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CALIBRAÇÃO DE UM LISÍMETRO DE PESAGEM PARA
MONITORAMENTO DA EVAPORAÇÃO DO SOLO SEM
COBERTURA VEGETAL
L
UCIANO QUAGLIA
Dissertação apresentada à Escola Superior de
Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo,
para obtenção do título de Mestre em Agronomia, Área
de Concentração: Física do Ambiente Agrícola.
P I R A C I C A B A
Estado de São Paulo – Brasil
Fevereiro– 2005
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CALIBRAÇÃO DE UM LISÍMETRO DE PESAGEM PARA
MONITORAMENTO DA EVAPORAÇÃO DO SOLO SEM
COBERTURA VEGETAL
L
UCIANO QUAGLIA
Engenheiro Agrônomo
Orientador: Prof. Dr. VALTER BARBIERI
Dissertação apresentada à Escola Superior de
Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São
Paulo, para obtenção do título de Mestre em Agronomia,
Área de Concentração: Física do Ambiente Agrícola.
P I R A C I C A B A
Estado de São Paulo – Brasil
Fevereiro – 2005
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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
DIVISÃO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - ESALQ/USP
Quaglia, Luciano
Calibração de um lisímetro de pesagem para monitoramento da evaporação do solo
sem cobertura vegetal / Luciano Quaglia. - - Piracicaba, 2005.
104 p. : il.
Dissertação (Mestrado) - - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 2005.
Bibliografia.
1. Cobertura vegetal 2. Drenagem agrícola 3. Evapotranspiração 4. Física do solo
5. Lisímetro 6. Umidade do solo I. Título
CDD 631.432
“Permitida a cópia total ou parcial deste documento, desde que citada a fonte – O autor”
A meus pais, irmãos e amigos,
por sempre estarem ao meu lado
em todos os momentos de minha
vida.
OFEREÇO
Aos meus queridos Avós pela dedicação e
carinho
DEDICO
AGRADECIMENTOS
Ao departamento de Ciências Exatas da ESALQ/USP, pela acolhida e
apoio durante todo o curso.
Ao Prof. Dr. Valter Barbieri, colega e orientador pela paciência nas
diversas etapas durante o curso.
A CAPES, pela concessão da Bolsa de Estudos.
Ao Instituto Agronômico de Campinas, seção de Irrigação e Drenagem.
Aos pesquisadores Flávio B. Arruda pelo apoio, paciência e por ser um
segundo orientador, a Regina C. M. Pires pela confiança e oportunidade, Emílio
Sakai pelo apoio e Rinaldo O. Calheiros pela amizade.
Aos Professores Nilson Villa Nova, Sônia de S. Piedade, Quirijn de J. v.
Lier, Paulo C. Sentelhas, Sérgio O. Moraes, Antônio R. Pereira e Luiz R.
Angellocci pelo apoio, incentivo, ensinamentos, consideração e amizade.
Aos funcionários da Esalq/USP Edivaldo, Robson, Fernando, Francisco,
Solange, Expedita e Vanderlino e a Izolina, Leonardo e Carmelina do IAC.
Ao departamento de Parques e Jardins da ESALQ/USP, pela ajuda.
Aos colegas Cristiane, Angélica, José Eduardo, Rogério, Gilberto,
Santigo, Karazawa, Gustavo, Evandro, Pilau, Ricardo, Beatriz, Fábio, Celso,
Luciana, Soraia, Pezzopane, Rafael, Héliton, Maurício da Esalq/USP e amigos
Jorge, Luiz, Renato, Keli, Fábio, Gustavo, Marcos e Luiz Augusto.
A todos os colegas dos Programas de Pós-Graduação da Esalq/Usp.
A Patrícia pela paciência, dedicação, amor e carinho durante a
realização deste trabalho.
A todos aqueles que direta ou indiretamente colaboraram para a
realização deste trabalho.
SUMÁRIO
Página
LISTA DE FIGURAS .................................................................................... vii
LISTA DE TABELAS .................................................................................... xii
RESUMO....................................................................................................... xiii
SUMMARY.................................................................................................... xv
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................... 1
2 REVISÃO DE LITERATURA ..................................................................... 4
2.1 Evaporação e Agricultura...................................................................... 4
2.2 Evaporação da água em solo nu........................................................... 9
2.3 Quantificação do processo de Evaporação da água no solo ................. 11
2.3.1 Estudos de Campo e de Lisimetria...................................................... 11
2.3.2 Método FAO de Estimativa de vaporação........................................... 17
3 MATERIAL E MÉTODOS ......................................................................... 24
3.1 Local...................................................................................................... 24
3.2 Clima....................................................................................................... 24
3.3 Solo......................................................................................................... 24
3.4 Preparo da área, construção e Base para os lisímetros....................... 25
3.5 Conjunto Lisimétricos............................................................................. 26
3.6 Sistema de Drenagem ........................................................................... 27
3.7 Preenchimento dos Reservatórios Lisimétricos....................................... 29
3.8 Instrumentação e Coleta de Dados........................................................ 29
3.9 Calibração dos Lisímetros...................................................................... 30
3.10 Procedimento Experimental................................................................. 31
vi
3.11 Cálculo da Evaporação do solo nu...................................................... 31
3.12 Cálculo da Evapotranspiração e do Coeficiente de Evaporação......... 31
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................ 37
4.1 Resultados de Calibração dos lisímetros.............................................. 37
4.2 Avaliação da Drenagem dos lisímetros................................................. 39
4.3 Condições Meteorológicas e Monitoramento dos lisímetros................. 42
4.4 Evaporação da Água pela Superfície do solo....................................... 57
4.5 Temperatura do Solo............................................................................ 61
4.6 Coeficiente de Evaporação (KE)........................................................... 64
5 CONCLUSÕES ........................................................................................ 80
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................. 82
APÊNDICES ................................................................................................ 94
LISTA DE FIGURAS
Página
1 A media de kcini é apresentada para diferentes níveis de ETO e
intervalo entre irrigações ou chuva durante o estágio inicial de
crescimento para todos os tipos de solo quando o molhamento é
leve.(menor que 10 mm por evento...... .................................................. 22
2 Representação esquemática do sistema lisimétrico para monitoramento
da evaporação da água do solo.............................................................. 27
3 Representação esquemática do sistema lisimétrico para monitoramento
da evaporação da água do solo .............................................................. 28
4 Lisímetro durante a coleta de dados com a bordadura coberta com
grama seca ................................................................................................ 28
5 Lisímetro durante a construção de montagem para o experimento.......... 29
6 Relação entre a aplicação de massas conhecidas de água e leituras do
datalogger (DDP, mV) para a calibração dos lisímetros de pesagem Lis
1 e Lis 2................................................................................................... 38
7 Precipitação diária e radiação global diária medidos na estação
meteorológica automática, em Piracicaba, no período de 172 a 292
dias do ano de 2003, Piracicaba, SP (A e B) ......................................... 47
viii
8 Valores médios diários de temperatura e umidade relativa do ar medidos
na estação meteorológica automática,no período de 172 a 292 dias do
ano de 2003, Piracicaba, SP (A e B) ......................................................... 49
9 Velocidade média do vento a 2,0 m medido na estação meteorológica
automática e evaporação de tanque Classe A, no período de 172 a 292
dias do ano de 2003, Piracicaba, SP......................................................... 50
10 Elementos de clima observados no dia 178, nos lisímetros 1 e 2............ 51
11 Elementos de clima observados no dia 188, nos lisímetros 1 e 2............ 52
12 Elementos de clima observados no dia 194, nos lisímetros 1 e 2.......... 53
13 Elementos de clima observados no dia 204, nos lisímetros 1 e 2........... 54
14 Elementos de clima observados no dia 270, nos lisímetros 1 e 2............ 55
15 Elementos de clima observados no dia 279, nos lisímetros 1 e 2............ 56
16 Evaporação direta de solo nu (Es) associada a drenagem (D) dos
lisímetros 1 e 2 observadas no período de 192 a 218 dias do ano de
2003, Piracicaba, SP............................................................................... 60
17 Evaporação direta de solo nu (Es) associado a drenagem (D) dos
lisímetros 1 e 2 observadas no período de 262 a 279 dias do ano de
2003, Piracicaba, SP............................................................................... 61
ix
18 Relação entre Ke (Y
18
) e soma de ETo
PM
, no Lis 1 nos dias 178, 180,
182,184, 186, 188.................................................................................... 65
19 Relação entre Ke (Y
19
) e soma de ETo
PM
, no Lis 2 nos dias 178, 180,
182,184, 186, 188................................................................................... 66
20 Relação entre Ke (Y
20
) e soma de ETo
PM
, no Lis 1 nos dias 194, 196,
198,200, 202, 204, 207, 218............................................................ 66
21 Relação entre Ke (Y
21
) e soma de ETo
PM
, no Lis 2 nos dias 194, 196,
198,200, 202, 204, 207, 218.................................................................... 67
22 Relação entre Ke(Y
22
) e soma de ETo
PM
, no Lis 1 nos dias 270, 272,
274,276, 278, 279.................................................................................... 67
23 Relação entre Ke(Y
23
) e soma de ETo
PM
, no Lis 1 nos dias 270, 272,
274,276, 278, 279.................................................................................... 68
24 Relação entre Ke (Y
24
) e soma de ETo
PM
, no Lis 1, com todos os dias
nas três séries.......................................................................................... 68
25 Relação entre Ke (Y
25
) e soma de ETo
PM
, no Lis 2, com todos os dias
nas três séries.......................................................................................... 69
26 Relação entre Ke (Y
26
) e soma de ETo
PM
, no Lis 1 e Lis 2 nos dias
178, 180, 182,184, 186, 188................................................................... 69
27 Relação entre Ke (Y
27
) e soma de ETo
PM
, no Lis 1 e Lis 2 nos dias 194,
196, 198,200, 202, 204, 207, 218................................................... 70
x
28 Relação entre Ke (Y
28
) e soma de ETo
PM
, no Lis 1 e Lis 2 nos dias 270,
272, 274,276, 278, 279................................................................... 70
29 Modelo matemático para estimativa de Ke (Y
29
) em função da soma de
Eto
PM
........................................................................................................ 71
30 Relação entre Ke (Y
30
) e ƩECA, no Lis 1, com todos os dias nas três
séries........................................................................................................ 72
31 Relação entre Ke (Y
31
) e ƩECA, no Lis 2, com todos os dias nas três
séries........................................................................................................ 73
32 Relação entre Ke (Y
32
) e ƩECA, no Lis 1 e Lis 2 nos dias 178, 180,
182,184, 186, 188.................................................................................... 73
33 Relação entre Ke (Y
33
) e ƩECA, no Lis 1 e Lis 2 nos dias 194, 196,
198,200, 202, 204, 207, 218.................................................................... 74
34 Relação entre Ke (Y
34
) e ƩECA, no Lis 1 e Lis 2 nos dias 270, 272,
274,276, 278, 279.................................................................................... 74
35 Modelo matemático para estimativa de Ke (Y
35
) em função de
ƩECA........................................................................................................ 75
xi
36 Modelo matemático para estimativa do ARM (armazenamento de água
no solo) em função da soma de ETo
PM
.................................................... 78
37 Modelo matemático para estimativa do ARM (armazenamento de água
no solo) em função de ƩECA .................................................................. 79
LISTA DE TABELAS
Página
1 Análise granulométrica, classe textural, matéria orgânica (M.O.) e
densidade dos sólidos (ρs) do solo em diferentes
profundidades.......................................................................................... 25
2 Valores de precipitação (P), de irrigação (I) e de drenagem medidos em
períodos selecionados no lisímetro Lis1, Piracicaba,
SP............................................................................................................ 40
3 Valores de precipitação (P), de irrigação (I) e de drenagem medidos em
períodos selecionados no lisímetro Lis 2, Piracicaba, SP....................... 41
4 Data e descrição dos principais eventos ocorridos durante o período
experimental com os lisímetros Lis 1 e Lis 2, Piracicaba, SP, 2003........ 45
5 Temperatura de solo nu ao longo do dia e umidade do solo (U %) às 8
h, medidos em duas profundidades no lisímetro 1, no período de 252 a
272 dias do ano de 2003, Piracicaba-
SP............................................................................................................ 62
CALIBRAÇÃO DE UM LISÍMETRO DE PESAGEM PARA MONITORAMENTO
DA EVAPORAÇÃO DO SOLO SEM COBERTURA VEGETAL
AUTOR: LUCIANO QUAGLIA
O
RIENTADOR: PROF. DR. VALTER BARBIERI
RESUMO
Lisímetros de pesagem tem custos de implantação e manutenção
elevados e nem sempre produzem resultados satisfatórios devido a
impossibilidade de representarem as muitas situações que ocorrem num
sistema de produção agrícola. Foi idealizado um sistema mais simplificado de
montagem de lisímetro de pesagem para obtenção de perda de água do solo.
Tal sistema utiliza apenas uma célula de carga em cada lisímetro, e mis uma
célula no sistema de drenagem. Devido a essa possibilita também a medida da
evaporação durante o processo da drenagem. O custo médio da instalação de
uma bateria de três lisímetros em Piracicaba, SP, foi de aproximadamente US$
900,00. Foram obtidos valores de massa satisfatórios para períodos diários,
horários e a cada trinta minutos. Existe grande correlação entre a massa do
lisímetro e a umidade do solo. Houve grande oscilação da evaporação do solo
ao longo do dia, maior do que a ETo calculada. Os valores de coeficiente de
evaporação, Ke, obtidos se mostraram-se consistentes.Foram identificadas as
fases de rápida redução de Ke e a de redução lenta, respectivamente para as
faixas de umidade intermediária e seca. Foi possível realizar ajuste
estatisticamente significativo de um modelo logarítmico do coeficiente de
xiv
evaporação (Ke) em função de evapotranspiração de referência acumulada
(ETo) ou da evaporação do tanque classe A acumulada(ECA). Os modelos
para estimativa de ARM e de Ke em função dos índices de seca ∑ETo
PM
e
∑ECA mostraram-se adequadas para seus propósitos, podendo ser também
utilizadas para a estimativa da evaporação do solo nu (Es) considerando-se
esta como a variação do ARM da água do solo.
15
CALIBRATION AND MONITORING OF SOIL MOISTURE IN A WEIGHING
LYSIMETER IN BARE SOIL
A
UTHOR: LUCIANO QUAGLIA
ADVISER: PROF. DR. VALTER BARBIERI
SUMMARY
Weighing lysimeters have high installation cost and require frequent
maintenance and sometimes they do not produce satisfactory results due to the
impossibility to represent all the situations that happen in an agricultural system.
A simplified weighing lysimeter was developed to obtain soil water loss. Such a
system just uses a load cell per lysimeter and another cell in the drainage
system, which makes possible to measure of the evaporation during drainage
process. The average cost of installation of a battery of three lysimeters in
Piracicaba, SP, was approximately US$ 900. Satisfactory daily mass values
were obtained, as well as for hourly and thirty minutes periods. A high
correlation between the mass of the lysimeters and soil moisture was observed.
The variation of soil evaporation along the day was larger than the variation
obtained with calculated ETo. The values of evaporation coefficient, (Ke), were
consistent. The phases of fast and slow reduction of Ke were identified
respectively for medium and low soil water content. Was possible to adjust a
logarithmic model to the relation ship between evaporation accumulated
reference evapotranspiration (∑ETo) and accumulated evaporation from class A
xvi
pan (∑ECA). The models for estimating (ARM) and Ke in function of the drought
indexes ∑EToPM and ∑ECA were water storage in the soil appropriate and can
be used to estimate evaporation of a bare soil, which is considered as the
variation of ARM.
1 INTRODUÇÃO
O crescente uso da água e a redução de sua disponibilidade têm se
tornado preocupação cada vez maior em todo mundo, no Brasil e na região da
bacia hidrográfica dos rios Piracicaba, Jundiaí e Capivari. Em termos mundiais,
a agricultura é responsável pela utilização de 70% da água doce consumida no
planeta, e por isso tem sido alvo de crítica pela sociedade demandando que
sua utilização seja da forma mais racional possível. Para que isso ocorra são
necessários cada vez mais a implementação de pesquisas e ações de
transferência de informação ao setor produtivo para aumentar a eficiência de
utilização da água na irrigação.
No Brasil, os agricultores irrigantes e técnicos têm se conscientizado da
importância de minimizar o uso da água. A cada dia está se tornando mais
difícil e caro captar água com qualidade satisfatória também para a irrigação.
