CONTRIBUINTES

Gerenciamento de irrigação - por que fazer isso corretamente é mais fácil do que você pensa

Anos atrás, recebemos uma chamada de gerenciamento de irrigação de dois cientistas, Drs. Bryan Hopkins e Neil Hansen, sobre a grama esportiva que eles estavam cultivando em cooperação com os Gerentes de Campo Esportivo Certificados da Brigham Young University (BYU) e seus programas de pesquisa e educação de grama. Eles queriam otimizar o desempenho em situações desafiadoras, como falhas no controlador de irrigação e outras. Juntos, começamos a examinar intensamente a água na zona da raiz.

À medida que coletamos dados de irrigação e desempenho ao longo do tempo, descobrimos novas práticas recomendadas essenciais para o gerenciamento da irrigação em gramados e outras culturas, incluindo a medição do "potencial de água do solo (sucção do solo)". Combinamos sensores de potencial de água do solo com sensores tradicionais de conteúdo de água do solo para reduzir o esforço necessário para manter o alto desempenho da grama e, ao mesmo tempo, economizar custos de água e reduzir o potencial de doenças e a aeração deficiente. Também reduzimos os custos de fertilização ao minimizar as perdas por lixiviação da zona da raiz devido ao excesso de água.

Aumente a produtividade, a qualidade e o lucro de qualquer cultura com o gerenciamento de irrigação orientado pela umidade do solo

Neste artigo, usaremos gramados e batatas para mostrar como combinar dados de sensores de potencial hídrico e de conteúdo de água, mas essas práticas recomendadas se aplicam a qualquer tipo de cultura cultivada por cientistas de irrigação, agrônomos, consultores de culturas, produtores externos ou produtores de estufas. Ao adicionar sensores de potencial hídrico a seus sensores de conteúdo de água, um produtor de batatas de Idaho reduziu seu uso de água em 38%. Isso reduziu seu custo de água (custos de bombeamento) por 100 libras de batatas, economizando US$ 13.000 em um ano. Mas essa não é a melhor parte. Seu rendimento aumentou em 8% e ele melhorou a qualidade da colheita - a podridão que ele normalmente via praticamente desapareceu.

O que é o potencial hídrico do solo?

Em termos simples, o potencial hídrico do solo é uma medida do estado energético da água no solo. Ele tem uma definição científica complicada, mas você não precisa entender o que é o potencial hídrico do solo para usá-lo de forma eficaz. Pense nele como um tipo de termômetro de planta que indica o "conforto da planta" - assim como um termômetro humano indica o conforto (e a saúde) do ser humano. Aqui está uma analogia que explica o conceito de potencial hídrico do solo em termos de otimização da irrigação.

Depois de uma tarde de trenó, duas crianças voltaram para uma cabana gelada. Eles se apressaram em fazer uma fogueira para se aquecer e se secar. Continuaram acrescentando mais e mais troncos para ficarem confortáveis, mas logo a cabana estava sufocando. Na tentativa de se refrescarem, deixaram o fogo apagar e logo estavam tremendo de frio. Claramente, eles não tinham um entendimento fundamental da "quantidade" de toras necessárias para se aquecer e se sentir confortável na cabana.

Um problema semelhante existia para um professor de Wisconsin chamado Warren S. Johnson no final do século XIX. Encontrar o zelador para adicionar carvão a um forno no andar de baixo para manter seus alunos confortáveis era um esforço impreciso e demorado. Ele poderia ter tentado calcular a quantidade de calor que cada pedaço de carvão continha, o tamanho da sala e a quantidade de calor que já existia. Mas, em vez disso, ele inventou um dispositivo simples chamado termostato. Essa invenção usava a temperatura e uma campainha no porão para alertar o zelador a adicionar mais carvão quando o cômodo caísse abaixo da faixa de temperatura ideal para seu conforto. O termostato tornou-se o principal produto da Johnson Controls, uma empresa que existe até hoje.

