CURSO DE COMPROVAÇÃO DE

PERDAS AGRÍCOLAS PARA O SEGURO RURAL,

PROAGRO E PROAGROMAIS

Efeito da água no rendimento das culturas

Prof. Francisco Edinaldo Pinto Mousinho

TERESINA, DEZEMBRO DE 2012

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1. INTRODUÇÃO

A água é indispensável para o desenvolvimento das plantas pois é o principal

componente do tecido vegetal. Em alguns vegetais, como o fruto da melancia e do tomate,

a água chega a representar mais de 98% da sua massa.

De uma maneira geral a resposta das plantas à aplicação de água pode ser representada

conforme a Figura 1, podendo também ser expressa por uma equação denominada função

de resposta ou função de produção da cultura à aplicação de água. Uma determinada

quantidade de água aplicada (Lc) pode não ser suficiente para que a planta complete o seu

ciclo produtivo, e desta forma o seu rendimento seria nulo. À medida que a quantidade de

água aplicada aumenta, a planta vai respondendo positivamente aumentando o seu

rendimento até que se atinja o ponto de máximo rendimento (Ym), alcançado com uma

lâmina de água Lm. A partir deste pondo o aumento da lamina aplicada causa queda no

rendimento da cultura.

Em condições da agricultura de sequeiro, raramente a lâmina aplicada coincide com a

Lm, sendo na maioria das vezes menor que esta. Assim, para lâminas menores que Lm o

rendimento da cultura não será máximo. Para uma lâmina (Lr), menor que Lm, a cultura

não alcançará o rendimento potencial (Ym), proporcionando assim, um rendimento real

(Yr), conforme ilustrado na Figura 1.

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Figura 1 – Representação da resposta produtiva das plantas à aplicação de água

Nas regiões tropicais, a distribuição irregular das chuvas aliada à grande demanda de

água da maioria das culturas, que está diretamente relacionada aos altos níveis de

temperatura do ar e radiação solar, fazem com que em áreas plantadas em que o cultivo não é

irrigado ou até mesmo em função da ocorrência de veranicos em épocas onde a irrigação não

é realizada, ocorram oscilações interanuais no rendimento destas culturas. Assim, em muitas

regiões do Brasil o fator que causa maior variabilidade na produtividade é a disponibilidade

de água no solo (ALFONSI et al., 1987).

A disponibilidade de água no solo está diretamente relacionada à ocorrência de chuvas

ou à prática da irrigação, mas também depende das características físicas do solo. Solos

argilosos com textura mais fina retêm água em maior quantidade que os solos de textura

arenosa, devido à maior área superficial e a poros menores entre partículas (TAIZ & ZEIGER,

1991). À medida que a umidade do solo diminui, a planta tem mais dificuldade em utilizar a

água pois a força de retenção de água pelo solo aumenta, o que contribui para a diminuição da

disponibilidade de água às plantas (BERGAMASCHI, 1992), e quanto maior for a demanda

evaporativa da atmosfera mais elevada será a necessidade de fluxo de água no sistema solo-

planta-atmosfera.

A água disponível às plantas tem uma grande dependência das características de

retenção da água no solo que por sua vez está relacionada às características físicas do solo.

Assim, em solos arenosos a disponibilidade de água as plantas é relativamente menor que em

Ym

Yr

Lc Lm Quantidade de água Lr

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solos com maior teor de argila, o que torna os cultivos realizados nestes tipos de solo mais

susceptíveis ao déficit hídrico.

A capacidade de água disponível no solo (CAD) pode ser definida como a quantidade

máxima de água que o solo pode armazenar na profundidade explorada pelo sistema radicular

da planta, sendo calculada pela expressão:

Z s )U(UCAD PMPCC

em que:

CAD – capacidade de água disponível no solo, mm;

UCC – umidade gravimétrica do solo na capacidade de campo, adimensional;

UPMP – umidade gravimétrica do solo no ponto de murcha permanente, adimensional

- densidade do solo

Zi - profundidade efetiva do sistema radicular, mm.