Os órgãos governamentais estão aumentando as exigências para fornecer as
outorgas de uso da água e intensificando a fiscalização para que, num futuro
próximo, o desenvolvimento ou a sobrevivência da sociedade não seja
severamente limitado pela qualidade e quantidade de água.
Muita atenção tem sido devotada ao estudo do consumo de água para
as diversas culturas. Também tem sido dada mais atenção à transpiração das
plantas tanto pela sua importância fisiológica como para a sua modelagem. Até
bem pouco tempo, a transpiração e a evaporação do solo eram estudados e
estimados juntos pela chamada evapotranspiração. A consideração isolada do
termo evaporação e do termo transpiração vem ganhando impulso a partir dos
trabalhos realizados pela FAO e conquistando mais adeptos na comunidade
científica em todo mundo.
2
A evaporação direta da água do solo é uma condição de grande
importância em muitos sistemas produtivos agrícolas. Na agricultura de seca,
técnicas especiais para reduzir a evaporação são empregadas para que a água
de chuva infiltrada no solo nu durante a estação das chuvas seja mantida para
ser utilizada nos meses seguintes. Na agricultura tradicional a evaporação está
fortemente presente na fase de preparo e implantação das lavouras, ocorre de
forma parcial ao longo do ciclo das culturas anuais e na fase final, na porção
solo que fica parcial ou totalmente exposta à perda de água. Na fase de
germinação das sementes, a evaporação da água tem importância muito
grande porque pode reduzir a disponibilidade de água para o estabelecimento e
desenvolvimento das plantas. Com o passar do tempo e o crescimento da
cultura a transpiração das plantas vai se tornando maior e passa a ser principal
responsável no processo de perda de água pela cultura, tendo em vista que, na
maioria das vezes, o solo fica quase que totalmente sombreado pela cultura ou
material vegetal. Em culturas perenes utilizando espaçamentos amplos e com
grande área de solo nu exposta, as perdas ocorridas por evaporação direta do
solo podem ser similares ou maiores que a transpiração.
A agricultura irrigada, com a utilização de equipamentos que permitem
a realização de intervalos de rega cada vez mais curtos, pode favorecer o
indesejável processo de evaporação direto da água do solo. Por esse fato é
que a adoção do plantio direto em culturas irrigadas parece ser um importante
caminho para a redução do uso da água.
A determinação da evaporação nem sempre é uma tarefa fácil e direta.
O uso da lisimetria possibilita a obtenção de variações de umidade no perfil de
solo com grande precisão, em especial os lisímetros de pesagem, que podem
ser utilizados para estudos de evaporação em solo nu. Para se ter um resultado
satisfatório com boa precisão o equipamento tem que ser bem projetado,
calibrado e monitorado.
O presente trabalho tem como objetivo a construção, calibração e
monitoramento da umidade num solo não vegetado, por intermédio de um
3
lisímetro de pesagem de custo reduzido. A evaporação em solo nu e a
drenagem são investigadas e algumas formas e estimativas são estudadas.
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Evaporação e Agricultura
A água existente na terra constitui a hidrosfera e estima-se que seja de
1386 milhões de km
3
a quantidade de água na terra, sendo que desse total
97.5% formam os oceanos e mares e 2,5 % seja de água doce e dessa
porcentagem apenas 1.2 % esteja disponível para consumo, o restante são
geleiras e calotas polares, segundo Rebouças et al, (1999).
Os vapores de água lançados na atmosfera pelos processos biológicos,
onde se destacam a transpiração e fotossíntese, regulam o clima na terra, o
ciclo das águas e outras importantes condições ambientais. Estima-se que
577.200 km
3
/ano sejam transformados em vapor, sendo 503.000 km
3
/ano
evaporados dos oceanos e 74.200 km
3
/ano das terras emersas (Rebouças et
al, 1999).
No Brasil, segundo a Unesco (1998), há grandes e boas reservas de
água, sendo responsável por mais da metade da produção de água doce do
continente sul americano e de 12 % do total mundial.
O consumo de água pelas plantas, a evaporação do solo, a
precipitação, o escoamento superficial e a água drenada do solo abaixo das
raízes constituem importantes componentes do ciclo hidrológico, conforme
explica Reichardt (1985). A drenagem profunda, por exemplo, é a principal fonte
de recarga de aqüíferos, mas é também responsável pela lixiviação de
nutrientes e outros produtos químicos do solo, que podem levar à contaminação
de grandes corpos d’água, (Brunini, 1987; Reichardt, 1987).
5
No Brasil já existe um grande número de estudos realizados sobre a
determinação dos componentes do ciclo hidrológico na agricultura. Muitos
desses estudos são feitos no próprio campo, em condições normais de cultivo,
e outros, mais recentes, em lisímetros em condições mais controladas, porém
com maior precisão, conforme será discutido mais adiante.
Existem vários estudos de campo com culturas de alto valor econômico
realizados no Brasil e no estado São Paulo, onde os principais objetivos eram a
determinação dos componentes do balanço hídrico ou o consumo de água das
culturas, para possibilitar a estimativa da quantidade de água necessária.
A cultura do arroz, por exemplo, com grandes avanços no
melhoramento genético e assim sendo cultivada em diferentes condições
climáticas, necessita segundo citado por Yoshida (1975) de 1.5 a 9.8 mm de
água para a transpiração, de 1.0 a 6.2 mm de água para evaporação e de 0,2 a
15,2 mm para percolação. num total de 5.6 a 20.4 mm de água. Observa-se
portanto uma grande variabilidade tanto na eficiência no uso da água como
para produção de matéria seca total.
Brunini (1987) relatou num estudo realizado em Campinas, durante o
ano agrícola de 1985/86 e 1981/82/83, com diversos cultivares de milho, que o
consumo hídrico variou de 322,8 mm para o cultivar precoce a 476,9 mm para
cultivar de ciclo tardio. Sendo que os resultados médios diários de
evapotranspiração foram de 3,8 mm a 4,8 mm, porém com valores de até 8,1
mm. As variações de consumo hídrico dependem do cultivar, da disponibilidade
hídrica no solo e da demanda evaporativa da atmosfera. Em três anos agrícolas
estudados, para a cultivar Cargill-601, observou-se em 81/82, 450,2 mm de
precipitação e 380,8 mm de evapotranspiração, no segundo ano agrícola de
82/83 tiveram 927,8 mm de precipitação e 563,6 mm de evapotranspiração, no
terceiro ano agrícola medido 85/86 tiveram 624,3 mm de precipitação e 322,8
mm de evapotranspiração.
Na produção comercial de crisântemos, Furlan (1996) observou que o
consumo total de água nos 78 dias de cultivo, após o plantio das mudas, não
6
havia apresentado boa correlação com o consumo de água pela grama
batatais, mesmo cultivados sob as mesmas condições. O autor alega que a
principal razão para a pouca correlação era devido ao desenvolvimento
vegetativo da grama e do crisântemo durante o ano, serem diferentes.
Segundo Moura (1992), o consumo total de água da cultura da
cenoura, em um ciclo de 101 dias, foi de 381,35 mm, correspondendo a uma
lâmina média diária de 3,78 mm. Esse valor está dentro da ampla
recomendação geral para a cenoura no país, conforme Marquelli & Vieira
(1990), que é de 350 a 500 mm de água, durante todo o ciclo.
Costa (1986), trabalhando com a cultura de milho no cultivo de verão,
em Piracicaba, cultivar Cargill-501, na profundidade de 0 a 60 cm, observou a
ocorrência de 800 mm de precipitação e 600 mm de evapotranspiração
acumulados ao longo do ciclo da cultura. Já a drenagem e a variação de
armazenamento de água no perfil de solo apresentaram valores baixos.
Souza (1978) calcularam a drenagem profunda em Terra Roxa
Estruturada na cultura do feijoeiro, com 120 cm de profundidade de perfil de
solo, e verificaram ser essa componente responsável no período úmido por 58,7
% da contabilidade da água e no seco por 6,6 %.
A grande maioria dos balanços hídricos realizados em culturas
agrícolas mostra que a precipitação e a evapotranspiração são os componentes
principais (Reichardt, 1987). Daí a importância das medidas de chuva e da
estimativa correta da evapotranspiração para um manejo eficiente da água. Na
maioria dos artigos analisados não foi o objetivo do trabalho se diferenciar a
evaporação da transpiração. Em muitos casos, as medições de consumo de
água começavam após a fase inicial da cultura, portanto, sem indicação dos
valores de evaporação direta da água do solo. Fica evidente a necessidade de
estudos mais detalhados nessa linha de pesquisa.
A evaporação da água no solo é de grande importância quantitativa,
pois pode responder a cerca de 50% da evapotranspiração, durante o ciclo de
uma cultura. Por isso é de grande importância sabermos os fatores que
7
determinam a evaporação de água no solo, com o objetivo de minimiza-la,
possibilitando a conservação de maior quantidade de água no solo, para que
seja utilizado pelas plantas (Berlato et al.,1981).
Quando o suprimento de água no solo atende plenamente às
necessidades hídricas da cultura, a produtividade máxima depende,
principalmente, das suas características genéticas e do grau de adaptação ao
ambiente predominante. Caso contrário, a produtividade é determinada pela
possibilidade de atendimento das necessidades hídricas totais durante o ciclo
(Doorenbos & Kassan, 1979). Na maioria dos casos as culturas, mesmo
irrigadas, sofrem algum período de excesso ou deficiência hídrica que podem
afetar a produção.
A evaporação da água no solo é comumente chamada de evaporação
não produtiva, sendo a transpiração da água na planta a evaporação produtiva
(Berlato et al., 1981).
No entanto, apenas 1% da água líquida consumida pelas plantas é,
realmente, envolvida em atividades metabólicas. A maioria da água absorvida
pelas raízes das plantas evapora-se no ar (Rosenberg et al., 1983).
Vários autores notaram a existência de uma forte relação linear entre o
consumo de água e a produção de matéria seca da planta (Witt, 1958; Arkley,
1963). Relações como essa têm sido apresentadas como funções de produção
água-cultura e são freqüentemente criticadas por serem empíricas, específicas
de um local e incompletas, omitindo efeitos de muitos outros fatores e suas
interações com a água. Entretanto as funções de produção são necessárias
para prever, sob dadas condições, as produtividades físicas marginais da água
a serem utilizadas nas análises econômicas.
A eficiência do uso da água é parâmetro importante nos estudos de
manejo da água, e reflete o grau do aproveitamento inter-relacionado entre o
consumo hídrico e radiação solar. Por exemplo, Sediyama (1987) menciona ser
necessário 1000 kg de água para produzir apenas um quilo de trigo.
8
Segundo Musick & Durek (1980) a eficiência do uso da água é
diretamente afetada pelo déficit hídrico no solo, e varia de ano para ano em
função da disponibilidade de energia. Estudos realizados por Mtui et al. (1981),
mostraram que a eficiência do uso da água para a produção de grãos, variou,
entre diferentes cultivares de milho e também em função da umidade do solo.
Os cultivares irrigados tiveram uma eficiência do uso da água entre 0,45 e 1,21
g m
-2
mm
-1
com média de 0,81 g m
-2
mm
-1
, enquanto os não irrigados oscilaram
entre 0,31 a 1,25 g.m
-2
mm
-1
com média de 0,77 g.m
-2
mm
-1
. Os autores
observaram que os híbridos são mais eficientes na utilização e conversão da
água absorvida.
O trabalho de Brunini (1987), com 10 cultivares de milho realizado em
Campinas, no IAC, indica valores de 1,00 a 1,63 g m
-2
mm
-1
com média de 1,39
g m
-2
mm
-1
para eficiência do uso da água e de 4,22 a 5,49 com média de 4,71
g m
-2
mm
-1
para matéria seca (Brunini, 1987). A eficiência do uso da água está
relacionada à capacidade de absorver e converter a energia solar incidente e
varia de ano para ano.
A relação entre água aplicada e produção comercial em geral não é
linear, pois apenas a água que passa pela planta (transpiração) é que tem
função biológica e está envolvida com o processo fisiológico de produção da
cultura (Campeche, 2002). A evaporação direta da água do solo tem especial
importância em ser quantificada para poder ser separada da evapotranspiração
da cultura, de mais fácil determinação.
Para racionalizar o uso da água pela sociedade e encorajar o emprego
de técnicas de gerenciamento de recursos hídricos, estão sendo formados em
todo o Brasil os Comitês de Bacia Hidrográfica. A consciência de uma maior
proteção e gestão descentralizada das águas pelo Estado, pelo Município e
pelo Usuário, feita no próprio Comitê de Bacia, é amparada pela legislação e
que, inclusive, prevê a ampla cobrança pelo uso da água (Thame et al., 2000),
em um futuro próximo. Tal desenvolvimento exigirá dos técnicos envolvidos no
9
sistema de gerenciamento de recursos hídricos uma boa capacitação técnica
devido a abrangência e o caráter multi-setorial.
2.2 A Evaporação da Água em Solo Nu
O termo evaporação é utilizado para a passagem da água do estado
líquido para o gasoso. O processo é completamente controlado por leis físicas
(Reichardt, 1985).
A evaporação é determinada pela disponibilidade de água na camada
superficial do solo e pelo saldo de radiação que chega nessa mesma superfície
(Allen et al., 1998). No estádio inicial de desenvolvimento de uma determinada
cultura, a fração da evaporação é alta, diminuindo durante o período de
crescimento, sombreando o terreno. A medida que a cultura se desenvolve, a
transpiração vem a ser o principal processo de consumo de água (Allen et al.,
1998), mas a evaporação da água do solo está presente durante todo o ciclo da
cultura. Segundo Rosenberg et al. (1983), se a superfície do solo estiver
totalmente coberta por vegetação, apenas uma pequena parte da água alcança
a atmosfera pela evaporação direta do solo.
A evaporação em solos nus é governada pelos mesmos elementos
meteorológicos que influenciam a evaporação na superfície livre de água, pois a
evaporação da água no solo nada mais é que a evaporação da película de água
que envolve as partículas do solo e que ocupa os espaços existentes entre as
partículas. A diferença é que na superfície livre a água apresenta uma condição
ilimitada de evaporação pela disponibilidade de água, já no solo a água nem
sempre está francamente disponível para ser evaporada, especialmente devido
a força de coesão entre as partículas (Berlato et al., 1981).
Para que a evaporação ocorra são necessários os seguintes elementos
de clima: exposição à radiação solar, deslocamento e umidade do ar e variação
de temperatura (Penman, 1948; Monteith, 1973; Pereira et al., 1997).
10
Segundo Hillel (1980) e reconhecido por vários outros autores (Ritchie,
1974; Kanemasu et al., 1976; Hanks e Hill, 1980; Ritchie e Johnson, 1990),
existem três estágios de evaporação. Na primeira fase, com o solo ainda úmido,
a evaporação depende de condições externas. Essa fase é denominada estágio
de evaporação potencial. A superfície do solo possui grande disponibilidade de
água e é exposta livremente à radiação solar, umidade do ar, vento e
temperatura. Esta fase inicial termina quando se estabelece uma resistência ao
fluxo da água na superfície do solo e a velocidade de evaporação decresce.
Numa segunda etapa do processo de evaporação as condições
externas não são mais de importância fundamental (Hillel, 1980). O que importa
neste segundo estágio de evaporação, são as condições ambientais e as
condições intrínsecas do solo que governam o transporte de água dentro do
perfil e, conseqüentemente, a velocidade de evaporação. Esta fase é
denominada estágio de evaporação real, quando já não existe suficiente
disponibilidade de água no solo. Na maioria dos casos a evaporação real é
menor que a evaporação potencial, exceto quando a demanda evaporativa não
for alta.
A terceira etapa do processo evaporativo do solo ocorre quando existe
um movimento muito lento de água no solo e uma condutividade hidráulica
muito baixa (Hillel, 1980). A evaporação independe das condições ambientais
pois seu valor é muito baixo e bem menor do que a evapotranspiração de
referência. A evaporação torna-se dependente das propriedades físicas do solo.
Reichardt (1972), trabalhando com colunas de solo tropical em situação
controlada de laboratório, verificou que a baixa velocidade de
evapotranspiração esgota mais a água do solo, apesar de levar um tempo mais
longo para isso. Cita que na primeira fase de evaporação a umidade do solo é
igual em todos os perfis de solo estudados. A segunda fase de evaporação
começa quando a variação de umidade na superfície é muito maior que em
profundidade superior a 5 mm, ainda se observa o secamento superficial
evaporante, quando a condutividade hidráulica começa a limitar o fluxo de água
11
no solo. Comenta, ainda, que agregados na superfície fazem com que a
primeira fase de evaporação não ocorra.
