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CAPÍTULO 1

ASPECTOS GERAIS

Adonai Gimenez Calbo & Washington L.C. Silva

O “sistema gasoso de controle de irrigação” foipatenteado pela Embrapa e é usualmente denominado porsua marca registrada, Irrigas. Os produtos Irrigas não sãoapenas cápsulas porosas de desenhos e propriedadesvariadas. Mais do que isto, são sistemas completos eacessórios desenvolvidos para o manejo de irrigação agrícolae doméstico, com uma variedade de níveis de sofisticação.Adicionalmente, o Irrigas é um sensor de sistemastensiométricos para aplicações científicas em engenhariaagrícola, fisiologia vegetal e geologia.

As aplicações do Irrigas ao manejo de irrigação sãoúteis em ambientes tão variados quanto casas-de-vegetação,vasos de plantas ornamentais e aplicações agrícolas diversascom sistemas de irrigação como o gotejamento, aspersão esulcos. Os produtos Irrigas fazem uso de sensores robustos eduráveis, que tem suas propriedades físicas ajustadas nafabricação. Uma série de aplicações podem ser criadas apartir de modelos interessantes adaptáveis a cada problemade irrigação.

Sensores Irrigas (Fig. 1.1) simples custam cerca de10 vezes menos do que tensiômetros comuns, são muito maissimples de usar, praticamente não envolvem trabalho demanutenção e são tão rápidos quanto os tensiômetros ecertamente são mais confiáveis para uso por agricultorespouco instruídos e para as aplicações de automação.

Sistema IrrigasO Irrigas, na sua forma mais simples (Fig. 1.1) é um

sistema que consta de uma cápsula porosa (sensor),conectada através de um tubo flexível a uma pequena cubatransparente que é o dispositivo para medir o estado da águano solo. Para fins de manejo de irrigação, a cápsula éinstalada no solo na profundidade efetiva do sistema radicular.Nesta situação a cápsula porosa entra em equilíbrio hídricocom o solo, em poucas horas. No momento da medição doestado da água no solo (Fig. 1.1) se o solo estiver “úmido”, apassagem de ar através da cápsula porosa é bloqueada,quando a cuba é imersa na água. Isto é, a água não entra nacuba porque o ar não sai do sistema através dos poros dacápsula. Por outro lado, quando o solo seca e a umidadediminui para abaixo de um valor crítico, a cápsula porosatorna-se permeável à passagem do ar. Assim, estando o solo“seco”, quando emborca-se a cuba transparente no frasco deágua, o menisco ar-água se movimenta na mesma, no sentidode se igualar com o nível da água no frasco. Quando istoocorre o solo deve ser irrigado. Ao contrário, se a cápsulaúmida bloquear a entrada de água na cuba, então, o soloainda permanece suficientemente “úmido” e não deve serirrigado.

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Relação solo-água-planta-atmosferaA figura 1.2 ilustra como a produtividade das plantas é

afetada, de forma geral pela tensão de água no solo. No topo(Fig. 1.2A) vê-se que em uma cultura comum, sensível aoencharcamento (hipoxia) a produtividade aumentarapidamente enquanto a tensão da água aumenta entre zeroe a capacidade de campo. Isto ocorre porque próximo àcapacidade de campo os macroporos já contêm suficientequantidade de ar para prover oxigênio necessário para arespiração e para o crescimento das raízes. Assim, há umnível de tensão de água ótimo e acima deste valor aprodutividade diminui lentamente até uma denominada tensãocrítica, acima da qual a produtividade diminui rapidamente eé reduzida a zero em tensão de água ainda bem menor doque o denominado ponto de murcha permanente. A razão daprodutividade reduzir-se a zero antes do ponto de murchapermanente (Pm) decorre da definição metodológica desteparâmetro. Veja-se que ponto de murcha permanente éaquela tensão de água acima da qual a planta se mantémmurcha, mesmo após ser colocada em ambiente que reduz atranspiração a zero, por varias horas (Slavích, 1974),geralmente colocando-se a amostra em uma câmara fechadaao abrigo da luz durante a noite. Na prática agrícola, não sefaz uso de métodos que anulem a transpiração para fazer aplanta recuperar a turgidez.

