Cartilha_Projeto Semiárido_V3 (1).pdf (4937218)files.prefeiturademacurure.webnode.com/200002096-7f718806af...especíﬁcas, relacionadas com o monitoramento da seca, sistemas de alerta,

Ministério da Ciência Tecnologia e Inovação

APLICAÇÃO DA INFORMAÇÃO APLICAÇÃO DA INFORMAÇÃO

AGROMETEOROLÓGICA NO PLANEJAMENTOAGROMETEOROLÓGICA NO PLANEJAMENTO

E TOMADA DE DECISÃO NA AGRICULTURAE TOMADA DE DECISÃO NA AGRICULTURA

FAMILIAR DO SEMIÁRIDO BRASILEIROFAMILIAR DO SEMIÁRIDO BRASILEIRO

APLICAÇÃO DA INFORMAÇÃO

AGROMETEOROLÓGICA NO PLANEJAMENTO

E TOMADA DE DECISÃO NA AGRICULTURA

FAMILIAR DO SEMIÁRIDO BRASILEIRO

Equipe TécnicaAutor: José Maria Nogueira da CostaColaboração: Domingos Fernandes Urbano Neto Germano Beraldo Filho Luciana Miura Sugawara Luís Marcelo de Mattos Zeri Paulo Rogério de Arquino Arlino

1

Agricultura familiar no semiárido brasileiro ........................................... Monitoramento Agrometeorológico no Semiárido Brasileiro .........

Sistema de Informações Agrometeorológicas .......................................

Metodologia para caracterização e manejo dos riscos na agricultura familiar ...........................................................................................

Caracterização e monitoramento de secas .............................................

Manejo dos riscos de secas ...........................................................................

Referências ...........................................................................................................

Índice

2

4

13

14

15

17

19

2

O semiárido brasileiro é constituído por 1.135 municípios

pertencentes a oito estados do Nordeste (Piauí, Ceará, Rio Grande

do Norte, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe e Bahia) e ao

norte de Minas Gerais, abrangendo uma área de 980.133,079 km².

Essa é a região semiárida mais populosa do planeta, com uma

população de 22.598.318 habitantes, de acordo com o IBGE (2012).

No Nordeste brasileiro existem mais de 2 milhões de

estabelecimentos agropecuários de agricultura familiar e cerca de

250 mil estabelecimentos enquadrados como não familiar (IBGE,

2009). Segundo CASTRO (2012), a área ocupada pelos

estabelecimentos de agricultura familiar nessa região é de

aproximadamente 28 milhões de hectares, enquanto a área

ocupada pelos estabelecimentos de agricultura não familiar é de

41 milhões de hectares, indicando uma considerável concentração

fundiária.

Os produtos mais gerados pela agricultura familiar no

Nordeste, que representa os percentuais da produção familiar

sobre a produção total do produto agropecuário, são o arroz em

casca, o feijão, a mandioca e o milho em grão, com percentuais

médios para cada produto que variam de 80 a 89 % (COELHO,

2010). Além da produção de alimentos básicos, a agricultura

familiar no semiárido, com cerca de 12,3 milhões de trabalhadores,

também contribui para fixar o homem no campo, evitando a

migração para os grandes centros urbanos. CASTRO (2012)

recomenda a aplicação de investimentos nos setores de assistência

técnica e em instituições de Ciência e Tecnologia para promover a

melhoria do sistema produtivo. PORFÍRIO e DA SILVA (2013)

constataram uma grande carência de estudos multidisciplinares

abordando aspectos sociais e questões ambientais.

O projeto do CEMADEN: “Sistema de previsão de risco de

colapso de safras no semiárido brasileiro” contribuirá para a

geração de produtos, baseados em análises de risco

agrometeorológico, que auxiliarão o agricultor familiar no

Agricultura Familiar no Semiárido Brasileiro

3

Agricultura Familiar no Semiárido Brasileiro

planejamento e na tomada de decisão de suas atividades agrícolas

relacionadas com definição da data de plantio, escolha da cultura

ou cultivar em função da duração do ciclo, manejo do solo,

aplicação de fertilizantes e controle de pragas e doenças. Outros

produtos serão desenvolvidos para atender necessidades

específicas, relacionadas com o monitoramento da seca, sistemas

de alerta, zoneamento de risco agroclimático, balanço hídrico das

culturas, calendário agrícola, modelos agrometeorológicos de

produtividade das culturas e de colapso de safras. Essas ações

contribuirão para a implementação de políticas públicas que

minimizem os efeitos do colapso de safras sobre os agricultores

familiares do semiárido brasileiro.