Em culturas onde a parte aérea é grande e a incidência de radiação no
solo é pequena a evaporação de água é mais prolongada e maior, resultando
num maior esgotamento de água nesta situação (Wright, 1982; Allen et al.,
1998; Barbieri,2003).
2.3 Quantificação do Processo de Evaporação da Água no Solo
2.3.1 Estudos de Campo e de Lisimetria
A quantificação da evapotranspiração ou da evaporação da água do
solo tem sido feita por estudos de balanço hídrico de campo e por estudos de
lisimetria. Os resultados obtidos, muitas vezes, são relacionados à
evapotranspiração potencial ou de referência ou à própria umidade do solo.
Os avanços recentes da tecnologia de medição de umidade do solo e a
melhoria de sensores e automação permitem hoje o uso de estações
meteorológicas automáticas. A associação dessas novas tecnologias com os
novos programas de computador tem possibilitado a aplicação de um grande
número de resultados de pesquisa na produção de culturas irrigadas. Um
exemplo é o Sistema de Suporte à Decisão Agrícola (SISDA), originalmente
desenvolvido pela Universidade Federal de Viçosa (Mantovani et al., 1997) para
planejamento de atividades agrícolas e manejo de irrigação.
Os estudos de evaporação podem ser realizados através do
estabelecimento de equações agrometeorológicas, que utilizam vários
elementos ou parâmetros que afetam direta ou indiretamente o processo (Villa
Nova, 1967). Por exemplo, esse autor estudou a evaporação de água no
período de 1961 a 1966, em Piracicaba e observou que os valores medidos
pelo tanque classe A variaram de 65 mm a 190 mm com média de 143,25 mm
por mês.sendo que nos valores estimados pelo método de Penman a variação
foi de 60 mm a 183 mm. A relação entre o estimado e o medido foi de 0,84.
12
Entre os vários métodos agrometeorológicos para se obter a
evapotranspiração das culturas e a evaporação da água do solo, segundo
Pereira et al. (1997) destacam-se as do tanque classes A, o de Thornthwaite
(1948) e Thornthwaite & Mather (1955), o do Balanço de Energia e os métodos
combinados de Penman (1948) e, mais recentemente, o de Penman – Monteith
(Monteith, 1985).
Muitos trabalhos de determinação dos componentes do ciclo hidrológico
e do consumo de água de culturas agrícolas têm sido realizados no Brasil e em
São Paulo, conforme discutido no item anterior, utilizando o balanço hídrico de
campo.
Hillel (1971) afirmou que o balanço hídrico de campo é um método
relativamente preciso, nos estudos de consumo de água em vegetais. Para se
obter a evapotranspiração por este método deve-se realizar um balanço entre
as contribuições da precipitação, irrigação e a variação no armazenamento de
água no solo e subtrair a drenagem e o escoamento superficial. É necessária
uma cuidadosa medição da umidade do solo e determinação dos potenciais de
água para a determinação dos fluxos de água no perfil de solo para obtenção
de bons resultados.
A obtenção da drenagem profunda, na profundidade do sistema
radicular, é obtida do produto da condutividade hidráulica pelo gradiente de
potencial, produzindo o fluxo de água no perfil do solo. Isto nada mais é do que
o movimento da água, que ocorre preferencialmente na fase líquida, e é uma
resposta às diferenças de potencial.
A condutividade hidráulica é diretamente proporcional à umidade do
solo, mas é de determinação tão difícil ou mais, para as condições de campo.
Sakai (1989), por exemplo, obteve bons resultados de estimativa de consumo
de água com o feijoeiro em Campinas, baseado em valores de condutividade
hidráulica obtida em laboratório. Possivelmente esses bons resultados sejam
devido ao balanço de água ter sido feito principalmente na camada arável do
solo.
13
Existem várias metodologias para a estimativa da condutividade
hidráulica para estudos de balanço hídrico, conforme discutido em Reichardt
(1985), Prevedelo (1996) e Libardi (2000). Ogata & Richards (1957), por
exemplo, determinaram a condutividade hidráulica no campo, através do perfil
instantâneo em condições de não saturação, modificando o método aplicado
por Philip (1956), mediante a cobertura da superfície do solo, e eliminando
assim, o fluxo ascendente. Nielsen et al (1964) utilizaram-se da mesma técnica,
exceto na determinação da umidade, onde empregaram sonda de nêutrons.
Reichardt et al. (1972) relatam que é preciso conhecer apenas a
umidade de saturação, a umidade seca ao ar e o coeficiente angular da curva
da distância da fonte de água á frente de molhamento versus a raiz quadrada
do tempo em experimentos de infiltração horizontal, em coluna de solo
homogeneamente compactado em laboratório.
O método do balanço hídrico de campo é bastante trabalhoso e, muitas
vezes envolve o uso de equipamento caro para o monitoramento da umidade e
potencial da água do solo. Para evitar as incertezas de medições envolvidas no
método do balanço hídrico é que vários autores tem recorrido ao uso da
lisimetria.
Lisímetros são grandes recipientes com solo, instalados em condições
de campo, com sistemas de pesagem ou controle de entrada e saída de água,
e que apresentam uma superfície nua ou coberta por uma vegetação. Esses
sistemas podem ser usados para determinação da evapotranspiração das
culturas ou tão somente para a evaporação do solo (Aboukhaled et al., 1982;
Howell et al., 1991; Wright, 1991; Grebet, 1991; Khan et al., 1993; Campeche,
2002). A medida direta de evapotranspiração por lisimetria é difícil e onerosa,
justificando sua utilização apenas em condições experimentais.
Lisímetro, palavra derivada do grego Lysis, que é dissolução ou
movimento, e metron, que significa mensurar, são reservatórios cheios de terra
instalados no campo os quais servem para representar um ambiente específico
e podem ser utilizados para determinar evaporação de solo descoberto ou a
14
evapotranspiração de uma cultura, Aboukhaled et al. (1982) e Howell et al.
(1991) consideram lisímetros de pesagem como sendo o melhor equipamento
disponível para medir com acurácia a evapotranspiração de referência e de
culturas, como também para calibração de modelos.
Segundo Grebet & Cuenca (1991) o primeiro a utilizar um lisímetro para
medidas de evapotranspiração em condições de campo foi Thorntwaite nos
Estados Unidos (Thorntwaite et al., 1946).
O maior lisímetro do mundo foi construído, com 29 m2 de área por 0,96
m de profundidade, como descreveram Pruitt & Angus (1960) e posteriormente
por Pruitt & Lourence (1985).
Existem vários tipos de lisímetros, como o de drenagem, de pesagem e
de nível de lençol freático constante. (Aboukled et al., 1982).
Os lisímetros podem ter diferentes configurações, dependendo do
clima, disponibilidade de materiais e custos envolvidos em sua construção. A
qualificação do pessoal de montagem, os materiais disponíveis, tecnologia
empregada, e o seu tamanho vão determinar o custo envolvido na construção,
conforme avaliaram Khan et al. (1993) e Scheneider et al. (1998).
Os lisímetros de pesagem aferem a evaporação ou a evapotranspiração
diretamente pelo balanço de massas, já os lisímetros não pesáveis obtém
essas medidas indiretamente, em geral considerando a variação da água no
solo desprezível pela utilização de intervalos de determinações mais longos
(Aboukled et al., 1982; Silva, 1996).
Lisímetros de pesagem são mais precisos quando aferem valores de
evapotranspiração em períodos menores que um dia. Allen & Fischer (1991)
concluíram que a acuracidade do equipamento foi influenciada pelo
posicionamento das células de carga. Quando estas foram instaladas mais
próximas da superfície do solo houve instabilidade no sinal elétrico devido à
variação de temperatura, afetando diretamente os valores horários de
evapotranspiração.
15
Em fase inicial da cultura de árvores isoladas como citros, a
determinação da evapotranspiração por meio de lisímetros de pesagem requer
maior sensibilidade do sistema para aumentar a confiabilidade dos dados
gerados. A cultura, nessa fase, apresenta pequeno enfolhamento e pequena
taxa de evapotranspiração, portanto, as medição no sistema apresentará
variações devido à sensibilidade do equipamento em detectar pequenas
mudanças de massa provocada pela ação dos ventos (Campeche, 2002).
Uma das formas de se aumentar a sensibilidade do sistema é a
diminuição da carga na célula de carga utilizada com a diminuição de massa
total do equipamento e funcionando numa faixa mais sensível da célula. Porém,
essa medida pode não ser a ideal, pois quanto menor o lisímetro, a planta fica
sujeita a condições estressantes, as quais não ocorrem em ambiente externo
ao lisímetro, Como exemplo, a maior suscetibilidade ao estresse hídrico e
nutricional, pois o sistema radicular ocupa um menor volume de solo e as
drenagens são freqüentes em períodos chuvosos (Pereira, 1998). Em culturas
perenes de grande porte a utilização de pequenos lisímetros fica limitada aos
primeiros anos de cultivo, quando a planta ainda é pequena (Campeche, 2002).
Para grande parte das instituições de ensino e pesquisa, a construção e
o uso do lisímetro de pesagem era economicamente inviável até a algumas
décadas atrás. Mais recentemente, com a popularização da microeletrônica, os
lisímetros de célula de carga estão dando um novo impulso na pesquisa
agrometeorológica (Moura, 1992; Pereira, 1998; Medeiros, 2002; Campeche,
2002).
Allen & Fischer (1990) comprovaram a idéia de que lisímetros apoiados
totalmente sobre células de carga poderiam ser utilizados em estudos de perda
de água pelas culturas como alternativas a lisímetros que utilizam partes
móveis no seu mecanismo de pesagem como balanças e contrapesos. Alguns
pesquisadores, como Allen & Fischer (1991); Silva (1996), entre outros, usaram
o sistema triangular com ângulos de 120º entre as células de cargas, para
sustentação da massa do lisímetro.
16
Allen et al. (1991) alertaram que de nada adiantava alta precisão,
sensibilidade ou resolução em lisímetros de pesagem se eles forem
inadequadamente manejados, pois medidas lisimétricas são medidas pontuais
representativas de condições ambientais do próprio lisímetro. Extrapolações
podem diferir da evapotranspiração real devido a uma série de fatores como
área vegetada circundante, entrada de calor sensível, efeito oásis, tamanho e
espessura das paredes, profundidade do equipamento, entre outros. Esses
autores ainda afirmaram que máquinas e precisão de sistemas nunca
substituem a representatividade ambiental.
Os solos nos lisímetros podem ser colocados como monolitos ou
reconstituídos. A grande maioria dos lisímetros são preenchidos com solo do
próprio local, tomando-se cuidado em reconstituir o perfil na seqüência original.
Nessas condições as culturas podem apresentar um desenvolvimento uniforme
da cultura e similar às condições externas. Quando cuidadosamente
reconstituído, os lisímetros apresentam dados representativos de
evapotranspiração (Pruitt & Angus, 1960).
Allen & Fischer (1991), em Utah, desenvolveram lisímetros de pesagem
de baixo custo baseados em células de carga, construídos em chapas de aço
com 0,005 m de espessura, com capacidade de 1,21 m
3
. Vários outros autores
também se preocuparam em desenvolver com sucesso lisímetros de custo mais
acessível. Scheneider et al. (1998) descreveram a instalação e operação de
dois lisímetros de pesagem no Texas. No Brasil, Silva (1999) instalou um
lisímetro feito com uma caixa de cimento amianto com 0,92 m
2
de área e 0,65
m de profundidade. Mais tarde, esse mesmo autor montou com sucesso outro
equipamento, porém, feito em chapa de aço carbono, com uma área de 1,15 m
2
(Silva, 2000).
Campeche (2002), em Piracicaba, construiu lisímetros de diferentes
tamanhos, com 1,7 e 0,9 m de diâmetro e, respectivamente, 1,0 e 0,9 m de
profundidade. Ele descreve detalhes de construção e utilização dos lisímetros.
17
A escolha de tanques de aço inox para a construção de lisímetros tem
sido feita por alguns autores. Trata-se de um material muitas vezes utilizado
também em tanques de evaporação de água, pois apresenta durabilidade que
possibilita a sua utilização em vários experimentos. Porém, deve-se atentar ao
trabalho de Bezerra et al (2002) que notou que tanques Classe A evaporaram
de 0,04 a 0,05 mm de água a mais se comparados com a evaporação de
tanques feitos com cimento amianto. Sleight (1917) já havia verificado que a
evaporação de tanque exposto (similar ao caso do tanque Classe A) era cerca
de 50 % maior que a evaporação em tanque enterrado, este com diâmetro de
3,66 m. Bezerra et al. (2002), ao estudarem as relações entre a evaporação
medida em tanque Classe A e a de minitanque, no interior de estufa e em
estação meteorológica, verificaram que em média o minitanque evaporou 15 %
a mais do que o tanque Classe A.
2.3.2 Método FAO de Estimativa de Evaporação
A Comissão Internacional de Irrigação e Drenagem e a Organização das
Nações Unidas para a Agricultura e Alimentação, em um trabalho de
consultores especializados (Smith, 1991, Allen et al., 1998), consideraram o
método de Penman–Monteith (PM) como padrão para o cálculo da
evapotranspiração de referência (ETo) a partir de dados meteorológicos.
Penman (1948) não incluiu a função de resistência à transferência de
vapor d’água em sua equação original. A equação, combinada com o termo
aerodinâmico e a resistência da superfície de uma cobertura vegetal, foi
chamada de equação de Penman–Monteith (Monteith, 1985).
Segundo a FAO (Smith, 1991, Allen et al., 1998) e vários outros autores
(Marin, 2000; Medeiros, 2002), recomendam que os métodos empíricos de
estimativa de ETo, sejam calibrados e validados para outras regiões, sendo a
equação Penman – Monteith a referência padrão para esses ajustes,
especialmente em clima seco e quente (Al-Ghobari, 2000).
18
Jensen et al. (1990) relatam que a equação de Penman – Monteith, é
mais precisa, quando usada na base horária e somando os valores para obter
estimativas diárias de ETo. Entretanto, deve-se ter prudência no manuseio,
como advertem Doorenbos e Kassam (1977), pois o uso de dados climáticos
médios em equações combinadas pode conduzir a erros significativos. Esses
erros resultam de várias interações entre elementos climáticos, como
velocidade do vento, umidade e saldo de radiação.
Entre os erros comumente observados em medições ou estimativas de
evapotranspiração de referência, pode–se destacar os seguintes: erro médio
absoluto, relacionados à diferença entre dados médios medidos e estimados,
erro máximo, diferença entre medidas e estimativas máximas, erros
sistemáticos e erros aleatórios ou estatísticos. Entre os erros sistemáticos pode-
se destacar os teóricos e ambientais como os mais comuns nesse tipo de
avaliação (Vuolo, 1992).
Vários autores encontram boa correlação entre dados medidos em
lisímetros e estimados pela equação de Penman - Monteith como, Jensen et al.
(1990), Allen et al. (1994), Allen (1996), Maggiotto (1996), Camargo e Sentelhas
(1997), Sentelhas (1998), Pereira (1998), Ribeiro (1996), Hussein (1999), e
Azevedo (1999).
A separação da evaporação da evapotranspiração tem sido estudada
apenas mais recentemente, principalmente a partir do trabalho de Ritchie et al.
(1990). Esses autores estudaram a distribuição de radiação que se extinguia
numa cultura e que atingia o solo e promovia a evaporação da água sob a
cultura.
Um outro método mais simples, e com destaque recente na literatura, é a
utilização de um coeficiente para realizar a estimativa da evaporação do solo a
partir da evapotranspiração potencial ou de referência. A FAO condensou um
grande número de informações em Allen et al. (1998) para a estimativa do
consumo de água pelas plantas, evaporação da água do solo e
evapotranspiração de referência.
19
Similar ao Coeficiente de Cultura (Kc), o Coeficiente de Evaporação (Ke)
é a razão entre evaporação da água do solo (Es) e a evapotranspiração de
referência (ETo). A sua principal utilização é a estimativa da evaporação do solo
a partir de dados obtidos numa estação meteorológica e dos valores de ETo.
