Apostila agrometeorologia

Apostila agrometeorologia

(Parte 1 de 8)

Universidade de São Paulo

Instituto Astronômico e Geofísico Departamento de Ciências Atmosféricas

Notas de aula da Disciplina ACA-0429 Agrometeorologia

Por:

Edmilson Dias de Freitas Departamento de Ciências Atmosféricas do IAG-USP

São Paulo Fevereiro de 2005

Prefácio

Estas notas de aula têm como objetivo introduzir alguns conceitos importantes aos alunos do curso de graduação em meteorologia sobre uma das áreas de maior importância econômica e social do mundo, a Agrometeorologia. Totalmente ligada à Agricultura, a Agrometeorologia busca fornecer informações úteis aos profissionais ligados a área e aos agricultores em geral que possam maximizar a produtividade agrícola e reduzir as perdas que podem ocorrer por ação do tempo ou do clima ou mesmo pelo desconhecimento dos mesmos. O material aqui reunido foi selecionado de várias fontes, tais como livros especializados na área, matérias publicadas em jornais ou na internet e resultados de alguns artigos científicos, para facilitar o desenvolvimento da disciplina através de um material único. Entretanto, em grande parte do mesmo, apenas algumas citações aos assuntos importantes para a área são feitas. Informações mais detalhadas de alguns assuntos necessitam da complementação dos livros aos quais foram utilizados como base para a confecção deste material. Como principais fontes devemos citar:

KLAR, A. E. A água no sistema solo-planta-atmosfera. 2.ed. – São Paulo: Nobel, 1984. MOTA, F. S., 1986: Meteorologia Agrícola. 7ed. Novel. 376pp. PEREIRA, A. R., ANGELOCCI, L. R., SENTELHAS, P. C., 2002: Agrometeorologia: fundamentos e aplicações práticas. Livraria e Editora Agropecuária, Guaíba – RS, 478p.

REICHARDT, K. 1975: Processos de transferência no Sistema Solo-Planta-Atmosfera.

Fundação Cargil, 285 p.

ROSENBERG, N., 1982 – Microclimate, the Biological Environment. 2nd ed. 465 p. TUCCI, C. E. M. Hidrologia: Ciência e aplicação. 2.ed. Organizado por Carlos E. M. Tucci – Porto Alegre: Editora da Universidade: ABRH, 1997.

A agrometeorologia, assim como a meteorologia, é uma área em constante desenvolvimento. Sendo assim, atualizações serão sempre realizadas e sugestões ou críticas serão sempre muito bem vindas. Comentários ou qualquer outro tipo de comunicação podem ser enviadas através do email: efreitas@model.iag.usp.br.

Vale ressaltar que estas notas de aula ainda não cobrem toda a ementa da disciplina, mas em breve buscaremos a inclusão dos assuntos que ainda restam. Para esses assuntos, consultar as referências anteriormente citadas ou constantes da relação de bibliografias existente no final do texto.

Índicei
1. Introdução à Agrometeorologia: Conceitos Básicos e Noções de Agricultura1
1.1. Introdução1
1.2. Objetivo da Agrometeorologia3
1.3. Unidades de medida utilizadas em agricultura3
1.4. Tipos de cultura4
1.5. Safras agrícolas5
1.6. Fenologia de Culturas6
1.7. Estrutura de uma planta7
1.8. Exercícios8
2. Fundamentos de ecofisiologia aplicada9
2.1. Relações hídricas e fotossíntese9
2.2. O potencial hídrico na planta10
2.3. Transpiração1
2.4. Fotossíntese12
2.4.1. A descoberta da Fotossíntese13
2.4.2. Ciclos de Fixação do Carbono16
2.4.3. Fatores Limitantes da Fotossíntese19
2.4.3.1. Efeitos da taxa de iluminação (Irradiância)20
2.4.3.2. Efeitos da água21
2.4.3.3. Efeitos da Temperatura23
2.4.3.4. Efeitos da Concentração de CO224
2.5. Produtividade Primária Bruta e Produtividade Primária Líquida24
2.5.1. Conceitos24
2.5.2. Fatores Limitantes para a Produtividade Primária27
2.5.3. Eficiência no uso de radiação solar28
2.6. O ciclo do carbono28
2.6.1. Processos do carbono terrestre3
2.6.2. Efeitos do Clima sobre o ciclo do carbono36
2.7. Exercícios37
3. Balanço de Radiação39

Índice 3.1. Aquecimento e energia .................................................................................... 39