O gerenciamento da água do solo para o crescimento das plantas tem muitos paralelos com essas histórias. Muitas vezes, quando as pessoas gerenciam a água de irrigação, elas reconhecem que uma planta está com dificuldades e adicionam água para deixá-la confortável novamente. O problema é que, assim como os meninos na cabana, eles adicionam água demais porque não sabem onde está o limite superior ou "quanta" água é suficiente. Em seguida, deixam o solo secar novamente até o ponto de ficar ressecado. Esse ciclo se repete várias vezes. Em outros casos, eles têm tanto medo de manchas marrons que mantêm o solo próximo à saturação, o que é um desperdício de água e prejudicial às plantas. Muitos irrigadores acham que a instalação de um sensor de conteúdo de água no solo resolverá esse problema, mas estão enganados. Essa abordagem tem problemas semelhantes aos de adicionar toras de madeira ao fogo.

Um sensor de teor de água só pode lhe dizer "quanta" água há no solo. Ele não pode lhe dizer se essa quantidade é ideal para as plantas. Um sensor de potencial hídrico do solo lhe fornecerá essa informação. Com o potencial hídrico, você mede um parâmetro que, como a temperatura, informa a energia da água no solo ou a quantidade de água disponível para as plantas.

Entender o potencial hídrico do solo é mais fácil do que parece

Todos estão familiarizados com a temperatura. Estamos constantemente verificando a temperatura para tomar decisões, mas, ao fazer isso, raramente, ou nunca, pensamos em sua complicada definição como o estado de energia de um sistema. Simplesmente sabemos o que ela significa para nosso conforto. Entendemos as unidades (graus) sem saber como elas estão ligadas à terceira lei da termodinâmica.

O potencial hídrico do solo é um indicador de estresse da planta

Como trabalhamos frequentemente com produtores de batata para otimizar o manejo da irrigação, ilustraremos esse ponto com dados de irrigação de batata, mas os mesmos princípios se aplicam a gramados e outras culturas. A Figura 2 mostra a produtividade da batata em seis locais diferentes em um campo de 40 hectares. Claramente, quanto mais tempo as plantas de batata permanecerem na faixa de estresse (abaixo de -100 kPa), maior será a perda de produtividade.

Esse mesmo conceito se aplica a todas as plantas. Obviamente, o objetivo do gramado é um campo de jogo consistente, robusto e estável que tenha uma ótima aparência (em vez de produzir rendimento), mas os conceitos são os mesmos. O gerenciamento do gramado dentro de sua zona de conforto hídrico resultará em plantas mais saudáveis, fornecendo o equilíbrio adequado de água e ar na zona da raiz. Isso também minimiza as doenças e preserva os nutrientes. Além disso, conserva a água e melhora a qualidade da superfície de jogo. O mesmo se aplica a outras culturas: manter as plantas dentro de sua zona ideal resulta em plantas mais saudáveis, o que significa maior qualidade e rendimento. Com a atual situação desafiadora da água doce, essas são ferramentas poderosas para ajudar na conservação.

O potencial hídrico do solo é difícil de medir?

Algumas pessoas resistem ao uso do potencial hídrico do solo para o gerenciamento da irrigação porque, historicamente, ele tem sido difícil de medir. Mas isso não é mais verdade. Ao longo dos anos, muitos dispositivos foram criados para medir o potencial hídrico do solo, mas geralmente sofriam de problemas debilitantes, como imprecisão, baixa repetibilidade e longevidade decepcionante. Mas, como a maioria das tecnologias, os avanços superaram muitos desses problemas. Temos instalado esses sensores de última geração em gramados e outras culturas, e aprendemos muito.

É possível controlar a irrigação usando apenas o potencial hídrico do solo?

Todas as plantas têm uma forte relação entre o potencial hídrico do solo e seu desempenho ou comportamento. Por que não medir apenas o potencial hídrico do solo para controlar a irrigação? Você faz a mesma coisa ao definir a temperatura do termostato. Ele não informa quanta energia será necessária para aquecer ou resfriar, mas ao definir o limite de temperatura, você sabe que ficará confortável. Você pode fazer a mesma coisa no solo? Sim, você pode simplesmente ligar a água por tempo suficiente para trazer o potencial da água de volta ao topo da faixa de conforto; isso é comumente feito.