Assim, é possível simular Es ao longo do ciclo das culturas para determinação
mais acurada, por exemplo, do efeito de práticas de manejo de irrigação no uso
da água (Medeiros et al., 2002) ou na programação de irrigação
O coeficiente de evaporação, similar ao Kc, representa a integração dos
efeitos do ambiente e das condições intrínsecas do solo que distinguem a
evaporação da evapotranspiração de referência (ETo) e de cultura (ETc): a
altura da cultura, que afeta a rugosidade e a resistência aerodinâmica; a
resistência de superfície relativa à associação cultura e solo, que é afetada pela
área foliar e resistência dos estômatos, pela fração de cobertura do solo pela
vegetação, pela idade e condição das folhas, pelo teor de umidade da
superfície do solo; pelo albedo da superfície da cultura e do solo, que são
influenciados pela fração de cobertura do solo pela vegetação e pelo teor de
umidade da superfície do solo e influência da radiação líquida disponível na
superfície, a qual é a principal fonte de energia para as trocas de calor e de
massa no processo de evaporação (Miranda et al., 2001).
O coeficiente Ke é para ser utilizado juntamente com a forma bifásica de
Kc. Isto é, quando se considera a partição do coeficiente de cultura na seguinte
forma:
Kc = Kcb.Ks + Ke (1)
onde Kcb é o coeficiente de cultura basal, Ks é um coeficiente de estresse
hídrico e Ke é o coeficiente de evaporação (Jensen et al., 1990; Wright, 1991;
Pereira, 1997; Allen et al., 1998).
O coeficiente Ks é um redutor da transpiração da cultura quando esta
sofre os efeitos da deficiência hídrica (Ks<1). Com o pleno suprimento de água
20
Ks é a própria unidade e com a seca intensa Ks é igual a zero para anular a
transpiração da cultura.
O coeficiente de cultura basal (Kcb) é a razão entre a evapotranspiração
da cultura (ETc) e a ETo, na condição em que o teor de água no solo na zona
radicular está adequado para manter a cultura em conforto hídrico (Ks=1), mas
a superfície evaporante do solo (primeiros centímetros da superfície) encontra-
se seco (Ke = 0), Pereira, (1997).
O Kcb representa o limite inferior (ou valor de base) do Kc quando se lhe
subtraem os efeitos do umedecimento da camada superficial do solo pela rega
ou pela precipitação.
O coeficiente de evaporação do solo (Ke) representa a evaporação do
solo. Uma vez que a superfície evaporante do solo exposta à radiação direta
varia ao longo do ciclo da cultura, o valor de Ke na equação 1 assume um valor
complementar ao valor de Kcb, em especial quando a superfície do solo está
totalmente molhada e a evapotranspiração da cultura é máxima (Allen et al.,
1998).
O procedimento de cálculo da evaporação da água do solo nu (Es) e de
Ke é baseado no reconhecimento da existência de dois estágios principais de
evaporação (Ritchie, 1974; Kanemasu et al., 1976; Hanks e Hill, 1980; Ritchie e
Johnson, 1990). Durante o primeiro estágio a evaporação Es (mm) processa-se
à taxa potencial (Eso) determinada pela energia disponível na superfície do
solo. No segundo estágio a evaporação é limitada pela capacidade de fluxo de
água para a superfície a partir das camadas inferiores do solo. Interessante
observar que o sistema FAO não considera o terceiro estágio de evaporação da
água do solo, conforme descreve Hillel (1980), possivelmente por este ocorrer
numa situação mais severa de secamento do solo, bastante diferente da
situação de lavoura irrigada para qual se destina as recomendações da FAO
em Allen et al. (1998).
No primeiro estágio a superfície do solo está úmida enquanto na segunda
a superfície do solo se encontra parcialmente seca, sendo a evaporação
21
alimentada pelos fluxos ascendentes de água do solo, influenciados pelo
transporte de calor para o perfil do solo (Pereira, 1996; Allen et al., 1998). Nesta
segunda fase, a evaporação decresce à medida que a umidade do solo diminui,
podendo assumir-se como proporcional à razão entre a quantidade de água que
remanescente na camada de solo que produz a evaporação e o total que pode
ser evaporado durante esta segunda fase (Ritchie et al., 1972).
Em culturas anuais, a ETc durante o período inicial é predominantemente
devida à evaporação da água do solo na sua camada superficial. Entende-se
por período inicial como desde o plantio até 10% da cobertura vegetal da
cultura. As estimativas mais precisas do coeficiente de cultura inicial, Kcini,
devem considerar o efeito de Ke na composição de Kc. Por exemplo, a
freqüência de umedecimento da superfície do solo durante o período inicial,
tanto pela irrigação como pela precipitação, afetam marcadamente a
evaporação direta da água da superfície do solo. Assim, a metodologia da FAO
(Doorenbos e Kassam, 1977; Allen et al., 1998) apresenta um método gráfico e
equações para o cálculo do valor médio de Kcini e ETc para o período inicial
baseado no intervalo médio entre umedecimentos e tipo de solo.
A metodologia da FAO (Allen et al., 1998) apresenta também uma
correção para o molhamento parcial do solo característico de alguns sistemas
de irrigação, como em gotejamento ou na irrigação por sulcos. Nesse caso o Ke
empregado é corrigido pela fração da área molhada, tornando-a menor do que
se a irrigação fosse por aspersão.
Os valores de Kc
ini
ou seja o valor de Ke na área plantada quando
ainda não se desenvolveram as folhas é usado para estimativa de ET
C
(
evapotranspoiração da cultura) durante a elaboração de projetos de irrigação.
Para muitos grupos de culturas usa-se somente um valor de de Kc
in
i também
chamado nesta fase de Ke sendo isto considerado como representativo .
Maior precisão na estimativa de Ke pode ser obtida se considerar-se os
seguintes itens:
1- Intervalo entre os molhamentos da superfície do solo
22
2- Quantidade de água a ser aplicada a cada molhamento
3- Demanda evaporativa atmosférica
4- Capacidade de infiltração da água no solo
5- A ascensão capilar da água no solo em diferentes profundidades do
nível freático
6- Armazenamento da água do solo representada pela umidade do solo.
Alguns desse itens podem ser observados na figura apresentada por
Allen 1998 a seguir:
Figura 1- A media de kc
ini
é apresentada para diferentes níveis de ET
O
e
intervalo entre irrigações ou chuva durante o estágio inicial de
crescimento para todos os tipos de solo quando o molhamento é
leve.(menor que 10 mm por evento)
Esta figura 1 também foi apresentada para outros níveis de
molhamento, entretanto com o fim ilustrativo aqui apresenta-se apenas esta.
Pode-se interpreta-la da seguinte forma. Para quatro dias de seca e um ETo de
5 mm/dia resulta num Kc
IN
de 0.48 aproximadamente. Ou seja, para uma seca
de quatro dias com ETo de 5 mm/dia somando-se assim 20 mm de demanda
atmosférica total encontra-se um Ke de 0.48, o que quer dizer que neste
23
período foi realmente evaporado do solo 9,6 mm. Forma semelhante de análise
foi adotada nesta pesquisa.
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Local
O experimento foi instalado em Piracicaba, Estado de São Paulo, ao
lado do Posto Meteorológico do Departamento de Ciências Exatas da Escola
Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, da Universidade de São Paulo. As
coordenadas geográficas do local são 22º 42' 30'' de latitude sul, 47º 38' 0'' de
longitude oeste e 546 m de altitude.
3.2 Clima
O clima da região é do tipo Cwa, segundo classificação de Köppen,
denominado Tropical de Altitude. Apresenta inverno seco, em que a
temperatura média do mês mais frio é inferior a 18 ºC e a do mês mais quente
acima de 22 ºC. As médias normais anuais de temperatura, precipitação e
umidade relativa são de 21,1 ºC, 1257 mm e 74 %, respectivamente. A estação
seca ocorre entre os meses de abril e setembro, sendo julho o mês mais seco
com precipitação média de 27 mm. O mês mais chuvoso é janeiro com
precipitação média igual a 221,4 mm.(Mariano, 1998)
3.3 Solo
O solo da área experimental é de textura argilosa a muito argilosa e é
classificado como Nitossolo Vermelho distrófico latossólico (NVdf), conforme
EMBRAPA (1999). A capacidade de água disponível (CAD), do solo estudado é
25
de 75 mm segundo Bezerra(1995), sendo este solo com 0,5 m de profundidade
então a CAD utilizada foi de 75 mm.
Os principais atributos físicos e químicos do solo encontram-se na
Tabela 1. As determinações foram realizadas no laboratório do Departamento
de Solos e Nutrição de Plantas da ESALQ, USP.
Tabela 1. Análise granulométrica, classe textural, matéria orgânica (M.O.) e
densidade dos sólidos (ρs) do solo em diferentes profundidades
Prof.
(m)
1.1 Areia
(g kg
-1
)
Silte
(g kg
-1
)
Argila
(g kg
-1
)
Classe
Textural
M.O
(g kg
-1
)
ρs
(kg m
-3
)
0-0,40 260 160 580 Argilosa 18 2500
0,40-0,50 180 140 680 Muito Argilosa 8 2670
0,50-0,60 180 140 680 Muito Argilosa 8 2590
0,60-0,70 210 140 650 Muito Argilosa 5 2560
0,70-0,80 150 140 710 Muito Argilosa 3 2530
Nitossolo Vermelho distrófico latossólico (NVdf) 75 mm
3.4 Preparo da Área, Construção e Base para os Lisímetros
Inicialmente foi realizada a limpeza do local, deixando o terreno limpo e
plano. Para instalação dos lisímetros foi escavada uma área de 5,23 m por 1,40
m com profundidade de 2,60 m. Os primeiros 0,80 m do perfil do solo foram
retirados manualmente. Foram separadas 8 camadas de 0,10 m para
posteriormente recompor o perfil do solo no lisímetro nas respectivas
profundidades. A partir de 0,80 m de profundidade a abertura prosseguiu com o
auxílio de uma retroescavadeira.
A base do conjunto de lisímetros foi construída como uma estrutura
retangular, em alvenaria, com 4,70 m de comprimento, 1,10 m de largura e 2,60
m de profundidade. Para o acesso ao poço de inspeção sob os lisímetros foi
26
instalada uma escada. No fundo da base colocou-se uma camada de pedra
britada para evitar o empoçamento de água.
3.5 Conjunto Lisimétricos
Foram instalados três lisímetros de pesagens confeccionados a partir de
reservatórios de aço inoxidável com 1,0 m de diâmetro e 0,80 m de
profundidade, com fundo cônico e dreno. O mecanismo de pesagem era
constituído de três braços metálicos presos a cada um dos lisímetros e
apoiados sobre células de carga.
Inicialmente foram instalados dois braços laterais para suporte de cada
lisímetro, com 0,30 m de comprimento e com parafusos niveladores e um
terceiro braço com a célula de carga, conforme mostrado esquematicamente na
Figura 1. Os braços foram espaçados 120º entre si. Para o monitoramento da
massa de cada lisímetro foi construída uma estrutura de madeira onde a célula
de carga e os parafusos niveladores foram apoiados. Dessa forma, os
lisímetros ficaram apoiados nos três braços na superfície do solo.
Posteriormente, com os resultados iniciais de pesagem observou-se a
necessidade de aumentar o comprimento dos braços.
Os braços com parafusos niveladores foram retirados e substituídos por
outros, em tubo de aço inox, paralelos entre si, com 1,0 m de comprimento. Os
parafusos niveladores foram colocados novamente e a estrutura de madeira foi
retirada. A célula de carga de pesagem e os parafusos niveladores foram
apoiados na base no nível da superfície do solo.
Para evitar a incidência de radiação solar na lateral dos lisímetros e para
minimizar a alteração no balanço de energia e, conseqüentemente, no processo
de evaporação de água no solo, foi adaptada uma cobertura com sombrite 50%
e palha seca, deixando exposto apenas a superfície de solo nu dos lisímetros.
27
3.6 Sistema de Drenagem
Para facilitar a drenagem da água no solo foi colocada uma camada de
0,30 m de pedras de argila expandida no fundo cônico do lisímetro. A utilização
da argila expandida deu-se em função de ter menor densidade quando
comparado ao uso anterior do filtro com camada de areia e brita alternadas,
como é comumente citado em outros trabalhos com lisímetros (CAMPECHE,
2002). Entre as pedras de argila e o solo foi colocada uma manta geotextil de
Bidin. No fundo do tanque de aço inox, onde fica o orifício de drenagem, foi
colocada uma tampa de ralo de alumínio para evitar o entupimento do orifício
do dreno com as pedras de argila.
No poço de inspeção, sob os lisímetros, foi colocado um dispositivo adaptado,
que consiste em uma haste de ferro e preso a ela um funil com mangueira para
a captação e condução da água drenada para um reservatório. Sob o
reservatório se encontrava uma plataforma instalada na parte superior da célula
de carga de drenagem, para a mensuração continuada.
Esses dispositivos de drenagem estavam instalados de forma independente ao
lisímetro, para não interferirem nas pesagens dos mesmos (Figura 2,3,4 e 5)
Figura 2- Representação esquemática do sistema lisimétrico para
monitoramento da evaporação da água do solo
28
Figura 3 - Representação esquemática, com vista de topo do sistema lisimétrico
para monitoramento da evaporação da água do solo
Figura 4- Lisímetro durante a coleta de dados com a bordadura coberta com
grama seca
29
Figura 5- Lisímetro durante a construção e montagem para experimento
3.7 Preenchimento dos Reservatórios Lisimétricos
Após a colocação da camada de pedra expandida e a manta de Bidin no
fundo dos reservatórios, cada um dos lisímetros foi completado até cerca de
0,04 m da borda, com o mesmo solo da área, previamente separado,
respeitando-se a seqüência original dos horizontes. Para simular a densidade
original do solo colocou-se 115 kg de solo a cada 0,10 m de profundidade.
Após a colocação do solo foi aplicada água através do dreno, de baixo
para cima, para eliminar possíveis bolsões de ar no perfil. Após a drenagem da
água excedente o dreno foi fechado. A seguir foi simulada precipitação para
atingir a capacidade máxima de retenção de água do solo, e, posteriormente, foi
aberto para percolação lenta do excesso de água.
3.8 Instrumentação e Coleta de Dados
As células de carga utilizadas para pesagem foram da Omega
Engineering Inc. Modelo LCCA – 1 K com capacidade de 453,15 kg, calibradas
previamente de fábrica e posteriormente no conjunto lisimétrico.
30
Para monitoramento da água drenada foram utilizadas células de carga
da Industria Vincere S.A., modelo Interface GL 30, capacidade para até 30 kg,
devidamente calibradas de fábrica. Leituras de drenagem foram também
realizadas manualmente nos períodos com irrigação ou precipitação de hora em
hora, em dias específicos, entre 9 e 17 horas.
Foram instalados termômetros de mercúrio em vidro de 15 e 50 cm de
profundidade no solo do lisímetro Lis1. As leituras foram feitas de 19 a 26 de
setembro de 2003, às 8, 12 e 18 horas; nos em que ocorreu irrigação as leituras
foram feita antes e logo após a aplicação de água no lisímetro para se obter
alguma alteração da temperatura do solo no perfil.
Para aquisição dos dados de pesagem dos lisímetros e das drenagens
foi utilizado o datalogger CR10, da Campbell Scientific. O equipamento foi
instalado no poço de inspeção, ligado à rede elétrica e devidamente aterrado
com barra de cobre. O datalogger foi programado para efetuar leituras a cada
30 segundos, com média a cada 15 minutos, e para obter medidas pontuais a
cada 15 minutos e a cada uma hora.
3.9 Calibração dos Lisímetros
Os lisímetros foram nivelados por meio dos parafusos niveladores e, em
seguida, foi feita a aplicação de massas conhecidas para a obtenção das
curvas de calibração das células de carga.
A simples adição de cargas pontuais nos lisímetros causavam variações
de acordo com a posição em que eram aplicadas. A aplicação de massa de
água conhecida foi a que apresentou o melhor resultado quando comparado à
aplicação de massas conhecidas de diferentes pontos nos lisímetros. A cada
um quilograma de água adicionada obtinha-se a leitura correspondente no
datalogger em milivolts. A água foi aplicada em incrementos de 1 kg até o valor
acumulado de 20 kg.
31
3.10 Procedimento Experimental
Foram utilizados dois dos três lisímetros de pesagem montados,
recebendo a denominação de Lis1 e Lis2. O monitoramento por pesagem
dos lisímetros de pesagem foi iniciado em 20 de junho de 2003 e perdurou até
31 de outubro de 2003.
Ao longo do experimento foram realizadas aplicações controladas de
água em datas específicas. A ocorrência natural de chuvas ao longo do
período, aliadas às irrigações, serviu como fator modulador da disponibilidade
de água e promotores da evaporação direta do solo nu, monitoradas no
presente trabalho.