4

O monitoramento agrometeorológico no semiárido é o

passo inicial essencial no planejamento de estratégias de manejo

de riscos possibilitando o desenvolvimento de sistemas de alerta

relacionados com o monitoramento de secas e de longas

estiagens. Índices de seca, por exemplo, poderão ser usados para

avaliar os níveis de risco de seca e a consequente associação com

os riscos de colapso de safras. Dados agrometeorológicos de alta

qualidade serão coletados em uma rede constituída de 95

PCDAgro (Plataformas completas de coleta de dados

agrometeorológicos) e de 500 PCDAqua (Plataformas de coleta

automática de dados pluviométricos e de umidade do solo),

distribuídas em municípios representativos da agricultura familiar

nas diversas microrregiões dos estados que compõem o semiárido

brasileiro.

Observações agrometeorológicas na PCDAgro

Serão feitas medições contínuas das

seguintes variáveis agrometeorológicas, que

caracterizam o ambiente físico do semiárido:

temperatura do ar, umidade relativa do ar,

precipitação, direção e velocidade do vento,

radiação solar global, saldo de radiação,

temperatura e umidade do solo (em quatro

níveis). A transmissão automática dos dados

será feita via sinal de telefonia móvel (GPRS) e

alimentação de energia através de painel

solar.

Monitoramento Agrometeorológicono Semiárido Brasileiro

5

Observações agrometeorológicas na PCDAqua

Na PCDAqua serão feitas medições

da precipitação e da umidade do solo ( em

dois níveis), com transmissão automática

dos dados coletados, via sinal de telefonia

móvel (GPRS) e alimentação de energia

através de painel solar. A acurácia das

medições na PCDAgro e PCDAqua atendem

às exigências recomendadas pela WMO

(2008b).

Observações do ambiente físico do semiárido

O semiárido caracteriza-se geralmente por estações

chuvosas curtas (com grande variabilidade na precipitação), altas

temperaturas, altas taxas de evapotranspiração potencial e solos

com baixa capacidade de retenção de água. O agrometeorologista

tem uma grande contribuição a oferecer aos agricultores familiares

ao proporcionar várias utilizações práticas dos dados

agrometeorológicos coletados, desde a caracterização

agrometeorológica do ambiente físico do semiárido até avaliações

da extensão e severidade dos riscos climáticos na produção

agrícola em consequência da frequente ocorrência de secas e

longas estiagens. Breves considerações sobre as variáveis

coletadas na PCDAgro e PCDAqua serão apresentadas a seguir:


6

Radiação Solar

A radiação solar é a principal fonte de energia para todos os processos físicos e biológicos. O conhecimento da radiação solar global (radiação solar direta + irradiância difusa) durante a estação de crescimento das culturas é de fundamental importância para o p l a n e j a m e n t o a g r í c o l a . É u t i l i z a d o e m m o d e l o s agrometeorológicos na estimativa da evapotranspiração potencial, na estimativa das necessidades hídricas das culturas e na estimativa da radiação fotossinteticamente ativa (PAR), além de ser um componente importante do balanço de radiação à superfície.

Saldo de Radiação

O saldo de radiação expressa o balanço de radiação à superfície (solo coberto por vegetação, solo nu ou qualquer superfície). É composto do balanço de radiação de ondas curtas (ganhos) e do balanço de radiação de ondas longas (perdas). É o principal componente na estimativa da evapotranspiração de referência, com base no método de Penman-Monteith, e na determinação das necessidades hídricas das culturas. Expressa a energia disponível utilizada no aquecimento do ar, do solo e na evaporação da água do solo e transpiração das plantas.


