Benefícios do uso de tecnologias para automação da irrigação

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  • Jun 2020 |
  • Catariny Cabral Aleman, Joslanny Higino Vieira, Adelaide Cristielle Barbosa da Silva, Julia Lopes Governici e Matheus Amorim Caliman

A agricultura irrigada é uma importante estratégia para aumentar a produção mundial de alimentos. Se por um lado com o uso da agricultura irrigada gera-se atualmente cerca de 40% da produção mundial de alimentos, por outro, a limitação dos recursos hídricos e energéticos exige a sua otimização. Estudos indicam que nos próximos 50 anos a produção irrigada atenderá cerca de 70% da produção mundial total.

A irrigação não deve ser considerada isoladamente, mas como um conjunto de técnicas para garantir a produção econômica de uma determinada cultura com o manejo adequado dos recursos naturais. Em função do decréscimo da disponibilidade de água para a agricultura e o aumento dos custos de energia, torna-se necessária a adoção de estratégias de gestão da irrigação que possibilitem economia de água sem prejuízos à produtividade.

Dentro do contexto da otimização do uso de recursos hídricos para a agricultura irrigada destacam-se as evoluções do agronegócio com enfoque à sustentabilidade. A agropecuária sustentável é uma questão mundialmente abrangente, que envolve todas as esferas da sociedade.

O manejo adequado e estratégico da água deve ser realizado utilizando-se a eficiência de uso da água para o planejamento e a tomada de decisão da irrigação, aumentando-se a produtividade da cultura. A irrigação de precisão é uma ferramenta bastante difundida para otimização do uso da água e gestão dos recursos hídricos. Essa ferramenta contempla uso de sensores, estações meteorológicas, imagens de satélite e geotecnologias. Dessa forma, é possível aplicar a lâmina de irrigação adequada considerando a demanda da cultura e variabilidade da área de cultivo.

As imagens de satélite permitem o conhecimento da variabilidade espacial dos atributos físico-hídricos do solo, contribuindo para o manejo do solo e da água adequado a uma situação local. Os sistemas de pivô central possuem mapeamento operacional com imagens de satélite de média e alta resolução espacial. Essas informações permitem a tomada de decisão da agricultura irrigada.

Quando observados os sistemas de irrigação localizada, gotejamento e microaspersão, é possível destacar a utilização de sensores e válvulas que permitem a detecção em tempo real de umidade do solo ou variáveis climáticas para obter a demanda de água pela cultura. Os sensores de solo e as estações meteorológicas automáticas são fundamentais para o manejo eficiente e sustentável da irrigação.

O aumento da eficiência do uso da água enquadra-se dentro das premissas da sustentabilidade. Dessa forma, a irrigação de precisão, além de minimizar as incertezas quanto à disponibilidade de água à cultura ao longo do ciclo de cultivo, aumenta a produtividade, reduz custos e mantém a pegada sustentável.

MANEJO DE IRRIGAÇÃO

O cenário de escassez hídrica não ocorre apenas em regiões áridas e semiáridas ou com distribuição desuniforme de chuva. A qualidade da água também é um fator que implica disponibilidade dos recursos hídricos, tornando-os não passíveis de uso para atender à demanda dos sistemas de irrigação.

A disponibilidade e a qualidade da água são fatores preponderantes para o sucesso das áreas irrigadas. Além disso, o dimensionamento adequado do projeto, a qualidade hidráulica do equipamento, a implantação satisfatória, a qualidade da água e o manejo do sistema de irrigação em campo contribuem para a eficiência e a otimização da irrigação.

Emissor do pivô central
Emissor do pivô central


DIFERENTES MANEJOS

O manejo racional da irrigação é a aplicação de água atendendo à demanda hídrica das culturas. Três perguntas básicas são respondidas para a realização do manejo: Quando? Quanto? Como? Essas perguntas remetem ao intervalo entre as irrigações, a quantidade de água ou lâmina de irrigação, e ao sistema de irrigação utilizado. É possível maximizar a produtividade, melhorar a qualidade do produto, minimizar os custos com água e energia elétrica, aumentar a eficiência dos fertilizantes e manter ou melhorar as propriedades físicas do solo.

O intervalo entre as irrigações ou turno de rega e a lâmina de irrigação são determinados a partir do monitoramento do solo, clima ou planta. Quando possível utilizar as três formas de monitoramento, a eficiência do manejo de irrigação poderá ser maximizada. Essas práticas podem reduzir de 30% a 70% do volume de água aplicado e aumentar a produtividade em 20% a 90%.

Câmara de Scholander identificando o potencial hídrico das folhas e termômetro infravermelho
Câmara de Scholander identificando o potencial hídrico das folhas e termômetro infravermelho


O manejo de irrigação via planta, sem dúvida, é o controle ideal do ponto de vista científico, no entanto apresenta implicações operacionais que dificultam a utilização no campo. Os métodos que permitem o monitoramento da planta são: medições de potencial hídrico, resistência estomática e temperatura da folha.

O manejo via solo permite caracterizar o armazenamento de água no solo. A água armazenada no solo possui o limite superior e o limite inferior, denominados, respectivamente, capacidade de campo e ponta de murcha permanente.

