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Revista Brasileira de Agrometeorología. Santa Maria. v. 4. n. 1. p. 49-53. 1996.Recebido para publicação em 01/03/95. Aprovado em 08/10/95. MAG, P.C.

1996ISSN 0104-1347

ÍNDICE DE ESTRESSE HÍDRICO DA CULTURA DO FEIJOEIRO IRRIGAD01

WATER STRESS INDEX FOR IRRIGATED BEAN CROP

Malaquias da Silva Amorim Neto'', Reinaldo Lúcio Gomíde-', Gilberto Chohaku Sedíyama",Ricardo Augusto Lopes Bríto", Paulo César Magalhães", João Carlos Ferreira Borges .Júníor''

RESUMO

A dete~;:;--' das necessidades hídricas deculturas, e~seus diferentes estádios de desenvolvi-mento. é-~.IIla etapa importante para o manejo deirrigação. Entre os métodos usualmente utilizados.destacam-se o J método gravímétríco. medidas dopotencial de água na folha. tensiômetros e clímatoló-gícos. A utilização de técnicas de sensoriamentoremoto apresenta-se como uma alternativa importantepor permitir a detecção do "status" de água da planta.em função da emitância radiante da superfície dacultura. Dentre os equipamentos usados destaca-seo termômetro a infravermelho por sua praticidade deuso. Neste estudo utílízou-se a termometria ínfraver-melha, associada ao balanço de energia para obtençãode um índice de estresse hídrico da cultura (IEHC) dofeíjoeíro (Phaseolus vulgaris L.) que possibilitasse aoírrígante saber em tempo real, nos diferentes estádiosde desenvolvimento da cultura. quando irrigar. Osvalores do IEHC variaram de -0,06 a 0,053; -0,041 a0,221 e -0,038 a 0,108, respectivamente. para osníveis de tensão de umidade do solo de 0.04; 0,06 e0.08 MPa. Embora os índices obtidos não tenhamapresentado diferenças acentuadas entre os trata-mentos, os resultados evidenciam o potencial dométodo para realização do manejo de irrigação.

Palavras-chave: termometria a infravermelho, balan-ço de energia. necessidades hídricas da cultura.

SUMMARY

The determination of crop water requirement, foreach growth stage, ís very important step for írrígatíonmanagement. The methods usually adopted to

measure the water needs of the crops are thegravímetrtc, measures of the water potential in theleaf, tensiometers, and clímatologícals. The utilizationof remo te sensing techniques is an alternative methoddue to the fact that it detects the status of water inthe plant in function ofthe emitted radíatíon from theplant canopy. The infrared thermometer is frequentlyused because it ís a pratical method. ln this study. itwas utilized an infrared thermornetry associated tothe energy balance. for determining the crop waterstress index (CWSI) of bean (Phaseolus vulgaris L.)crop. These indexes allow irrigators to know whenrelease water for each phenologícal phases of theplanto The CWSI values changed from -0.06 to 0.053;from -0.041 to 0.221: and from -0.038 to 0.108 forthe sai! water retention levels of 0.04; 0.06; and 0.08MPa. respectively. Although the obtained indexes donot have shown high differences among treatments.the results show the potential of the studied methodfor being applied in the írrígatíon management.

Key words: infrared thermometry. energy balance.crop water requirements.

INTRODUÇÃO

A demanda crescente pelos recursos hídricos paraatender ao consumo humano, a indústria e a agricul-tura írrígada, tem dado origem a pesquisas que visamotirnizar o seu uso. Dentre estas são destacadas asrelacionadas com os estudos das necessidades hídrí-cas das culturas, em que se procuram identificar asexigências das plantas em seus diferentes estádios dedesenvolvimento.

O desenvolvimento do termômetro infravermelho,que detecta a energia emitida pela superfície da

1Extraido da Tese de Doutorado apresentada pelo primeiro autor à Universidade Federal de Viçosa. em agostode 1994.

2Meteorologista. D. SC... EMBRAPA-CNPA.Cx. P. 174. 58107-720. Campina Grande. PB.3Eng<>Agr", PhD.. EMBRAPA-CNPMS.Cx. P. 151. 35701-970. Sete Lagoas. MG.

4EngO Agr", PhD.. UFV. Departamento de Engenharia Agrícola, 36570-000. Viçosa. MG.

5Eng<>Agrícola, BSc.. PATRUMEC.57230-000. Coruripe. AL.