3.3. Fluxo de energia, Densidade de fluxo (irradiância) e Constante Solar40
3.4. Leis de Radiação42
3.4.1. Natureza da Radiação Solar e Terrestre42
3.4.2. Radiação de cavidade ou de Corpo Negro43
3.4.3. Função de Planck43
3.4.4. A lei do deslocamento de Wien46
3.4.5. A lei de Kirchhoff46
3.4.6. Emissividade47
3.5. Temperatura de emissão de um planeta47
3.6. Efeito estufa49
3.7. O balanço global do fluxo de radiação50
3.8. O balanço regional de radiação52
3.8.1. O balanço de ondas curtas (BOC)53
3.8.2. O balanço de ondas longas (BOL)53
3.8.3. O Saldo de Radiação (RN)53
3.8.4. Estimativas de BOC, BOL e RN53
3.8.5. Balanço de Energia em ambientes protegidos57
3.8.6. Balanço de Energia em ambientes vegetados59
3.9. Exercícios61
4. Evapotranspiração62
4.1. Introdução62
4.2. Evaporação62
4.3. Transpiração62
4.4. Evapotranspiração (ET)63
4.4.1. Evaporação Potencial (ETP) ou de Referência (ET0)63
4.4.2. Evaporação Real (ETR)63
4.4.3. Evaporação de Oásis (ETO)64
4.4.4. Evapotranspiração de Cultura (ETc)64
4.4.5. Evapotranspiração Real de Cultura (ETr)65
4.5. Fatores determinantes da Evapotranspiração65
4.6. Medida de Evaporação e Evapotranspiração65
4.6.1. Medida de Evaporação65
4.7.1. Método de Thornthwaite70
4.7.2. Simplificação de Camargo71
4.7.3. Método de Camargo71
4.7.4. Método do Tanque Classe A71
4.7.6. Método de Priestley-Taylor71
4.7.7. Método de Penman-Monteith72
4.8. Exercícios72
5. A água no Sistema solo-planta-atmosfera73
5.1. Propriedades da água73
5.1.1. Estrutura molecular da água e mudanças de fase73
5.1.2. Coesão, Adesão e Tensão Superficial74
5.1.3. Densidade76
5.2. Potencial da água7
5.3. Composição e estrutura do solo79
5.3.1. Estrutura do solo80
5.3.2. Definições81
5.3.2.1. Massa específica do solo81
5.3.2.2. Umidade do solo81
5.3.2.3. Porosidade82
5.3.2.4. Grau de saturação82
5.4. Interceptação82
5.4.1. Interceptação vegetal83
5.4.2. Medições das variáveis:84
5.4.2.1. Precipitação84
5.4.2.2. Precipitação que atravessa a vegetação - (throughfall)84
5.4.2.3. Escoamento pelos troncos85
5.4.3. Quantificação da Interceptação85
5.4.3.1. Fórmulas conceituais85
5.4.3.2. Equações empíricas86
5.4.3.3. Interceptação em modelos conceituais87
5.4.4. Interceptação no uso da terra8
5.5.1. Capacidade de infiltração e taxa de infiltração91
5.5.2. Equacionamento geral da infiltração92
5.5.3. Variação do Teor de Umidade do Solo Durante a Infiltração9
5.5.4. Fatores que afetam a Infiltração100
5.5.5. Medição da Taxa de Infiltração101
5.5.6. Solos não saturados102
5.6. Armazenamento de água no solo103
5.7. Curva de retenção da água no solo. (Curva Característica)105
5.7.1. Capacidade de campo106
5.7.2. Ponto de murcha Permanente106
5.7.3. Capacidade de Água Disponível (CAD)107
5.8. Movimento da Água nas plantas108
5.9. Permeabilidade das células e tecidos das plantas à água108
5.10. Fatores que afetam a permeabilidade das células110
5.1. O sistema condutor de água10
5.12. Mecanismos do movimento da água nas plantas1
5.13. Modelagem da dinâmica da água nas plantas112
5.14. Exercícios114
6. Balanço Hídrico115
6.1. Introdução115
6.1.1. O ciclo hidrológico115
6.1.2. Descrição geral do ciclo hidrológico116
6.2. Bacia hidrográfica118
6.3. Balanço hidrológico à superfície119
6.4. Balanço Hídrico em micro bacias120
6.5. Balanço Hídrico Climatológico122
6.5.1. Roteiro para elaboração do Balanço Hídrico123
6.5.2. Período de início do BH climatológico125
6.5.3. Representação gráfica126
6.5.4. Aplicações do Balanço hídrico climatológico128
6.6. Balanço hídrico seqüencial128
6.7. Balanço hídrico de cultivos129
6.9. Balanço hídrico para manejo de irrigação130
6.10. Exercícios130
7. Geadas131
7.1. Introdução131
7.2. Tipos de Geada131
7.3. Fatores favoráveis à formação de geadas133
7.4. Fatores naturais agravantes à ocorrência de geadas137
7.5. Medidas para minimizar o efeito das geadas138
7.5.1. Medidas diretas de proteção140
7.5.1.1. Nebulização artificial da atmosfera140
7.5.1.2. Ventilação forçada142
7.5.1.3. Irrigação142