O limite ideal entre a capacidade de campo e o ponto de murcha permanente depende de vários aspectos, dentre os quais destacam-se a cultura, o sistema de irrigação e a estratégia de manejo adotada. Esse limite denomina-se fator de disponibilidade hídrica (f) ou fator de segurança, que tem sua proporção definida segundo o valor econômico e a sensibilidade da cultura ao déficit hídrico. Um fator “f” de 0,4 significa que as plantas podem consumir até 40% de toda água disponível no solo, sem que haja redução significativa na sua produtividade.

O monitoramento do solo pode ocorrer através de medidas diretas ou indiretas da umidade. As medidas diretas proporcionam resultados imediatos sobre a condição de umidade do solo. E as medidas indiretas fornecem variáveis que serão transformadas em umidade. O monitoramento da quantidade de água no solo pode ocorrer através de pesagem do solo, uso de tensiômetros, TDR (Reclectometria no Domínio do Tempo), blocos de resistência elétrica, entre outros. A escolha dos métodos dependerá do tempo para obter a informação, do tamanho da área e de custos.

Uma alternativa bastante viável para o monitoramento da irrigação é o emprego de variáveis climáticas. Estas variáveis podem ser determinadas através de estações meteorológicas, métodos evaporimétricos ou irrigâmetros.

Estação meteorológica automática e Irrigâmetro
Estação meteorológica automática e Irrigâmetro


Com as estações meteorológicas são determinadas informações como temperatura máxima, mínima e média; umidade relativa máxima, mínima e média; precipitação; radiação solar e velocidade do vento. Essas variáveis são utilizadas em balanços hídricos para determinar a evapotranspiração de referência (ET0) e posteriormente a necessidade hídrica da cultura.

Após monitorar o sistema solo-planta-atmosfera, é possível aplicar algumas estratégias de manejo de irrigação. A irrigação com déficit, a irrigação com déficit controlado, o turno de rega fixo ou o turno de rega variável podem se configurar em técnicas que podem permitir economia e eficiência do uso da água.

A irrigação com déficit ou déficit controlado caracteriza-se como uma estratégia em que a lâmina de irrigação é reduzida em fases de desenvolvimento onde a cultura é menos sensível ao estresse hídrico. Essa alternativa não afeta a produtividade da cultura e resulta em maximização da eficiência do uso da água.

Nas estratégias de turno de rega fixo (TRF) ou variável (TRV), a lâmina de irrigação requerida é aplicada atendendo 100% da demanda. Entretanto, no TRF, na maioria dos casos, irriga-se independentemente da precipitação ocorrida. Dessa forma, pode ocorrer aplicação de excedente hídrico e ocorrer quebra de produção.

IRRIGAÇÃO DE PRECISÃO X SUSTENTABILIDADE

A modernização da agricultura se deu em função do processo de globalização e objetivou aumentar a produção de alimentos no mundo. A Agricultura de Precisão ou Agricultura 4.0 é um sistema de produção adotado por produtores que utilizam tecnologias avançadas para gerenciar informações e potencializar o aumento da produção. Nesse contexto, a irrigação de precisão é o resultado do avanço das tecnologias e inovações, como Internet das Coisas (IOTs), Big Data, Inteligência Artificial (IA) e Computação na Nuvem. Esses avanços permitem o gerenciamento sustentável da água.

Na irrigação de precisão, a lâmina de irrigação corrige falhas da irrigação tradicional através de mapas de produtividade e mapas de características físico-hídricas do solo, a fim de verificar e visualizar a variabilidade espacial de lavoura. A aplicação da irrigação em Taxa Variável permite economizar água e otimizar o processo de bombeamento, reduzindo custos.

Figura 1 - Retirada e consumo de água pelas diferentes atividades econômicas (ANA)

Figura 1 - Retirada e consumo de água pelas diferentes atividades econômicas (ANA)


A busca por diferentes campos da ciência tem se voltado a desenvolver técnicas mais refinadas para identificar com antecedência e precisão plantas estressadas. Essas técnicas permitem avaliar danos causados pelo estresse biótico ou abiótico e auxiliam na tomada decisão precisa e eficiente na lavoura. Sensores hiperespectrais são outras ferramentas aplicadas à irrigação de precisão. Através da reflectância das culturas é possível identificar alterações decorrentes de mudanças climáticas, estresse hídrico e estágio fenológico da cultura. Essas informações auxiliam na tomada de decisão sobre irrigação e tratos culturais.

A utilização da irrigação de precisão como ferramenta inserida no manejo de irrigação e gestão dos recursos hídricos é fundamental para reduzir os impactos ambientais. Dessa forma, é possível aumentar a produtividade, economizar água, melhorar a eficiência do uso da água, reduzir os custos com energia elétrica e os efeitos adversos ao meio ambiente. As inovações tecnológicas podem fornecer subsídios para áreas com recursos hídricos limitados, tornando-as sustentáveis.

Aplicação em Taxa Variável em áreas agrícolas
Aplicação em Taxa Variável em áreas agrícolas

Sensor hiperespectral terrestre (FieldSpec) e relação entre o comprimento de onda e a reflectância para caracterizar a cultura
Sensor hiperespectral terrestre (FieldSpec) e relação entre o comprimento de onda e a reflectância para caracterizar a cultura

Catariny Cabral Aleman,

Joslanny Higino Vieira,

Adelaide Cristielle Barbosa da Silva,

Julia Lopes Governici e

Matheus Amorim Caliman,

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