Exigências hídricas e aumento na eficiência de uso da água em cultivos de verão

Christian Bredemeier1, Luís Sangoi2,Paulo Regis Ferreira da Silva3 & André Luís Thomas11Professor Adjunto do Departamento de Plantas de Lavoura, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Porto Alegre, RS - bredemeier@ufrgs.br, thomaspl@ufrgs.br2Professor Adjunto do Departamento de Fitotecnia, Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC). a2ls@cav.udesc.br3Professor Convidado do Departamento de Plantas de Lavoura, UFRGS. Pesquisador do IRGA. paulo.silva@ufrgs.br

O clima caracteriza-se como um dos principais fatores responsáveis pelas oscilações das safras agrícolas no Estado do Rio Grande do Sul, pois, apesar dos altos índices de precipitação pluvial que ocorrem no estado, é comum ocorrerem períodos de deficiência hídrica durante os meses de primavera/verão (Matzenauer et al., 2002).

A disponibilidade hídrica é um dos fatores mais importantes que são exigidos para o crescimento e desenvolvimento das plantas. O conhecimento das necessidades hídricas das plantas cultivadas é fundamental para o planejamento e o manejo da água na agricultura irrigada. Esta informação também é importante para áreas não irrigadas, pois auxilia na adoção de práticas culturais que permitem o melhor aproveitamento das disponibilidades hídricas de cada região.

O consumo de água da cultura num determinado ecossistema é estimado através da evapotranspiração, que computa a quantidade de água evaporada pela superfície do solo mais a água transpirada pela planta. A evapotranspiração é afetada por três tipos de fatores, envolvendo o solo, a planta e a atmosfera. No caso do solo, interferem características como textura, estrutura e teor de matéria orgânica, as quais afetam a sua capacidade de armazenamento e a condutividade hidráulica. No caso da planta, o estádio de desenvolvimento é o fator mais importante a ser considerado, pois interfere sobre a área foliar e a intensidade da transpiração. Em termos de atmosfera, as quatro variáveis meteorológicas que devem ser consideradas são: radiação solar, temperatura, umidade relativa do ar e vento. Estes quatro elementos constituem a demanda evaporativa da atmosfera, que estima a sua capacidade de retenção de vapor de água. Características como alta radiação solar, temperatura atmosférica elevada, baixa umidade relativa do ar e incidência de ventos aumentam a demanda evaporativa da atmosfera (Sangoi et al., 2007).

O presente artigo tem como objetivos discutir os períodos críticos das culturas de milho e soja em relação à falta de água e as técnicas de manejo para o aumento da eficiência de uso da água nestas culturas.

Consumo de água em diferentes sub-períodos do desenvolvimento

O conhecimento dos períodos de máxima sensibilidade à falta de água durante o ciclo de desenvolvimento das culturas, bem como das respostas das plantas à disponibilidade hídrica no solo, é importante, pois possibilita a adoção de práticas de manejo que otimizem o uso dos recursos hídricos na agricultura. Portanto, a irrigação deve ser feita, preferencialmente, durante o período crítico das culturas, quando haverá maior eficiência da suplementação hídrica (Matzenauer et al., 2002). Na Tabela 1, são apresentados os períodos críticos com relação à disponibilidade de água no solo para algumas culturas de importância agrícola.

Tabela 1. Períodos críticos com relação à disponibilidade hídrica no solo para algumas culturas de interesse agrícola.

Cultura do milho

O milho é uma espécie que consome grande quantidade de água durante o ciclo de desenvolvimento, devido à alta produção de massa seca e ao fato de ser cultivado principalmente nos meses de primavera-verão.

A deficiência hídrica é o fator que mais freqüentemente limita a obtenção de altos rendimentos de grãos de milho no Brasil. As precipitações médias mensais nos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina variam de 100 a 150 mm, dependendo da região e ano agrícola. Este volume de chuvas poderia teoricamente atender às necessidade hídricas da cultura. Contudo, na prática isto não acontece e a precipitação não supre as exigências da cultura nos períodos de maior demanda, devido às perdas por escorrimento, evaporação e drenagem, aliadas à baixa capacidade de retenção de água da maioria dos solos e à distribuição irregular da precipitação. Além disto, o consumo de água não é uniforme durante todo o ciclo da planta.