5 O A.1VIORIMNETO.M.da S.. et aL - Índice de estresse hídrico da cultura do feíjoeíroirrigado.

cultura em comprimentos de ondas longas. possibilitaa determinação do estado hídríco de uma comunidadede plantas. com base na temperatura do dossel dacultura relacionada com a temperatura ambiente.

JACKSONet al (1981). utilizando a temperaturado dossei obtida com o termômetro ínfravermelho, emconjunto com a temperatura do ar determinada comtermômetros de bulbos seco e úmido e o saldo deradiação liquida estimado. desenvolveram umaequação a partir do balanço de energia para calcularo índice de estresse hídrico da cultura (IEHC).Limitesteóricos foram determinados para a diferença entre atemperatura do dossel e a do ar. relacionados com odéficitde pressão de vapor. O intervalo de variação foidefinidoentre zero para condiçôes ótimas de umidadeno solo. permitindo a planta transpirar a taxaspotenciais. e 1. para planta sofrendo o máximo deestresse hídríco, cessando teoricamente a transpira-ção. O índice proposto fundamenta-se em conceitosfísícose biológicos. envolvendoparãmetros atmosféri-cos e da cultura. O modelo é uma relação entre osvalores de evapotranspiração real e potencial dacultura. obtidos de acordo com a metodologia dePenman-Monteíth (MONTEITH& UNSWORTH.1990).

Em culturas semeadas em linha. comoé o caso damaioria das formas de semeadura das culturasanuais. a maior parte das perdas de água nos estádi-os iniciais de desenvolvimento das plantas ocorre porevaporação do solo (BERGAMASCHIet alo1988). Istolimita a aplicação da termometria infravermelha.porque. comoas plantas não têm área foliar suficientepara cobrir toda a superfície do solo. a medição datemperatura do dossel é afetada pelas radiaçõesrefletida e emitida pelo solo. Assim. deve-se utilizaresta técnica na fase da cultura em que a coberturafoliar atinja um nível tal. que minimize os efeitos dosolo. Em função desta limitação. NIELSEN& ANDER-SON (1989) estudaram a utilização do termômetroinfravermelho para medir a temperatura de folhasindividuais de girassol e determinar o IEHC.correlací-onando os resultados com outras medidas de estressehídrico da planta. como resistência estomatíca, taxade variação de difusão de CO2• potencial da água nafolha. taxa de transpiração e porcentagem de águadisponível na zona ativa das raizes. Concluíram quea medida da temperatura de folhas individuais é ummeio rápido de se conhecer o estado hídrico deplantas que não cobrem completamente o solo.

Em estudos realizados com a cultura do trigo.JACKSONet al (1981) concluíram que o IEHC podeser muito promissor para identificação do estressehídrico nas plantas.

O IEHC foi utilizado por NAKAYAMA& BUCKS(1984)para estudar sua relação coma disponibilidadede água no solo e a produção de borracha de trêsvariedades de "guayule" (Parthenium argentatum A.grayJ, submetidas a seis níveis de irrigação. Osautores concluíram que o índice é promissor paraprogramas de manejo de irrigação. visando otimizar a

produção de borracha da cultura.Graficamente. o IEHCé uma posição relativa entre

as linhas bases superior e inferior da relação entre adiferença da temperatura das folhas da cultura e a doar com o déficit de pressão de vapor do ar. Estudandoa resposta da temperatura da cobertura parcial doalgodoeiroao estresse hídríco. HATFIELDet al (1985)observaram que a linha base do IEHCpara condiçôesem que não há ocorrência de estresse hídríco, com oalgodão cobrindo completamente o solo. tinha declíví-dade em torno do dobro da do solo parcialmentecoberto. Tal resultado demonstrou que a coberturaparcial é um sistema muito complexo. porque atemperatura da cobertura detectada pelo termômetroa infravermelho pode estar associada a temperaturado solo. portanto os valores do IEHC devem serinterpretados muito cuidadosamente.

HOWELLet alo(1986)veriilcaram que a tempera-tura das folhas da cultura do trigo. sob quatro re-gimes de irrigação. aumentou com a velocidade dovento e. conseqüentemente. diminuíram as diferençascom relação à temperatura do ar. O IEHCmostrou-seútil como parãmetro para determinar mais precisa-mente quando irrigar. enquanto o balanço hídricopode ser usado para quantificação da irrigação.