Entretanto, há alguns problemas em potencial. Primeiro, talvez você não queira irrigar no momento exato em que o sensor determina que você precisa (como no meio do jogo ou quando as condições de evaporação são altas). Em segundo lugar, alguns solos podem apresentar um intervalo de tempo entre o momento da aplicação da água e o retorno do potencial hídrico ao nível "confortável", portanto, seria útil saber quanta água está sendo usada para saber quanto aplicar. É por isso que você precisa medir o conteúdo de água, além do potencial hídrico, para um gerenciamento ideal da irrigação.

Por que apenas o conteúdo de água não lhe dirá quando irrigar?

Como o conteúdo de água é mais fácil de medir no solo, muitos o utilizam para programar a irrigação, mas às vezes isso pode deixá-los no escuro. Para saber por que, vamos dar uma olhada em alguns dados coletados no campo. Não se preocupe se os gráficos parecerem complicados. Explicaremos no que é importante se concentrar.

Considere as tendências do conteúdo de água do solo na Figura 5 sob irrigação regular por aspersão. Como o conteúdo de água cai apenas 3% durante todo o verão, você pode concluir que as plantas cultivadas no solo não estavam estressadas. Você pode até justificar essa conclusão observando o alto teor de água (quase 30% ou mais). Mas lembre-se, assim como você não pode dizer quantos troncos são necessários para mantê-lo aquecido, você não pode dizer "quanta" água as plantas precisam para ficarem confortáveis sem mais informações.

Observe o potencial hídrico do solo na Figura 6. Essas são medições no mesmo local! Alguns dos locais permanecem na faixa de estresse durante a maior parte do verão. Nesse caso específico, o gerente não estava ciente do problema e até sugeriu (sem ver o local) que poderia haver um problema com os sensores. Visitamos o local e descobrimos que os sensores estavam corretos. Ele agora tem vários sensores de potencial de água no solo instalados e confia neles antes de qualquer outra medição para otimizar o gerenciamento da irrigação.

O potencial hídrico do solo é uma medida da força com que o solo está retendo a água. Se o potencial hídrico (ou tensão) for muito forte, a água não estará disponível para as plantas. Embora seja fácil ver as condições de estresse na Figura 6, isso não é evidente no conteúdo de água (Figura 5).

Como combinar o conteúdo de água e o potencial de água do solo para o gerenciamento preciso da irrigação

Embora o gerente do último exemplo tenha usado apenas o potencial hídrico para o gerenciamento da irrigação, ele também se deu ao luxo de trabalhar com um solo pesado. Vamos dar uma olhada em outro exemplo. Instalamos sensores dentro e abaixo da zona de raiz de um gramado de alto desempenho cultivado em um campo esportivo com base em areia de especificação ASTM (F2396 - 11). Isso nos deu a oportunidade de ver como estávamos nos saindo com a irrigação baseada em calendário versus a irrigação controlada por sensor.

Dividimos a avaliação em três períodos (mostrados na Fig. 7) durante todo o verão: irrigação padrão baseada no calendário, períodos fixos de secagem (com base no potencial hídrico do solo) e, finalmente, um período extremo de secagem. As próximas três figuras mostrarão os dados em detalhes de cada um desses testes.

A zona da raiz desse gramado em particular era de aproximadamente 15 cm, portanto, instalamos sensores de teor de água e de tensão a 6 e 15 cm, respectivamente, com um único sensor de teor de água a 25 cm para ver a água que estava sendo lavada além das raízes e desperdiçada.

Use o teor de água para determinar seu ponto "cheio"

Quando começamos a analisar os dados mostrados na Figura 8, sabíamos que a irrigação do calendário estava resultando em irrigação excessiva.

O potencial hídrico do solo estava preso próximo a 0 kPa (sim, você pode estar acima da zona de conforto e causar problemas também). E cada evento de irrigação trazia um salto no conteúdo de água abaixo da zona da raiz (25 cm). Claramente, precisávamos reduzir o nível. Nosso objetivo era colocar a tensão na faixa ideal (-20 a -100 kPa) e manter o conteúdo de água de 25 cm estável.