Os valores totais e médios diários de evapotranspiração máxima do milho (ETm), estimados quando a cultura se desenvolve na ausência de restrição hídrica, variam em função de seu estádio de desenvolvimento, local de cultivo e época de semeadura.

a) Sub-período semeadura-emergência

No início do ciclo, a evapotranspiração máxima (ETm) da cultura é baixa, variando entre 1,5 e 3,0 mm dia-1, dependendo do tipo de solo, do sistema de cultivo e da época de semeadura. Isto ocorre porque neste sub-período somente a evaporação do solo é significativa, pois ainda não existe área foliar.

b) Sub-período vegetativo (emergência-diferenciação do primórdio da inflorescência masculina)

No início do desenvolvimento da planta, logo após a emergência, o consumo de água aumenta pouco em relação ao sub-período anterior. Nessa fase, a evaporação do solo ainda compreende uma fração significativa da evapotranspiração total. Isto ocorre porque, durante o sub-período vegetativo, a planta está diferenciando suas folhas e a expansão foliar, bem como o índice de área foliar, são baixos. A ETm do milho na fase vegetativa varia de 2,5 a 4,5 mm dia-1, dependendo da época de semeadura e da região de cultivo.

c) Sub-período reprodutivo (diferenciação do primórdio da inflorescência masculina pendoamento)

Nesta fase há significativo aumento da estatura da planta e da área foliar. À medida que a planta cresce e expande suas folhas, há um incremento da evapotranspiração potencial, devido ao aumento do índice de área foliar e à maior demanda evaporativa da atmosfera. O aumento da evapotranspiração com o incremento da área foliar é atribuído à transpiração crescente, pois a evaporação do solo tende a diminuir devido ao sombreamento da planta. Os valores da ETm variam entre 4,5 e 6,0 mm dia-1, dependendo da demanda evaporativa da região.

d) Sub-período de florescimento (pendoamento-espigamento)

Esta é a fase do ciclo onde a cultura apresenta maior área foliar, maior atividade fotossintética e maior transpiração. Conseqüentemente, os maiores valores da ETm são verificados durante este período, oscilando entre 6,0 e 8,0 mm dia-1, dependendo da época de semeadura e da região. Considerando-se que cada milímetro corresponde a 1 L m-2 e supondo um estande de lavoura de 50.000 plantas ha-1 (5 plantas m-2), uma planta de milho consome entre 1,2 a 1,6 L dia-1 no sub-período pendoamento-espigamento.

e) Sub-período de enchimento de grãos

Durante a fase de enchimento de grãos, a evapotranspiração máxima vai gradativamente diminuindo, em relação aos valores registrados no florescimento, devido ao declínio da atividade fotossintética da folha, à redução da área foliar provocada pela senescência das folhas e à diminuição da demanda evaporativa da atmosfera. Nesta fase, a ETm oscila entre 3,5 e 5,0 mm dia-1.

A Tabela 2 apresenta valores de evapotranspiração máxima total e por sub-período de desenvolvimento da cultura do milho, mensurados na região da Depressão Central do estado do Rio Grande do Sul, em três épocas de semeadura (Matzenauer et al., 2002). Estes valores variam de região para região, dependendo das características climáticas de cada local e da demanda evaporativa da atmosfera.

Tabela 2. Evapotranspiração máxima (ETm) em diferentes sub-períodos e no ciclo completo do milho. Valores totais médios diários (mm) para três épocas de semeadura.

Durante a fase de desenvolvimento reprodutivo, o milho apresenta grande elongação de entrenós, rápida expansão foliar e intenso desenvolvimento das inflorescências masculina e feminina. A elongação celular é um dos processos mais sensíveis à deficiência hídrica, pois depende diretamente do turgor das células. Assim, duas conseqüências importantes da deficiência hídrica na fase reprodutiva são a redução da área foliar e da estatura de planta. A redução da área foliar diminui a quantidade de radiação interceptada pela cultura, reduzindo a atividade fotossintética e a taxa de crescimento da planta. Estas restrições acentuam a natureza protândrica da planta, retardando o desenvolvimento da espiga, em relação ao desenvolvimento do pendão. Com isto, duas conseqüências adicionais da deficiência hídrica na fase reprodutiva são as reduções do número de espigas por planta e número de óvulos por espiga, ocasionando redução no número de grãos por inflorescência (Figura 1).