A CAD varia ao longo do ciclo das culturas em função das características físicas do solo

nas diferentes profundidades e devido ao crescimento do sistema radicular até atingir a

profundidade efetiva. Na Tabela 1 são apresentados os valores de profundidade do sistema

radicular de algumas culturas.

A cultura agrícola tem seu rendimento bastante afetado pela disponibilidade de água no

solo. Deficiências ou excessos de água nas suas diferentes fases de desenvolvimento causam

redução no seu rendimento em diferentes proporções. Plantas que apresentam sistema

radicular superficial, cerca de 0,40m, a redução do conteúdo de água nas camadas

superficiais do solo, causado por pequenos veranicos ou intervalos entre irrigações maiores,

podem ser suficientes para a diminuição da disponibilidade hídrica para a cultura, reduzindo

ou impedindo a absorção de água.

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Tabela 1 – Profundidade do sistema radicular de algumas culturas

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2. BALANÇO HÍDRICO

O balanço hídrico é a contabilização de entradas e saídas de água no solo, através do

qual pode-se determinar a ocorrência de déficit ou excesso de água no solo para a condição

considerada. Em nível de parcela agrícola a utilização do Balanço hídrico de Cultura (BHC)

pode determinar a deficiência relativa de água para a cultura que tem relação direta com a

queda de rendimento da mesma, face a ocorrência de déficit de água no solo. Para situações

práticas, considerando a agricultura de sequeiro, adota-se a simplificação do balanço hídrico

sendo os seus componentes ilustrados na Figura 2. Para a elaboração do BHC utiliza-se a

metodologia proposta por Thornthwaite & Mather (1955).

Figura 2 – Representação esquemática dos componentes do Balanço hídrico de cultura,

em que Pef: precipitação efetiva, ET: evapotranspiração da cultura, ARM: armazenamento

da água no solo

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2.1 Precipitação pluvial efetiva

Como nem toda a precipitação ocorrida em um determinado local torna-se disponível

às plantas, a precipitação efetivamente disponível para as plantas pode ser expressa

através de um percentual da precipitação total. O método da percentagem fixa é definido

como a precipitação efetiva com uma probabilidade de excedência respectiva à

percentagem aplicada, conforme descrevem Sampaio et al. (2000). Assim, de acordo com

as recomendação de Doorenbos e Pruitt (1997), pode-se utilizar a percentagem de 75%,

utilizando a CAD como valor limite da precipitação efetiva, conforme adaptação proposta

em Embrapa (2003), sendo:

CADPt se PtPef iii

CADPt se Pt 0,75Pef iii

em que:

Pefi – precipitação efetiva ocorrida no dia i, L;

Pti – precipitação total ocorrida no dia i, L;

Exemplificando: Se a precipitação total(Pt) em um determinado dia foi de 36mm e a

CAD no solo é de 40mm, então toda e precipitação ficou disponível no solo e desta forma

a precipitação efetiva foi de 36mm. Todavia se em outro dia houve uma precipitação de

50mm (PT > CAD(40mm)) a precipitação efetiva seria 75% da precipitação total o que

resultaria no valor de 37,5mm.

2.2 Evapotranspiração

O termo Evapotranspiração é utilizado para representar o somatório de perdas de água

do solo por evaporação e transpiração dos vegetais nele presentes. A evapotranspiração de

uma determinada cultura representa portanto a quantidade de água necessária para suprir a

demanda evaporativa da água no solo e as necessidades hídricas da cultura. Sua medida se dá

através de equipamentos denominados de lisímetros no qual se faz um balanço de água no

solo contabilizando as entradas e as saídas de forma a se obter a quantidade de água

evapotranspirada.

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A medida da evapotranspiração normalmente é restrita a órgãos de pesquisa face à

necessidade de instalações físicas e equipamento (lisímetros). Como alternativa, a

evapotranspiração pode ser estimada por métodos empíricos que utilizam equações que

relacionam os parâmetros relacionados às condições atmosféricas(Temperatura, umidade do

ar, velocidade do vento, etc.) com a evapotranspiração. Tendo em vista a grande quantidade

de culturas existentes, convencionou-se estimar a evapotranspiração de uma cultura padrão,

de referência. Assim, a evapotranspiração de Referência (ETo) – é a quantidade de água que

seria utilizada por uma extensa superfície vegetada com grama, com altura entre 8 e 15 cm,

em crescimento ativo, cobrindo totalmente a superfície do solo, e sem restrição hídrica.