Observando atentamente a saída do sensor, avançamos em direção à irrigação ideal, como você vê no regime de período de secagem fixo. A Figura 9 mostra que, em 20 de julho, irrigamos apenas o suficiente para retornar o potencial de água do solo à faixa ideal para as plantas, sem aumentar o teor de água de 25 cm. Assim, não estávamos perdendo água abaixo da zona da raiz. Você pode até ver a absorção diária de água a 6 cm e 15 cm por essas raízes no conteúdo de água. Quando irrigamos e retornamos a tensão para a faixa de conforto e não fizemos com que o teor de água de 25 cm aumentasse, esse foi o nível alto ideal. Usamos o sensor de teor de água de 6 cm para nos informar o ponto máximo de irrigação. Nesse solo específico, você pode ver que o teor de água é de cerca de 15%.

Use o potencial hídrico do solo para determinar o ponto "vazio"

Por outro lado, nosso ponto "vazio" foi determinado usando o potencial de água do solo. Em setembro, deixamos a água baixar até que as plantas não a absorvessem mais.

Na Figura 10, o conteúdo de água de 25 cm não está se movendo, o que é ótimo. Em 5 de setembro, no nível de seis cm, o gramado para de absorver água (sem queda diária). As plantas não conseguem retirar água do solo porque o potencial hídrico do solo é muito alto. E quando a absorção de água é interrompida, supondo que não seja por causa de um dia nublado (o que não foi o caso), sabemos que esse é o nível mais alto do potencial hídrico do solo ou o ponto "vazio", onde a grama entrará em dormência (-500 kPa). Essa é a faixa da qual nunca queremos nos aproximar. Queremos manter as plantas na faixa de conforto de -20 a -100 kPa. Se estiver caindo abaixo da faixa ideal, sabemos que é hora de regar.

Como determinar um regime de irrigação ideal

Algo poderoso aconteceu quando juntamos essas duas medições (Figura 11). A combinação da quantidade de água no solo (teor de água) e do potencial hídrico do solo nos permitiu calcular um envelope hídrico - a quantidade de água necessária para ir de vazio a cheio - ou a quantidade máxima de água que deveria ser aplicada a esse gramado.

A Figura 11 ilustra esse conceito usando um balde cheio para mostrar a quantidade máxima de água que deve ser aplicada ao solo. Qualquer quantidade maior do que essa simplesmente ultrapassará o "topo do balde" e será desperdiçada junto com os fertilizantes, etc. O balde vazio (não queremos chegar perto desse ponto) é o conteúdo de água do solo correspondente a uma tensão de -500 kPa na Fig. 10, onde as plantas não conseguem obter mais água; o conteúdo de água associado é de 8%. O envelope de água seria (diferença de conteúdo de água) * (profundidade de enraizamento) ou, nesse caso (16% - 8%) * 0,15 m = 12 mm de água de irrigação.

Os 12 mm de água seriam a quantidade máxima de água que deveria ser aplicada ao gramado. No entanto, para obter o desempenho ideal, só queremos cair para -100 kPa. Nesse solo específico, isso seria cerca de 12% de VWC (conteúdo volumétrico de água) ou uma alteração de 4% de VWC e irrigação de 6 mm de água. Portanto, além de apenas ver a faixa de conforto, podemos aumentar a quantidade de água necessária para movê-la da parte inferior da faixa ideal para a parte superior.

Gerenciamento de irrigação - simplificado

A medição do potencial hídrico juntamente com o conteúdo de água para o gerenciamento da irrigação economiza tempo e dinheiro. Por quê? Porque fornece as informações corretas. Voltando à analogia da cabana, não saberíamos se estaríamos confortáveis em nossa cabana apenas sabendo quantas toras colocamos no fogo. Da mesma forma, não saberemos se o solo está com a umidade ideal para o crescimento das plantas apenas sabendo a quantidade de água existente ou o teor de água. O potencial hídrico do solo, combinado com o conteúdo de água do solo, nos dá os pontos exatos de cheio e vazio para um desempenho ideal. Quando o potencial hídrico cai fora da zona de conforto da cultura ou da faixa ideal, sabemos que precisamos adicionar água. E sabemos exatamente a quantidade de água a ser adicionada. Essas duas medições combinadas são ferramentas poderosas que podem ser usadas para aperfeiçoar o gerenciamento de água e nutrientes - sem perder tempo e dinheiro com problemas causados pelo excesso de irrigação.

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