Figura 1. Espiga falhada (acima) devido à ocorrência de deficiência hídrica no sub-período de florescimento da cultura.

O período de aproximadamente três semanas, que envolve o pendoamento-espigamento, é o de maior sensibilidade da cultura do milho à deficiência hídrica. Em condição de falta de umidade e alta temperatura do ar, há aumento na defasagem entre os florescimentos masculino e feminino. Isto ocorre porque o processo de formação e liberação dos grãos de pólen é menos afetado pela deficiência hídrica do que o desenvolvimento da espiga. A elongação dos estilo-estigmas é muito sensível à falta de umidade, pois aproximadamente 95% do peso fresco destas estruturas é constituído pela água. Portanto, a elongação dos estilo-estigmas depende do turgor celular, que é um dos primeiros processos limitados pela seca. O aumento da defasagem entre a antese e o espigamento faz com que os grãos de pólen sejam liberados e não encontrem estilo-estigmas receptivos. Além disto, os grãos de pólen que alcançam os estilo-estigmas muitas vezes não germinam devido ao ressecamento destas estruturas, que ocorre principalmente sob condições de baixa umidade relativa do ar e temperatura elevada. Conjuntamente, estes dois fatores reduzem o número de óvulos fertilizados e de grãos produzidos por espiga (Figura 1), diminuindo drasticamente o rendimento de grãos (Denmead & Shaw, 1982) (Tabela 3).

Tabela 3. Redução no rendimento de grãos de milho em função da falta de água, em diferentes estádios de desenvolvimento, durante um período de sete dias.

A grande sensibilidade do milho à deficiência hídrica na floração decorre de quatro características inerentes à espécie:

- Sistema radicular superficial, concentrado nos primeiros 20 a 30 cm de solo, e área foliar exuberante (entre 6.000 a 9.000 cm2 por planta) na floração. A alta relação parte aérea/raiz favorece a transpiração em relação à absorção de água, acelerando a desidratação da planta;

- Presença de inflorescências unisexuais, localizadas em partes distintas da planta, que competem entre si e atingem a maturação em períodos diferentes, principalmente sob condições de estresse;

- Período de liberação do pólen curto e definido, oscilando entre cinco e oito dias, conferindo à planta pouca capacidade de se recuperar, caso as condições hídricas se restabeleçam posteriormente;

- Pequeno período de viabilidade do grão de pólen após a sua liberação (12 a 24 horas).

Cultura da soja

Apesar de possuir um sistema radicular extenso, o que confere à cultura da soja uma maior resistência a períodos de estiagem, longos períodos de falta de água reduzem consideravelmente o rendimento de grãos, espacialmente se coincidirem com os estádios mais críticos da cultura em relação à deficiência hídrica.

A soja tem exigências hídricas que aumentam progressivamente com o desenvolvimento da cultura (Mundstock & Thomas, 2005). A demanda por água é máxima próximo ao florescimento e início da formação dos legumes, conforme mostrado na Tabela 4.

Tabela 4. Evapotranspiração (EPT) total e média diária em sub-períodos do ciclo de desenvolvimento da soja.

A falta de água em qualquer estádio de desenvolvimento altera a quantidade de massa produzida e, com isso, afeta o balanço entre o crescimento vegetativo e reprodutivo. No início do ciclo, a deficiência hídrica causa forte redução da emissão de novos ramos, reduzindo, com isso, o número potencial de nós que poderiam produzir legumes. Neste caso, com melhor disponibilidade de água após o florescimento, a planta recupera-se parcialmente, pois pode emitir e fixar um número maior de flores nos nós para produzir legumes, mas sofre da falta de novas folhas para sustentar o enchimento dos grãos. Com boa disponibilidade de água no período vegetativo, mas com falta durante o florescimento e início de formação de legumes, caracteriza-se uma situação dramática para lavoura. Este é o período mais sensível da planta à falta de água, pois os efeitos se darão sobre o aborto de flores, óvulos e legumes e, posteriormente, sobre o tamanho dos grãos. Estes efeitos são devidos à deficiência hídrica sobre a fotossíntese.

Restrições hídricas durante o estabelecimento da cultura podem reduzir a população de plantas. Para germinar, a soja requer umidade equivalente a 50% do peso da semente em água (Filho & Souza, 1993).

