da medição do estado da água no solo (Fig. 1.1) se o solo estiver “úmido”, a passagem de ar através da cápsula porosa é bloqueada, quando a cuba é imersa na água. Isto é, a água não entra na cuba porque o ar não sai do sistema através dos poros da cápsula. Por outro lado, quando o solo seca e a umidade diminui para abaixo de um valor crítico, a cápsula porosa torna-se permeável à passagem do ar. Assim, estando o solo “seco”, quando emborca-se a cuba transparente no frasco de água, o menisco ar-água se movimenta na mesma, no sentido de se igualar com o nível da água no frasco. Quando isto ocorre o solo deve ser irrigado. Ao contrário, se a cápsula úmida bloquear a

Parte 1 Fundamentos e aplicações entrada de água na cuba, então o solo ainda permanece suficientemente “úmido” e não deve ser irrigado.

Relação solo-água-planta-atmosfera

A figura 1.2 ilustra como a produtividade das plantas é afetada, de forma geral, pela tensão de água no solo. No topo (Fig. 1.2A) vê-se que em uma cultura comum, sensível ao encharcamento (hipoxia) a produtividade aumenta rapidamente enquanto a tensão da água aumenta entre zero e a capacidade de campo. Isto ocorre porque próximo à capacidade de campo os macroporos já contêm suficiente quantidade de ar para prover oxigênio necessário para a respiração e para o crescimento das raízes. Assim, há um nível de tensão de água ótimo e acima deste valor a produtividade diminui lentamente até uma denominada tensão crítica, acima da qual a produtividade diminui rapidamente e é reduzida a zero em tensão de água ainda bem menor do que o denominado ponto de murcha permanente. A razão da produtividade reduzir-se a zero antes do ponto de murcha permanente (Pm) decorre da definição metodológica deste parâmetro. Veja-se que ponto de murcha permanente é aquela tensão de água acima da qual a planta se mantém murcha, mesmo após ser colocada em ambiente que reduz a transpiração a zero, por várias horas (Slavích, 1974), geralmente colocando-se a amostra em uma câmara fechada ao abrigo da luz durante a noite. Na prática agrícola, não se faz uso de métodos que anulem a transpiração para fazer a planta recuperar a turgidez.

Para uma planta tolerante ao encharcamento do solo, ao contrário, observa-se que a produtividade diminui lentamente com o aumento da tensão da água no solo, sem passar por um máximo (Fig. 1.2B). Este declínio lento da produtividade também aumenta rapidamente em tensões de água superiores ao valor crítico (Tc), visto que nestas tensões de água elevadas a planta encontra exponencial aumento na dificuldade de retirar a água do solo em função da elevada tensão de água.

O parâmetro Tc depende da interação planta/solo/atmosfera. Tc diminui quando as condições atmosféricas causam aumento da taxa de evapotranspiração e também diminui com fatores que causem diminuição da condutividade hidráulica entre o solo e a raiz. Por ser um parâmetro muito difícil de definir experimentalmente Tc não tem sido considerado em textos básicos de fisiologia vegetal. Diferentemente, para manejo de irrigação, Tc é parâmetro que aparece com freqüência manuais e em artigos científicos. Os valores de Tc para cada conjunto planta/solo/atmosfera têm sido utilizados para se escolher sensores de tensão ou de umidade utilizados no manejo de irrigação de diferentes culturas.

Retenção de água no solo

Na figura 1.3 ilustra-se o declínio da umidade em função do aumento da tensão da água no solo. Os valores exatos numa curva deste tipo dependem da composição

Capítulo 1 Aspectos gerais granulométrica, do arranjo estrutural, teor de matéria orgânica do solo, além de propriedades físicas da água tais como tensão superficial e capilaridade. Em geral, os solos de partículas maiores (ex. arenosos) retém quantidades de água menor do que solos com predominância de argila e silte (ex. argiloso).

Dentre os parâmetros ilustrados na figura 1.3, apenas a capacidade de campo não depende da interação planta/solo. Predominantemente, a capacidade de campo depende da textura, da compactação e da disposição das diferentes camadas que compõem o perfil de cada tipo de solo. Em geral, quanto menores as partículas constituintes do solo, maior é a tensão da água na capacidade de campo.

Em vasos para plantas a capacidade de campo de solos e outros substratos em geral depende mais da profundidade do vaso do que de qualquer outro fator. Na prática, para que hajam macroporos cheios de ar para prover oxigênio para as raízes em vasos com altura menor que 15 cm, o substrato precisa ser composto de grânulos que deixem macroporos com diâmetros maiores que 0,2 m. A tensão da água na capacidade de campo usualmente varia de cerca de 2 kPa em solos arenosos e substratos a cerca de 6 kPa em solos argilosos (Richards, 1949).

lâmina de água ve da estrutura do solo. Nesta figura

Na figura 1.4 ilustra-se como a umidade se redistribui no solo após a aplicação da irrigação ou chuva. Os padrões cinéticos desta redistribuição da água é função da procura-se evidenciar que a água só se movimenta apreciavelmente enquanto a umidade é maior do que a da capacidade de campo e que este movimento é mais rápido no início enquanto a umidade é mais alta, tensão de água menor, e depois é fortemente diminuída conforme a umidade se torna igual e menor que a capacidade de campo.

Manejo de Irrigação

Manejo de irrigação representa os procedimentos utilizados para se irrigar as plantas com a quantidade de água correta, antes que o teor de água no solo diminua a ponto de causar dificuldades para as raízes absorverem as quantidades de água que a planta necessita para manter seu desenvolvimento sem restrições. Em outras palavras, para manejar adequadamente a irrigação deve-se utilizar de parâmetros que auxiliem na determinação de “quando” irrigar e de parâmetros para definir “quanto” de água deve ser aplicada na irrigação.

Sabe-se que ao fazer um manejo de irrigação adequado possibilita-se que as plantas se desenvolvam em sua plena capacidade e, adicionalmente, se assegura que não haja a lixiviação de nutrientes, arrastados por aplicações excessivas de água, que percola e alcança profundidades superiores à do sistema radicular.

Para a questão “quando irrigar?” a resposta correta é o momento no qual as raízes das plantas começam a ter dificuldades para absorver a água do solo, de modo que

Capítulo 1 Aspectos gerais este tornando-se mais seco, a produtividade da cultura seria prejudicada. Em outras palavras, a irrigação deve ser feita quando a umidade do solo decresce e atinge a tensão crítica da água (Tc) para a planta.

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