6.8. Efeito da deficiência hídrica sobre a produtividade......................................130 Referências Bibliográficas............................................................................................ 144

1. Introdução à Agrometeorologia: Conceitos Básicos e Noções de Agricultura.

1. Introdução à Agrometeorologia: Conceitos Básicos e Noções de Agricultura

1.1. Introdução

A agricultura é uma atividade altamente dependente das condições do clima e do tempo em uma dada região. Com o crescimento acelerado da população mundial, existe uma grande necessidade de aumento na produção de alimentos. Para isso, é necessário que as perdas agrícolas e pastoris sejam minimizadas e a eficiência da produção agrícola melhorada. Entretanto, o aumento da produção de alimentos vem sendo feito através da exploração inadequada dos recursos naturais, prejudicando o ambiente, o solo, a água e o ar. Um exemplo deste tipo de atividade, altamente discutido atualmente, é o desmatamento da região amazônica.

As plantas dependem, para o seu crescimento e desenvolvimento, da sua constituição genética e das condições ambientais do solo e do clima. Em geral, os agricultores conhecem mais sobre o manejo do solo do que como explorar completamente os recursos climáticos. Embora o homem não seja capaz de mudar o tempo e o clima, ele é capaz de ajustar as práticas agrícolas ao clima.

A Climatologia pode contribuir para solucionar o problema da escolha dos lugares para uma dada cultura ou de uma dada cultura para um lugar.

Assim, a Meteorologia e a Agricultura estão intimamente ligadas. O clima assume significância em quase todas as fases das atividades agrícolas, desde a seleção de regiões ou lugares para a instalação de culturas e experimentos agrícolas, até o planejamento a longo ou curto prazo das atividades agrícolas.

Podemos definir a Agrometeorologia como a ciência que estuda as relações entre o ambiente e os sistemas agrícolas. Alguns exemplos de relação entre o ambiente e sistemas agrícolas: - milho, cana-de-açúcar (típicos de regiões de clima quente)

- maça, trigo (típicos de regiões de clima frio)

Exemplo: Plantio de algodão no centro-oeste do Brasil.

“Nos últimos anos, o cenário do algodão nacional sofreu grandes mudanças:

Variedades de algodão, época do plantio, espaçamento, técnica de controle de pragas e doenças e método de descaroçamento. O Mato Grosso que em 86 respondia por apenas Notas de Aula- ACA 0429 – Agrometeorologia. Por: Edmilson Dias de Freitas 1

1. Introdução à Agrometeorologia: Conceitos Básicos e Noções de Agricultura.

8% da safra, hoje produz quase metade do algodão brasileiro. Especialmente no sudeste do Estado, entre os municípios de Campo Verde, Primavera do Leste e Rondonópolis. São mais de 400 mil hectares no já chamado triângulo do algodão. Enquanto no Paraná e São Paulo, as propriedades eram, na maioria, pequenas, no Mato Grosso o algodão é cultivado em grandes áreas com mecanização intensiva. A produtividade que no Sul e Sudeste era de 1.500 kg/ha em 86, subiu para 3.700 kg/ha em 2002 em Mato Grosso. A produtividade das lavouras de algodão em Mato Grosso deve ficar 10% menor nesta safra (2004) em comparação a safra passada devido ao excesso de chuvas. Mesmo assim, o estado deve colher mais de um milhão e 400 mil toneladas de algodão em caroço.

O principal obstáculo era a falta de tecnologia adequada para produzir algodão no cerrado. O modelo do sul não servia no local. A primeira lavoura foi plantada em novembro e colhida em abril. Resultado, faltou água no desenvolvimento das plantas e choveu na colheita. Com isso a produtividade caiu. Atualmente, como se planta mais tarde, em dezembro, a colheita vai de junho a agosto, período de muito sol e céu azul.” (Matéria extraída da Revista Globo Rural online 2004)

Exemplo: Milho no agreste de Pernambuco. (Agosto de 2004)

“O excesso de chuva está prejudicando as lavouras no agreste de Pernambuco.