Superfície da Vegetação

Balanço de Radiação

de Onda Curta

Balanço de Radiação

de Onda Longa

RS¯aRS¯

(Radiação solar

de Onda Curta

Incidente)

(Radiação solar de

Onda Curta refletida)

RL¯

(Radiação deOnda Longa

Incidente)

(1-eo)RL¯

RL

(Radiação deOnda Longa emitida

pela superfície)

(Radiação deOnda Longa

refletida)

Balanço de Radiação à Superfície = – Ganhos Perdas

Rn = (1-a)RS¯ + RL¯ - RL - (1-eo)RL¯

Balanço de Radiação à Superfície

7

Precipitação

A variabilidade da precipitação no semiárido é a maior limitação para a produção agrícola nessa região, devido à frequente ocorrência de secas e longas estiagens. Modelos matemáticos utilizando séries de dados pluviométricos diários são utilizados na determinação do início, fim e duração da estação chuvosa. KASAM (1979) propôs um critério para definir o início e duração da estação de crescimento baseado em dados de precipitação e de evapotranspiração potencial. Também é importante a caracterização dos períodos secos e úmidos durante a estação de crescimento. Várias práticas agrícolas podem ser otimizadas com base na determinação das probabilidades de precipitação durante os estádios fenológicos das culturas, como por exemplo, a escolha de variedades ou cultivares mais adequados de acordo com as características da estação chuvosa para determinados níveis de probabilidade de precipitação.

Temperatura do ar

As plantas crescem e se desenvolvem dentro de certos limites de temperatura do ar. Existem limites ótimos de temperatura do ar para cada espécie ou cultivar, e também temperaturas ótimas para cada estádio fenológico, além de limites térmicos letais, superiores e inferiores. A temperatura do ar é comumente utilizada em estudos fenológicos para se estimar a data de ocorrência de cada estádio fenológico da cultura até a maturação, com base no conceito de graus-dias. Este conceito baseia-se na relação existente entre a taxa de desenvolvimento de uma cultura e a temperatura do ar. Nesse conceito consideram-se as temperaturas basais, inferior e superior. Abaixo da temperatura basal inferior e acima da temperatura basal superior a planta não se desenvolve ou ocorre em taxas muito reduzidas. O conceito de graus-dias leva em consideração apenas o efeito térmico, sem considerar outros fatores ambientais sobre o crescimento da planta. A ocorrência de temperaturas elevadas acima da temperatura base superior pode ocasionar a redução da produtividade.


8


Umidade Relativa

A umidade relativa influencia a evapotranspiração e consequentemente na determinação das necessidades hídricas das culturas. Quanto menor a umidade relativa, maior será o déficit hídrico e consequentemente maior será a perda por evapotranspiração. A determinação do número de horas em que a umidade relativa ficou abaixo ou acima de um determinado valor é útil em vários estudos, especialmente em trabalhos fitossanitários.

Vento (direção e velocidade)

Os ventos no semiárido, geralmente são frequentes e fortes. Afetam as plantas mecanicamente (causando tombamento) e fisiologicamente (aumentando a transpiração e a evaporação da água do solo). É uma variável utilizada na estimativa da evapotranspiração potencial e necessidades hídricas das culturas. O sensor de velocidade do vento (anemômetro sônico) na PCDAgro é instalado em uma torre a 3 m de altura.

Temperatura do solo

A temperatura do solo controla as at iv idades microbiológicas e processos envolvidos na produção das culturas. As taxas de decomposição e mineralização de formas orgânicas do nitrogênio aumentam com a temperatura do solo. A quantidade de matéria orgânica que permanece no solo diminui com temperaturas do solo maiores. A temperatura do solo influencia a taxa de germinação das sementes e do crescimento das raízes. As temperaturas do solo serão medidas continuamente nas PCDAgro, nas profundidades de 10, 20, 30 e 40 cm.

Umidade do Solo

Os dados de umidade do solo são mais importantes do que os dados pluviométricos para expressar a disponibilidade de água para as culturas. O monitoramento da umidade do solo será feito em quatro profundidades (10, 20, 30 e 40 cm) na PCDAgro e em duas profundidades (10 e 20 cm) na PCDAqua.

Variáveis utilizadas na previsão agrometeorológica

Evapotranspiração de Referência – ETo (ouEvapotranspiração potencial - ETP)

A ETo será determinada com base nas medições feitas na PCDAgro. A ETo foi definida pela FAO (1997) como representando a evapotranspiração de uma cultura hipotética, de porte baixo (12 cm), com albedo de 0,23 e uma resistência de superfície de 70 s/m. Existem várias formulações para estimativa da ETo, porém a equação tomada como padrão é a equação de Penman-Monteith (FAO – ALLEN et al., 1998). Antes da padronização era chamada de evapotranspiração potencial (ETP) e equivalia à evapotranspiração de uma superfície gramada.