3.11 Cálculo da Evaporação de Solo Nu
A evaporação de água dos lisímetros foi calculada pela seguinte
equação
(Lf – Li) = P + I – D – Es (2)
Onde, Lf e Li são as leituras de massa dos lisímetros no final e no início
do período, respectivamente, P é a precipitação pluviométrica, D é a drenagem
e Es é a evaporação do solo, sendo todas as medições computadas em
quilograma e, posteriormente, transformadas para milímetro de água.
3.12 Cálculo da Evapotranspiração e do Coeficiente de Evaporação
A evapotranspiração de referência, ET
oPM
, foi obtida pela equação de
Penman – Monteith seguindo as recomendações de cálculo da FAO, conforme
Allen et al. (1998).
A equação utilizada para a obtenção da ET
oPM
diária foi a seguinte:
32
)34,01(
)(
)273(
900
)(408,0
ETo
PM
us
eeu
T
GRns
ao
++
−
+
+−
=
γ
γ
(3)
Onde, ET
oPM
o é a evapotranspiração de referência para gramado, em
mm d
-1
, s é o valor da derivada da curva da relação entre a pressão de vapor e
a temperatura do ar para a temperatura média do ar, em kPa
o
C
-1
, Rn é a
radiação líquida, em MJ m
-2
d
-1
, G é a densidade de fluxo de calor para o solo
(assumida como zero), em MJ m
-2
d
-1
, γ é a constante psicrométrica calculada
para altitude local, em kPa
o
C
-1
, T é a temperatura média do ar, em
o
C, u é a
velocidade do vento a 2,0 m de altura, em m s
-1
, eo e ea são a pressão de
vapor na saturação e do ar, em kPa.
Para valores horários de ET
oPM
, em mm h
-1
, conforme as recomendações
de Allen et al. (1998), a equação 3 foi modificada tomando-se Rn em MJ m
-2
h
-1
,
G foi calculado como 0,1Rn quando Rn era positivo (durante o dia) e 0,5Rn
quando Rn era negativo (durante a noite), em MJ m
-2
h
-1
, o valor 900 foi
substituído por maiores que 37,5, e os valores de T, u, eo e ea foram tomados
de hora em hora.
O coeficiente de evaporação, Ke, foi calculado partindo da equação de
estimativa de evaporação, Es, baseado na evapotranspiração de referência
(ET
oPM
), conforme proposto pela metodologia da FAO (Allen et al., 1998):
Es = Ke ET
oPM
(4)
Os resultados de Es e Ke foram analisados a luz dos dados
meteorológicos, sendo então que :
Ke
PM
= ES/ET
OPM
(5)
Da mesma forma foi calculado Ke para a evaporação diária do tanque
Classe A assim :
33
Ke
ECA
= E
S
/ECA (6)
Os valores de E
S
foram observados após molhamento (chuva ou
irrigação) durante alguns dias secos. A quantificação da seca foi determinada
da pela soma de ET
O
após o molhamento ou soma de ECA também após o
molhamento.
As medidas de E
S
e seu somatório (∑E
S
) quando subtraído da CAD do solo na
capacidade de campo (75 mm) permitiu a observação do armazenamento da
água no lisímetro a cada
∑ET
O
e ∑ECA.
Tais observações possibilitaram equacionar a variação do
armazenamento da água para cada
∑ET
O
e ∑ECA e também permitiu
equacionar os valores de Ke
PM
e Ke
ECA
para cada nível de seca aplicado após
a chuva ou irrigação.
As ditas equações são apresentadas nos itens a seguir.
Para a estimativa do ARM e da Es foram consideradas as sugestões
descritas por Mendonça (1958) e também por Abouckaled (1978) os quais
descrevem pelo método de Mendonça (1958) o qual utilizou a hipótese da
proporcionalidade entre a evapotranspiração e o armazenamento de água no
solo:
A.kt/E =∂∂
E=C-A então A=C-E
onde E=Eta (Evapotranspiraçao atual); C=CAD (Capacidade de água disponível
na zona da raiz) e A=Arm (Armazenamento atual de água no solo).
Pode-se escrever que
)(/ ECktE
−
=∂∂
Sendo N=
Σ(Eto-P) a perda potencial de água quando P<Etm, no
intervalo de tempo T, pode-se dizer que a evapotranspiração real será igual a
potencial para t=0, se o solo estiver com seu armazenamento máximo (CAD),
de modo que:
34
)/( tE ∂∂
t=0
=kC=N/T
donde k=N/C.T, que por substituição, leva a:
tE ∂∂ /
=N/CT (C-E), que integrada resulta
∫∫
∂=
−
∂
tE
t
CT
N
AC
E
00
)(
isto é,
Ln(
)( EC
C
−
)= N/C
Pela, C-E = A, de modo que se transforma em
Ln (C/A)=N/C multiplicando por –1
Ln (A/C)= -N/C ou
A/C=e
(-N/C)
e finalmente:
A= C. e
(-N/C),
essa equação é, em nosso meio, conhecida na forma:
Arm=CAD.e
Neg.Acum/CAD
ou
Arm=CAD.e
Σ(P-Eto)/CAD
quando P-Eto<0 onde P=precipitação.
Sendo assim, decorrido um tempo T, a Eta será a variação do Arm neste
tempo:
Eta
(i-T)
= Arm
(t=i)
-Arm
(t=T)
ou seja
Eta = CAD-Arm
T
Substituindo o valor de Arm
T
dado
Eta=CAD- CAD.e
Neg.Acum/CAD
ou
Eta=CAD(1- e
Neg.Acum/CAD
)
Para se obter a taxa média neste intervalo de tempo divide-se esta
equação por t. Assim,
Eta=(CAD/t)(1- e
Neg.Acum/CAD
) (7)
Da mesma forma Rijtema e Aboukhled (1978), citados por Doorenbos e
Kassan (1979) (FAO 33), consideraram a teoria da proporcionalidade, mas
35
introduziram o conceito da fração prontamente disponível de água no solo p, a
qual considera que durante o consumo de uma lâmina de água equivalente a
p.CAD, a Eta será igual a Etm (Evapotranspiração máxima da cultura), sendo:
Etm=Eto.Kc onde Kc (coeficiente de cultura) é variável com o IAF, conforme a
equação Kc=1-exp(-k.IAF), sendo k o coeficiente de transmissão da luz através
das folhas para o solo, o qual está em torno de 0,45. Esta equação é limitada
pelo kc mínimo de 0,3. Desta forma pode-se escrever que:
Quando Arm
≥
(1-p)CAD então
Eta=Etm=-
∂
Arm/
∂
t
Quando Arm<(1-p)CAD
Eta=(
∂
Arm/(1-p)CAD)Etm =
∂
Arm/
∂
t,
Integrando e substituindo tem-se:
Eta=(CAD/t)[1-(1-p) e
-(Etm.t/(1-p)CAD + p/(1-p)
]
Sendo t o tempo total em dias secos, e t´o tempo necessário para se
consumir a fração p, então, quando t>t’,
t’=pCAD/Etm donde t’.Etm=pCAD
Não ocorrendo chuva, então (t’-t).Etm pode ser considerado como o
Negativo Acumulado da equação de Mendonça (1958). Sendo t’=t, o Negativo
Acumulado será nulo e o armazenamento de água no solo será (1-p)CAD.
Portando o valor de (1-p) CAD no tempo t’ pode ser considerado como o de
armazenamento máximo, quando se iniciará o acumulo dos negativos e a partir
do que Eta<Etm.
Sendo t>t’, o Armazenamento num tempo t qualquer (Arm
t
) será
Arm
t
= (1-p)CAD. e
CADp
Etmtt
)1(
).'(
−
−
podendo escrever
Arm
t
= (1-p)CAD.e
CAD)p1(
Etm.tEtm'.t
−
−
ou
Arm
t
= (1-p)CAD.e
()
CADp
Etmt
)1(
'.
−
CADp
Etmt
)1(
.
−
−
36
Substituindo, tem-se
Arm
t
= (1-p)CAD.e
()
CADp
CADp
)1(
)(
−
CAD)p1(
Etm.t
−
−
ou
Arm
t
= (1-p)CAD.e
CADp
Etmt
)1(
.
−
−
)1( p
p
−
+
Considerado Etm média como a variação do Arm
(to-t}
, sendo t>t’, tem-
se:
Eta=
∆Arm=(Arm
t=0
–Arm
t
)/t
Se Arm
t
=CAD e substituindo, podemos escrever
Eta=(CAD/t)[1-(1-p) e
-(Etm.t/(1-p)CAD + p/(1- p)
]
Esta vem a ser a equação proposta por Rijtema e Aboukhled (1978),
semelhante à proposta por Mendonça (1958), modernizada pela introdução dos
parâmetros p e kc. Nessa equação, os Neg. Acum. somente são considerados
a partir do consumo da fração p. A CAD da equação original de
Mendonça(1958) é substituída por (1-p) CAD. Considerando-se como nula a
fração p, então a equação de Rijtema e Aboukhled (1978) tornar-se-á igual à de
Mendonça(1958), ou seja,
Eta=(CAD/t)(1- e
Neg.Acum/CAD
) (8)
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Resultados de Calibração dos Lisímetros
A calibração das células de carga utilizadas nos lisímetros foi
constituída de duas etapas. A primeira, realizada pelo fabricante e outra com o
conjunto lisimétrico já montado no campo.
A calibração consistiu em, inicialmente, nivelar os lisímetros e em
seguida foi feita a aplicação de massas conhecidas de água para a obtenção
das curvas de calibração das células de carga. A cada quilograma de água
adicionada obteve-se uma leitura no datalloger, até o valor acumulado de 20kg.
O tipo de célula de carga utilizadas nos lisímetros mostrou-se eficiente
para medidas de massa horário e diário. Os resultados obtidos de calibração
dos lisímetros Lis1 e Lis2 encontram-se na Figura 6. Houve excelente
linearidade entre as massas adicionadas em cada lisímetro e o sinal obtido da
célula de carga. Houve também elevada correlação e semelhança de
resultados entre os dois aparelhos. O maior coeficiente angular da reta (281,49
kg/mV) da calibração do Lisímetro 1 em relação ao Lisímetro 2 (263,59 kg/mV)
indica que para se obter uma mesma variação de sinal na célula de carga
houve necessidade de maior aplicação de massa (ou de variação de umidade
no solo) no Lisímetro 1. Portanto, a sensibilidade do Lisímetro 2 é um pouco
superior.
38
Lisimetro 1
y = 281,49x - 637,54
R
2
= 0,9996
0
5
10
15
20
25
2.26 2.28 2.30 2.32 2.34
DDP, mV
Variação de massa, kg
Lisimetro 2
y = 263,59x - 783,91
R
2
= 0,9984
0
5
10
15
20
25
2.96 2.98 3.00 3.02 3.04 3.06
DDP, mV
Variaçào de massa, kg
Figura 6 - Relação entre a aplicação de massas conhecidas de água e leituras
do datalogger (DDP, mV) para a calibração dos lisímetros de
pesagem Lis 1 e Lis 2
39
4.2 Avaliação da Drenagem dos Lisímetros
Ao longo do experimento a drenagem não foi regularmente medida por
deficiência de funcionamento da célula de carga de drenagem sob os
lisímetros. Já na fase de calibração dessas células observou-se deficiência em
seu funcionamento, dificuldade de acesso e operação e com sensibilidade
variável ao longo de seu corpo.
Medidas esporádicas de drenagem ao longo do ensaio indicaram a sua
baixa ocorrência, associadas as poucas chuvas no período. Medições
detalhadas da drenagem foram realizadas no período de 19/09/2003 à
15/10/2003 e são mostradas nas Tabelas 2 e 3.
Na primeira aplicação de água, em 19/09/03, devido ao solo estar seco
não houve drenagem em nenhum dos lisímetros, mesmo com aplicação de
cerca de 40 mm. Na aplicação de uma segunda lâmina mais elevada (47 e 59
mm), houve drenagem. As drenagens nos lisímetros ocorreram de forma
desuniforme. No Lis1 a água drenou com mais vagar e menor quantidade que
em Lis2 pela menor quantidade de água adicionada.
Observou-se que o processo de drenagem do dia 23/09/03 foi mais
acentuado nas duas primeiras horas, tanto em Lis1 como em Lis2, diminuindo
de intensidade até quase não haver mais drenagem após 24 horas da
aplicação da água nos lisímetros. Durante o experimento, na aplicação de
água, não se notou caminho preferencial da água de infiltração.
A taxa de drenagem no dia 266 foi de 0,53 mm/hora, conforme dados
nas Tabelas 2 e 3. Pode-se observar a estreita relação entre a taxa de
drenagem e massa do lisímetro, visto que esta representa umidade no perfil de
solo. Essa relação é documentada na literatura (Ogata e Richards, 1957) e
utilizada em trabalhos de manejo de água no solo.
40
Tabela 2. Valores de precipitação (P), de irrigação (I) e de drenageedidos em
períodos selecionados no lisímetro Lis1, Piracicaba, SP
Dia Hora Dia do
ano
Data
exata
Drenagem
(kg)
Drenagem
(mm)
P ou I
(mm)
Leitura
kg
19/09/03 08:40 262 262,35 0 0
09:00 262,38 0 0 31,8 748,72
09:30 262,39 0 0 809,07
23/09/03 09:00 266 266,38 0 0 95,5
09:30 266,39 1,500 1,91 807,34
12:00 266,50 0,500 0,64 804,50
15:00 266,63 1,500 1,91 802,15
18:00 266,75 0,200 0,26 800,85
24/09/03 08:00 267 267,33 0,050 0,06 799,88
9:00 267,38 0 0 799,86
18:00 267,75 0 0
25/09/03 08:00 268 268,33 0 0
26/09/03 08:00 269 269,33 0 0
27/09/03 02:15 270 270,09 0 0 0,7
29/09/03 08:00 272 272,33 0 0
07/10/03 11:45 280 280,48 0 0 15,3
08/10/03 00:15 281 281,006 0 0 1,7
09/10/03 17:45 282 282,73 0 0 7,1
11/10/03 02:00 285 285,08 0 0 37,6
15/10/03 08:30 288 288,35 0 0 37,26
09:00 288,38 0,500 0,64 769,49
16/10/03 08:00 289 289,33 0 0
41
Tabela 3. Valores de precipitação (P), de irrigação (I) e de drenagem medidos
em períodos selecionados no lisímetro Lis 2, Piracicaba, SP
Dia Hora Dia do
ano
Data
exata
Drenagem
(kg)
Drenagem
(mm)
P ou I
(mm)
Leitura
kg
19/09/03 09:00 262 262,38 0 0 63,7
10:00 262,42 0 0
23/09/03 09:30 266 266,39 0 0 76,4 820,33
09:55 266,40 1,700 2,17 820,33
12:00 266,5 0,800 1,02 807,68
15:00 266,63 1,500 1,91 802,17
18:00 266,75 0,940 1,20 799,95
24/09/03 08:00 267 267,33 0,600 0,76 798,33
12:00 267,50 0 0 796,51
18:00 267,75 0 0 793,63
25/09/03 08:00 268 268,33 0 0
26/09/03 08:00 269 269,33 0 0
27/09/03 02:15 270 270,09 0 0 0,7
29/09/03 08:00 272 272,33 0 0
07/10/03 11:45 281 281,48 0 0 1,7
08/10/03 00:15 282 282,006 0 0 1,7
09/10/03 17:45 283 283,73 0 0 7,1
11/10/03 02:00 284 284,08 0 0 37,6
15/10/03 09:30 288 288,39 0 0 31,20
10:00 288,42 3,000 3,82 808,14
16/10/03 8:00 289 289,33 0 0
42
4.3 Condições Meteorológicas e Monitoramento dos Lisímetros
Os valores dos principais elementos climáticos ocorridos durante o
monitoramento dos lisímetros, no período de junho a outubro de 2003, são
apresentados nas Figuras 4 a 14, segundo os dados obtidos no Posto
Meteorológico do Departamento de Ciências Exatas da ESALQ/USP,
Piracicaba,SP.
A precipitação total no período foi de 144,70 mm, porém cabe ressaltar
que no período de 7 a 11 de outubro correspondeu a 89,2 mm (42,71% do
total) (Figura 4). Tais valores estão abaixo da precipitação normal de
Piracicaba, de 273,14 mm, considerando o período de junho a outubro, sendo
desta forma considerado um ano de inverno seco. A menor precipitação
ocorreu em junho com 9,20 mm.
A radiação global ao longo do ensaio apresentou valores diários
crescentes, em geral de 10 a 25 MJ m
-2
d
-1
, exceto nos dias de chuva e com
nebulosidade (Figura 4).