Durante o período de crescimento vegetativo, a ocorrência de deficiência hídrica causa redução na emissão de ramos, diminuindo o número de nós e o número de legumes por planta, comprometendo o rendimento de grãos devido ao pequeno desenvolvimento vegetativo da planta. Por outro lado, quando a deficiência ocorre na fase vegetativa, a cultura poderá se recuperar posteriormente e as variedades tardias, com período vegetativo mais longo, o fazem mais facilmente que as precoces (Filho e Souza, 1993).

A tolerância da planta de soja à falta da água, quando comparada ao milho, é devida a um conjunto de características intrínsecas da espécie:

- Manutenção de taxa de elongação celular e atividade fotossintética maiores que o milho com baixos potenciais de água nas folhas, o que permite o crescimento e a manutenção das estruturas verdes por certo período de estresse hídrico;

- Sistema radicular pivotante que explora o solo a uma boa profundidade;

- Rápida recuperação do metabolismo e grande quantidade de reservas temporárias nas estruturas vegetativas, o que permite manter o crescimento mesmo sob regime de estresse;

- Período de florescimento que pode durar de três a mais de cinco semanas, dependendo do genótipo e do ambiente, e que é fundamental para suportar períodos de secas;

- Emissão de grande quantidade de flores (demandas fracas) com aborto de 60-70%, mesmo em condições ótimas de cultivo, que proporcionam rendimentos de 4 t de grãos por hectare.

A característica de boa tolerância à falta de água (melhor do que o milho) permitiu o cultivo em locais de menor precipitação ou de chuvas irregulares. Isso foi muito importante na sua adaptação às condições climáticas do RS, especialmente nas regiões em que é freqüente a falta de água por pequenos períodos durante o verão. Mesmo assim, quando a seca coincide com o período de floração e início do enchimento dos grãos, há sérios prejuízos ao desenvolvimento da planta e rendimento dos grãos. A deficiência hídrica afeta o crescimento por restringir a disponibilidade de fotoassimilados, refletindo-se em menor estatura e menor número de nós na planta, bem como menor número de nós férteis (que apresentam ao menos um legume com um grão bem formado).

A sensibilidade da planta de soja à deficiência hídrica, quando dimensionada em termos de redução do rendimento de grãos, tende a aumentar com o avanço do ciclo da cultura, com sensibilidade mínima durante a fase vegetativa e máxima durante a formação de legumes e enchimento de grãos. Entretanto, a ocorrência de deficiência hídrica severa na fase vegetativa pode comprometer o rendimento de grãos devido ao pequeno desenvolvimento vegetativo da planta.

Manejo dos recursos hídricos

Os recursos hídricos vêm se constituindo no fator limitante para o desenvolvimento mundial, sendo que muitas regiões do mundo já sofrem graves conseqüências devidas a sua escassez. Nas diversas regiões produtoras, há freqüentes períodos de uma ou mais semanas sem precipitação durante a estação de crescimento das espécies de estação estival. Com isto, a umidade do solo decresce, comprometendo o suprimento hídrico às culturas. O agricultor nada pode fazer a respeito da precipitação, mas pode adotar técnicas de manejo que minimizem o problema.

Um primeiro aspecto importante a ser observado é a capacidade de armazenamento de água no solo. De uma maneira geral, solos arenosos retêm menos água do que os solos francos ou argilosos. Independentemente da textura do solo, é importante saber explorar a água armazenada pela ação do sistema radicular, o qual será tanto maior quanto mais estruturado for o solo, característica que facilita o crescimento de raízes.

A capacidade de armazenamento de água do solo é um atributo difícil de ser alterado pelo agricultor, pois este cultiva apenas nos horizontes superficiais, enquanto que as raízes exploram camadas mais profundas do perfil. Entretanto, algumas técnicas de manejo podem evitar perdas por escorrimento e aumentar a infiltração de água no solo, incrementando a quantidade de água disponível.

A adoção de sistemas de cultivo conservacionistas, como o plantio direto, a manutenção de cobertura vegetal protegendo o solo, especialmente no início do ciclo das culturas, e a eliminação de camadas compactadas são estratégias de manejo importantes que contribuem para aumentar a capacidade de retenção de água em alguns solos e o aproveitamento da água da chuva, em função da melhoria da estrutura da superfície.