Clima

Saldo de radiação,Temperatura, Umidade

relativa, Velocidadedo vento

Cultura dereferência

Sem restriçãohídrica

ETo

=


9

O balanço hídrico da cultura é determinado pela diferença entre a precipitação recebida pela cultura e a água perdida pela cultura, através da transpiração, e pelo solo, através da evaporação. Pode ser feito em diferentes escalas de tempo (diária, quiquindial, quinzenal ou mensal). Uma aplicação prática para agricultura de sequeiro foi desenvolvida por FRÈRE e POPOV (1979), baseado em valores de 10 dias da precipitação e da evapotranspiração de referência. A equação básica desse balanço hídrico foi expressa por:

Si = Si-1 + PPTi - ETci ETci = Kci x ETi

10

Em que, Si é o teor de água no solo no fim do período de 10 dias; Si-1 é o teor de água no solo no início do período de 10 dias; PPTi é a precipitação durante o período de 10 dias; ETci representa as necessidades hídricas da cultura durante o período de 10 dias; ETi é a evapotranspiração de referência durante o período de 10 dias; e Kci é o coeficiente da cultura durante o período de 10 dias.

Baseado nessa formulação do balanço hídrico, FRÈRE e POPOV (1979) propuseram um índice de satisfação específico das necessidades hídricas da cultura. Esse índice expressa o estresse hídrico apresentado pela cultura durante o ciclo de crescimento, podendo ser correlacionado com a produtividade da cultura.


Balanço hídrico da cultura

Tempo

Cultura

Solo

PPT x EToETc = Kci i

Exc Ro

CAD

Drenagem

S = S + PPT - ETci i -1 i i

Déficit

PPT – precipitação

ETc – Evapotranspiração da cultura

Exc – Excesso de água

Ro – Escoamento superficial

CAD – Capacidade de água disponível no solo

Si – Teor de água no solo no dia i

Si-1 – Teor de água no solo dia i – 1

ETa – Evapotranspiração atual

11


Balanço de Energia

Rn = lET + H + G

Rn é o saldo de radiação (Balanço de radiação de ondacurta e de onda longa, à superfície)

lET é o fluxo de calor latente (energia usada no processode evaporação)

H é o fluxo de calor sensível para o ar

G é fluxo de calor sensível para o solo.

Rn

lETH

G

A equação do balanço de energia expressa a distribuição da

energia disponível à superfície em seus componentes de

evapotranspiração (calor latente), aquecimento do ar e das plantas

( calor sensível) e aquecimento do solo (fluxo de calor no solo). É

muito utilizado nos modelos agrometeorológicos pela sua

importância nos processos de crescimento, desenvolvimento,

necessidades hídricas e produtividade das culturas.

12

Uso de modelos agrometeorológicos

Os dados coletados nas PCDAgro e PCDAqua juntamente

com os dados agronômicos da cultura, do manejo e do solo são

utilizados em modelos agrometeorológicos para a previsão de

produtividade e/ou previsão de colapso de safras, além de

fornecerem indicadores de risco durante as fases fenológicas da

cultura. Esses modelos são baseados no conhecimento direto e

indireto dos mecanismo que governam as interações solo-planta-

atmosfera. São constituídos de vários componentes, tais como,

fenologia, assimilação, respiração, crescimento de raízes, manejo

da água e de nutrientes.


PPT

Umidadedo solo

Transpiração/evaporação

do solo

Energiadisponível

IAF

Calorsensível

Fotossíntese/respiração

CO2

Liteira Nutrientes

13

O sucesso da aplicação da informação agrometeorológica no planejamento e tomada de decisão na agricultura familiar do semiárido depende da integração dos dados coletados (meteorológicos, do solo e das culturas), das análises dos dados visando o desenvolvimento de aplicações para atender as necessidades dos usuários, conforme ilustrado na figura anexa. Os principais usuários são os agricultores familiares, porém, também podem ser considerados importantes usuários os tomadores de decisão como os extensionistas, associações de agricultores, órgãos governamentais e da imprensa, pesquisadores, empresas de crédito/seguro e público em geral. Há uma urgente necessidade de aprimorar os canais de comunicação entre os pesquisadores, técnicos de extensão rural e agricultores familiares. A colaboração entre eles é fundamental para o efetivo uso dos sistemas de informação agrometeorológica na redução dos riscos climáticos.

