MANEJO DE ÁGUA NO SOLO PARA IRRIGAÇÃO DE PASTAGENS NA REGIÃO NOROESTE DO PARANÁ

JONEZ FIDALSKI

CELSO HELBEL JUNIOR

EDSON LUIZ DIOGO DE ALMEIDA

2ª EDIÇÃO DIGITALIZADA – CURITIBA – AGOSTO/2019

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GOVERNO DO PARANÁ Secretaria da Agricultura e do Abastecimento Norberto Anacleto Ortigara – Secretário de Estado

INSTITUTO AGRONÔMICO DO PARANÁ Natalino Avance de Souza – Diretor Presidente Rafael Fuentes Llanillo – Diretor de Pesquisa

INSTITUTO PARANAENSE DE ASSISTÊNCIA TÉCNICA E EXTENSÃO RURAL Natalino Avance de Souza – Diretor Presidente Nelson Harger – Diretor Técnico

AUTORES JONEZ FIDALSKI – Pesquisador da Área de Solos. Instituto Agronômico do Paraná

– IAPAR. Rua Amador Aguiar, s/n, ao lado do DER, Jardim Ipê, Caixa Postal

564, CEP 87701-970, Paranavaí/PR. E-mail: fidalski@iapar.br

CELSO HELBEL JUNIOR – Pesquisador da Área de Engenharia Agrícola. Instituto Agronômico do Paraná – IAPAR. Rodovia Celso Garcia Cid, km 375, CEP 86047-902, Londrina/PR. E-mail: celso@iapar.br

EDSON LUIZ DIOGO DE ALMEIDA – Coordenador Estadual do Projeto Redes de Referência. Instituto Paranaense de Assistência Técnica e Extensão

Rural – Emater. Av. Itororó, 270, CEP 87010-460, Maringá/PR. E-mail: edsonalmeida@emater.pr.gov.br

Material de divulgação técnica preparado a partir da compilação das publicações indicadas nas referências apresentadas ao final do texto. 1ª versão impressa na Gráfica da EMATER/PR. Curitiba, 12/06/2019.

2ª edição revisada e ampliada em 16/08/2019 – publicação digitalizada.

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INTRODUÇÃO Este documento foi elaborado com a finalidade de suprir as demandas sobre o manejo de água no solo para irrigação de pastagens na Região Noroeste do Paraná, após a quantificação de parâmetros técnicos gerados sobre o armazenamento de água no solo e o monitoramento das tensões da água no solo, em uma propriedade rural nessa região. Uma tabela foi elaborada para a assistência técnica obter os valores correspondentes em função dos teores de areia total do solo e, a partir do momento em que a umidade do solo diminuir até essa tensão registrada em tensiômetros, o produtor rural ligaria o sistema de irrigação para repor a lâmina de água acima desse valor crítico para as pastagens.

CAPACIDADE DE ÁGUA DISPONÍVEL - CAD

O uso de diversos critérios para a reposição da lâmina de água pela irrigação em pastagens na Região Noroeste do Paraná tem gerado muitas dúvidas aos produtores rurais pela falta de certeza quanto à reposição da quantidade de água necessária ao solo para o desenvolvimento das gramíneas. O problema é tal que, se em alguns casos o sistema de irrigação é acionado diariamente – mas sem critérios técnicos no período noturno, usufruindo da energia elétrica com menor custo oferecida pelo Programa de Irrigação Noturna (PIN) -, em outras situações o sistema de irrigação é acionado somente quando já ultrapassados os limites técnicos de manutenção da capacidade de água disponível (CAD) no solo.

Didaticamente, a CAD é comparada a um reservatório de água no solo

como se fosse uma caixa de água que, quando cheia, estaria com a máxima capacidade de abastecimento de água para os moradores de uma residência.