Dentre os métodos empíricos para a estimativa da evapotranspiração de referência o Método

de Penman-Monteith é o recomendado pela FAO e estima a evapotranspiração a partir de

variáveis agroclimáticas.

A evapotranspiração de referência relaciona-se com a evapotranspiração da cultura

através de um coeficiente de cultivo. O coeficiente de cultivo é obtido experimentalmente em

condições locais, variando com a fase fenológica da planta. Na Figura 3 pode-se visualizar a

variação do Kc de uma determinada cultura ao longo do seu ciclo. Pode-se observar que no

início do desenvolvimento da cultura o seu Kc é baixo, atingindo valores maiores à medida

que a planta atinge a fase de maior demanda de água. Neste exemplo o Kc inicial foi de 0,4,

representando que a evapotranspiração da cultura, nesta fase, é igual a 40% da

evapotranspiração de referência (ETo).

Figura 3 – Representação da variação do coeficiente de cultivo (Kc) em função da fase

fenológica da planta

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Exemplificando: A evapotranspiração de referência estimada pelo método de Penman

Monteith em um determinado dia foi de 5mm. Neste dia uma cultura agrícola plantada neste

local está na fase inicial do seu desenvolvimento e apresenta Kc igual a 0,5. Assim, a

evapotranspiração desta cultura é dada pelo produto entre o coeficiente de cultivo e a

evapotranspiração de referência, sendo, portanto, o valor da evapotranspiração da cultura

igual a 2,5mm

Os valores de Kc para as diversas culturas podem ser obtidos na literatura, sendo

oriundo de pesquisas em diversos locais. Na Tabela 2 são apresentados os valores de Kc por

fase de cultivo para algumas culturas de acordo com DOORENBOS & KASSAM (2000) e a

Tabela 3 apresenta os valores de Kc para algumas culturas obtidas por diversos autores.

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Tabela 2 – Valores de Kc por fase fenológica para diversas culturas

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Tabela 3 Valores de Kc por fase de desenvolvimento para algumas culturas

Fase de desenvolvimento Cultura

I II III IV

Feijão 0,40 0,80 1,20 0,70

Melancia 0,50 0,80 1,05 0,75

Milho 0,40 0,80 1,10 0,85

Maracujá 0,42 0,80 1,12 0,95

Banana 0,65 0,85 1,05 1,05

O conceito de evapotranspiração da cultura (ETc) foi introduzido por Doorenbos &

Pruitt (1997), caracterizando-a como sendo a evapotranspiração de uma cultura agronômica,

livre de doenças, desenvolvendo-se em uma área cultivada de um ou mais hectares, sob

condições otimizadas de solo, incluindo água e fertilidade. Em condições de campo,

especialmente na agricultura de sequeiro, na maioria dos casos ocorre restrição de água.

Assim, o termo Evapotranspiraçao real (ETR) foi introduzido para representar a quantidade de

água realmente utilizada por uma cultura agrícola, porém com ou sem restrição hídrica.

Desta forma a evapotranspiração da cultura seria a evapotranspiração máxima , sendo

evapotranspiração real igual ou menor à evapotranspiração da cultura

2.3 Rendimento das culturas sob condições de déficit hídrico

O déficit hídrico é um dos fatores que afetam a produção agrícola com maior

freqüência e intensidade, influenciando praticamente todos os aspectos relacionados ao

desenvolvimento vegetal, diminuindo a fotossíntese pela redução da área foliar e afetando

vários outros processos, além de alterar o ambiente físico das culturas (FONTANA et al.,

1992). Seus efeitos dependem da sua intensidade, duração, época de ocorrência e da interação

com outros fatores que interferem no rendimento das culturas (CUNHA & BERGAMASCHI,

1999).