Oefeitoda localização da parcela sobre a tempera-tura das folhas e o IEHC do algodão. sob diferentesregimes de irrigação. foi averiguado por GAlTANet alo(1990).Estes autores concluíram que a localização daparcela no bloco afetou a temperatura do dossel dacultura írrígada ou estressada e que a diferença dadeclividade da função linear entre a temperatura e odéficit de pressão de vapor aumenta com o grau deestresse e a distãncia da bordadura do bloco. noentanto não afetou o IEHC das parcelas saturadas.tendo efeito sobre a estressada. O algodão. comumidade suficiente no solo. não foi afetado pelaadvecção. As parcelas próximas a bordadura tiverammaior IEHCdo que as localizadas no centro do bloco.o que foi atribuído à advecção do calor sensível dossolos secos expostos para a cultura írrígada.

O objetivo deste estudo foi obter os índices deestresse hídrico da cultura do feíjoeíro (Phaseolusvulgaris L), usando-se a termometria a infravermelhoassociada ao balanço de energia.

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi conduzido no Centro Nacionalde Pesquisa de Milho e Sorgo (CNPMSl,da EmpresaBrasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA).localizado no município de Sete Lagoas. MG(latitude:19°08' S. longitude: 44°15' W e altitude: 735 m).

De acordo com a classificação climática deKõppen. o clima do local é do tipo Aw. ou seja. desavana. com temperatura média do mês mais frioacima de 18°C. O solo é classificado como LatossoloVermelho-Escuro Álico. fase cerrado. com relevo

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suavemente ondulado.A cultivar de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.)

utilizada foi a Capixaba Precoce (Grupo Preto). Asemeadura foi realizada em 23 de julho de 1993. noespaçamento de 0,50 m entre linhas com 10 a 12plantas por metro linear. O preparo do solo consistiude uma aração com arado de aiveca e uma gradagemcom grade niveladora. A adubação de plantio foirealizada de acordo com os resultados da análisequímica do solo. com a aplicação de 200 Kg/ha dafórmula 4-30-16 mais 0.4% de zinco. As adubações decobertura foram realizadas via água de irrigação,constando de 150 Kg/Iia de sulfato de amônia e75 Kg/ha de uréía, aos 34 e 45 dias após a semeadu-ra. respectivamente. O controle de ervas daninhasrealizou-se com a aplicação de herbicidas. Durante acondução do experimento não ocorreu incidência depragas e doenças.

Os tratamentos foram diferenciados aos 31 diasapós a semeadura. constando de quatro níveis detensão de água no solo (0,02: 0,04: 0,06 e 0.08 MPa)e três repetições.

As parcelas foram de 18 m x 18 m. com área útilde 12 m x 12 m. espaçadas entre si de 6,0 m. Ocontrole de umidade do solo foi realizado com tensiô-metros e blocos de resistência elétrica de gesso,instalados nas profundidades de 15, 30, 45 e 60 em.As irrigações foram realizadas com a utiliZação deaspersores setoriais. A água foi aplicada sempre qüea tensão prefíxada era atingida nos tensiômetros eblocos de gesso instalados a 15 em de profundidade.

O índice de estresse hídrico da cultura (IEHC)utiliZado foi o proposto por JACKSON et alo (1981),expresso pela seguinte eq uação:

Y(l+ ~C)-Y(l+ :CP)IEHC= a a (1)

~ +Y( 1 + ~:)

onde, y é a constante psicométrica (ParC): re éresistência da cultura (sim): ra a resistência aerodi-nàmíca (sim): rcp a resistência da cultura em condi-ções de transpiração potencial (sim): e ó a tangenteà curva de saturação do vapor de água (Pa/vC).

A relação entre a resistência da cultura e a resis-tência aerodinãmica (re/ra) foi expressa pela equaçãoobtida por JACKSON et alo (1981):

yI Rna -(Tc-Ta) (6+y)-[e*(z)-e(z))I~=__LP~CP~ ~ ~ _

Ia Y[(TC-Ta) __I_a_R_n]pCp

(2 )onde, Rn é o saldo de radiação (W1m2); p a densidadeabsoluta do ar (kg/m3); Cp a capacidade ealorífica doar (J IkgOC); Te a temperatura das folhas do dossel(0C); Ta a temperatura do ar (OC):e*(z) a pressão de

saturação do vapor do ar (Pa); e e(z) a pressão devapor do ar (Pa).