Os agricultores familiares devem estar conscientes da influência de suas atividades de manejo no ambiente físico do semiárido, procurando minimizar qualquer efeito de degradação devido a práticas agrícolas inadequadas.

Dados Meteorológicosde superfície:T, UR, P, u, RS

Relação dasCulturas

com Pragas eDoenças

CalendárioAgrícola

Extensionistas

EmpresasAgrícolas

Dados Biológicos dasculturas de interesse Previsão do Tempo

Sistema de InformaçõesAgrometeorológicas

InformaçõesAgrometeorológicas Pesquisa

Agricultores Crédito/Seguro

Modelos e Técnicas Agrometeorológicas:Balanço Hídrico, Graus-dias, Produtividade, etc

Fonte: Pereira et.al 2002

Sistema de Informações Agrometeorológicas

14

Metodologia para a caracterização e manejodos riscos na agricultura familiar

Riscos da Agricultura Familiar

Riscos decolapso de safra

Riscosdo Mercado

RiscosFinanceiros

RiscosInstitucionais

RiscosHumanos

ex. Secas

ex. Política depreços dos

produtos agrícolas

ex. Taxas de jurosdos empréstimos

agrícolas

ex. Políticagovernamental

para a agriculturafamiliar

ex. acidentesde trabalho

Fonte: Adaptado de Hay, 2006.

Todos dependentes das condições do tempo e do clima

O agricultor familiar lida com vários tipos de riscos em suas atividades agrícolas. Todos esses riscos estão relacionados com condições adversas do tempo e do clima, tais como, riscos de colapso de safras, riscos do mercado, riscos financeiros, riscos institucionais e riscos humanos. No semiárido, a principal causa de risco de colapso de safras é a ocorrência de secas severas e longas estiagens. O relatório do IPCC (2014) sobre impactos, adaptação e vulnerabilidade às mudanças climáticas destaca como um risco chave para o semiárido a questão da disponibilidade de água, e a perspectiva de aumento na frequência de eventos extremos, como as secas severas.

Modernos sistemas agrometeorológicos já funcionam operacionalmente em vários países europeus para lidar efetivamente com os riscos e incertezas agrometeorológicas. As análises e mapeamento dos riscos são baseados em dados meteorológicos, agrometeorológicos e parâmetros gerados pelos modelos agrometeorológicos. HAY (2006) propôs uma metodologia baseada na identificação, caracterização e avaliação dos riscos. A adoção desse procedimento, baseado nos riscos, é consequência dos grandes avanços alcançados recentemente nas previsões de tempo de curto prazo e sazonais, e na modelagem climática.

15

Caracterização e monitoramento de secas

A importância da caracterização das secas é permitir que medidas de proteção sejam implementadas para minimizar os possíveis impactos. Segundo WILHITE e GLANTZ (1985), existem três procedimentos para tratar sobre avaliações de seca como um fenômeno físico (seca meteorológica, seca hidrológica e seca agrícola). Outro procedimento trata a seca em termos de suprimento e demanda, analisando os efeitos da falta de água nos sistemas sócio-econômicos (seca sócio-econômica). Todos os tipos de seca se originam de uma deficiência na precipitação. Quando esta deficiência se prolonga por um extenso período de tempo, ou seja, uma condição de redução em relação aos valores normais, tem-se a seca meteorológica.

Alguns critérios de seca meteorológica identificam períodos de seca com base no número de dias com precipitação inferior a um determinado valor especificado. Outro critério relaciona a variação da precipitação atual com médias de precipitação mensal, sazonal ou anual.

A seca agrícola é consequência direta da seca meteorológica, quando ocorre um déficit de umidade do solo. Uma boa definição de seca agrícola, de acordo com WILHITE e GLANTZ (1985) deveria levar em consideração a suscetibilidade das culturas durante os diversos estádios de desenvolvimento fenológico, desde a emergência até a maturação. A seca agrícola afeta particularmente os sistemas de agricultura e de pecuária, em condições de sequeiro.