A temperatura média do ar no período do experimento foi de 20,46ºC,
sendo 28,03ºC a média das temperaturas máximas e 9,64ºC a média das
mínimas (Figura 5). As normais climatológicas são 19,46ºC, 26.94ºC e 8,87ºC,
respectivamente, para as temperaturas do ar média, máxima e mínima. Houve
apenas cerca de 1ºC de diferença em relação as normais da região. A
elevação da temperatura pode estar relacionada a um efeito do período
bastante seco ocorrido durante o experimento.
A umidade relativa média, registrada durante o experimento foi 73,81%,
sendo o valor maior 79,67% em junho e o menor 70,30% em setembro (Figura
5). A normal climatológica é de 68,76%.
O registro de velocidade do vento a 2,0 m foi em média 7,69 km h
-1
,
sendo a normal climatológica igual a 8,26 km h
-1
(Figura 6). O mês de outubro
foi o mês com maior média de vento, 9.50 km h
-1
, e junho o mês com a menor,
5,31 km h
-1
.
43
A evaporação de água medida no tanque Classe A no período do
experimento foi de 4,33 mm em média (Figura 9), cerca de 30% maior do que a
normal climatológica de 3,23 mm. Durante o experimento a maior evaporação
ocorreu em outubro, com 5,78 mm, e a menor em junho, com 3,12 mm.
Os lisímetros apresentaram um desempenho geral similar entre si. A
diferença de massa entre eles não variou muito ao longo do experimento,
exceto quando as aplicações de água não foram iguais (Tabelas 4).
Os dois lisímetros apresentaram excelente reação à ocorrência de
chuvas e aplicação de água, indicadas nas Figuras 16 e 17 pela rápida
resposta de valores. As datas de ocorrência de chuva, irrigação e de outros
eventos que possam ter afetado as leituras de massa dos lisímetros são
apresentados na Tabela 4. A queda da massa dos lisímetros após cada chuva
ou irrigação é devida à evaporação direta da água do solo e à drenagem.
Conforme visto no item 4.2, a perda por drenagem está restrita apenas nas
primeiras 24 horas desde a aplicação da água, dependendo da umidade em
que se encontra todo o perfil do solo nos lisímetros (Tabelas 4 e Figura 6).
Ao longo do monitoramento das massas observou-se a possível
interferência nos resultados de evaporação pela incidência da radiação solar na
lateral do lisímetro. Com isso, foi instalada proteção lateral utilizando-se
sombrite e palha seca de grama na superfície, em 09/09/2003 (dia 252). O uso
da cobertura era também um auxiliar na proteção da célula de carga do
lisímetro para evitar aquecimento da mesma.Conforme especificações do
fabricante da célula de carga seu pleno funcionamento ocorre com
temperaturas até 55ºC. Nas medições ocorridas até essa data, a consistência
dos resultados indica que houve um bom funcionamento das mesmas. Tais
células de carga são comumente empregadas na confecção de balanças
utilizadas em locais bem protegidos. No caso do ensaio, mesmo sob os
lisímetros, havia grande umidade e, eventualmente, molhamento por chuva ou
pelo excesso de água de drenagem.
44
Em 07/10/2003 (dia 280), dia de chuva de 15,3 mm, notou-se que
lisímetro Lis1 se desnivelou e um de seus braços chegou a encostar na
superfície de apoio possivelmente prejudicando a leitura do dia.
Em 15/10/2003 (dia 288), logo após a aplicação de irrigação, foi
colocada uma cobertura com lona plástica e palha por sobre todos os
lisímetros, para impedir a evaporação direta da água do solo. Houve a
ocorrência de drenagem tão logo se irrigou.
45
Tabela 4. Data e descrição dos principais eventos ocorridos durante o período
experimental com os lisímetros Lis 1 e Lis 2, Piracicaba, SP, 2003
Data Dia do ano Descrição do evento
04/06/03 154 Precipitação 4,1 mm
05/06/03 155 Precipitação 4,1 mm
15/06/03 166 Fim da montagem e inicio das pesagens
20/06/03 171 Calibração do conjunto lisimétrico
23/06/03 174 Solo Lis1 em Capacidade de Campo
24/06/03 175 Irrigação de 66,94 mm pelo dreno Lis2
25/06/03 176 Irrigação de 63,40 mm pelo dreno Lis1
10/07/03 191 Precipitação 15,5 mm
11/07/03 192 Precipitação 0,6 mm
07/08/03 219 Precipitação 8,0 mm
08/08/03 220 Precipitação 0,3 mm
09/08/03 221 Precipitação 6,0 mm
15/08/03 227 Precipitação 0,9 mm
25/08/03 237 Precipitação 1,9 mm
09/09/03 252 Cobertura para proteção lateral
10/09/03 253 Precipitação 3,9 mm
11/09/03 254 Precipitação 0,9 mm
12/09/03 255 Precipitação 1,0 mm
16/09/03 259 Precipitação 5,1 mm
19/09/03 262 Irrigação 19,6mm no Lis1 e 39,3mm no Lis2
23/09/03 266 Irrigação 58,9mm no Lis1 e 47,1mm no Lis2
27/09/03 269 Precipitação 0,7 mm
07/10/03 280 Precipitação 15,3 mm
08/10/03 281 Precipitação 1,7 mm
09/10/03 282 Precipitação 7,1 mm
11/10/03 284 Precipitação 37,6 mm
15/10/03
15/10/03
20/10/03
288
288
294
Irrigação 23,0mm no Lis1 e 31,2mm no Lis2
Colocada Cobertura de Lona
Retirada Cobertura
As alterações de massa nos lisímetros são devidas à evaporação, a
irrigação, a precipitação e a drenagem.
46
Nos dados analisados para 0-0,50 m, a maior massa em Lis 1 ocorreu
no dia 266 (804.5 kg) com 28,8 % de umidade e a menor massa no dia 253
(719,85 kg) com 9,6 %. No Lis 2 a maior massa ocorreu também no dia 266
sendo 807,68 kg com 29,4 % de umidade e a menor massa no dia 259 (721,69
kg) e 6,0 % de umidade.
A correlação obtida na Tabela 3 permite transformar a massa do
lisímetro em umidade do solo.
Nos dois lisímetros, a partir do dia 262 observa-se uma grande
variação de massa devido a aplicação de uma lâmina d’água de 19,6 mm em
Lis 1 e de 39,3 mm em Lis 2, sem ocorrer drenagem em ambos os lisímetros. A
seguir, observa-se uma variação de massa no dia 266 devido a segunda
aplicação de 58,9 e 47,1 mm de água em Lis 1 e Lis 2, respectivamente,
drenando de 1,5 kg, nas primeiras 4 horas, a 0,050 kg em Lis 1. A drenagem
observada no mesmo período em Lis 2 foi maior variando de 1,7 kg nas 4
primeiras horas a 0,6 kg (Tabelas 2 e 3).
No dia 288, na última aplicação de água do ensaio,adicionou-se 23 mm
e 31,2 mm em Lis 1 e 2, respectivamente, com valores de drenagem chegando
a 0,5 kg em Lis 1 e 3,0 kg em Lis 2.
O custo médio da instalação do conjunto de três lisímetros, conforme
inicialmente projetado no presente estudo, foi da ordem de U$900,00, sendo
U$740,00 das células de carga e reforma de lisímetros e o restante para se
fazer a parte de alvenaria, um valor bastante abaixo de muitos equipamentos
importados para a determinação e estudos da umidade do solo e consumo de
água pelas culturas. Sendo isto devido a utilização de apenas uma célula de
carga para medida de evaporação e uma célula para medida da drenagem.
47
A
B
0
10
20
30
40
50
170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
Dia do ano
Precipitação, mm
0
5
10
15
20
25
30
170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
Dia do ano
Rad. global, MJ m
-2
d
-1
48
Figura 7- Precipitação diária e radiação global diária medidos na estação
meteorológica automática, em Piracicaba, no período de 172 a 292
dias do ano de 2003, Piracicaba, SP (A e B)
0
5
10
15
20
25
30
170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
Dia do ano
Temperatura média, º C
49
B
Figura 8- Valores médios diários de temperatura e umidade relativa do ar
medidos na estação meteorológica automática,no período de 172 a
292 dias do ano de 2003, Piracicaba, SP (A e B)
0
2
4
6
8
10
12
170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
Dia do ano
Evaporação, mm d
-1
30
40
50
60
70
80
90
100
170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
Dia do ano
Umidade relativa, %
A
50
Figura 9- Velocidade média do vento a 2,0 m medido na estação meteorológica
automática e evaporação de tanque Classe A, no período de 172 a
292 dias do ano de 2003, Piracicaba, SP
São apresentados nas figuras 10 a 15 referentes a dias típicos do
experimento os valores horários da T
AR
(ºC), UR (%), Rn (DW/m
2
), Vento (m/s)
e os valores da evaporação medida nos dois lisímetros. Pode-se observar que a
evaporação noturna é praticamente nula e que após o nascer do sol( com o
aumento da Rn (DW/m
2
) e obviamente o aumento da Tar (ºC) e
conseqüentemente a diminuição da UR% ocorre assim um aumento da
evaporação medida nos dois lisímetros instalados.
Outros dias observados cujos gráficos semelhantes a estes são apresentados
nas figuras do apêndice.
0
1
2
3
4
170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
Dia do ano
Velocidade do vento, m s
-1
51
Figura 10 – Elementos de clima observados no dia 178, nos lisímetros 1 e 2
0
20
40
60
80
100
120
0 4 8 12162024
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Lis1 Vento
0
20
40
60
80
100
120
0 4 8 12162024
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Vento Lis 2
52
Figura 11 – Elementos de clima observados no dia 188, nos lisímetros 1 e 2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 4 8 12162024
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Lis1 Vento
0
20
40
60
80
100
120
0 4 8 12162024
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Vento Lis 2
53
Figura 12 – Elementos de clima observados no dia 194, nos lisímetros 1 e 2
0
20
40
60
80
100
120
0 4 8 12 16 20 24
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Lis1 Vento
0
20
40
60
80
100
120
04812162024
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Vento Lis 2
54
Figura 13 – Elementos de clima observados no dia 204, nos lisímetros 1 e 2
0
20
40
60
80
100
120
0 4 8 12 16 20 24
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Lis1 Vento
0
20
40
60
80
100
120
0 4 8 12 16 20 24
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Vento Lis 2
55
0
20
40
60
80
100
120
04812162024
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s
)
TºC UR % Rn Lis1 Vento
Figura 14– Elementos de clima observados no dia 270, nos lisímetros 1 e 2
0
20
40
60
80
100
120
04812162024
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Vento Lis 2
56
Figura 15– Elementos de clima observados no dia 279, nos lisímetros 1 e 2
0
20
40
60
80
100
120
04812162024
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s)
T ºC UR % Rn Lis1 Vento
0
20
40
60
80
100
120
0 4 8 12162024
hora
UR(%), T(ºC), RN(DW/m2
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ET(mm), Vento(m/s
)
T ºC UR % Rn Vento Lis 2
57
4.4 Evaporação de Água pela Superfície do Solo
Os dados diários de evaporação direta em solo nu (Es), em mm d
-1
,
foram obtidos pela diferença de massa tomados pontualmente à meia-noite.
Essa forma de cálculo foi escolhida por produzir resultados representativos e
com menor quantidade de dados se comparados com a evaporação horária.
Os resultados de Es obtidos para períodos típicos, nos dias 192 a 218 e 262 a
279 em 2003, em que não houve interferência do efeito de drenagem, são
apresentados nas Figuras 16 e 17.
No primeiro período (Figura 16), do dia 192 ao 218 dia, o maior valor
observado de Es no Lis 1, foi de 7,17 mm d
-1
, no dia 193, considerado alto
como valor de evaporação de água do solo, porém incluída a água de
drenagem (D), resultante da precipitação de 15,5 mm ocorrida no dia 192 e de
0,6 mm ocorrida no mesmo dia. O menor valor obtido em Lis 1 foi de 0,76 mm
d
-1
, numa situação de solo bastante seco, no final do período.
No lisímetro 2, para o primeiro período, o maior valor obtido foi de 2,73
mm ocorrido no dia 193, com solo úmido, e o menor valor foi de 0,71 mm no
dia 218, com solo seco (Figura 16). A diferença entre os maiores valores
obtidos em Lis 1 comparados com Lis 2 se deve ao fato de que o Lis 2 sempre
drenou com maior rapidez. O registro contínuo da drenagem pela célula de
carga teria conferido maior precisão aos resultados quando da ocorrência de
chuvas e da variação da massa do lisímetro por perda de água por drenagem.
Por exemplo, na Figura 17 em ambos os lisímetros, pode ser observado que no
dia 263 ocorreu uma elevação no valor de Es+D. Isto se deve à irrigação
complementar e a rápida drenagem ocorrida conforme as Tabelas 2 e 3. Nesse
dia a ETo foi de apenas 2,97 mm d
-1
enquanto os valores observados de Es +
D foram 4,36 e 4,08 mm d
-1
, respectivamente para os lisímetros 1 e 2.
Para o segundo período de análise (Figura 17), do dia 262 a 279 dias,
no Lis 1, o dia 267 apresentou o maior valor de evaporação associado a
drenagem resultante da chuva do dia anterior. A aplicação de uma lâmina de
58
irrigação de 5,83 mm no dia 271, produziu um claro aumento na evaporação e
um efeito de drenagem. O menor valor observado foi de 1,79 mm d
-1
, no dia
279. No Lis 2, desconsiderando o dia 266 com evidente efeito de drenagem no
compito dos dados, o dia 268 apresentou o valor de 5,62 mm d
-1
no dia. O
menor valor foi de 1,99 mm d-1 no dia 279.
Pelas Figuras 16 e 17, para os dois períodos, a tendência de Es é de
redução gradativa, apesar da energia disponível (Rn) para evaporação e da
demanda evaporativa, da ordem de 2 a 3 mm d
-1
. As ocorrências de algumas
precipitações promoveram um aumento na evaporação de água no solo e em
alguns casos na drenagem. O consumo da água do solo e a sua
disponibilidade têm uma importância muito grande para a ocorrência da
evaporação (Hillel, 1980), ficando claro que há uma redução gradativa da
evaporação com o secamento do solo após a ocorrência de molhamento.
O dia 268 ou 25 de setembro do ano de 2003, de acordo com a Tabela
4, pode ser considerado um dia com o solo úmido, devido a aplicação de água
no dia 266. Apresentou valores de massa ao redor de 790 kg nos dois
lisímetros e já não ocorria drenagem. A evaporação acumulada ao longo do
dia, em Lis 1 e 2, produziu valores de 7,86 mm d
-1
(ou 8,00 mm d
-1
pelo cálculo
diário, Fig. 16) e 7,32 mm d
-1
(ou 7,66 mm d
-1
pelo cálculo diário, Fig. 16),
respectivamente, que se comparada ao valor de ETo de 4,22 mm d
-1
ou 3,87
mm d
-1
indica que ainda ocorria drenagem.
Os valores máximos foram de 1,13 mm h-1 de Es no Lis 1 às 14:00 h e
0,85 mm h
-1
em Lis 2 às 13:00 h. Ambos são maiores do que ETo máxima de
0,55 mm h
-1
no meio do dia. Porém, se considerado valores maiores do que
uma hora torna possível e consistente a comparação entre o valor de energia
disponível (Rn e ETo) e a evaporação do solo (Es). Aparentemente não houve
restrição de disponibilidade de água no solo para o processo de evaporação
direta da superfície do solo. Interessante notar a ocorrência de alguma
evaporação durante o período noturno, bem como horas em que não foram
aferidas nenhumas evaporações tanto em Lis 1 como em Lis 2.
59
O dia 275 ou dia 2 de outubro de 2003, de acordo com a Tabela 4,
pode ser considerado de umidade intermediária, com massa dos lisímetros
próxima a 768 kg. Os valores diários de evaporação dos lisímetros 1 e 2 foram,
respectivamente 4,27 mm d
-1
e 2,73 mm d
-1
(ou 4,27 e 2,85 mm d
-1
se
calculado pela base diária, Fig. 16) para um dia com ETo igual a 4,40 mm d
-1
(ou 3,69 mm d
-1
no cálculo diário).