Para uma planta tolerante ao encharcamento do solo,ao contrário, observa-se que a produtividade diminuilentamente com o aumento da tensão da água no solo, sempassar por um máximo (Fig. 1.2B). Este declínio lento daprodutividade também aumenta rapidamente em tensões deágua superiores ao valor crítico (Tc), visto que nestas tensõesde água elevadas a planta encontra exponencial aumento nadificuldade de retirar a água do solo em função da elevadatensão de água.

O parâmetro Tc depende da interaçãoplanta/solo/atmosfera. Tc diminui quando as condiçõesatmosféricas causam aumento da taxa de evapotranspiraçãoe também diminui com fatores que causem diminuição dacondutividade hidráulica entre o solo e a raiz. Por ser umparâmetro muito difícil de definir experimentalmente Tc nãotem sido considerado em textos básicos de fisiologia vegetal.Diferentemente, para manejo de irrigação Tc é parâmetro queaparece com freqüência manuais e em artigos científicos. Osvalores de Tc para cada conjunto planta/solo/atmosfera temsido utilizados para se escolher sensores de tensão ou deumidade utilizados no manejo de irrigação de diferentesculturas.

Retenção de água no soloNa figura 1.3 ilustra-se o declínio da umidade em

função do aumento da tensão da água no solo. Os valoresexatos numa curva deste tipo dependem da composiçãogranulometrica, do arranjo estrutural, teor de matéria orgânicado solo, além de propriedades físicas da água tais comotensão superficial e capilaridade. Em geral, os solos departículas maiores (e.g. arenosos) retém quantidades de águamenor do que solos com predominância de argila e silte (e.g.argiloso).

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Dentre os parâmetros ilustrados na figura 1.3 apenasa capacidade de campo não depende da interaçãoplanta/solo. Predominantemente a capacidade de campodepende da textura, da compactação e da disposição dasdiferentes camadas que compõem o perfil de cada tipo desolo. Em geral, quanto menores as partículas constituintes dosolo maior é a tensão da água na capacidade de campo.

Em vasos para plantas a capacidade de campo desolos e outros substratos em geral depende mais daprofundidade do vaso do que de qualquer outro fator. Naprática, para que hajam macroporos cheios de ar para proveroxigênio para as raízes em vasos com altura menor que15 cm, o substrato precisa ser composto de grânulos quedeixem macroporos com diâmetros maiores que 0,2 mm. Atensão da água na capacidade de campo usualmente varia decerca de 2 kPa em solos arenosos e substratos a cerca de6 kPa em solos argilosos (Richards, 1949).

Na figura 1.4 ilustra-se como a umidade se re-distribuino solo após a aplicação da irrigação ou chuva. Os padrõescinéticos desta redistribuição da água é função da lâmina e daestrutura do solo. Nesta figura procura-se evidenciar que aágua só se movimenta apreciavelmente enquanto a umidadeé maior do que a da capacidade de campo e que estemovimento é mais rápido no início enquanto a umidade émais alta, tensão de água menor, e depois é fortementediminuída conforme a umidade se torna igual e menor que acapacidade de campo.

Manejo de IrrigaçãoManejo de irrigação representa os procedimentos

utilizados para se irrigar as plantas com a quantidade de águacorreta, antes que o teor de água no solo diminua a ponto decausar dificuldades para as raízes absorverem as quantidadesde água que a planta necessita para manter seudesenvolvimento sem restrições. Em outras palavras, paramanejar adequadamente a irrigação deve-se utilizar deparâmetros que auxiliem na determinação de “quando” irrigare de parâmetros para definir “quanto” de água deve seraplicada na irrigação.

Sabe-se que ao fazer um manejo de irrigaçãoadequado possibilita-se que as plantas se desenvolvam emsua plena capacidade e, adicionalmente, se assegura quenão haja a lixiviação de nutrientes, arrastados por aplicaçõesexcessivas de água, que percola e alcança profundidadessuperiores à do sistema radicular.

Para a questão “quando” irrigar? a resposta correta éo momento no qual as raízes das plantas começam a terdificuldades para absorver a água do solo, de modo que estese tornando mais seco, a produtividade da cultura seriaprejudicada. Em outras palavras a irrigação deve ser feitaquando a umidade do solo decresce e atinge a tensão críticada água (Tc) para a planta.

A quantidade correta (Quanto irrigar?) por sua vez,depende das características de retenção de água do solo, daprofundidade efetiva do sistema radicular e da tensão críticade água (Tc) para as plantas.

