EFICIÊNCIA DO USO DA ÁGUA EM UMA CULTURA DE FEIJÃO, SUBMETIDA A DUAS
CONDIÇÕES DE DISPONIBILIDADE HÍDRICA
ANICE GARCIA, ROMISIO G. B. ANDRÉ, NORIVAL IGNÁCIO e CARLOS A. SANTA CÁPITA
FCAV/UNESP -Via de Acesso Rod. Prof. Paulo Donatto Castellane s/n, Jaboticabal - SP
[email protected] e [email protected]
ABSTRACT
This study deals to determine the water stress effect under productivity and water use efficiency for a bean
crop submitted of a distinct water availability. A field experiment was conducted during autumn-winter of 1999, in
the experimental area of Horticulture Department - FCAV/UNESP, São Paulo state - Brazil. Two plots of 27 x 25
meters were used, in one of them the culture was kept without water restriction and in the other one it was
submitted to water stress. The water stress was detected by water balance, and the total evapotranspiration in
stressed plot was 64% of the evapotranspiration in unstressed plot, showed that water stress affected the water
extraction by roots, and the evapotranspiration. The water use efficiency was 28% lesser in stressed plot than
unstressed one, and productivity was 48% lesser in stressed plot than unstressed one.
INTRODUÇÃO
A produção de feijão na região centro-sul do Brasil, está concentrada em 3 safras: a primeira safra ou
feijão das águas, cujo plantio ocorre no período de setembro a outubro, a segunda safra ou feijão da seca, com
plantio entre janeiro e fevereiro e a terceira safra ou feijão de inverno, com plantio concentrado em maio e junho.
Devido à época de plantio, das três safras, a terceira, é a que mais necessita de irrigação como suplementação das
necessidades hídricas da cultura (ROSTON & BULISANI, 1988).
Assim, um monitoramento efetivo da irrigação é importante na produção da agricultura irrigada,
especialmente nas decisões relacionadas para maximizar a produção em áreas onde o suprimento de água através da
irrigação é limitado. Para tanto, há necessidade de se conhecer, para cada fase do ciclo da cultura, a dinâmica da
água, isto é, contabilizar as perdas e ganhos, através do balanço hídrico, com o intuito de otimizar a produtividade.
Este trabalho teve por objetivo avaliar o efeito do estresse hídrico sobre a produtividade e a eficiência no
uso da água para uma cultura de feijão, submetida a duas condições de disponibilidade hídrica.
MATERIAL E MÉTODOS
O ensaio foi conduzido durante a estação outono-inverno de 1999, na Área Experimental do
Departamento de Horticultura da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias de Jaboticabal - UNESP - Câmpus
de Jaboticabal, com latitude de 21015’22”S, longitude de 48018’58”W e altitude de 595 metros.
O solo do local é caracterizado como Latossolo Roxo eutrófico e suas características químicas e físicas
foram avaliadas, anteriormente à instalação do experimento.
O clima, segundo a classificação de Köppen, é do tipo subtropical com inverno seco (Cwa), com
precipitação média anual de 1400 mm, temperatura média anual de 22oC e umidade relativa média do ar de 70%.
A cultura estudada foi o feijão (Phaseolus vulgaris L.) cultivar IAC-Carioca. A semeadura foi realizada
no dia 24/05/99. Cada parcela compreendeu uma área de 27 x 25 m, constituindo-se de 42 linhas de 25 m de
comprimento e espaçadas de 0,60 m entre linhas e 0,10 m entre plantas. Em cada uma das parcelas foi realizado um
tratamento de irrigação, sendo que em uma parcela a cultura foi mantida sem restrição de umidade (ANE), e na
outra, a cultura foi submetida a situações de estresse hídrico através da supressão da irrigação (AE).
A adubação de plantio foi baseada na análise química de solo, sendo adicionado 150 kg/ha de adubo na
formulação 4-14-8.
A prevenção contra mosca branca constou do tratamento de sementes, realizado imediatamente antes da
semeadura, com um inseticida imidacloprid na dose de 0,2 kg pc/100 kg de sementes e aplicações semanais com
inseticida metamidofós a dose de 1 l pc/ha, até o florescimento.
