ENRIQUECIMENTO ATMOSFÉRICO COM CO2 PARA A PRODUÇÃO DE ALFACE

HIDROPÔNICA EM CASA DE VEGETAÇÃO1.

RUY ROBERTO DO CARMO JUNIOR2, PAULO ADEMAR MARTINS LEAL3, EDILSON

COSTA4, FENI DALANO ROOSEVELT AGOSTINHO5

RESUMO - Para avaliar a eficiência do aumento na concentração atmosférica de CO2 sobre o

rendimento da cultura de alface, realizou-se um experimento utilizando o cultivo hidropônico da

cultivar Vera com dois tratamentos, sendo um com cultivo convencional sem enriquecimento, e outro

com distribuição localizada de CO2 ao lado de cada planta por meio de tubulação ligada a cilindro de

gás. O enriquecimento foi realizado uma vez ao dia, durante todo o cultivo, com um período diário de

aplicação de duas horas, mantendo a concentração ao redor das plantas superior a 1.000 L/L. O

cultivo ocorreu em duas casas de vegetação da Faculdade de Engenharia Agrícola da Unicamp/SP entre

novembro e dezembro de 1999. O enriquecimento atmosférico com CO2 proporcionou um aumento de

10% na massa fresca da cultura em relação ao ambiente não enriquecido.

1 Trabalho extraído da Dissertação de Mestrado do primeiro autor e financiado pela Fapesp.2 Eng. Agr., aluno do curso de doutorado, Faculdade de Engenharia Agrícola (FEAGRI), UNICAMP, Caixa Postal 6011,

CEP 13083-970, Campinas, SP. rrcarmo@hotmail.com.3 Eng. Agríc., Prof. Assistente Dr., Dep. de Construções Rurais, FEAGRI, UNICAMP, pamleal@agr.unicamp.br.4 Eng. Agríc., aluno do curso de mestrado, FEAGRI, UNICAMP, mestrine@agr.unicamp.br.5 Aluno de graduação, FEAGRI, UNICAMP, fagostin@agr.unicamp.br.

ATMOSPHERIC CO2 ENRICHMENT IN GREENHOUSES FOR HYDROPONIC LETTUCE

PRODUCTION

ABSTRACT – Na experiment was realized in order to elevate the efficiency of increasing in the

atmospheric CO2 concentration on the lettuce yield, using hydroponic system. Two treatments, one

with no CO2 enrichment, and the another with localized distribuition of CO2 using plastic tubes, side by

side with the plants, provided by gas cylinder. The CO2 enrichment was realized once a day, with two

hours distribuition from 11:00 to 13:00, keeping CO2 concentration around the plants 1000L/L. Two

greenhouses of the same dimensions at Agriculture Engineering College of Unicamp were used from

middle of november to middle of december of 1999.

INTRODUÇÃO

Além dos habituais controles climáticos disponíveis para o cultivo em casas de vegetação,

estudos buscam melhorar o potencial produtivo das plantas inserindo novas técnicas de modificação

ambiental, como o uso do enriquecimento atmosférico com CO2. O fornecimento de CO2 tem

propiciado, em pesquisas e produções comerciais, significantes aumentos de produtividade,

precocidade e qualidade. A cultura da alface tem mostrado aumentos de produção a níveis maiores do

gás, Resh (1997) observou incrementos de até 30%. Quando comparada com o ar natural (em torno de

350L/L de CO2), a concentração de 1.000L/L eleva a eficiência fotossintética de 0,041 para 0,055

mol CO2.fótons (Caporn et al., 1994), que representa um aumento de 34%.

A maior produção em casas de vegetação está relacionada com o cultivo de flores, onde,

nos últimos anos, várias pesquisas têm demonstrado, repetitivamente, que elevados níveis de CO2

propiciam um maior potencial de crescimento do que qualquer outro descoberto até agora, que possa

ser adicionado ao ambiente de casas de vegetação.

O CO2 é fundamental na mais importante reação da natureza, a fotossíntese, a qual capacita

as plantas terrestres consumirem aproximadamente 15 bilhões de toneladas de CO2 por ano.

Usualmente o ar atmosférico seco contém por volta de 344L/L, dependendo, obviamente da região

geográfica.

O uso do enriquecimento atmosférico se iniciou no Norte Europeu por volta de 1886, em

1888 a técnica foi reconhecida e utilizada na Alemanha, poucos anos mais tarde na Inglaterra e em

1909 nos Estados Unidos as produções de alimentos e flores já se beneficiavam dela (Wittwer, 1986).

