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

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

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A quantidade correta (“quanto irrigar?”) por sua vez, depende das características de retenção de água do solo, da profundidade efetiva do sistema radicular e da tensão crítica de água (Tc) para as plantas.

Dentre os vários métodos de manejo de irrigação disponíveis, aqueles que se fundamentam na avaliação da umidade volumétrica, ou por unidade de matéria seca do solo, e os métodos tensiométricos. são os de aplicação mais direta, e os mais fáceis. Porém, são métodos que exigem boa amostragem, efetuadas em vários pontos, em profundidade adequada.

Os métodos micrometeorológicos, por outro lado, fazem amostragens que usualmente são aplicáveis em áreas mais amplas, desde que uniformes. Estes métodos no entanto são menos eficientes e não possibilitam um ajuste tão exato da quantidade de água que deve ser aplicada na irrigação quanto os métodos tensiométricos de manejo de irrigação. Adicionalmente, no manejo com métodos micrometeorológicos há necessidade de se utilizar também de métodos para avaliar periodicamente a umidade do solo ou ainda fazer medições de variáveis biológicas como a tensão da água na folha ou da abertura estomática, para que o agricultor tenha segurança e saiba que suas plantas não estão perdendo produtividade por causa de estresse hídrico.

Dentre os métodos de manejo de irrigação mais eficientes para aproveitar ao máximo a água disponível estão os métodos tensiométricos, e entre estes pode-se citar o tensiômetro comum e o Irrigas. A razão disso é que a tensão da água no solo próximo as raízes é uma medida da dificuldade da planta para absorver cada volume unitário de água do solo. Um solo arenoso, com um teor volumétrico de água de 10%, por exemplo, pode conter muita água, facilmente disponível para a planta, enquanto um solo argiloso com esta mesma umidade volumétrica praticamente não teria água facilmente disponível para as plantas.

Para um bom manejo de irrigação com sensores pontuais de tensão de água, como o Irrigas, ou de umidade como o TDR (Time Domain Reflectometry), por exemplo, os sensores precisam ser instalados de modo que possam amostrar adequadamente a tensão da água no solo. Para que a amostragem seja satisfatória, sensores em número suficiente precisam ser apropriadamente instalados para se estimar qual é a umidade no solo visto que “A localização de estações de sensores no campo aparece como um primeiro problema no monitoramento do estado da água no solo, uma vez que o número de sensores disponíveis é normalmente pequeno em relação a área irrigada” (Coelho et al., 1995).

O baixo custo, a facilidade de leitura, e o fato de ser um sensor robusto, que não precisa de manutenção, tornam o Irrigas o sensor de escolha, seja para manejo de irrigação com leitura manual, seja para manejo de irrigação

Capítulo 1 Aspectos gerais automatizado. E a razão disto é que não é difícil adquirir e ler um número adequado de sensores Irrigas, necessários em cada aplicação de manejo de irrigação.

Escolha dos sensores Irrigas

O estado da água no solo pode ser avaliado com o

Irrigas de maneira discreta como colocado acima ou de maneira contínua, entre zero e a tensão crítica de água na qual o sensor se torna permeável ao ar.

Para adquirir sensores Irrigas, deve-se fazê-lo de acordo com a faixa de tensão de água adequada para o crescimento irrestrito de um determinado cultivo (Fig. 1.2). As tensões de água que costumam ocorrer quando se controla desta forma variam, tipicamente, entre a tensão crítica de água na qual a irrigação deve ser realizada (Tc) e valores de tensão de água (transitórios) abaixo da capacidade de campo (Fig. 1.2).

O Irrigas é atualmente comercializado com diferentes tensões críticas, por exemplo 10, 25, 40 kPa. Quanto ao uso, por exemplo, o Irrigas de 10 kPa se presta principalmente para o manejo de irrigação de plantas cultivadas em substratos e em solos muito arenosos. O Irrigas de 25 kPa é muito utilizado para o manejo de irrigação da maioria das culturas, hortaliças, frutas e até de grandes culturas, em solos de textura média a argilosa. O Irrigas de 40 kPa, por outro lado é recomendado para cultura mais tolerantes ao déficit de água, especialmente quando cultivadas em solos argilosos, que retém a água mais fortemente.