A caracterização fenológica do feijoeiro, baseada em metodologia proposta por PORTES (1981) e CIAT
(1983), encontra-se esquematizada na Tabela 1.
228
Tabela 1.Caracterização fenológica do feijoeiro cv. IAC-Carioca, submetido as duas condições de disponibilidade
hídrica (AE e ANE).
Período
Germinação
Florescimento
Enchimento de grãos
Maturação
ANE
04.06.99
22.07.99
10.08.99
27.08.99
AE
04.06.99
22.07.99
07.08.99
23.08.99
Foi efetuada uma capina manual nas parcelas 3 dias após a emergência e, 28 dias após a emergência, foi
aplicado o herbicida graminicida sistêmico seletivo Robust (Zeneca) (p.a.: fluazifop-P-butil e fomesafen) na dose
de 1l/ha.
O sistema de irrigação adotado foi o de aspersão, sendo utilizados aspersores do tipo ZE-30, da Asbrasil,
com bocais de 4,0 mm de diâmetro, em um espaçamento de 12 x 12 m, operados com 250 kPa de pressão,
resultando uma taxa de precipitação de 7 mm/h. A homogeneidade na irrigação de cada parcela foi testada, durante
as primeiras irrigações, utilizando-se 24 pluviômetros por parcela, distribuídos aleatoriamente.
As taxas de irrigações, foram baseadas no cálculo da Evapotranspiração máxima (ETM), com dados
de evaporação do tanque Classe A situado no Estação Agroclimatológica da FCAV-UNESP a cerca de 1 km de
distância do local do experimento, utilizando-se a seguinte metodologia:
ETo = ECA. kp
(1)
(2)
ETM = ETo . kc
onde ETo é a evapotranspiração de referência diária (mm/dia); ECA é a evaporação do tanque Classe A (mm/dia),
ETM é a evapotranspiração máxima (mm/dia), kc é o coeficiente de cultura e kp é o coeficiente de tanque.
Os valores de kc utilizados foram os obtidos por SANTOS & ANDRÉ (1992) , para os diversos estádios
fenológicos da cultura do feijoeiro.
Foram montadas 3 baterias de tensiômetros em cada parcela, sendo que cada uma constava de
tensiômetros instalados nas profundidades de 20, 40 e 60 cm. Os dados obtidos através dos tensiômetros foram
utilizados com a finalidade de acompanhar a umidade do solo e permitir o cálculo da drenagem profunda nas
estimativas do balanço hídrico.
O potencial matricial da água no solo, em cm de coluna de água, foi obtido através da equação :
Ψm = -12,6h + h1 + h2
(3)
onde:
Ψm = potencial matricial da água no solo (cm coluna d'água).
h = altura de coluna de mercúrio no tubo de vidro (cm)
h1 = altura do nível de mercúrio na cuba em relação à superfície do solo (cm)
h2 = profundidade onde localiza-se a porção mediana da cápsula do tensiômetro (cm)
O déficit hídrico foi imposto à parcela estressada (AE), por supressão da irrigação, durante os seguintes
estádios fenológicos: florescimento, de 16/07/99 até 29/07/99 e enchimento de grãos, de 04/08/99 até 21/08/99.
Após cada período de estresse, voltou-se a irrigar as duas parcelas, sendo que a quantidade de água aplicada em
ambas as parcelas, foi baseada na necessidade de irrigação da parcela não estressada (ANE).
Antes da instalação do experimento foram coletadas amostras de solo indeformadas do local do ensaio a
fim de serem realizadas as análises de densidade aparente, umidade de saturação, na capacidade de campo (CC) e
no ponto de murcha permanente (PMP), para cálculo do armazenamento máximo, na capacidade de campo e no
ponto de murcha permanente, respectivamente (Tabela 2).
Tabela 2. Teores de umidade de saturação (θs), na capacidade de campo (θ(CC)), no ponto de murcha permanente
(θ(PMP)) e densidade aparente do solo da área experimental.
Prof.