Nos intervalos horários onde não se aferiu valor de evaporação deve
se considerar que houve uma evaporação extremamente pequena para a
sensibilidade do conjunto lisimétrico ser capaz de identifica-la. O maior valor de
evaporação no Lis 1 foi de 0,66 mm h
-1
às 11:00 h e no Lis 2 foi de 0,47 mm h
-1
às 14:00 h. Nesses horários a ETo era próxima a 0,59 mm h
-1
. Pela
comparação da energia disponível e evaporação direta do solo ocorrida fica
aparente que pode já existir alguma restrição de disponibilidade de água no
solo para o processo de evaporação, em especial no Lis 2.
O dia 258 do ano de 2003, conforme pode ser observado Tabela 4, é
um dia tipicamente seco durante o período de monitoramento. O maior valor de
evaporação em ambos os lisímetros foi observado no meio do dia, sendo de
0,37 mm h
-1
às 14:00 h em Lis 1 e de 0,17 mm h
-1
às 11:00 h em Lis 2. Esses
valores estão bem abaixo dos valores de ETo, 0,58 e 0,51 mm h
-1
, às 14:00
horas e as 11:00 horas, indicando que havia energia para a ocorrência de
evaporação mas não havia disponibilidade de água no solo para a sua
ocorrência.
60
Figura 16- Evaporação direta de solo nu (Es) associada a drenagem (D) dos
lisímetro 2 observadas no período de 192 a 218 e Lis 1, 262 a 279
dias do ano de 2003, Piracicaba, SP
Lisimetro 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
190 195 200 205 210 215 220
Dia do ano
Es+D, mm d
-1
Lisímetro 2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
190 195 200 205 210 215 220
Dia do ano
Es+D, mm d
-1
Lisímetro 1
0
2
4
6
8
10
12
260 262 264 266 268 270 272 274 276 278 280
Dia do ano
Es+D, mm d
-1
61
Figura 17- Evaporação direta de solo nu (Es) associado a drenagem (D) dos
lisímetros 1 e 2 observadas no período de 262 a 279 dias do ano de
2003, Piracicaba, SP
4.5 Temperatura do Solo
As medidas de temperatura do solo foram coletadas no lisímetro 1
utilizando termômetro de mercúrio em vidro, nas profundidades de 0,15 e 0,50
m no período de 252 ao 272 dias do ano de 2003, sempre às 8 h, 12 h e 18
horas.
Na profundidade de 15 cm foi observada uma variação de 15,2 ºC a
23,8 ºC, com média de 21,41 ºC para as leituras feitas às 8:00 horas. Para
leituras feitas às 12:00 horas, a variação foi de 18,8 ºC a 30,6 ºC, com média
de 21,6 ºC. No final do dia, às 18:00 horas, variou de 18,6 ºC a 30,6 ºC, com
média de 23,89 ºC, superior se comparado com os outros horários (Tabela 5).
Para a profundidade de 0,50 m, às 8:00 horas a temperatura variou de
16,2 ºC a 25,2 ºC, com média de 21,57 ºC. Ao meio-dia, de 17,8 a 27,4 ºC,
Lisímetro 2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
260 262 264 266 268 270 272 274 276 278 280
Dia do ano
Es+D, mm d
-1
62
com média de 22,86 ºC. No final do dia, às 18:00 horas, variou de 17,6ºC a
27,8ºC, com media de 23,3 ºC.
Com base nos dados analisados de temperatura do solo, a
profundidade mais quente em média foi a 15 cm às 18:00 horas, com 23,89 ºC
e a profundidade mais fria em média foi a 15 cm com 21,41 ºC às 8:00 h.
Tal elemento de clima não foi considerado no equacionamento da
evaporação da água do solo descoberto.
Tabela 5.Temperatura de solo nu ao longo do dia e umidade do solo (U %v) às
8 h, medidos em duas profundidades no lisímetro 1, no período de
252 a 272 dias do ano de 2003, Piracicaba, SP
Dia do
Profund. 0,15 m Profund. 0,50 m
Ano
8 h 12 h 18 h U %v 8 h 12 h 18 h U %v
252 23,8 24,0 24,2 2,3 25,2 26,0 25,8 9,8
253 22,0 22,2 - 2,1 23 22,6 - 9,6
254 18,4 18,8 18,6 2,8 19,4 19,0 18,8 10,1
255 15,2 20,2 20,0 3,9 16,2 17,8 17,6 12,2
258 18,4 19,0 20,2 - 18,4 20,0 20,6 -
259 20,3 21,4 23,6 2,8 21,3 23,8 23,6 12,1
262 19,0 22,4 22,2 2,2 20,6 21,0 20,8 19,6
263 19,4 22,8 22,6 11,7 21,0 21,5 21,3 14,0
264 20,6 27,4 29,4 12,8 22,0 25,8 26,6 14,0
265 21,4 30,6 30,6 10,2 22,8 27,4 27,8 12,8
266 22,4 26,4 27,2 30,8 23,8 25,2 26,6 28,8
267 21,6 23,4 25,2 24,3 23,0 23,2 25,0 25,7
268 22,0 23,8 26,2 22,7 22,8 23,4 25,1 25,1
269 21,2 23,0 23,2 21,8 22,4 23,2 23,0 24,6
272 20,4 21,0 21,3 20,6 21,6 23,0 23,6 23,9
63
A energia radiante que atinge a superfície terrestre e além da
evaporação da água é também utilizada no processos de convecção,
relacionado ao aquecimento do ar, e no de condução de calor, usado no
aquecimento do solo, portanto, responsáveis pelas variações de temperatura
nesses meios (Pereira et al., 2002).
Durante o molhamento do solo o seu calor específico aumenta pela
incorporação da água. Assim, torna necessário uma quantidade maior de
energia para a alteração da temperatura do solo. Com o secamento gradativo
do solo e com a menor quantidade de água, diminui também a quantidade de
energia necessária para variar a temperatura, portanto, a variação no solo seco
será muito maior. Para confirmar isto, conforme mostrado na Tabela 2 e 3, os
dias mais úmidos durante o período de análise de temperatura do solo foram
os dias 262 e 266, com ocorrência de irrigação, a diferença entre a maior e
menor temperatura foi de 3,4 ºC, no dia 262 e de 4,8 ºC no dia 266.
Nos dias 264 e 265 a diferença entre a maior e menor temperatura do
solo foi de 8,8 ºC e 9,2, respectivamente, mostrando que o solo está com
pouca umidade.
Pelo exposto, fica evidente que os maiores valores de temperatura
estão relacionados a disponibilidade de energia e ao menor teor de umidade do
solo, como no caso do dias 252 e 264, com medias de temperatura do solo de
24 ºC e 25,8 ºC a 0,15 m e de 25,68 ºC e 24,8 ºC a 0,50 m, respectivamente.
As maior temperatura foi de 24 ºC às 12 horas a 0,15 m e de 26 ºC a 0,50 m
para o dia 252. Para o dia 264 a maior temperatura a 0,15 m foi às 18:00 horas,
de 29,4 ºC e a 0,50 m às 18:00 horas, de 26,6
o
C, conforme Tabela 5.
Tais temperaturas foram observadas porque num futuro próximo se
pretende que sejam mais um elemento a ser introduzido na modelagem da
evaporação do solo descoberto
.
64
4.6 Coeficiente de Evaporação (Ke)
A evaporação do solo (Es) e a sua estimativa constituem uma parte
importante na determinação do coeficiente de cultura nos seus primeiros
estádios. Nesse período inicial a evaporação responde pela quase totalidade
do consumo de água, devido a sua grande exposição a radiação direta e outros
elementos de clima ( Pereira, 1996 e Allen et al., 1998), especialmente quando
as irrigações são freqüentes.
A estimativa de Es pode ser feita a partir de ETo de Penman-Monteith
pelo coeficiente de cultura (Kc) ou mais detalhadamente pelo coeficiente de
evaporação (Ke ou Kc
ini
), conforme recomendado pela FAO (Allen et al., 1998).
Conforme a equação Kc = Ke
+ K
CB
(1) onde Ke também é conhecido como Kc
inicial (Kc
INI
) na fase de plantio até o aparecimento das primeiras folhas. Isto
quer dizer que não havendo folhas K
CB
= 0 e Portanto Kc
INI
= Ke.
Sendo Kc
= ET
M
/ETo (9)
ET
M
= Evapotranspiração Máxima da cultura em dada fase.
Então no início do cultivo somente haverá solo nu ou seja:
Kc
INI
= Ke = Es/ETo (10)
Es = Evaporação de solo nu
Para determinação do Ke foram escolhidas três séries de dados dos
lisímetros 1 e 2 cujas séries são caracterizadas pelo solo estar na capacidade
de campo no primeiro dia, seguido por uma seqüência de dias secos.
A intensidade da seca seqüencial é caracterizada pela soma do ET
O
,
dos dias secos de onde teremos que Ke = Es/ETo (10) o qual é relacionado
com
∑ETo através da análise de regressão exponencial.
Tal análise adotou o seguinte critério:
Ke como função de
∑ETo.
Onde encontramos as funções referente as figuras 18 a 23:
Y
18
= 1,9157e
-0,0202x
R
2
= 0,5742 (11)
Y
19
= 1,6468e
-0,0283x
R
2
= 0,5685 (12)
65
Y
20
= 1,8398e
-0,0319x
R
2
= 0,8426 (13)
Y
21
= 0,7381e
-0,0165x
R
2
= 0,7183 (14)
Y
22
= 1,5856e
-0,8494x
R
2
= 0,8494 (15)
Y
23
= 1,2928e
-0,0331x
R
2
= 0,7931 (16)
Y
24
= 1,5517e
-0,021x
R
2
= 0,4382 (17)
Y
25
= 1,2623e
-0,0254x
R
2
= 0,5287 (18)
Y
26
= 1,7804e
-0,0236x
R
2
= 0,5966 (19)
Y
27
= 1,3935e
-0,0272x
R
2
= 0,8050 (20)
Y
28
= 1,4431e
-0,0294x
R
2
= 0,8298 (21)
onde Y = Ke = Kc
ini
e X = ∑ETo
PM
Tais funções com os dados observados de Es são apresentados nas
figuras 18 a 23 nas três séries, para o lisímetro 1 e 2.
Figura 18 - Relação entre Ke (Y
18
) e ∑ETo
PM
, no Lis 1 nos dias 178, 180,
182,184, 186, 188
y = 1.9157e
-0.0202x
R
2
= 0.5742
0
1
2
3
0 102030405060
Σ ETo
PM
(mm)
Ke
PM
(E
obs
/E
PM
)
66
Figura 19 - Relação entre Ke (Y
19
) e ∑ETo
PM
, no Lis 2 nos dias 178, 180,
182,184, 186, 188
Figura 20 - Relação entre Ke (Y
20
) e ∑ETo
PM
, no Lis 1 nos dias 194, 196,
198,200, 202, 204, 207, 218
y = 1.6468e
-0.0283x
R
2
= 0.5685
0
1
2
3
0 102030405060
Σ ETo
PM
(mm)
Ke
PM
(E
obs/
E
PM
)
y = 1.8398e
-0.0319x
R
2
= 0.8426
0
1
2
3
0 102030405060
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/EPM)
67
Figura 21 - Relação entre Ke (Y
21
) e ∑ETo
PM
, no Lis 2 nos dias 194, 196,
198,200, 202, 204, 207, 218
Figura 22 - Relação entre Ke(Y
22
) e ∑ETo
PM
, no Lis 1 nos dias 270, 272,
274,276, 278, 279
y = 0.7381e
-0.0165x
R
2
= 0.7183
0
1
2
3
0 102030405060
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/EPM)
y = 1.5856e
-0.0264x
R
2
= 0.8494
0
1
2
3
0 102030405060
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/EPM)
68
Figura 23 - Relação entre Ke (Y
23
) e ∑ETo
PM
, no Lis 2 nos dias 270, 272,
274,276, 278, 279
Também todas as séries do lisímetro 1 e todas as séries do lisímetro 2
a seguir nas equações 23 e 24:
Figura 24 - Relação entre Ke (Y
24
) e ∑ETo
PM
, no Lis 1, com todos os dias nas
três séries
y = 1.2928e
-0.0331x
R
2
= 0.7931
0
1
2
3
0 102030405060
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/EPM)
y = 1.5517e
-0.021x
R
2
= 0.4382
0
1
2
3
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/E
ECA
)
69
Figura 25 - Relação entre Ke (Y
25
) e ∑ETo
PM
, no Lis 2, com todos os dias nas
três séries
As mesmas funções foram elaboradas para os valores médios dos
lisímetros 1 e 2 e são apresentadas nas figuras 25, 26 e 27.
Figura 26 - Relação entre Ke (Y
26
) e ∑ETo
PM
, no Lis 1 e Lis 2 nos dias 178, 180,
82,184, 186, 188
y = 1.2623e
-0.0254x
R
2
= 0.5287
0.0
1.0
2.0
3.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/E
PM
)
y = 1.7804e
-0.0236x
R
2
= 0.5966
0
1
2
3
0 102030405060
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/EPM)
70
Figura 27 - Relação entre Ke (Y
27
) e ∑ETo
PM
, no Lis 1 e Lis 2 nos dias 194, 196,
198,200, 202, 204, 207, 218
Figura 28 - Relação entre Ke (Y
28
) e ∑ETo
PM
, no Lis 1 e Lis 2 nos dias 270, 272,
274,276, 278, 279
y = 1.3935e
-0.0272x
R
2
= 0.805
0
1
2
3
0 102030405060
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/EPM)
y = 1.4431e
-0.0294x
R
2
= 0.8298
0
1
2
3
0 102030405060
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/EPM)
71
Para se ter uma idéia geral destas equações, as quais tem todas as
mesmas tendências, elaborou-se a regressão geral de todos os dados citados
anteriormente encontrando-se a função Y
29
= 1,4724 e
-0,0239x
e R
2
= 0,5146 (22)
da figura a qual descreve que a medida que aumenta o índice de seca (
∑ET
O
)
diminui-se o valor de Ke.
Figura 29 – Modelo matemático para estimativa de Ke (Y
29
) em função da
∑ETo
PM
O que é obvio, uma vez que com o secamento do solo torna-se mais
difícil da água ser evaporada para a atmosfera principalmente porque a camada
superficial seca torna-se uma camada de impedimento para a evaporação e
ascensão capilar do solo vai sendo limitada pela distância entre a água contida
nos capilares e a altura a ser alcançada até a superfície e, por conseguinte a
atmosfera. Estas equações permitem determinar o valor de Ke uma vez que se
conheça o
∑ETo
PM
. cujo valor tornou-se comum na maioria das estações
agrometeorológicas automatizadas.
Entretanto em algumas localidades não são coletados dados de todos
os elementos climáticos para o cálculo de ETo
PM
. Levando este fato em
consideração e lembrando que em quase todos os grandes e médios sistemas
y = 1.4724e
-0.0239x
R
2
= 0.5146
0.0
1.0
2.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Σ ETo
PM
(mm)
KePM (Eobs/E
PM
)
72
de irrigação instalados em nosso país costuma-se coletar os valores da
evaporação do tanque classe A (ECA).
Então para simplificar os cálculos para determinação de Ke foi adotado
também como índice de seca o
∑ECA resultando nas seguintes equações:
Y
30
= 0,8539e
-0,0125x
R
2
= 0.4838 (23)
Y
31
= 1.1555e
-0,177x
R
2
= 0.4164 (24)
Y
32
= 1,1980e
-0,0648x
R
2
= 0.9283 (25)
Y
33
= 0,7190e-
0,0426x
R
2
= 0.8569 (26)
onde Y = Ke = Kcini e X =
∑ECA
Figura 30 - Relação entre Ke (Y
30
) e ∑ECA, no Lis 1, com todos os dias nas três
séries
y = 0.8539e
-0.0125x
R
2
= 0.4838
0.0
1.0
2.0
3.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Σ ECA (mm)
KeECA (Eobs/E
ECA
)
73
Figura 31 - Relação entre Ke (Y
31
) e ∑ECA, no Lis 2, com todos os dias nas três
séries
Figura 32 - Relação entre Ke (Y
32
) e ∑E
ECA
, no Lis 1 e Lis 2 nos dias 178, 180,
182,184, 186, 188
y = 1.1555e
-0.0177x
R
2
= 0.4164
0.0
1.0
2.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Σ ECA (mm)
KeECA (Eobs/E
ECA
)
y = 1.198e
-0.0648x
R
2
= 0.9283
0
1
2
3
020406080100
Σ ECA (mm)
KeECA (Eobs/EECA
)
74
Figura 33 – Relação entre Ke (Y
33
) e soma de ∑ECA, no Lis 1 e Lis 2 nos dias
194, 196, 198,200, 202, 204, 207, 218
Figura 34 - Relação entre Ke (Y
34
) e soma de ∑ECA, no Lis 1 e Lis 2 nos dias
270, 272, 274,276, 278, 279
y = 0.719e
-0.0426x
R
2
= 0.8569
0
1
2
3
0 20406080100
Σ ECA (mm)
KeECA (Eobs/EECA
)
y = 0.8533e
-0.0455x
R
2
= 0.9863
0
1
2
3
020406080100
Σ ECA (mm)
KeECA (Eobs/E
ECA
)
75
Para análise final referente ao ∑ECA foi elaborada a equação Y
34
=
1,1231e-0,0098x (35) representada na figura 35. No caso de
∑ECA os valores
menores que 11,85 encontram-se sempre K
e
maior que 1 e para valores
maiores que 11.85 encontram-se valores menores 1.