Instalação do Irrigas

Para utilizar o Irrigas adequadamente é necessário instalar as cápsulas porosas em posição compatível com a profundidade efetiva das raízes. Para isto é necessário que se conheça a profundidade das raízes da planta. Isso pode ser feito observando tabelas com profundidades estimadas (Marouelli et al, 2001) ou in situ, escavando-se até uma profundidade igual ou um pouco maior que a profundidade das raízes das plantas.

Sabendo-se a profundidade do sistema radicular, as covas para a instalação do sensor Irrigas são feitas. Estas curvas podem ser feitas com auxílio de ferramentas como pá, cavadeira ou trado. A distância horizontal entre a planta e o centro da cova deve ser 1/3 a 1/2 da profundidade efetiva das raízes, onde o sensor Irrigas estará sendo instalado. A denominada profundidade efetiva das raízes é a camada de solo contada a partir da superfície, onde se concentram-se cerca de 80 % das raízes da planta. Posicionado o Irrigas, retorna-se solo para a cova pressionando-o, com as mãos para propiciar intimo contato e uma compactação similar ao solo ao redor.

Na figura 1.5 mostra-se uma curva no tubo flexível do Irrigas, este detalhe que também tem sido utilizado na instalação de outros sensores, como os sensores eletrométricos de Bouyoucos feitos de blocos de gesso.

Capítulo 1 Aspectos gerais

Este detalhe, usualmente impossível de ser considerado nos tensiômetros comuns de haste rígida, assegura que água da chuva ou a própria água de irrigação não escorra para a cápsula porosa através do tubo. Os sensores Irrigas assim instalados são denominados de “sensores raiz”. A irrigação é feita quando o solo ao redor dos “sensores raiz” “seca” e a tensão da água se tona maior que a tensão crítica do sensor Irrigas utilizado.

A quantidade ou lâmina de água a ser aplicada é aquela necessária para levar a umidade do solo da tensão crítica (Tc) à capacidade de campo.

Para conferir se a lâmina de irrigação aplicada é adequada, insuficiente ou excessiva, deve-se adicionalmente instalar os denominados sensores Irrigas limite ou sensores Irrigas de controle. Estes sensores são instalados na profundidade onde já se torna difícil observar a presença de raízes das plantas. Idealmente a quantidade de irrigação deve ser tal que apenas metade dos “sensores limite” dêem resposta “úmido”, algumas horas após a irrigação. Isto é importante porque a água que escoa para baixo da profundidade das raízes não pode ser absorvida e por isto é considerada como perda, além de causa lixiviação de nutrientes.

Tipicamente, os “sensores raiz” são instalados na metade da profundidade do sistema radicular e os “sensores limite” na profundidade limite do sistema radicular. Para hortaliças, em particular, e culturas anuais como o feijoeiro os “sensores raiz” são instalados, em geral, entre 10 e 25 cm.

Quando se usa os sensores em pares ou baterias, então, convém usar rótulos de cores diferentes. Assim, sensores com rótulo vermelho poderiam ser os “sensores limite”, utilizados para ajustar a lâmina de irrigação, enquanto os sensores com rótulo verde seriam os “sensores raiz”, utilizados para determinar o momento da irrigação.

Após concluir a instalação dos sensores Irrigas é conveniente marcar o local com uma estaca visível, para facilitar a monitoração dos sensores. Em outras palavras, os sensores são instalados como uma estação de controle de irrigação, com vários sensores em uma pequena região representativa e de fácil acesso no cultivo. O tubo flexível de cada Irrigas é, então, preso a uma cuba (Fig. 1.5), mantida de boca para baixo, ou então é ligada a um sinalizador de irrigação que será descrito posteriormente. Para uso com outros dispositivos modernos de leitura, o tubo do sensor Irrigas pode também simplesmente ser tampado com uma capa para que a água da chuva não entre no interior da cápsula porosa do Irrigas.