Umidade (cm3/cm3)
Densidade
cm
g/cm3
θs
θ (CC)
θ (PMP)
0-20
0,504
0,392
0,273
1,25
20-40
0,540
0,411
0,259
1,19
40-60
0,555
0,381
0,236
1,10
229
Multiplicando-se esses valores de umidade pelas profundidades respectivas do perfil e somando-se, obtêmse o armazenamento máximo de água no solo, o armazenamento na capacidade de campo e no ponto de murcha
permanente, respectivamente. Assim, o armazenamento máximo de água no solo era de 264,3 mm; na capacidade
de campo, era de 197,3 mm e no ponto de murcha permanente, 128,0 mm. O perfil tinha, portanto, uma
capacidade de água disponível (CAD) da ordem de 69,3 mm até a profundidade de 50 cm. Segundo metodologia
proposta por VILLA NOVA & SCARDUA (1984) determinou-se, também, o valor da “água disponível” (AD)
ou seja, qual a fração “p” da CAD que deverá ser utilizada pela cultura antes de se configurar uma deficiência de
água, que foi de 0,65, isto é, a AD foi de 45,0 mm, e consequentemente, o armazenamento passa a ser crítico
quando a água no solo diminuir de 152,3 mm.
A retirada de amostras de solo para a determinação do teor de umidade, foi realizada com intervalos de 7 a
14 dias. As amostras foram retiradas, com o auxílio de um trado, com 3 repetições por parcela, nas profundidades
0 a 10, 10 a 20, 20 a 40 e 40 a 60 cm. As amostras, acondicionadas em latas de alumínio de taras conhecidas, foram
levadas ao laboratório, pesadas (peso úmido) e colocadas em estufa a 105oC até peso constante (±48 horas),
obtendo-se então o peso seco. Assim, multiplicando-se o valor de umidade encontrado, pela densidade (Tabela 2),
pode-se determinar a umidade do solo (θ, em cm3/cm3) para cada camada.
O balanço hídrico é a contabilidade de todas as adições e retiradas de água que realmente ocorrem em uma
área utilizada na produção agrícola. A equação do balanço é:
P + I - ET - Esc - D + Asc = ∆AL
(4)
onde P é a precipitação (mm), I é irrigação, (mm) ET é a evapotranspiração(mm), Esc é o escoamento superficial
(mm), D é a drenagem profunda (mm), Asc é a ascensão capilar (mm) e ∆AL é a variação no armazenamento de
água no perfil de solo considerado (mm).
Os valores de precipitação pluviométrica foram obtidos na Estação Agroclimatológica da FCAV/UNESP.
O cálculo do armazenamento de água no solo durante o experimento, foi realizado através da equação:
Α = θ1L1 + θ2L2+ θ3L3+ θ4L4.
(5)
onde, θ1, θ2, θ3 e θ4 são as umidades volumétricas do solo à L1, L2, L3 e L4 cm de profundidade, respectivamente.
Considerou-se, para fins de cálculo, um perfil de 50 cm, já que cerca de 94% das raízes do feijoeiro,
quando completamente desenvolvido, encontram-se até essa profundidade (OLIVEIRA & SILVA, 1990).
A drenagem profunda ou ascensão capilar foram obtidas utilizando-se valores de potencial matricial,
calculado com as medidas dos tensiômetros instalados a 40 cm e 60 cm de profundidade, e os valores de
condutividade hidráulica da camada de 40-60 cm de profundidade.
Um fluxo de água no solo q, dado em mm/dia, integrado sobre um período de n dias, resulta em um total de
água no solo dado em milímetros. O fluxo de água é descrito pela equação de Darcy :
q = − k (θ ).gradΨ
(6)
onde k(θ) é a condutividade hidráulica (mm/dia); e grad Ψ é o gradiente de potencial total (potencial matricial mais
potencial gravitacional), ambos à profundidade L.
A condutividade hidráulica do solo foi calculada baseada na equação obtida por CORSINI (1976), para um
latossolo roxo, em função da densidade do solo:
para densidade de 1,10 g/cm3
k(θ)= 0,610042∗θ
θ 9,984125
(7)
em que, K(θ) é dado em cm/min.
Posteriormente calculou-se a drenagem, através da média dos fluxos no intervalo de tempo (∆t).
D = q ∆t
(8)
Quando D é negativo, ocorre drenagem e quando D é positivo , ocorre ascensão capilar.