Existem evidências de que níveis mais altos de CO2 produzem grande fixação biológica de nitrogênio,

excelente formação de tubérculos e uma ótima resistência a stress de vários tipos: falta de água,

extremos de temperatura, salinidade, baixa intensidade de luz e poluentes do ar.

Segundo Moe & Mortensen (1986) a concentração ótima para o crescimento da maioria

das culturas parece ser aproximadamente 1.000L/L, no interior de casas de vegetação. Para plantas

jovens ou períodos de curto enriquecimento pode ser benéfica a utilização de 1.500L/L; a alta

concentração do gás (acima de 2.000L/L) pode causar danos para algumas culturas, particularmente

para aquelas que se desenvolvem sob alta radiação solar, sobre este aspecto os autores citam ocorrência

de necrose em folhas de crisântemo e pepino. Culturas de valor comercial importante tem respondido

bem à técnica, Kimbal & Mitchel (1979) obtiveram um aumento médio de 64% para a cultura de

tomate em ambiente protegido. Em campo aberto, aplicando CO2 via água de irrigação Pinto (1997)

constatou aumento de 70% da produtividade de melão, este meio de aplicação, porém, é comumente

denominado de carbonatação da água, e pode ser realizado em ambiente protegido também.

Os benefícios comprovados do enriquecimento com CO2 levam a afirmações gerais, ou

seja, considerando-se a maioria das espécies cultivadas, que duplicando o nível de CO2 atmosférico

resulta-se em aumento da fotossíntese de 40 a 45% e aumento de 40% na produtividade. Portanto, a

atual concentração do gás na atmosfera pode ser considerada um fator limitante à produção com as

tecnologias disponíveis para o uso em cultivo protegido (Wittwer, 1986).

A temperatura indicada para alface por Marsh & Albright (1991) é de 25°C porém,

trabalhando com intervalos de temperaturas tem-se, entre 15 e 26°C, um bom desenvolvimento da

cultura (Ashrae, 1993; Ripado, s.d.). Respostas imediatas são dadas pelos vegetais quando a

temperatura do ambiente se situa distante do intervalo ideal de crescimento, especificamente no caso do

cultivo protegido, as temperaturas altas são um fator limitante, não só ao desenvolvimento vegetal,

como para a eficiência de sistemas de controle ambiental em oferecer bons resultados. Nas condições

tropicais os altos valores de radiação solar colaboram para o rápido aquecimento do ar interno de

ambientes protegidos, da radiação que alcança a superfície de uma casa de vegetação, 85% penetram

para seu interior (Gaudreau et al., 1994), com o aumento da temperatura as plantas protegem-se da alta

evapotranspiração fechando estômatos, o que limita o aproveitamento de CO2 aplicado artificialmente.

Esta é uma importante observação considerando-se que, em ambientes protegidos sem sistemas de

resfriamento eficientes, os valores de temperatura internos são sempre maiores do que os externos

durante o dia (Faria Junior, 1983; Farias et al, 1993; Herter & Reisser Junior, 1987 e Reis & Horino

(1988).

Este trabalho teve como objetivo avaliar as respostas de produtividade da cultura da alface,

em hidroponia, quando cultivada em ambiente enriquecido com dióxido de carbono.

MATERIAL E MÉTODOS

O trabalho foi realizado em Campinas, Estado de São Paulo, entre 16 de novembro e 14 de

dezembro de 1999, em duas casas de vegetação semelhantes, com 6,50m de largura, 11,00m de

comprimento, 3,00m de altura de pé-direito e 5,00m de altura da cumeeira, abertas lateralmente com

fechamento feito através de cortinas, para o cultivo foi utilizada a alface crespa Vera.

Em cada casa de vegetação foram instaladas 4 bancadas de cultivo hidropônico, para

sistema NFT, com seção triangular (1,40m de largura, 1,37m de altura e 4,00m de comprimento) com

12 canais, descrita por Carmo Junior (1999). O espaçamento entre plantas foi de 0,25m, contendo, cada

bancada, 192 plantas. Em cada estufa foi conduzido um tratamento, com delineamento inteiramente

casualizado, com 4 repetições e um total de 32 repetições.

A solução nutritiva utilizada foi formulada contendo 10,52, 1,00, 7,06, 1,08, 1,16 e

31,15mmol/L de N, P, K, Ca, Mg e S, respectivamente. As concentrações de micronutrientes foram de

24,72, 13,09, 7,30, 0,67, 0,76 e 0,81mol/L para B, Fe, Mn, Zn, Cu e Mo. A aplicação da solução

nutritiva foi realizada entre 6:00 e 19:00 horas em intervalos intermitentes de 10 minutos. As mudas

foram transplantadas para os canais no estágio de 3 a 4 folhas, durante o cultivo foram monitorados pH,

procurando manter o mesmo entre 5,5 e 6,5, e a condutividade elétrica, mantendo-a em 1,6mS/cm com

a adição controlada de sais na solução nutritiva.