Dentre os vários métodos de manejo de irrigaçãoaqueles que se fundamentam na avaliação da umidadevolumétrica, ou por unidade de matéria seca do solo, e os

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métodos tensiométricos são os de aplicação mais direta, osmétodos mais fáceis. Porém são métodos que exigem boaamostragem, efetuadas em vários pontos, em profundidadeadequada.

Os métodos micrometeorológicos, por outro lado,fazem amostragens que usualmente são aplicàveis em áreasmais amplas, desde que uniformes. Estes métodos no entantosão menos eficientes e não possibilitam um ajuste tão exatoda quantidade de água que deve ser aplicada na irrigaçãoquanto os métodos tensiométricos de manejo de irrigação.Adicionalmente, no manejo com métodosmicrometeorológicos há necessidade de se utilizar também demétodos para avaliar periodicamente a umidade do solo ouainda fazer medições de variáveis biológicas como a tensãoda água na folha ou da abertura estomática, para que oagricultor tenha segurança e saiba que suas plantas não estãoperdendo produtividade por causa de estresse hídrico.

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

Para um bom manejo de irrigação com sensorespontuais de tensão de água, como o Irrigas, ou de umidadecomo o TDR (Time Domain Reflectometry), por exemplo, ossensores precisam ser instalados de modo que possamamostrar adequadamente a tensão da água no solo. Para quea amostragem seja satisfatória, sensores em númerosuficiente precisam ser apropriadamente instalados para seestimar qual é a umidade no solo visto que “A localização deestações de sensores no campo aparece como um primeiroproblema no monitoramento do estado da água no solo, umavez que o número de sensores disponíveis é normalmentepequeno em relação a área irrigada” (Coelho et al, 1995).

O baixo custo, a facilidade de leitura, e o fato de serum sensor robusto, que não precisa de manutenção, tornam oIrrigas o sensor de escolha, seja para manejo de irrigaçãocom leitura manual, seja para manejo de irrigaçãoautomatizado. E a razão disto é que não é difícil adquirir e lerum número adequado de sensores Irrigas, necessários emcada aplicação de manejo de irrigação.

Escolha dos sensores IrrigasO estado da água no solo pode ser avaliado com o

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

Para adquirir sensores Irrigas, deve-se fazê-lo deacordo com a faixa de tensão de água adequada para ocrescimento irrestrito de um determinado cultivo (Fig. 1.2). Astensões de água que costumam ocorrer quando se controla

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desta forma variam, tipicamente, entre a tensão crítica deágua na qual a irrigação deve ser realizada (Tc) e valores detensão de água (transitórios) abaixo da capacidade de campo(Fig. 1.2).

O Irrigas é atualmente comercializado com diferentestensões críticas, e.g. 10, 25, 40 kPa. Quanto ao uso, porexemplo, o Irrigas de 10 kPa se presta principalmente para omanejo de irrigação de plantas cultivadas em substratos e emsolos muito arenosos. O Irrigas de 25 kPa é muito utilizadopara o manejo de irrigação da maioria das culturas, hortaliças,frutas e até de grandes culturas, em solos de textura média aargilosa. O Irrigas de 40 kPa, por outro lado é recomendadopara cultura mais tolerantes ao déficit de água, especialmentequando cultivadas em solos argilosos, que retém a água maisfortemente.

Instalação do IrrigasPara utilizar o Irrigas adequadamente é necessário

instalar as cápsulas porosas em posição compatível com aprofundidade efetiva das raízes. Para isto é necessário que seconheça a profundidade das raízes da planta. Isso pode serfeito observando tabelas com profundidades estimadas(Marouelli et al, 2001) ou in situ, escavando-se até umaprofundidade igual ou um pouco maior que a profundidadedas raízes das plantas.

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

Na figura 1.5 mostra-se uma curva no tubo flexível doIrrigas, este detalhe que também tem sido utilizado nainstalação de outros sensores, como os sensoreseletrométricos de Bouyoucos feitos de blocos de gesso. Estedetalhe, usualmente impossível de ser considerado nostensiômetros comuns de haste rígida, assegura que água dachuva ou a própria água de irrigação não escorra para acápsula porosa através do tubo. Os sensores Irrigas assiminstalados são denominados de “sensores raiz”. A irrigação éfeita quando o solo ao redor dos “sensores raiz” “seca” e atensão da água se tona maior que a tensão crítica do sensorIrrigas utilizado.