O escoamento superficial foi calculado, utilizando-se valores de armazenamento máximo e armazenamento
atual (equação 5). O armazenamento máximo de água no solo obtido com dados da Tabela 2 foi 264,3 mm. Deste
valor subtraiu-se o valor de armazenamento atual calculado para cada período de amostragem do solo. Da diferença
230
obtida, subtraíram-se as taxas de irrigação mais precipitação do período. Para um resultado positivo não houve
escoamento, e para um resultado negativo, houve escoamento, e o valor obtido foi a quantidade de água escoada.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
mm
Os dados referentes aos totais e data de ocorrência da precipitação, bem como da irrigação realizada, em
cada parcela experimental, durante o experimento, podem ser observados na Figura 1.
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
39
42
45
48
51
54
57
60
63
66
69
72
75
78
81
84
87
90
93
96
Dias após a emergência
P
ANE
AE
Figura 1. Precipitação e irrigação durante o ciclo vegetativo da cultura de feijão, submetido a duas condições de
disponibilidade hídrica.
O período considerado para o cálculo do balanço hídrico foi de 16/06 (12 DAE) a 08/09 (96 DAE). Nas
Tabelas 3 e 4, encontram-se os componentes do balanço hídrico avaliados durante 84 dias, nas parcelas AE e ANE,
respectivamente, para os períodos considerados, variáveis entre 6 e 14 dias.
Tabela 3. Balanço hídrico de campo, realizado com dados de precipitação (P), irrigação (I), drenagem (D),
armazenamento (A), variação no armazenamento (∆A), escoamento superficial (E), evapotranspiração
(ET) e evapotranspiração diária (ET/dia), em uma cultura de feijão na AE.
períodos
16-25/6
26/6-2/7
3-8/7
9-15/7
16-23/7
24/7-1/8
2-13/8
14-20/8
21-26/8
27/8-8/9
totais
P
I
D
A
E
ET
ET/dia
∆A
------------------------------------------------ mm -----------------------------------------------15,40
14,00
-1,31
160,30
15,00
0,00
13,09
1,31
4,10
21,00
-1,04
155,30
-5,00
0,00
29,06
4,15
1,10
21,00
-0,74
154,20
-1,10
0,00
22,46
3,74
0,00
24,00
-0,74
159,48
5,28
0,00
17,99
2,57
0,00
0,00
-0,51
118,28
-41,20
0,00
40,69
5,09
0,90
21,00
-0,05
125,85
7,58
0,00
14,27
1,43
0,00
21,00
-0,07
121,63
-4,23
0,00
25,16
2,29
0,00
0,00
-0,06
113,70
-7,92
0,00
7,86
1,12
0,00
42,00
-0,08
118,33
4,62
0,00
37,29
6,22
0,00
28,00
-0,09
108,25
-10,08
0,00
37,99
2,92
21,50
192,00
-4,70
-37,05
231
0,00
245,85
Tabela 4. Balanço hídrico de campo, realizado com dados de precipitação (P), irrigação (I), drenagem (D),
armazenamento (A), variação no armazenamento (∆A), escoamento superficial (E), evapotranspiração
(ET) e evapotranspiração diária (ET/dia), em uma cultura de feijão na ANE.
períodos
16-25/6
26/6-2/7
3-8/7
9-15/7
16-23/7
24/7-1/8
2-13/8
14-20/8
21-26/8
27/8-8/9
totais
P
I
D
A
E
ET
ET/dia
∆A
------------------------------------------------ mm -----------------------------------------------15,40
14,00
-1,43
164,45
12,20
0,00
15,77
1,58
4,10
21,00
-0,97
160,80
-3,65
0,00
27,78
3,97
1,10
21,00
-0,90
166,30
5,50
0,00
15,70
2,62
0,00
24,00
-1,33
171,00
4,70
0,00
17,97
2,57
0,00
43,00
-1,10
165,23
-5,77
0,00
47,67
5,96
0,90
42,00
-0,69
156,40
-8,83
0,00
51,03
5,10
0,00
63,00
-0,93
157,08
0,67
0,00
61,40
5,58
0,00
49,00
-0,54
164,98
7,90
0,00
40,56
5,79
0,00
42,00
-1,09
159,90
-5,07
0,00
45,98
7,66
0,00
56,00
-2,61
152,90
-7,00
0,00
60,39
4,65
21,50
375,00
-11,59
0,65
0,00
384,26
Verifica-se que os valores de armazenamento na parcela estressada, a partir do dia 16/7 (início do
estresse), mantiveram-se sempre abaixo da armazenamento crítico (152,3 mm), indicando que a cultura esteve em
condições de estresse hídrico.