Figura 35 – Modelo matemático para estimativa de Ke (Y
35
) em função da soma
de
∑ECA
Retornando a análise da figura 29 podemos comentar que para valores
de
∑ETo
PM
menores que 16,18 os valores de Ke
PM
são sempre maiores que 1
tornando-se menores a partir de 16,18.
Tal tendência assemelha-se aos resultados citados por Allen (1998).
Além dos interesses de se conhecer o Ke
para elaboração de projetos
de irrigação é também interessante o uso evaporação real de solo nu nos
modelos que estimam os de efeitos das deficiências hídricas no
desenvolvimento e produção das culturas agrícolas.
Sendo a evaporação do solo nu uma função da demanda evaporativa
atmosférica (ETo) e da umidade do solo (armazenamento da água na
profundidade considerada) teorizou-se aqui que armazenamento da água
y = 1.1231e
-0.0098x
R
2
= 0.3615
0.0
1.0
2.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Σ ECA (mm)
KeECA (Eobs/E
ECA
)
76
(ARM) no solo em dados instante também como uma função de ∑ETo
PM
conhecendo-se a CAD e subtraindo-se dela a Es tem-se o ARM, então para
cada dia é possível, com os dados aqui coletados, determinar tal ARM.
Mendonça (1958) com o objetivo de estabelecer uma teoria matemática
para o método de Thorthwaite (1955), mediante a introdução de parâmetros
adimensionais, mostrou que a hipótese mais simples da teoria da
proporcionalidade entre a evapotranspiração e o armazenamento de água,
pode ser representado pela equação
ARM = CAD e
∑ETo/CAD
(29)
Dando continuidade a esse pensamento Rijtema e Aboukhaled (1978)
utilizara a mesma equação a qual considerando-se a fração p como nula
encontra-se a mesma equação para quando a precipitação ou irrigação também
é nula então:
ETo = (CAD/T) e
∑ETo/CAD
(30)
Assim considera-se que:
CAD
TO
= CAD no tempo 0 (na capacidade de campo)
ARM
T1
= ARM no tempo 1
Assim Es = CAD
TO
-ARM
T1
Sendo: ARM
T1
= CAD e
K∑ETOPM1/CAD
Então: Es = CAD
TO
– CAD e
K∑ETOPM1/CAD
)
Portanto: Es = CAD
TO
(1 - e
K∑ETOPM1/CAD
) (31)
Considerando-se do tempo T1 para o tempo T 2 teremos que a
evaporação será a variação do armazenamento ARM neste intervalo de tempo
assim:
Es = ARM1 – ARM2 (32)
Es = CAD e
K∑ETOPM1/CAD
- CAD e
K∑ETOPM2/CAD
Então:
77
Es = CAD( e
K∑ETOPM1/CAD
- e
K∑ETOPM2/CAD
) (33)
Conforme descrito por Mendonça (1958) e por Thorntwaite & Mather
(1955) então:
ARM = CAD e
∑ETo/CAD
(34)
Assim
ARM/CAD = e
∑ETo/CAD
ou seja
LOG ARM/CAD =
∑ETo/CAD Ln(e)
Portanto
LN ARM/CAD =
∑ ETo/CAD (35)
sendo
LN ARM/CAD = Y e
∑ETo/CAD = X
elaborou-se uma regressão linear entre x e y encontro-se que
Y = K X (36)
onde pode-se escrever que
ARM/CAD = e
K∑ETo/CAD
Portanto
ARM = CAD e
K∑ETo/CAD
(37)
Os resultados das análises de regressão são apresentados nas
equações 38 e 39 a seguir:
Es = CAD( e
K∑ETOPM1/CAD
- e
K∑ETOPM2/CAD
) em função de ∑ETo
PM
(38)
Es= CAD (e
K∑ECA/CAD
- e
KECA/CAD
) em função de ∑ECA (39)
É possível o cálculo da evapotranspiração real Es para qualquer índice
de seca (
∑Eto
PM
ou∑ECA) e portanto estimar os valores de Ke para qualquer
ETo.
78
As constantes K
PM
e K
ECA
determinadas nas regressões lineares desta
pesquisa podem ser melhoradas se observar-se um maior número de pontos e
mais repetições. Sem contar que é possível a mesma análise para diferentes
tipos de cobertura do solo, palha, tecidos e diferentes filtros solares (telas,
plásticos e sombrite), podendo também variar a quantidade de água e a
freqüência dos molhamentos.
Figura 36 - Modelo matemático para estimativa do ARM (armazenamento de
água no solo) em função da
∑ETo
PM
15
25
35
45
55
65
75
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Σ ETo
PM
(mm)
ARM (mm
)
arm est pen
arm obs
A
RM = 75.e
–1,4345 som.Pen Month/75
79
Figura 37 - Modelo matemático para estimativa do ARM (armazenamento de
água no solo) em função da
∑ECA
Estes modelos (Fig 36 e 37) tem a mesma tendência dos modelos
apresentados por Mendonça (1958) e Rijtema e Abouckhled (1978),
diferenciando-se deles por considerar somente a evaporação do solo nu. Além
de possibilitar a estimativa da umidade do solo, ou seja, solo para qualquer
∑ETo
PM
ou ∑ECA também possibilita a estimativa da evaporação do solo nu
(Es) se for considerado a variação do ARM como evaporação do solo (Es).
15
25
35
45
55
65
75
0 102030405060708090100
Σ ECA (mm)
ARM (mm
)
arm est ECA
arm obs
A
RM = 75.e
–0,7229 som.ECA/75
5 CONCLUSÕES
De acordo com os procedimentos metodológicos adotados, pode-se
concluir que :
O conjunto lisimétrico com apenas uma célula de carga apresentou
resultados satisfatórios para valores de massa medidos a intervalos diários e
horários, para intervalos maiores de 30 minutos.
A utilização de células de carga para coleta e medida da drenagem
permitiu a observação da evaporação do solo nu, mesmo estando o solo com
água acima da capacidade de campo.
O manuseio e a coleta de dados foram facilmente automatizados com o
uso do datalloger podendo também ser feita manualmente com um
milivoltímetro.
As equações para estimativa de Ke e do ARM em função dos índices
de seca
∑ETo
PM
e ∑ECA mostraram-se adequadas para seus propósitos,
podendo ser também utilizadas para a estimativa da evaporação do solo nu
(Es). Estas equações são apresentadas a seguir:
Um maior número de repetições e observação permitiriam melhores
ajustes das equações encontradas:
Ke = 1,4724e
-0,0239∑EToPM
Ke = 1,1331e
-0.0098∑EECA
ARM
PM
= 75e
-1.4345∑Pen-Mont/CAD
ARM
ECA
= 75e
-0,7229∑ECA/CAD
CAD – (Capacidade de água disponível, 75 mm)
81
Para ampliar as possibilidades o uso destas equações será necessário
um estudo que envolva diferentes tipos de solo, profundidades dos níveis
freáticos, coberturas da superfície do solo, coberturas da superfície do solo,
coberturas do sistema que promovam diferentes permeabilidades da radiação
global, e diferentes freqüências e quantidades de molhamentos da superfície
do solo.
82
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94
APÊNDICES
95
Apêndice 1 - Precipitação diária medidas na estação meteorológica automática,
em Piracicaba, no período de 172 a 292 dias do ano de 2003, em
Piracicaba, SP
Dia do ano Precipitação (mm)
172 0.1
173 0.1
174 0.1
179 0.1
182 0.1
191 15.5
192 0.6
198 0.1
199 0.1
219 8.0
220 0.3
221 6.0
226 0.1
227 0.9
228 0.2
237 1.9
238 0.1
239 0.1
253 3.9
254 0.9
255 1.0
256 0.3
259 5.1
270 0.7
271 0.1
280 15.3
281 1.7
282 7.1
283 0.1
284 37.6
96
Apêndice 2 – Radiação global diária medidos na estação meteorológica
automática, em Piracicaba, no período de 172 a 292 dias do ano
de 2003, em Piracicaba, SP
Dia do Ano Rad. Global MJ/m
2
.d
172 11.49
173 13.86
174 13.90
175 13.56
176 13.07
177 12.43
178 12.79
179 13.62
180 13.52
181 14.25
182 14.00
183 13.32
184 13.31
185 13.41
186 14.25
187 12.91
188 11.25
189 14.20
190 14.35
191 2.46
192 6.60
193 10.41
194 8.20
195 11.20
196 13.23
197 14.43
198 13.13
199 14.20
200 14.98
201 15.31
202 15.18
203 14.83
204 15.34
205 15.02
206 12.15
207 10.51
208 12.62
97
Apêndice 2 – Radiação global diária medidos na estação meteorológica
automática, em Piracicaba, no período de 172 a 292 dias do ano
de 2003, em Piracicaba, SP
Dia do Ano Rad. Global MJ/m
2
.d
209 12.34
210 11.68
211 14.75
212 14.66
213 14.98
214 15.49
215 16.10
216 15.52
217 16.34
218 10.36
219 03.24
220 13.39
221 3.085
222 13.93
223 17.97
224 17.85
225 17.25
226 14.52
227 13.75
228 14.77
229 18.79
230 19.44
231 18.62
232 18.86
233 18.71
234 18.21
235 18.26
236 18.64
237 19.12
238 15.14
239 17.24
240 07.52
241 10.50
242 17.70
243 12.58
244 19.19
245 18.89
98
Apêndice 2 – Radiação global diária medidos na estação meteorológica
automática, em Piracicaba, no período de 172 a 292 dias do ano
de 2003, em Piracicaba, SP
Dia do Ano Rad. Global MJ/m
2
.d
246 20.14
247 17.99
248 19.81
249 19.70
250 19.50
251 15.30
253 2.97
254 12.29
255 20.01
256 10.72
257 21.42
258 21.08
259 5.04
260 18.33
261 21.88
262 21.01
263 20.99
264 20.44
265 21.46
266 21.09
267 20.67
268 20.41
269 7.10
270 9.49
271 22.78
272 14.84
273 22.76
274 23.47
275 22.58
276 22.38
277 22.92
278 22.16
279 14.16
280 4.45
281 15.55
282 15.69
99
Apêndice 2 – Radiação global diária medidos na estação meteorológica
automática, em Piracicaba, no período de 172 a 292 dias do ano
de 2003, em Piracicaba, SP
Dia do Ano Rad. Global MJ/m
2
.d
283 2.39
284 3.54
285 17.30
286 24.49
287 23.92
288 26.08
289 26.42
290 26.46
291 24.64
292 22.10
100
Apêndice 3 – Valores médios diários de temperatura e umidade relativa do ar
medidos na estação meteorológica automática, no período de 172
a 292 dias do ano de 2003, em Piracicaba, SP
Dia do Ano Temperatura média (ºC)
θ (%)
172 16.28 82.20
173 16.98 74.80
174 17.70 69.37
175 17.55 65.82
176 17.93 67.87
177 16.69 75.10
178 17.37 73.50
179 17.79 67.83
180 17.66 69.89
181 17.49 61.62
182 16.35 68.99
183 16.10 66.97
184 16.09 66.24
185 16.23 64.33
186 17.92 57.88
187 19.09 52.30
188 19.49 56.24
189 20.48 57.15
190 20.91 50.76
191 16.31 87.60
192 15.22 87.80
193 12.80 77.20
194 15.48 74.50
195 16.77 77.90
196 17.80 72.30
197 18.55 71.40
198 17.93 78.90
199 17.82 69.88
200 18.18 66.51
201 19.10 61.49
202 19.75 59.13
203 19.53 59.40
204 19.01 58.08
205 18.93 58.44
206 19.71 60.72
207 20.94 56.95
208 18.52 70.70
101
Apêndice 3 – Valores médios diários de temperatura e umidade relativa do ar
medidos na estação meteorológica automática, no período de 172
a 292 dias do ano de 2003, em Piracicaba, SP
Dia do Ano Temperatura média (ºC)
θ (%)
209 19.19 68.88
210 19.44 65.95
211 21.85 52.45
212 19.85 61.83
213 19.58 68.49
214 19.87 68.53
215 19.44 65.74
216 19.37 61.61
217 21.33 48.50
218 20.54 57.73
219 17.43 94.50
220 19.57 82.40
221 18.04 95.10
222 14.15 73.60
223 13.46 63.91
224 15.61 68.21
225 17.07 72.90
226 17.40 74.90
227 18.55 61.19
228 17.80 71.30
229 14.18 61.47
230 15.40 51.94
231 17.65 55.49
232 19.43 45.77
233 19.48 46.40
234 20.17 46.16
235 21.66 41.53
236 22.99 39.58
237 17.60 78.80
238 15.38 73.60
239 14.93 75.20
240 14.72 78.90
241 14.49 74.70
242 16.13 69.98
243 16.70 73.80
244 18.28 65.82
245 18.41 67.31
246 18.15 65.23
102
Apêndice 3 – Valores médios diários de temperatura e umidade relativa do ar
medidos na estação meteorológica automática, no período de 172
a 292 dias do ano de 2003, em Piracicaba, SP
Dia do Ano Temperatura média (ºC)
θ (%)
247 20.19 64.86
248 21.78 53.19
249 21.77 46.81
250 23.25 45.06
251 23.66 46.33
252 21.43 67.13
253 18.71 87.50
254 14.88 79.70
255 17.88 70.30
256 17.87 72.60
257 17.80 65.66
258 20.21 64.75
259 17.22 89.90
260 19.11 69.04
261 19.31 68.70
262 22.16 60.96
263 25.09 45.40
264 22.95 57.96
265 24.30 53.99
266 25.80 47.84
267 27.16 40.49
268 23.42 63.41
269 21.15 73.70
270 20.06 77.50
271 23.35 61.46
272 21.85 61.96
273 21.48 59.00
274 21.57 60.65
275 23.37 62.55
276 24.64 59.79
277 24.93 59.39
278 25.95 53.51
279 25.04 58.20
280 20.51 84.20
281 21.48 81.80
282 22.98 74.10
283 22.49 67.25
284 16.51 93.20
103
Apêndice 3 – Valores médios diários de temperatura e umidade relativa do ar
medidos na estação meteorológica automática, no período de 172
a 292 dias do ano de 2003, em Piracicaba, SP
Dia do Ano Temperatura média (ºC)
θ (%)
285 18.55 73.50
286 19.06 64.29
287 18.13 68.95
288 18.41 60.60
289 19.28 55.98
290 20.82 55.71
291 24.13 45.34
292 26.07 41.58
104
Apêndice 4 – Velocidade média do vento a 2,0 m medido na estação
meteorológica automática e evaporação de Tanque classe A, ano
período de 172 a 292 dias do ano de 2003, em Piracicaba, SP
Hora Exata
(dia 275)
Lis 01
Es, mmh
-1
Lis 02
Es, mmh
-1
ETo
mmh
-1
275.00 0.00 0.13 0.00
275.04 0.00 0.00 0.00
275.08 0.11 0.04 0.00
275.13 0.01 0.08 0.00
275.17 0.00 0.03 0.00
275.21 0.00 0.00 0.00
275.25 0.00 0.01 0.00
275.29 0.08 0.00 0.10
275.33 0.23 0.14 0.24
275.38 0.25 0.25 0.38
275.42 0.00 0.00 0.50
275.46 0.66 0.00 0.59
275.50 0.34 0.20 0.59
275.54 0.56 0.06 0.55
275.58 0.57 0.47 0.50
275.63 0.32 0.22 0.40
275.67 0.13 0.04 0.22
275.71 0.47 0.38 0.11
275.75 0.00 0.00 0.06
275.79 0.00 0.09 0.12
275.83 0.25 0.38 0.08
275.88 0.23 0.15 0.03
275.92 0.00 0.01 0.02
275.96 0.00 0.00 0.00
276.00 0.04 0.17 0.00
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