A quantidade ou lâmina de água a ser aplicada éaquela necessária para levar a umidade do solo da tensãocrítica (Tc) à capacidade de campo.

Para conferir se a lâmina de irrigação aplicada éadequada, insuficiente ou excessiva, deve-se adicionalmenteinstalar os denominados sensores Irrigas limite ou sensoresIrrigas de controle. Estes sensores são instalados naprofundidade onde já se torna difícil observar a presença deraízes das plantas. Idealmente a quantidade de irrigação deveser tal que apenas metade dos “sensores limite” dêem

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resposta “úmido”, algumas horas após a irrigação. Isto éimportante porque a água que escoa para baixo daprofundidade das raízes não pode ser absorvida e por isto éconsiderada como perda, além de causa lixiviação denutrientes.

Tipicamente, os “sensores raiz” são instalados nametade da profundidade do sistema radicular e os “sensoreslimite” na profundidade limite do sistema radicular. Parahortaliças, 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 “sensoreslimite”, utilizados para ajustar a lâmina de irrigação, enquantoos sensores com rótulo verde seriam os “sensores raiz”,utilizados para determinar o momento da irrigação.

Após concluir a instalação dos sensores Irrigas éconveniente marcar o local com uma estaca visível, parafacilitar a monitoração dos sensores. Em outras palavras, ossensores são instalados como uma estação de controle deirrigação, com vários sensores em uma pequena regiãorepresentativa e de fácil acesso no cultivo. O tubo flexível decada Irrigas é, então, preso a uma cuba (Fig. 1.5), mantida deboca para baixo, ou então é ligada a um sinalizador deirrigação que será descrito posteriormente. Para uso comoutros dispositivos modernos de leitura, o tubo do sensorIrrigas pode também simplesmente ser tampado com umacapa para que a água da chuva não entre no interior dacápsula porosa do Irrigas.

Adicionalmente, não se deve esquecer que durante odesenvolvimento das plantas as raízes se aprofundam nosolo, progressivamente. Em conseqüência, pode sernecessário reinstalar os sensores em profundidade maior.Desse modo aplicam-se lâminas de irrigação maiores quepossibilitam às raízes explorar elementos nutritivos dissolvidosna solução contida em uma camada mais ampla do solo. Estareinstalação pode ser feita quando a planta atinge 35% a 40%de sua idade fenológica.

Sensores, sulcos, gotejamento e “mulching”Na irrigação por sulcos ou gotejamento os sensores

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

Nos solos em que o “mulching” é uma cobertura deplástico, os sensores Irrigas devem, preferencialmente, serinstalados antes da aplicação do filme plástico. Contudo, casotenham de ser instalados, posteriormente, então veda-se bemo corte do plástico para que não entre água de chuva no localdas cápsulas porosas. Os tubos dos sensores Irrigas devematravessar o mesmo orifício usado pelo caule da planta.

Número de sensoresNum campo homogêneo deve-se instalar menos três

pares de cápsulas de Irrigas (Fig. 1.6), visto que o solo em

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locais com baixa densidade de raízes permanece úmido porlongo tempo, e o solo em regiões com elevada densidade deraízes seca mais rapidamente. Em geral, o uso de um únicosensor tensiométrico, seja este o Irrigas ou um tensiômetrocomum é uma amostra insuficiente, visto que não há como seter certeza sobre a densidade de raízes e sobre outros fatoresque afetam a uniformidade da distribuição da água no solo aoredor de qualquer sensor pontual de irrigação.

Leitura do Irrigas e o momento da irrigaçãoA leitura dos sensores Irrigas deve ser feita,

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

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

Para facilidade de leitura, dois ou mais sensoresIrrigas (raiz) as vezes são ligados em paralelo a um único tubopara tornar a leitura dos sensores raiz mais rápida.

CuidadosApós o uso em uma cultura os sensores Irrigas

devem ser muito bem lavados usando apenas água e umaesponja abrasiva macia. Adicionalmente, antes de uma novainstalação os sensores Irrigas precisam ser testados paraverificar se não foram danificados por animais, no transporteou por manuseio rude. O teste de vazamento é a principalforma de verificar se o Irrigas funcionado bem. Para esseteste deve-se, mergulhar completamente a cápsula porosa doIrrigas em água por cerca de meio minuto e fazer uma leiturade umidade. Se a resposta for “úmido” o sensorpresumivelmente está bom para ser reinstalado.

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