Adicionalmente, não se deve esquecer que durante o desenvolvimento das plantas as raízes se aprofundam no solo, progressivamente. Em conseqüência, pode ser necessário reinstalar os sensores em profundidade maior. Desse modo aplicam-se lâminas de irrigação maiores que possibilitam às raízes explorar elementos nutritivos dissolvidos na solução contida em uma camada mais ampla do solo. Esta reinstalação pode ser feita quando a planta atinge 35% a 40% de sua idade fenológica.

Capítulo 1 Aspectos gerais

Sensores, sulcos, gotejamento e “mulching”

Na irrigação por sulcos ou gotejamento os sensores

Irrigas podem ser instalados na linha ou paralelamente à linha das plantas. A distância horizontal entre o sensor e a linha de emissão de água (gotejadores ou sulco) também deve ser de aproximadamente 1/3 da profundidade das raízes da planta. Convém que as distâncias horizontais entre o sensor e a planta e entre o sensor e a linha de emissão de água sejam aproximadamente iguais.

Nos solos em que o “mulching” é uma cobertura de plástico, os sensores Irrigas devem, preferencialmente, ser instalados antes da aplicação do filme plástico. Contudo, caso tenham de ser instalados, posteriormente, então vedase bem o corte do plástico para que não entre água de chuva no local das cápsulas porosas. Os tubos dos sensores Irrigas devem atravessar o mesmo orifício usado pelo caule da planta.

Número de sensores

Num campo homogêneo deve-se instalar menos três pares de cápsulas de Irrigas (Fig. 1.6), visto que o solo em locais com baixa densidade de raízes permanece úmido por longo tempo, e o solo em regiões com elevada densidade de raízes seca mais rapidamente. Em geral, o uso de um único sensor tensiométrico, seja este o Irrigas ou um tensiômetro comum, é uma amostra insuficiente, visto que não há como se ter certeza sobre a densidade de raízes e sobre outros fatores que afetam a uniformidade da distribuição da água no solo ao redor de qualquer sensor pontual de irrigação.

Leitura do Irrigas e o momento da irrigação

A leitura dos sensores Irrigas deve ser feita, preferencialmente, toda manhã e, em culturas sensíveis ou em solos arenosos, pelo menos duas vezes ao dia. A irrigação poderá ser aplicada quando metade dos “sensores raiz” apresentarem leitura “seco” ou “aberto”. A irrigação deve ser aplicada ainda que os sensores “sensores limite” apresentem leitura de “úmido”.

É interessante que seja feito um registro das leituras dos sensores no tempo, inclusive com anotação de chuvas, para futuras consultas. Por exemplo, se não tem havido chuvas e ainda assim a maioria dos “sensores limite” estão se mantendo com resposta “úmido”, então, muito provavelmente a lâmina de irrigação que vem sendo aplicada está excessiva e deve ser diminuída.

Para facilidade de leitura, dois ou mais sensores

Irrigas (raiz) as vezes são ligados em paralelo a um único tubo para tornar a leitura dos sensores raiz mais rápida.

Cuidados

Após o uso em uma cultura, os sensores Irrigas devem ser muito bem lavados usando apenas água e uma esponja abrasiva macia. Adicionalmente, antes de uma nova instalação os sensores Irrigas precisam ser testados para verificar se não foram danificados por animais, no transporte ou por manuseio rude. O teste de vazamento é a principal forma de verificar se o Irrigas funcionado bem. Para esse

Capítulo 1 Aspectos gerais teste deve-se, mergulhar completamente a cápsula porosa do Irrigas em água por cerca de meio minuto e fazer uma leitura de umidade. Se a resposta for “úmido” o sensor presumivelmente está bom para ser reinstalado.