O limite máximo de água da CAD seria constatado quando a caixa

estivesse completamente cheia e a água começasse a escorrer pelo cano “ladrão”. Isso é determinado em laboratório num equipamento chamado de Mesa de Tensão, na qual cilindros metálicos de solo encharcados em água são drenados pela sucção de uma mangueira rebaixada a 1 m de altura da base daquele equipamento, até que essas amostras entrem em equilíbrio hidráulico, ou seja, não cair mais nenhuma gota de água. Por isso que esse conteúdo de água no solo foi definido tecnicamente como capacidade de campo (θCC) igual a pressão de 1 metro de coluna de água ou a tensão da água no solo de 10 kPa.

Na prática, o θCC corresponderia a umidade do solo, geralmente

encontrada após dois dias de uma boa chuva, tempo suficiente para drenar todo o excesso de água que é drenada naturalmente pela força gravitacional. A partir desse momento, as plantas começaram a absorver água do solo por meio da sucção pelas raízes, por causa da menor tensão da água entre o solo e o ar nas extremidades das folhas das plantas.

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Imaginamos o exemplo da caixa da água de uma residência: se o registro da entrada de água for desligado, o nível de água dessa caixa diminuirá gradativamente a cada dia, conforme o consumo, até atingir o limite inferior que seria o fundo dessa caixa de água ou até a altura em que o cano de abastecimento da residência foi instalado (Figura 1). Esse limite inferior no solo é chamado tecnicamente de ponto de murcha permanente (θPMP).

Figura 1. Ilustração da capacidade de armazenamento de água no solo (CAD), como se fosse uma caixa d’água; disponível para as plantas entre a capacidade de campo (θCC) e o ponto de murcha permanente (θPMP), pelas perdas por evapotraspiração e reposições pela chuva e/ou irrigação, com indicativo da CAD mínima de 50%

recomendada para o melhor desenvolvimento das pastagens.

θCC

50% CAD

θPMP

Chuva

transpiração

Irrigação

e/ou

Evapo-

5

Para medir o θPMP em amostras de solo são necessários equipamentos de laboratório, sendo o mais conhecido as Câmaras de Richard. Os cilindros de solo são colocados sobre uma placa porosa dentro dessa câmara e a eles são aplicadas uma pressão semelhante a 150 m de coluna de água ou tensão de 1500 kPa, em que a água será extraída pela injeção de ar correspondente à essa pressão até que nenhuma água mais consiga ser retirada e as amostras param de pingar água. O θPMP seria a quantidade de água na qual as plantas não se recuperariam do murchamento causado por ter ficado transpirando em condições de deficiência hídrica.

Então, a partir de resultados de θCC e θPMP determinados em amostras de

solo de uma determinada propriedade rural, poderíamos conhecer o valor de CAD (θCC – θPMP). Por exemplo, se uma determinada camada de solo apresentar 55% de areia total, teria θCC de 0,34 m3 m-3 e θPMP de 0,24 m3 m-3 (Figura 2); logo, a CAD seria de 0,10 m3 m-3, correspondendo à uma lâmina de água de 1 mm por 1 cm, ou 10 cm para um solo de 1 m de profundidade, ou 10% do volume do solo (Helbel Junior e Fidalski, 2017).

Assim como o consumo de água de uma residência aumenta diariamente

ao longo do mês, isto também ocorre de forma similar no solo, pois as plantas vão continuamente absorvendo água e perdendo para a atmosfera pela transpiração que ocorre pelos estômatos foliares, além das perdas pela evaporação com o aumento da temperatura durante o dia na superfície do solo e outros fatores climáticos. Esses dois processos (evaporação e transpiração) de perdas de água do solo são chamados de evapotranspiração, os quais variam, principalmente, em função do desenvolvimento da pastagem nas diferentes estações do ano e da intensidade do pastejo pelos bovinos. O número de dias para reduzir a CAD do solo entre θCC e o θPMP é variável, mas contínuo, podendo ser revertido se ocorrer uma chuva ou se for reposta à uma determinada lâmina de água por meio da irrigação.