A resistência aerodinãmica (ra) da cultura foicalculada diariamente, de acordo com a metodologiadescrita por ALLEN et alo (1989). MONTEITH &UNSWORfH (1990) e JENSEN et alo (1990), que édada pela seguinte expressão:

r J ln~:-dra K2U

onde, ln é o Iogantmo neperíano: z altura em que avelocidade do vento foi medida (2,0 m): d deslocamen-to do plano zero (2/3 hc), em que hc é a altura dacultura (m); Zocomprimento de rugosídade (0,123 hc);k constante de von Karman (0,41); e U velocidade dovento (rn/s).

A tangente à curva de pressão de saturação dovapor de água (ó) é uma função da temperatura do are pode ser adequadamente aproximada (JACKSON etal, 1988) por:

(3 )

(4)6=45,03+3, 014T+O, 0534T2+0, 00224T3

em que T é a média aritmética entre Te e Ta.Os parãmetros atmosféricos necessários a resolu-

ção das equações foram regístrados em intervaloshorários. diariamente, em uma estação automática,instalada anexa à área experimental, exceto a tempe-ratura do ar que foi tomada a cada 30 minutos. Avelocidade do vento foi obtida às 12, 18 e 24 horasGMT, na Estação Clírnatológíca Principal do CNPMS.O saldo de radiação foi determinado a partir doregistro continuo de um radiômetro liquido acopladoa um registrador eletrônico com diagrama analógico.

A temperatura do dossel da cultura foi obtidadiariamente. no periodo de 10 as 15 horas. emintervalos de 30 minutos. com um termômetro ainfravermelho. As medidas foram realizadas com otermômetro formando um ângulo de aproximadamen-te 30° com a superfície do dossel da cultura. Asobservações foram realizadas. visando o dossel dacultura em relação aos quatro pontos cardeais. norte.sul. leste e oeste. O valor médio destas medições foiconsiderado como sendo a temperatura do dos sel nohorário observado.

A descrição dos equipamentos utilizados paraobtenção dos parãmetros atmosféricos e da plantausados nas equações podem ser encontrados emAMORIM NETO (1995).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Figura 1 é apresentada a variabilidade doíndice de estresse hídrico do feíjoeíro, do subperíodode pre-floração ao início da formação das vagens, paraos tratamentos submetidos às tensões de 0.04: 0,06

52 AMORlM NETO. M. da S .. et aL - Índice de estresse hídrico da cultura do feíjoeíro irrigado.

<t~ 0.3 ~----------------~

~i33 0.28s 0.1z;

~~ O+-~~~~~~~~~~~~~~~~ __~lD~~ -0.1

Õ.!iõ -0.2+---_r--_.----~--_r--_.----~--~--~

25

..· ·0,04 MPa

---_ 0,06 MPa

-- O,08MPa

30 35 40 45 50 55

DIAS APÓS A SEMEADURA60

Figura 1 . Variação do Índice de Estresse Hidri·co da Cultura do feijoeiro versus dias aoós asemeadura, para os tracamentos submetid;s àstensões de 0,04; 0,06 e 0,08 MPa. Sete Lagoas,MG, 1993.

e 0,08 MPa. Este subperiodo foi escolhido por ser omais suscetível à deficiência hídrica no solo.

O tratamento sob tensão de 0,02 MPa foi tomadocomoreferencial. Nesta condiçãoconsiderou -se que asplantas estariam evapotranspirando potencialmente,uma vez que não houve restrição de umidade no solo,logo, seu índice de estresse foi zero. Observa-se queas variações dos índices nos diferentes tratamentosindicam a resposta do feíjoeíro à reposição da águaevapotranspirada. Verificou-se uma redução doíndice. após a realização da irrigação, e seu cresci-mento, à medida que ocorria diminuição da disponibi-lidade de água no solo.

Para a tensão da água no solo de 0,04 MPa issoficou mais evidenciado após as irrigações aplicadasaos 34, 38, 46. 53 e 57 dias após a semeadura, como índice de estresse variando de -0,06 a 0,053. Paraa tensão de 0,06 MPa, o mesmo comportamento foiobservado aos 37, 41, 45. 51. 54 e 60 dias após asemeadura, com variações do índice de estresse entre-0,041 e 0,221. Resultados similares foram encontra-dos para a tensão de 0,08 MPaaos 39, 49 e 58 diasapós a semeadura, com os índices variando entre-0,138 e 0,108.