Muitos agricultores já perderam parte do milho e do feijão. Em Caruaru, o excesso de chuvas prejudicou o desenvolvimento das culturas. A perda estimada chegará a 30% na lavoura de milho e 70% na lavoura de feijão. Nos seis primeiros meses deste ano, choveu 20% a mais do que costuma chover durante o ano inteiro em Caruaru. Dias de sol têm sido raros. Em junho, foram 24 dias de chuva. Apesar do excesso de chuva, de acordo com a Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuária, a safra de milho e de feijão, em Caruaru, foi 50% maior do que em anos de seca. Segundo Fábio César, agrônomo, se no mês de agosto continuar chovendo e fazendo sol, normalmente, podemos esperar alguma produção. Embora possa acontecer de não vingar 100% da produção, mas é possível tirar em torno de 75% da safra do milho e 60% do feijão.” (Matéria extraída da Revista Globo Rural online)

Notas de Aula- ACA 0429 – Agrometeorologia. Por: Edmilson Dias de Freitas 2

1. Introdução à Agrometeorologia: Conceitos Básicos e Noções de Agricultura.

1.2. Objetivo da Agrometeorologia

Segundo Smith (1975), colocar a ciência da meteorologia a serviço da agricultura para melhorar o uso da terra, para ajudar a produzir o máximo de alimentos e evitar o abuso irreversível dos recursos naturais (água e solo).

1.3. Unidades de medida utilizadas em agricultura

1 légua marítima = 5.5,5 m 1 légua de sesmaria = 6.0 m 1 Palmo = 2 cm 1 Are (A) = 100 m2 1 hectare (ha)= 100 A = 105 m2 1 Acre = 4064 m2 Alqueire é a unidade de medida de superfície agrária. 1 alqueire paulista = 24.200 m2 = 2,42 ha (equivalente a 5.0 braças quadradas – São Paulo) 1 alqueire mineiro ou alqueire goiano = 48.400 m2 4,84 ha (equivalente a 10.0 braças quadradas – Minas Gerais, Rio de Janeiro e Goiás ) 1 alqueire baiano = 96.800 m2 = 9,68 ha (equivalente a 20.0 braças quadradas – Bahia) 1 alqueire do norte = 27.255 m2 = 2,72 ha Tabela 1.1: Algumas conversões de unidades utilizadas em agricultura.

Conversão de Medidas

Multiplique o número de por Para obter o equivalente em are 100 Metros quadrados acres 4.047 Metros quadrados acres 0,4047 Hectares hectares 10.0 Metros quadrados

Alqueires paulistas 2,42 Hectares Alqueires Mineiros 4,84 Hectares Alqueires baianos 9,68 Hectares Alqueires do norte 2,72 Hectares

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1. Introdução à Agrometeorologia: Conceitos Básicos e Noções de Agricultura.

Alqueirão - é a medida utilizada em uma região que compreende o Estado de Cabrália (hipotético). É equivalente a 4 alqueires mineiros tradicionais. Cabrália seria fruto da divisão do extremo sul da Bahia e norte-nordeste de Minas Gerais, uma idéia dos tempos do Império. Nesta região usa-se também a medida de 80 medidas de milho como 1 'alqueirim' equivalente também a 48.400m².

Alqueire pode ainda ser unidade de medida de capacidade para secos, equivalente a 36,27 litros ou a quatro 'quartas'. E também, no Pará, usa-se como medida de capacidade correspondente a dois paneiros ou a cerca de 30 quilos.

Tarefa - medida agrária constituída por terras destinadas à cana de açúcar e que no CE equivale a 3.630 m², em AL e em SE a 3.052m² e na Bahia a 4.356m².

Braça - do latim brachia - plural de brachin (braço). Antiga unidade de medida de comprimento, equivalente a 10 palmos, ou seja, 2,2 m (Brasil). Palmo = 8 polegadas = 2 cm. Braça também é unidade de comprimento do sistema Inglês equivalente a cerca de 1,8 m.

Braça quadrada (brasileiro) - medida agrária que se usa em Mato Grosso e Mato Grosso do Sul e igual à tarefa, de Alagoas e Sergipe: 3.052m² (1 braça = 2,2 m || 30 braças = 6 m || 30 x 30 braças =4.356m² = braça quadrada).

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