Neste capitulo o uso do sistema Irrigas foi introduzido juntamente com noções básicas de manejo de irrigação das plantas.

Parte 1 Fundamentos e aplicações

CAPÍTULO 2

FUNDAMENTOS Adonai Gimenez Calbo & Washington L.C. Silva

Recentemente, um novo sistema para manejo de irrigação foi desenvolvido, patenteado e licenciado pela Embrapa (Calbo & Silva, 2001). Este sistema, denominado Irrigas, é simples, de baixo custo, confiável e requer pouca ou nenhuma manutenção. O Irrigas consiste de uma cápsula porosa, que é o sensor, conectada a um dispositivo de pressurização de ar e medição, o qual em versões muito simples pode ser uma pequena cuba transparente conforme está ilustrado na figura 2.1. Em solo úmido, os poros da cápsula porosa impregnam-se de água e é necessário pressão para forçar a passagem de ar através dos poros. Conforme o solo seca, a tensão de água aumenta e a pressão necessária para forçar a passagem de ar através dos poros diminui. Quando a tensão da água no solo se torna maior que a pressão de borbulhamento da cápsula porosa (Td) o ar permeia livremente os poros maiores e a pequena pressão gerada pela imersão da cuba em água já é suficiente para forçar a passagem de ar na cápsula.

Na figura 2.2 ilustra-se a aderência da água às partículas hidrofílicas de um meio poroso em duas dimensões. Considerando que estas partículas estavam inicialmente secas, então, primeiro, a água cobre superfícies hidrofílicas. Segundo, aumentando a disponibilidade, a água enche os pequenos poros entre as partículas sólidas, enquanto volumes gasosos permanecem nos poros maiores. Em estado de equilíbrio, neste caso os meniscos ar/água entre as partículas possuem raio de magnitude r. Adicionando-se ainda mais água ao sistema, o raio de curvatura característico (r) aumenta e em conseqüência os volumes gasosos entre as partículas são reduzidos. Por outro lado, se parte da água é removida do sistema, o raio de curvatura dos meniscos é reduzido e mais volumes gasosos são formados entre as partículas. Esta interpretação é consistente com a teoria capilar da umidade no solo, na qual a tensão da água no solo é relacionada com a tensão superficial da água pela expressão:

T = (2σ cos α )/ r(1)

Onde σ é a tensão superficial da água e α é o angulo de contato (Reichardt, 1985). Em vidro e em outros meios altamente hidrofílicos, especialmente se texturizados (Bico et al., 2002), α é próximo de zero e cosα é um valor próximo de 1,0, o que por conseqüência reduz a equação 1 a T=2 σ/r (Marshall, 1959; Libardi, 1995).

Capítulo 2 Fundamentos

Em uma medição por secagem ou dessorção na cápsula porosa a tensão da água no solo (T), na qual a cápsula porosa do Irrigas começa a ser permeada por gás, pode ser representado pela expressão:

Onde, p é a pressão gasosa aplicada. Similarmente, em um ensaio com umedecimendo da cápsula porosa, a tensão da água no solo pode ser calculada com a expressão:

Onde Ts é a tensão crítica de sorção da cápsula porosa.

Os parâmetros mais importantes para o sensor

Irrigas são Td e Ts, ambos dependentes da tensão superficial da água, dos maiores poros e do ângulo de contato, um valor próximo de zero na cerâmica porosa. A tensão superficial da água é um parâmetro pouco afetado pela temperatura na faixa entre zero e 50 °C (Nobel, 1991). Para usos de maior precisão, pequenas correções de Td e Ts devido a variações de temperatura podem ser efetuadas por proporcionalidade direta com a tensão superficial. Os efeitos da salinidade dos solos sobre a tensão superficial da água são ainda menores que os efeitos da temperatura (Kemper & Amemiya, 1958).

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