De modo geral, embora não quantificado o tempo,verificou-se que a resposta da planta à irrigação nãofoi imediata. Isto põde ser constatado através deobservação visual sobre a turgídez das plantas e noscálculos do IEHC, porque o mesmo não retomava deimediato ao valor zero. condição em que a culturaestaria sem restrição hídrica. portanto evapotranspí-rando potencialmente. Aprovávelrazão para que istoocorresse está associada ao tempo de redistribuiçãoda água na zona do sistema radicular e a mecanismosfisiológicos da planta quando submetida a condição

de estresse hídrico. Esse comportamento também foiobservado por JACKSON et al (1981). estudando acultura do trigo.

Osvalores do índice de estresse hídrico da culturapróximos de zero indicaram que o estresse aplicado aofeíjoeíro não foi suficiente para afetar o metabolismodas plantas. Estes resultados estão de acordo com osobtidos por GAITANet al (1990) para a cultura doalgodoeiro irrigado por gotejamento, em que diferen-ciavam a evapotranspiração de referência da culturapor intermédio dos fatores 1,4; 1.0 e 0,6. A provávelcausa para a obtenção desses baixos valores de índicefoi atribuída à elevada percentagem de matériaorgáníca no solo (3,9%). fato não comum para solosdo cerrado, com reflexos em sua capacidade deretenção de umidade, nas camadas mais profundas.associada à reposição integral da lãmina de águaconsumida pelo feijoeiro. isto é. o estresse hídrico nãofoi cumulativo. Com isto, à medida que o sistemaradicular da cultura se aprofundava. a disponibilidadede água nas camadas mais profundas era suficientepara suprir as necessidades hídricas das plantas.muito embora as tensões à profundidade de 15,0 em,tomada como referência para obtenção das tensõespreestabelecidas. indicasse que a cultura estava sobestresse. De acordo com OLIVEIRA& SILVA(1990).cerca de 83% das raízes do feijoeiro concentram-senos 40 em superficiais do solo.

Devido a problemas de operacionalidade natomada de dados, os parãmetros ambientais e fisioló-gicos da planta. envolvidos no cálculo do índice deestresse, não foram obtidos simultaneamente. Istoaconteceu para parãmetros como temperaturas dodossel da cultura e do ambiente. o que pode ter sidouma provável causa dos baixos valores dos índices.

Como a resistência da cultura varia acentuada-mente com a velocidade do vento (JACKSONet alo1988)e em conjunto com o saldo de radiação, é muitoimportante no cálculo do índice. A variabilidadedestes elementos afetaram os valores dos índicesobtidos, particularmente no caso da velocidade dovento utilizada, que foi originária de valores médiosobtidos no período e não de medições instantãneas,tal como os demais parãmetros.

Observou-se, em alguns dias. a existência deíndices de estresse hídrico negativos, o que teorica-mente não se esperava obter. Isto está associado àocorrência de evapotranspiração dos tratamentosestressados superior à do tratamento de referência.ocasionada pelo estresse sofrído por este últimodevido ao excesso de umidade no solo proporcionadopelas irrigações freqüentes. WANJURAet alo (1990)em estudos com algodão e sorgo, também encontra-ram valores negativos para o IEHCpara cultura semestresse. Atribuíram esses resultados a erros nocalculo do IEHCcausados pela estimativa da resistên-cia do dossel em condições de evapotranspiraçãopotencial e aos cálculos da resistência aerodinãmica.Comoo índice de estresse é igual a 1menos a relação

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entre a evapotranspiração da cultura em condiçõesreais (ETR) e a potencial ou máxima (ETm) (IEHC= 1-ETR/ETm). existe a possibilidade de obtenção devalores negativos. Resultados similares também foramobtidos por CLAWSON et alo (1989). para alfafa e porFOLEGATTI (1988). para o feijoeiro

Embora os índices de estresse hídríco obtidos nãotenham apresentado diferenças acentuadas entre ostratamentos. os resultados indicam que a metodologiatem potencial para ser utilizada na realização demanejo de trrígação. No entanto. outras pesquisasdevem ser conduzidas para um melhor ajuste doíndice. príncípalmente no que se refere aos níveis deestresse a serem' aplicados. para permitir maiordiferenciação entre os tratamentos. o que proporcio-nará resposta da planta no que conceme à fenologíae aos componentes fisiológicos.

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