Na casa de vegetação do tratamento com enriquecimento com CO2 foi instalado o sistema

de distribuição localizada do gás. Ao lado de cada canal, longitudinalmente, foi instalado um tubo de

PVC de 25mm, tampado em uma das extremidades, com orifícios de 1mm de diâmetro localizados ao

lado de cada planta. Estes tubos foram convergidos a uma tubulação principal onde foram instalados

uma válvula eletrônica de controle de vazão (L/min), uma válvula solenóide com temporizador para

controle do horário de aplicação, um ventilador centrífugo (vazão máxima de 11m3/min) e um cilindro

de gás tipo K com capacidade de 25kg de CO2.

O enriquecimento foi realizado diariamente entre 11:00 e 13:00 horas, o controle da

concentração ao redor das plantas foi feito por observação em registrador de CO2 (com sensor

infravermelho) e posterior abertura ou fechamento da válvula de controle de vazão. A concentração foi

mantida a valores superiores e próximos a 1.000L/L.

Foram coletados e monitorados dados de temperatura e radiação PAR nos dois tratamentos.

Em cada casa de vegetação foram instalados 4 termopares tipo T para temperatura do ar; 2 termopares

tipo T em um psicrômetro aspirado, para temperatura de bulbo seco e bulbo úmido e 2 sensores

Quantum Li-Cor Li 190SA, para radiação PAR. Os termopares foram ligados a um sistema de

aquisição de dados, e as médias de temperaturas foram feitas com intervalos de 30 minutos; os sensores

de radiação PAR foram ligados a um datalogger, os dados foram armazenados em intervalos de 1 hora,

das 7:00 às 17:00 horas. Os valores de temperatura e umidade externos foram obtidos em estação

meteorológica instalada a 100 metros das casas de vegetação.

Aos 28 dias de cultivo foi colhida uma planta de cada parcela e fez-se avaliações quanto a

massa fresca, massa seca, composição química e número de folhas (maiores que 40mm) por planta.

Para avaliar a viabilidade do uso da técnica de enriquecimento realizou-se a soma do custo operacional

de produção (produção de mudas, sementes, energia elétrica, embalagens e mão-de-obra) para os dois

tratamentos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados das avaliações de massa fresca, massa seca e número de folhas são descritos

na Tabela 1. O cultivo com enriquecimento com CO2 apresentou valor médio de massa fresca por

planta colhida 10% superior ao tratamento testemunha, com valores de massa seca e número de folhas

semelhantes. Estatisticamente observa-se que as plantas tiveram crescimento semelhante, mas as

cultivadas em ambiente enriquecido acumularam mais água para um mesmo desenvolvimento

fenológico, indicado pelo número de folhas e também pela massa fresca, também parecida entre os

tratamentos. Nos dois tratamentos as plantas não apresentaram sintomas de deficiência de nutrientes, e

os dados apresentados na Tabela 2 mostram um comportamento similar para o acúmulo de nutrientes.

As quantidades de nitrato determinadas se situaram dentro dos limites máximos aceitos, que variam

entre 0,30 e 0,45%, segundo Benoit & Ceustermans (1989) citados por Castellane & Araujo (1995) e

Van Der Boon (1990).

A cultura da alface, para as condições do trabalho apresentou, portanto, pequena resposta

ao enriquecimento, diferentemente dos resultados citados por Resh (1997). Pela Figura 1 observa-se

que a concentração de CO2 no horário da aplicação foi muito variável, indicando que ocorreu influência

de convecção natural no interior da casa de vegetação, providenciando o deslocamento do gás aplicado

para longe das plantas. Devido o horário de aplicação ocorrer em momento de intensa radiação solar

não foi possível fechar as cortinas laterais das estufas, o que causaria grande elevação de temperatura

interna. Tal fato contribuiu para o alto consumo de gás, pois se fez necessário aumentar a vazão no

sistema para compensar o deslocamento pela convecção e consequentemente diminuição da

concentração local. Porém, em situações de pouca movimentação do ar, a concentração ocorreu a

valores muito superiores a 1.000L/L.