A chuva é um fenômeno natural e não há controle da quantidade da

lâmina que irá ocorrer, a qual poderá ser insuficiente para atingir θCC, ser igual a θCC ou exceder o limite da θCC. Contrariamente, com um sistema de irrigação bem planejado e conhecendo a CAD do solo para as exigências de cada cultura - no nosso caso, a pastagem - poderíamos repor a lâmina de água necessária até o limite de θCC.

Os valores de θCC e θPMP que possibilitam quantificar a CAD são dois

pontos de uma curva de retenção de água do solo. Essa curva, geralmente descrita na forma gráfica de um “S”, descreve a água no solo desde a sua saturação (encharcado), seguindo do seu progresso secamento após o θPMP. A importância de se conhecer a curva de retenção de água no solo é a possibilidade de se estimar qual seria o valor da tensão da água no solo, entre θCC e θPMP (Tabela 1 e Figura 2).

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Tabela 1. Conteúdo de água no solo para a capacidade de campo (θCC) a 10 kPa e ponto de murcha permanente (θPMP) a 1500 kPa, para teores de areia total em solos da Região Noroeste do Paraná1.

Areia total Areia total θCC θPMP

(%) (g kg-1) (m3 m-3)

55 550 0,345 0,242

56 560 0,340 0,237

57 570 0,335 0,232

58 580 0,330 0,227

59 590 0,325 0,222

60 600 0,320 0,216

61 610 0,315 0,211

62 620 0,310 0,206

63 630 0,304 0,201

64 640 0,299 0,196

65 650 0,294 0,191

66 660 0,289 0,186

67 670 0,284 0,181

68 680 0,279 0,176

69 690 0,274 0,171

70 700 0,269 0,166

71 710 0,264 0,161

72 720 0,259 0,156

73 730 0,254 0,151

74 740 0,249 0,146

75 750 0,244 0,141

76 760 0,238 0,135

77 770 0,233 0,130

78 780 0,228 0,125

79 790 0,223 0,120

80 800 0,218 0,115

81 810 0,213 0,110

82 820 0,208 0,105

83 830 0,203 0,100

84 840 0,198 0,095

85 850 0,193 0,090

86 860 0,188 0,085

87 870 0,183 0,080

88 880 0,177 0,075

89 890 0,172 0,070

90 900 0,167 0,065

91 910 0,162 0,060

Fonte: elaborada a partir dos dados originais publicados por Helbel Junior e Fidalski (2017). 1A utilização de duas unidades para os teores de areia se deve às alterações ocorridas na emissão de laudos pelos laboratórios de física do solo.

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Figura 2. Conteúdo de água no solo (θ) em função das tensões da água no solo para teores de areia total entre 550 e 910 g kg-1. Fonte: adaptado de dados originais de Helbel Junior e Fidalski (2017). Legenda: ○ (θCC), ∆ (50% da CAD) e □ (θPMP). As barras com setas verticais correspondem a capacidade de armazenamento de água (CAD) de 0,10 m3 m-3 ou 1 mm de água: 1 cm de solo. Fonte: Fidalski et al. (2018).

CRITÉRIOS PARA IRRIGAÇÃO DE PASTAGENS Tecnicamente as pastagens deveriam ser mantidas com umidade acima

da tensão de 50% da CAD para proporcionar as melhores condições hídricas para o seu desenvolvimento vegetativo. Esse conceito seria a mesma coisa se comparássemos que, se uma caixa de água de uma determinada residência fosse mantida no mínimo 50% cheia, não faltaria água para o consumo, mantida por uma boia. Comparativamente, o sistema de irrigação de uma propriedade rural com pastagem deveria ser acionado quando o conteúdo de água no solo atingisse 50% da CAD, desde que se conhecesse a tensão correspondente a esse critério, que denominamos de tensão crítica (Tc). Isso agora é possível a partir dos estudos desenvolvidos, conforme mostraremos a seguir.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

θ(m

3m

-3)

Tensão da água no solo (kPa)

1

Areia total

55%

75%

91%

CAD(0,10 m3 m-1)

CAD(0,10 m3 m-1)