A seca hidrológica está associada com os períodos sem precipitação nos suprimentos de água superficiais e subterrâneos. A frequência e severidade da seca hidrológica são geralmente caracterizadas em termos de bacia hidrográfica.

A seca sócio-econômica difere dos outros tipos porque está associada aos impactos da falta de água à população e à economia. A seca sócio-econômica ocorre quando a demanda para um determinado bem econômico excede o suprimento. Segundo WILHITE (2007) este conceito de seca indica a forte simbiose que existe entre a seca e seus impactos nas atividades humanas.

16

Relações entre a seca meteorológica,agrícola, hidrológica e sócio econômica

Tem

po

(d

ura

ção

)

Seca

hid

roló

gic

a S

eca

ag

ríco

la S

eca

mete

oro

lóg

ica

Variabilidade Climática

Deficiência de precipitação Altas temperaturas , ventos fortes,

baixa umidade relativa, baixa nebulosidade,alta duração de brilho solar

Diminuição na infiltração,escoamento superficial

e percolação

Aumento na evaporaçãoe transpiração

Deficiência de água no solo

Estresse hídrico nas plantas e redução dabiomassa e da produtividade das culturas

Redução nos fluxos de água parareservatórios, lagos e lagoas

Impactos econômicos Impactos sociais Impactos ambientais

Fonte: National Drought Mitigation Center, University of Nebraska, USA

Seca s

ócio

-eco

nô

mic

a

O manejo das secas é feito através dos índices de seca. Esses

índices são importantes para o monitoramento porque eles

sintetizam complexas interações entre as variáveis climáticas e

processos relacionados, como o teor de umidade do solo. Os

índices caracterizam as secas em termos de severidade, extensão

espacial e frequência. Os índices de seca, mais comuns são: o índice

de precipitação padronizado (SPI), o índice de severidade de seca

de Palmer (PDSI) e decis. O índice SPI é baseado apenas na

precipitação e por isso, é o índice mais fácil de usar para fins de

monitoramento. Para fins de análise de risco, é importante avaliar

as características das secas ( severidade e duração) em uma

determinada região em termos probabilísticos.

Caracterização e monitoramento de secas

17

Manejo dos riscos de secas

Fonte: Adaptado do National Drought Mitigation Center, University of Nebraska, USA

O manejo dos riscos de secas está associado a ações de planejamento e de mitigação, reduzindo a vulnerabilidade, os impactos e a necessidade de intervenção governamental. O planejamento visa aumentar o nível de preparação antes da seca, contribuindo para uma maior capacidade operacional e institucional de responder aos eventos de seca. A mitigação refere-se a ações ou programas de curto e de longo prazo, antes ou durante a seca, que reduzem o risco de perdas de vidas, propriedade e capacidade produtiva. Neste procedimento há uma crescente demanda por informações instantâneas e de qualidade, visando otimizar as decisões relativas aos riscos e incertezas no sistema de produção e de distribuição agrícola. Os índices de seca são utilizados neste procedimento para avaliar os níveis de severidade das secas. O monitoramento da seca e os sistemas de alerta são os principais componentes do manejo dos riscos de secas. Trata-se de um procedimento proativo.

18

Manejo dos riscos de secas

Seca Enchente

Pro

ba

bil

ida

de

P (

x)

X (Ex. precipitação, umidade do solo, etc.)

Capacidade de

lidar com a seca

Vulnerabilidade às secas

Em toda Sociedade existe umadeterminada capacidade de lidar

com a seca

As tomadas de decisão nosemiárido, em resposta aoseventos extremos, poderão

aumentar ou diminuir a faixade vulnerabilidade às secas.

Em contraste, o procedimento de gestão da crise da seca baseia-se na implementação de medidas e ações, após o início da seca. Este procedimento caracteriza-se pela ineficiência, falta de coordenação e maior vulnerabilidade. Trata-se de um procedimento reativo. De acordo com WILHITE (2005), existem duas tendências atuais utilizadas no manejo das secas. A primeira está relacionada com a implementação de modernos sistemas de monitoramento agrometeorológico, e o consequente desenvolvimento de sistemas de alerta. A segunda tendência refere-se à crescente ênfase em preparação e mitigação.

19

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