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Os efeitos do déficit hídrico são iniciados quando a evapotranspiração supera a taxa de

absorção da água do solo pela cultura, estando associados à redução progressiva da

disponibilidade de água no solo (SILVEIRA & STONE, 2001). A maioria das culturas

apresenta períodos críticos quanto à deficiência hídrica, durante os quais a sua ocorrência

pode causar grandes decréscimos no rendimento. A forma como o déficit hídrico se

desenvolve na planta é bastante complexa pois este afeta todos os aspectos relacionados ao

seu desenvolvimento, sendo que os prejuízos estão diretamente relacionados à sua duração,

severidade e do estágio de desenvolvimento da cultura (FOLEGATTI et al., 1997).

O déficit hídrico, afeta vários aspectos do desenvolvimento das plantas destacando-se

a redução do tamanho das plantas, de sua área foliar e do seu rendimento físico (FARIAS et

al., 2008). INMAN-BAMBER (2004) também ressaltam que o tempo de exposição à seca, ou

seja, a duração do período de déficit hídrico afeta negativamente o crescimento da parte aérea

e a taxa de fotossíntese das plantas. Assim a produtividade das culturas é altamente

dependente das interações entre suas fases fenológicas e as variações inter e intranuais da

disponibilidade de água no solo, que por sua vez, são altamente dependentes das distribuição

temporal e espacial das chuvas.

As plantas de uma maneira geral respondem de forma não linear à variação do

ambiente em que se desenvolvem, principalmente no que se refere às variáveis precipitação e

temperatura (HAMMER et al., 2002). Além disso, a resposta da cultura às variações

ambientais depende do período em que elas ocorrem e da sua intensidade (BATCHELOR et

al., 2002). Quando as necessidades hídricas da cultura são atendidas plenamente, a

evapotranspiração real (ETr) é igual à evapotranspiração da cultura (ETc) resultando em um

rendimento potencial da cultura. Todavia, quando o suprimento é insuficiente tem-se que a

evapotranspiração real da cultura é menor que a evapotranspiração máxima e a perda de

produtividade é proporcional ao estresse hídrico sofrido pela cultura.

DOORENBOS & KASSAM (2000) expressaram a sensibilidade das culturas ao

déficit hídrico através de um fator de sensibilidade das culturas ao déficit hídrico (ky)

correlacionando a queda de rendimento com o déficit de evapotranspiração relativa. Este valor

indica que havendo déficit de água no solo a cultura responde negativamente diminuindo o

seu rendimento.

Na Tabela 4 são apresentados valores de ky para deferentes culturas por fase

fenológica.

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Tabela 4 – Valores do fator de sensibilidade ao déficit hídrico de algumas culturas

Considerando apenas o déficit hídrico, para estimativa de queda de rendimento em

função da sua ocorrência pode-se considerar o rendimento potencial ou máximo de uma

cultura (Ym) aquele obtido pelo cultivo de uma variedade adaptada, em condições de manejo

adotado pelo produtor e sem restrição de água. Face à grande dificuldade da ocorrência

destas condições em nível de campo, uma estimativa aproximada do rendimento potencial

pode ser obtido a partir de valores potenciais de produtividade, em nível de campo ou

experimentais, obtidos nas condições edafoclimáticas de interesse.

Tomando-se por exemplo a cultura do feijão, na fase de floração esta cultura tem o

valor de ky igual a 1,1. Assim, havendo um déficit hídrico de 30% a queda de rendimento

seria 33% (1,1x30%). Se, caso não houvesse o déficit hídrico o rendimento esperado fosse de

1200 kg/ha (Ym), o rendimento obtido em função do déficit hídrico seria 33% menor, ou seja

804 kg/ha

A ocorrência de déficits hídricos pode se dar, tanto durante todo o ciclo da cultura,

como também em uma ou mais fases do seu desenvolvimento. A maioria das culturas em

termos de rendimento, reagem diferentemente ao déficit hídrico em função da fase de

desenvolvimento. Desta forma, o déficit hídrico ocorrido em uma ou mais fases está associado

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a uma redução percentual na produtividade máxima, sendo o rendimento relativo dado pela

relação entre este rendimento máximo e o déficit de evapotranspiração em cada fase de

desenvolvimento.