CAD(0,10 m3 m-1)

10 100 15001 10 100

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Existem trabalhos com resultados de algumas curvas de retenção de água no solo para a Região Noroeste do Paraná, mas restritos à poucas áreas. Para contornar estas limitações e orientar a assistência técnica e os produtores rurais que utilizam irrigação - considerando a metodologia para a coleta de amostras de solo em cilindros, que exigem um equipamento denominado extrator, somado ao tempo e ao custo para serem obtidas estas curvas de retenção de água do solo -, o IAPAR e a EMATER realizaram em 2016 uma caracterização de curvas de retenção de água e dos teores de areia total nas camadas de 0-20, 20-40 e 40-60 cm de profundidade em solos do Arenito e do Basalto para a Região Noroeste do Paraná. Estas amostras foram retiradas em propriedades rurais que utilizavam irrigação para pastagens nas Unidades Hidrográficas do Alto Ivaí (Santo Antônio do Caiuá, Colorado, Atalaia, Loanda e Santa Izabel do Ivaí) e Baixo Ivaí (Cruzeiro do Oeste, Moreira Sales, Goioerê, Icaraíma e São Jorge do Patrocínio).

Essa caracterização possibilitou gerar a informação de que solos com

teores de areia total entre 50 a 91 % ou 500 a 910 g kg-1 possuem CAD de 1 mm de água para cada 1 cm de solo (Figura 2). No caso específico das pastagens que tecnicamente a irrigação depende da CAD para a profundidade de 50 cm do solo, a CAD para essa finalidade seria de 50 mm. Se o valor de CAD foi o mesmo para todos os solos da Região Noroeste do Paraná, por sua vez, os valores de θCC e θPMP diminuíram com o aumento dos teores de areia total: ou seja, quantos menores os teores de areia total, menores são os valores em que a CAD inicia e termina, mantendo, porém, o mesmo tamanho da caixa de água (Figura 2).

A tensão da água no solo pode ser medida por meio da instalação de

tensiômetros a 20 e 40 cm de profundidade no solo. Os tensiômetros são os equipamentos de menor custo ao produtor rural, constituídos de uma cápsula porosa em contato com o solo e um tubo em plástico PVC cheio de água ligado ao vacuômetro, apto a registrar tensões máximas de até 85 kPa. Com esse equipamento, o próprio produtor rural poderá realizar o monitoramento diário das tensões de água no solo, e quando os vacuômetros registrarem valores próximos as Tc (Tabela 2), seria o momento oportuno para repor água no solo por meio do acionamento do sistema de irrigação.

A contribuição dessa caracterização regional foi verificada quando se

estimaram as Tc correspondentes a 50% da CAD, as quais diminuíram com o aumento do teor de areia total (Tabela 2) e se apresentaram dentro da faixa de funcionamento do tensiômetro.

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Tabela 2. Tensões críticas (Tc) de água no solo para teores de areia total em solos da Região Noroeste do Paraná1.

Areia total Areia total Tc Tc (%) (g kg-1) (kPa) (mmHg)

55 550 71 533 56 560 69 515

57 570 66 498

58 580 64 482

59 590 62 466

60 600 60 451

61 610 58 437

62 620 56 424

63 630 55 411

64 640 53 399

65 650 52 387 66 660 50 376

67 670 49 365

68 680 47 355

69 690 46 345

70 700 45 336

71 710 44 327

72 720 42 318

73 730 41 310

74 740 40 302

75 750 39 294

76 760 38 287

77 770 37 280 78 780 36 273

79 790 35 266

80 800 35 260

81 810 34 254

82 820 33 248

83 830 32 242

84 840 32 237

85 850 31 231

86 860 30 226

87 870 29 221

88 880 29 216

89 890 28 212

90 900 28 207

91 910 27 203 Fonte: elaborada a partir dos dados originais publicados por Helbel Junior e Fidalski (2017). 1A utilização de duas unidades para os teores de areia se deve às alterações ocorridas na emissão de laudos pelos laboratórios de física do solo, já as duas unidades para a Tc se justificam em função da variabilidade utilizada pelos fabricantes de tensiômetros.