A racionalização do consumo de água pode ser conseguida através da conversão mais efetiva da água disponível em grãos. Isto pode ser obtido com adubação equilibrada, controle eficiente de pragas e moléstias, utilização de cultivares adaptadas às condições hídricas locais e indicadas pela pesquisa e com a adequação da época e densidade de semeadura às características de solo e clima da região de cultivo. É importante lembrar que as plantas ineficientes ou sob condições de estresse biótico ou abiótico consomem praticamente a mesma quantidade de água quanto plantas desenvolvidas sob condições não limitantes.

No caso de lavouras irrigadas, o primeiro aspecto determinante do planejamento de irrigação, independentemente do método utilizado (aspersão ou infiltração), relaciona-se às características da planta (consumo diário e estádio críticos). Outro ponto importante a considerar é a demanda evaporativa da atmosfera, que é maior no verão, devido à maior insolação e temperatura atmosférica mais alta. Assim, há maior necessidade hídrica sempre que os períodos de maior consumo de água pelas culturas (normalmente nos estádios de pré-floração, floração e início do enchimento de grãos) ocorrem em momentos do ano nos quais a demanda evaporativa é maior, ou seja, meados de dezembro a meados de fevereiro. Portanto, deve-se considerar que a quantidade de água exigida pela planta varia de acordo com a época de semeadura, o local de cultivo e a estação de crescimento, características que interferem na demanda evaporativa da atmosfera.

Outro elemento fundamental para se irrigar adequadamente uma lavoura é determinar a capacidade de retenção de água do solo. O solo mais apropriado é o que retém mais umidade, perdendo pouca água por escorrimento superficial e percolação, o que reduz a exigência de regas freqüentes.

Os três pontos mencionados (necessidades das plantas, demanda atmosférica e características do solo) determinarão a quantidade de água necessária a ser complementada via irrigação para atender à demanda hídrica da cultura. O método de irrigação empregado e os pontos de captação de água comporão também o planejamento do sistema de condução de água até a lavoura.

Além do adequado dimensionamento de todos estes aspectos, deve-se considerar a viabilidade econômica do empreendimento. Dada a irregularidade das condições meteorológicas em determinada região, entre anos e entre diferentes estações de crescimento, é difícil prever a resposta que se pode obter. A irrigação durante o período em que a cultura é mais sensível ao déficit hídrico pode garantir alta produtividade e elevada eficiência no uso de água. Desta forma, quanto maior for a possibilidade de ocorrência de deficiência hídrica nos estádios fenológicos críticos, ou seja, de maior sensibilidade da planta em relação à falta de água, maior é a viabilidade técnico-econômica da introdução de um sistema de irrigação. Este tem sido o caso de diversas lavouras de milho implantadas nas regiões sul e sudoeste do Rio Grande do Sul, caracterizadas por estiagens freqüentes na primavera/verão, onde o cultivo de milho em alto nível de manejo tem se mostrado vantajoso quando inclui irrigação, por permitir a obtenção de rendimento de grãos elevados e estáveis (Matzenauer et al., 2002).

Referências bibliográficas

DENMEAD, O.T.; SHAW, R.H. The effects of soil moisture stress at different stages of growth on the development and yield of corn. Agronomy Jounal, Madison, v.52, p.497-498, 1982.

FILHO, G.U.; SOUZA, P.I.M. Manejo da cultura da soja sob cerrado: época, densidade e profundidade de semeadura. In: ARANTES, N.E.; SOUZA, P.I.M. (Eds.). Cultura da soja nos cerrados. Piracicaba: POTAFOS, 1993. p.267-298.

MATZENAUER, R.; BERGAMASCHI, H.; BERLATO, M.A. et al. Consumo de água e disponibilidade hídrica para milho e soja no Rio Grande do Sul. Porto Alegre: FEPAGRO, 2002. 105p.

MUNDSTOCK, C.M.; THOMAS, A.L. Soja – Fatores que afetam o crescimento e o rendimento de grãos. Porto Alegre: Departamento de Plantas de Lavoura da UFRGS/Evangraf, 2005. 31p.

SANGOI, L.; SILVA, P.R.F.; ARGENTA, G.; RAMBO, L. Desenvolvimento e exigências climáticas da planta de milho para altos rendimentos. Porto Alegre: UFRGS/Graphel, 2007. 95p.

Revista Plantio Direto, edição 114, novembro/dezembro de 2009. Aldeia Norte Editora, Passo Fundo, RS.