O início do estresse deu-se de 16/7 até 29/7, quando então realizaram-se duas irrigações (29/07 e 02/08) e
reiniciou-se outro ciclo de estresse, que se estendeu até o dia 21/08.
Na parcela não estressada (AE), a variação de armazenamento de água no solo, apresentou uma oscilação
de -41,20 a +15,00 mm. A variação de armazenamento nesta parcela apresenta, quase sempre, valores negativos, o
que significa que a saída de água por evapotranspiração e drenagem foi maior que as entradas por irrigação e
chuva. Durante todo o ciclo da cultura, houve uma perda total de 37,05 mm de água no perfil. Na parcela não
estressada (ANE), a variação de armazenamento de água no solo, apresentou uma oscilação de -8,83 a + 12,20 , o
que mostra que, em alguns períodos, ocorreu perda de água, isto é, seu consumo pela cultura foi superior à
quantidade aplicada (P+I) e a variação total de água no solo foi positiva (0,65 mm), isto é, havia água disponível no
solo.
O total de água aplicado, durante o período considerado no balanço hídrico, foi de 192,00 mm na AE
representando 48% do total aplicado na ANE (375 mm) para o mesmo período. Foram feitas algumas irrigações
anteriores ao período considerado no balanço, para permitir um completo estabelecimento da cultura no campo.
Quanto à precipitação, no período experimental foram registrados 21,50 mm, com totais maiores entre os
16-25/6.
Os valores totais de drenagem profunda obtidos (-4,70 mm (AE) e -11,59 mm (ANE)), representam
apenas 2,4% e 3,1% do total de água aplicado por irrigação, respectivamente, evidenciando seu correto manejo.
A evapotranspiração total acumulada na ANE foi de 384,26 mm no período. A evapotranspiração diária
vai de valores médios de 3,34 mm/dia durante a fase de desenvolvimento vegetativo (16/6-15/7) aumentando no
estádio de florescimento (16/7-1/8) a valores médios de 5,34 mm/dia e atingindo valores máximos de 6,73 mm/dia
no estádio de enchimento de grãos (2/8-26/8), diminuindo então a valores de 4,65 mm/dia no estádio de maturação,
valores semelhantes aos observados por STEINMETZ (1997) que foram de 3,4 mm/dia até o início da floração, 6,0
m/dia até o final da floração (enchimento de grãos) e de 4,7 mm/dia até a maturação.
A evapotranspiração total acumulada na parcela estressada foi de 245,85 mm, no período. A
evapotranspiração diária apresenta valores médios de 3,37 mm/dia durante o estádio de desenvolvimento
vegetativo (16/6-15/7), valor semelhante à parcela não estressada, já que o estresse ainda não havia sido imposto.
Diminui, devido ao estresse hídrico, a valores médios de 1,86 mm/dia (35% do valor correspondente na ANE)
durante o estádio de florescimento (16/7-1/8), atingindo 3,67 mm/dia durante o estádio de enchimento de
grãos (2/8-26/8) (58% do valor correspondente na ANE), e valores de 2,92 mm/dia durante o estádio de
maturação (63% do valor correspondente na ANE).
A Figura 2 mostra o comportamento da evapotranspiração da cultura durante o ciclo da cultura, para as
duas condições de disponibilidade hídrica.
232
ETc (mm/dia)
10
8
6
4
2
0
25/jun
02/jul
08/jul
15/jul
23/jul
01/ago
13/ago 20/ago
26/ago
08/set
data
AE
ANE
Figura 2. Evapotranspiração média diária durante o desenvolvimento da cultura do feijão, para duas condições de
disponibilidade hídrica.
Pode-se notar que, de um modo geral, há maior consumo de água, na parcela não estressada (ANE),
durante os períodos de estresse, sendo que as irrigações realizadas entre os dois períodos de estresse não foram
suficientes para a recuperação da evapotranspiração da cultura. Isto é explicado também, pelo fato de que as
irrigações foram baseadas na necessidade hídrica da parcela não estressada. A tendência apresentada na ANE foi do
consumo de água aumentar com o desenvolvimento da cultura, atingindo valores máximos durante a fase
reprodutiva da cultura, quando comparada com a fase vegetativa.