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MONITORAMENTO DAS TC COM TENSIÔMETROS

Os tensiômetros foram protegidos do acesso dos bovinos nos piquetes da pastagem irrigada de estrela branca em uma propriedade do Região Noroeste do Paraná (Figura 3). Nesse caso foi estendida a cerca elétrica com três palanques de madeira para evitar possíveis danos pelos animais durante pastejo, sendo fundamental evitar danos à cápsula porosa dos equipamentos.

Figura 3. Foto ilustrativa dos tensiômetros isolados do acesso de animais bovinos por meio da extensão da cerca elétrica na pastagem irrigada. Observação: a vegetação dentro do cercado com os tensiômetros deverá ser mantida similar a pastagem, sem a utilização de herbicidas.

Os tensiômetros foram instalados a 20 cm (81% de areia total) e a 40 cm de profundidade (76 % de areia total), para serem obtidos os valores de tensões de água no solo diariamente pela manhã, por meio da leitura dos valores nas escalas dos manômetros dos tensiômetros, em um ponto representativo de uma propriedade rural na Região Noroeste do Paraná (Helbel Junior e Fidalski, 2019). . Nesta frequência também eram conferidas precipitações acumuladas em um pluviômetro de leitura direta com capacidade máxima de 150 mm, instalado a 1,5 m de altura da superfície do solo e distância de 50 m dos tensiômetros. Este monitoramento foi realizado durante274 dias, subdivididas em duas etapas: 1ª) monitoramento sem intervenção na decisão do manejo da irrigação entre 10 de novembro de 2018 e 25 de março de 2019 (Figura 4); 2ª) monitoramento com intervenção do manejo da irrigação pelo critério das Tc entre 26de março de 2019 a 16 de agosto de 2019 (Figura 5).

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Os resultados das tensões de água no solo obtidas por meio das leituras em tensiômetros possibilitaram verificar que em dezembro de 2018 a março de 2019 ocorreram cinco momentos de deficiência hídrica para o desenvolvimento da grama estrela branca (04/12/2018, 20/01/2019, 04/02/2019, 26/02/2019 e 18/03/2019, respectivamente, para 338º, 385º, 400º, 422º e 441º dias do calendário Juliano de 2018/2019), inferiores a capacidade máxima de 85 kPa considerando-se as Tc a 20 cm profundidade (Figura 4).

Figura 4. Tensões da água no solo durante 130 dias (10/11/2018 a 25/03/2019) obtidas em vacuômetros de tensiômetros instalados em duas profundidades em relação as tensões críticas (Tc), lâminas de precipitações e irrigações ocorridas entre 2018-2019 (314º-365º dias de 2018 e 2019, 366º-449º dias do calendário Juliano). Adaptado: HELBEL JUNIOR e FIDALSKI (2019).

100

80

60

40

20

0

0

20

40

60

80

100

310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450

Calendário Juliano (2018-2019)

Pre

cip

itação o

u ir

rigação (

mm

)

Tensão d

a á

gua n

o s

olo

(kP

a)

Lâmina de água de precipitação (pluviômetro)

Lâmina de água irrigada (irrigação)

Tensiômetro a 20 cm de profundidade no solo

Tensiômetro a 40 cm de profundidade no solo

Tensão crítica do solo: pastagem a 20 cm de profundidade

Tensão crítica do solo: pastagem a 40 cm de profundidade

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Após a apresentação dos resultados do monitoramento inicial ao produtor rural (Figura 4), o mesmo optou em ligar o sistema de irrigação quando as tensões da água no solo estivessem próximas as Tc (Figura 5). A irrigação, baseada nos limites da água no solo próximos as Tc, com a reposição de lâmina de água estimada em 20 mm, foram realizadas nove vezes (maio a agosto de 2019). Essas irrigações reduziram as tensões da água no solo abaixo da Tc, caracterizando a eficiência deste sistema de irrigação monitorado por meio de tensiômetros, à exceção da irrigação realizada em 10/08/2019 (587º dias do calendário Juliano de 2018/2019), por ter sido realizada quando o solo apresentava tensão da água no solo de 75 kPa, superior a Tc de 33 kPa .

