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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. [email protected] Eng. Agríc., Prof. Assistente Dr., Dep. de Construções Rurais, FEAGRI, UNICAMP, [email protected] Eng. Agríc., aluno do curso de mestrado, FEAGRI, UNICAMP, [email protected] Aluno de graduação, FEAGRI, UNICAMP, [email protected].
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.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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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