Essa tendência é semelhante à observada, para feijoeiro, por CALVACHE et al. (1998), e, segundo esses
autores, ocorre devido ao fato de que a água é o meio de transporte dos fotossintatos da fonte (folhas e raízes) ao
sumidouro (grãos) sendo que, na época reprodutiva, esta atividade é máxima.
Em termos gerais, a evapotranspiração total da parcela estressada correspondeu a 64% da
evapotranspiração total da parcela não estressada, indicando que o estresse hídrico afeta a extração da água do solo
pelas raízes, e consequentemente, a evapotranspiração da cultura.
A Tabela 5 mostra os dados de produtividade e outros parâmetros de produção durante o experimento.
Tabela 5. Produtividade (kg/ha) e parâmetros de produção, de plantas de feijão, submetidas a duas condições de
disponibilidade hídrica, durante o experimento de 1999.
F
AE
ANE
F (Trat.)
CV (Trat.)
Produtividade
vagens/planta
(kg/ha)
1563,2
18,01
3335,2
34,11
159,09 *
17,25 *
9,07
vagens chochas/planta
grãos/vagem
P100
0,67
0,96
2,05 ns
5,23
5,49
2,01 ns
20,67
20,14
2,66 ns
35,03
5,28
6,65
23,52
Houve uma redução de 46,8% na produtividade das plantas pertencentes à AE quando comparada com a
da ANE. O número de vagens por planta também foi significativamente menor (52,8%), porém não houve efeito
sobre o número de vagens chochas por planta, no número de grãos por vagens e no peso de 100 sementes.
Resultados semelhantes também foram observados por WEAVER et al. (1984), em que, para uma diminuição do
potencial da água no solo de -50 a -100 kPa houve uma redução do número de vagens e sementes por planta e da
produção total de grãos por planta de 20% a 40%; mas que o número de sementes por vagem e o peso de 100
sementes não foi reduzido. RAMOS & OROSCO (1988) também observaram uma redução da produção nas
plantas de feijão submetidas ao déficit hídrico, em decorrência da diminuição do número de grãos, e não
observaram diminuição no peso dos grãos. FOLEGATTI (1988) observou que o número de grãos por vagem
não foi afetado pelas diferentes lâminas de água, mas o número de vagens por planta foi maior no tratamento com
maior lâmina de irrigação, embora o número de vagens chochas também tenha sido maior nesse tratamento.
Considerou-se a eficiência de uso da água pela cultura (EUA) como a razão entre o valor do rendimento em
grão e a quantidade de água consumida no processo de evapotranspiração. Os resultados referentes à eficiência no
uso da água (EUA) (g grãos / kg água) encontram-se na Tabela 6.
233
Tabela 6. Evapotranspiração da cultura (ETc), produtividade e eficiência no uso da água (EUA) para a cultura do
feijoeiro cv. IAC-Carioca .
Parcela
ETc
(kg/m2)
AE
ANE
245,85
384,26
Produtividade
(g/m2)
156,32
333,52
EUA
(g grãos/kg H2O)
0,63
0,87
Observa-se que, a eficiência no uso da água foi menor na AE do que na ANE. Uma diminuição de 28%
na eficiência do uso da água correspondeu a redução de 47% na produtividade das plantas.
A menor eficiência no uso da água, observada na parcela estresssada, associada à sua menor
produtividade, denotam o estresse hídrico sofrido pelas plantas dessa parcela.
CONCLUSÕES
O estresse hídrico imposto à cultura foi detectado pelo balanço hídrico sendo que a evapotranspiração
total da parcela estressada correspondeu a 64% da evapotranspiração total da parcela não estressada, demonstrando
que o estresse hídrico afeta a extração da água do solo pelas raízes, e consequentemente, a evapotranspiração da
cultura.
A eficiência no uso da água foi 28% menor na parcela estressada, o que correspondeu a uma diminuição
de 48% na produtividade desta parcela, sendo que essa diminuição foi função da diminuição do número de vagens
por planta.
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