De acordo com Frizzone (1998), quando existe uma dependência entre os efeitos dos

déficits hídricos ocorridos em diferentes estádios fenológicos de uma cultura, a estimativa do

seu rendimento relativo é melhor obtida através de um modelo multiplicativo entre o

rendimento potencial e o déficit de evapotranspiração. Um dos modelos multiplicativos foi

proposto por Rao et al. (1988) e é apresentado por Frizzone (2005), sendo dado por:

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1i i

ii ETm

ETr1Ky1YmYr

em que:

Yr - produtividade real da cultura, kg ha-1;

Ym - produtividade máxima ou potencial da cultura, kg ha-1;

Kyi - fator de resposta da cultura ao déficit hídrico na fase i, adimensional;

ETri - evapotranspiração real da cultura na fase i, mm;

ETmi - evapotranspiração máxima da cultura na fase i, mm.

2.4 Estimativa de rendimento das culturas face a ocorrência de déficit hídrico

Exemplo de aplicação 1 – Déficit hídrico uniforme durante o ciclo da cultura

Um produtor rural plantou uma área de 2 hectares de milho, no dia 15 de fevereiro e tinha

previsão para colheita no dia 25 de abril. Caso não houvesse restrição de água ele esperava

colher 5000 kg/ha. Durante o seu ciclo a evapotranspiração da cultura foi de 350mm, mas no

entanto a chuva ocorrida durante o cultivo foi de apenas 280mm, distribuídos uniformemente

durante o ciclo.

Resolução:

ky médio do milho (ciclo): 1,25 (Tabela 4)

Redução do suprimento de água: 350-280 = 70mm,

70mm equivale a um percentual de 20% da demanda total (350mm)

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Redução no rendimento = 1,25*20% = 25%

Portanto haveria queda de rendimento equivalente a 25%. Assim ele conseguiria um

rendimento de 75% do rendimento potencial

Rendimento obtido pelo produtor = 5000kg/ha x 75% = 3750 kg/ha

Em dois hectares a produção seria: 2 x 3750 = 7500 kg

Exemplo de aplicação 2 – Déficit hídrico diferenciado por fase

Utilização da planilha BH

Dados: Um produtor fez o plantio de uma área de 1,5 ha. Durante o período de cultivo as

chuvas ocorridas e a evapotranspiração de referência foram as apresentadas na Tabela a seguir.

Caso não houvesse déficit hídrico e de acordo com a tecnologia adotada a produtividade

esperada era de 5000 kg/ha. Determine o rendimento esperado face a ocorrência de déficit

hídrico no período de cultivo.

Cultura – milho

Dados da cultura:

Fase DAP Z (cm) Kc Ky I 25 10 0.40 0.40 II 35 20 0.80 1.5

III 20 30 1.10 0.5

IV 10 30 0.85 0.20

Z – Profundidade do sistema radicular

Kc – Coeficiente de cultivo

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Dados do solo

Z (cm) CC (%) PMP(%) ρ solo 10.00 15.00 8.00 1.32 20.00 16.00 7.00 1.30

CC – Capacidade de campo, % em massa

PMP – Ponto de Murcha Permanente, % em massa

ρ solo – densidade do solo, adimensional

Dados climáticos da região

DAP Chuva(mm) ETo diária 25 76 4.5 35 40 4.8 20 130 5.0 10 40 5.2

Utilizando a planilha

1. Abrir a planilha BH

2. Inserir a senha: 1970 e clique OK

16

3. Escolha a opção SOMENTE LEITURA e clique em OK

4. Leia as instruções de uso e clique em continuar

17

5. Insira os dados da cultura nos campos destacados de amarelo e depois clique em

CONTINUAR

6. Informe os dados do solo, por camada e clique em continuar

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7. Informe os dados de chuva de Evapotranspiração de referência no período e clique em

CONTINUAR

8. Visualize o resultado do Balanço Hídrico e o rendimento esperado da cultura

9. Caso deseje salvar, escolha outro nome para o arquivo e salve-o.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ALFONSI, R. R; PEDRO JR., M. J. BRUNINI, O; BARBIERI, U. Condições climáticas para a cana-de-açúcar. In: PARANHOS, S. B. Cana-de-açúcar: cultivo e utilização. Campinas: Fundação Cargill. 1987

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