As temperaturas médias diárias ocorridas no período são representadas na Figura 2,

observou-se que as temperaturas no interior das duas casas de vegetação apresentaram comportamento

parecido, e sempre acompanhando as variações externas, sendo que a média diária durante o período

foi de 24,3°C para a testemunha, de 24,9°C para o tratamento com enriquecimento com CO 2 e de

20,8°C para o meio externo. Porém, durante o momento de enriquecimento as temperaturas médias

foram de 35,5, 36,3 e 28,2°C para a testemunha, o tratamento com enriquecimento e meio externo,

respectivamente, consideradas além da faixa de ótimo desenvolvimento da cultura, o que pode ter

causado stress devido ao calor, que resulta na ativação de sistemas de defesa da planta contra a perda

excessiva de água, o que pode ter ocasionado, dentre as possíveis ocorrências, o fechamento de

estômatos, que consequentemente diminui o aproveitamento de CO2 do ar. A radiação PAR ocorreu a

níveis normais para uso de filme plástico de cobertura, com valor médio diário de 716,22 mol/s.m-2

para ambas casas de vegetação.

A vazão de trabalho de CO2 foi estabelecida em 25L/min de CO2, um consumo que, para

768 plantas, contabilizou um gasto de 152,12kg de gás, volume equivalente a R$544,69. Considerou-se

a densidade de 1,811kg/m³, para temperatura ambiente de 25°C, conforme Pallas Junior (1986). O

custo final das plantas produzidas em ambiente enriquecido foi de R$0,89 portanto, R$0,71 superior ao

cultivo convencional, que foi de R$0,18, inviabilizando a aplicação da técnica de enriquecimento para

a cultura, nas condições em que ocorreram este trabalho. O valor médio pago ao produtor na região de

Campinas/SP varia entre R$0,30 e R$0,50, entre o inverno e verão, respectivamente.

CONCLUSÕES

1. O enriquecimento atmosférico com CO2 proporcionou um aumento de 10% na massa

fresca da cultura em relação ao ambiente não enriquecido, para o período de verão e não provocou

alterações no acúmulo de nutrientes.

2. O sistema utilizado de enriquecimento localizado com CO2 se mostrou eficiente em

manter concentrações mínimas, mas de difícil controle ao tentar se manter a concentração dentro de

uma faixa estabelecida, para condições de casa de vegetação aberta.

3. A ocorrência de altas temperaturas no período podem ter reduzido o aproveitamento

potencial de CO2 pelas plantas.

4. O sistema utilizado e seu manejo mostraram-se inviáveis economicamente para a

quantidade de CO2 e para a cultura utilizadas.

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LEGENDAS

Tabela 1. Médias dos valores de massa fresca, massa seca e número de folhas por planta de alface

obtidos nos tratamentos.

Tabela 2. Quantidade de nutrientes e nitrato nas plantas.

Figura 1. Incremento diário da concentração de CO2 provocado pelo enriquecimento.

Figura 2. Temperaturas médias do ar ocorridas diariamente nos tratamentos e no meio externo.

TABELA:

Tratamento Massa fresca (g) Massa seca (g) Número de folhas

Testemunha 196.68 a 9.93 a 13.75 a

Enriquecimento com CO2 217.23 a 9.37 a 13.63 a

Médias seguidas de mesma letra não diferem estatisticamente entre si pelo teste F (P>0,01).

Nutriente Testemunha Enriquecimento com CO2

Nitrogênio (%) 3,92a 4,03a

Fósforo (%) 0,82a 0,90a

Potássio (%) 6,85a 5,85a

Cálcio (%) 1,12a 0,99a

Magnésio (%) 0,28a 0,28a

Enxofre (%) 0,37a 0,38a

Boro (ppm) 35,50a 37,50a

Ferro (ppm) 91,00a 85,50a

Manganês (ppm) 24,00a 22,00a

Zinco (ppm) 32,50a 37,50a

Cobre (ppm) 6,00a 6,50a

Molibdênio (ppm) <0,01a <0,01a

Nitrato (%) 0,34 0,35

Médias seguidas de mesma letra não diferem estatisticamente entre si pelo teste F (P>0,01).

FIGURA:

0

500

1000

1500

2000

2500

17 19 21 23 25 27 29 1 3 5 7 9 11 13

Dias (novembro/dezembro)

Con

cent

raçã

o de

CO

2 (p

pm)

Durante o enriquecimento Antes do enriquecimento

17,0

19,0

21,0

23,0

25,0

27,0

29,0

17 19 21 23 25 27 29 1 3 5 7 9 11 13

Dia do mês (novembro/dezembro)

Tem

pera

tura

(°C)

Testem. CO2 Exterior