Figura 5. Tensões da água no solo durante 144 dias (26/03/2018 a 16/08/19) obtidas em vacuômetros de tensiômetros instalados em duas profundidades em relação as tensões críticas (Tc), lâminas de precipitações e irrigações ocorridas entre 449º-593º dias do calendário Juliano de 2018/2019).

100

80

60

40

20

0

0

20

40

60

80

100

450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590

Calendário Juliano (2018-2019)

Pre

cip

itação o

u ir

rigação (

mm

)

Tensão d

a á

gua n

o s

olo

(kP

a)

Lâmina de água de precipitação (pluviômetro)

Lâmina de água irrigada (irrigação)

Tensiômetro a 20 cm de profundidade no solo

Tensiômetro a 40 cm de profundidade no solo

Tensão crítica do solo: pastagem a 20 cm de profundidade

Tensão crítica do solo: pastagem a 40 cm de profundidade

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

Os resultados mostrados nas figuras 4 e 5 permitiram verificar que é

possível realizar o manejo da irrigação por meio da Tc, em solos com predominância de textura arenosa em solos do Arenito Caiuá, na Região Noroeste do Paraná. Além disso, foi possível constatar que quanto mais se espera repor a água por meio da irrigação nesses solos, após o limite das Tc, menor será a eficiência da irrigação em manter as Tc e a CAD mínima em 50% para as pastagens (Figuras 4 e 5).

AGRADECIMENTOS Ao Instituto Emater, por meio de seus Escritórios Regional de Paranavaí

e Local de Terra Rica, nas pessoas dos Extensionistas Edson Fortunato Siquerolo, Marcio Antônio Beliscei, Rodrigo Liu Vieira e Rodrigo Araujo Borges. À família do Sro Antonio Pedro e Sra Luiza Moreira, pelo interesse demonstrado no estudo e inestimável contribuição para a realização do mesmo, com a disponibilização da área de pastagem irrigada e leituras dos tensiômetros e do pluviômetro apresentadas na Figura 4.

REFERÊNCIAS

FIDALSKI, J.; TORMENA, C. A.; HELBEL JUNIOR, C. Manejo físico e hídrico em pastagens para solos da formação do Arenito Caiuá. Boletim Informativo da Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, p. 28 - 32, 12 jun. 2018. Acessado em: 11 abr. 2019. Disponível em: <https://www.sbcs.org.br/wp-content/uploads/2018/06/boletimsbcs2018-1.pdf>. HELBEL JUNIOR, C.; FIDALSKI, J. Monitoramento da tensão da água do solo em pastagem no arenito Caiuá do Noroeste do Paraná. In: TEIXEIRA, W. G.; DONAGEMMA, G. K. (Eds.). SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SOLOS ARENOSOS, 3,. 2019, Campo Grande. Anais... Embrapa: Brasília, DF, 2019. Disponível em: <https://www.embrapa.br/busca-de-publicacoes/-/publicacao/1110617/intensificacao-agropecuaria-sustentavel-em-solos-arenosos-anais>. Acessado em: 14 ago. 2019. HELBEL JUNIOR, C.; FIDALSKI, J. Parâmetros técnicos sobre o armazenamento de água no solo na Região Noroeste do Paraná. In: COSTA, A.C.S, MUNIZ, A.S., TORMENA, C.A. et. al. (Org.). REUNIÃO PARANAENSE DE CIÊNCIAS DO SOLO, 4; SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SOLOS ARENOSOS, 2,. 2017, Maringá. E-book... Maringá, 2017. p.87. Disponível em: <http://www.sbcs-nepar.org.br/images/nepar/publicacoes/anais-solos-arenosos-2017.pdf>. Acessado em: 5 mar. 2018.