TCA 04 - Avaliação da disponibilidade de água.cdr

Avaliação da disponibilidade de água e ar em substratos agrícolas
à base de turfa e casca de arroz carbonizada
1
2
3
4
Érika Andressa da Silva , Geraldo César de Oliveira , Bruno Montoani Silva , Franciane Diniz Cogo
5
e Larissa Maia de Oliveira
1
Graduanda em Agronomia, bolsista Iniciação Cientifica da Fapemig, Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, Brasil
([email protected])
2
Prof. Doutor Associado do Departamento de Ciência do Solo, bolsista CNPq, Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, Brasil
([email protected])
3
Mestrando em Ciência do Solo, bolsista CNPq, Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, Brasil ([email protected])
4
Mestranda em Ciência do Solo, bolsista CNPq, Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, Brasil ([email protected])
5
Graduanda em Agronomia, bolsista Iniciação Cientifica CNPq, Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, Brasil
([email protected])
Resumo - O objetivo deste trabalho foi avaliar as características físicas de substratos agrícolas alternativos a base de turfa e
casca de arroz carbonizada. Os tratamentos foram: S1 (25% casca arroz carbonizada e 75% de turfa), S2 (75% de casca arroz
carbonizada e 25% de turfa), S3 (testemunha - plantimax comercial) e S4 (50% casca arroz carbonizada e 50% turfa). A
densidade dos substratos (DS) foi determinada pela metodologia de Hoffman (1970). Para a determinação da curva
característica de retenção de água (CRA) dos substratos foi utilizada a metodologia da Mesa de Tensão. Utilizou-se de três
repetições nas tensões de 0, 20, 40, 60, 80 e 100 hPa. De posse da CRA, calculou-se porosidade total, espaço de aeração,
água disponível, água facilmente disponível, água tamponante e água remanescente. O aumento das proporções de casca de
arroz carbonizada adicionadas à turfa proporcionou elevação nos teores de carbono orgânico do substrato, água facilmente
disponível, espaço de aeração, porosidade total, água disponível e água tamponante. O tratamento S2 apresentou um volume
de água remanescente muito baixo, característica que demonstra que a crescente adição de casca promove uma liberação
mais rápida da água, reduzindo os teores de água tamponante e água remanescente. Em função de sua baixa capacidade de
armazenamento de água, o tratamento S2 exige irrigação frequente.
Palavras-chave: manejo da irrigação, cultivo sem solo, água disponível
Evaluation of water and air availability in agriculture substrates
based on peat and carbonized rice hull
Abstract - The objective of this work was to evaluate the physical characteristics of alternative agricultural substrates based
on peat and carbonized rice hulls. Treatments consisted of: S1 (25% carbonized rice hull and 75% peat), S2 (75% carbonized
rice hull and 25% peat), S3 (control - commercial Plantimax) and S4 (50% carbonized rice hull and 50% peat). The substrate
density (DS) was determined by the method of Hoffman (1970). To determine the characteristic curve of water retention
(CWR) of the substrates the methodology of the Bureau of voltage was used. We used three replicates in the tensions of 0, 20,
40, 60, 80 and 100 hPa. Having the CWR, we calculated total porosity, aeration space, available water, easily available
water, buffering and remaining water. It was found that the increase in the proportion of carbonized rice hulls added to peat
raised the organic carbon of substrate, easily available water, space aeration, total porosity, available water and buffering
water. The S2 treatment had a very low volume of remaining water, a characteristic that demonstrates that the increasing
addition of hulls promotes more rapid release of water, reducing the contents of buffering and remaining water. Due to its
low capacity for water storage, the S2 treatment requires frequent irrigation.
Keywords: irrigation management, soilless culture, water available
Introdução
Para a produção de mudas de plantas com um baixo custo
um aspecto a ser considerado é a elevada disponibilidade de
matéria-prima utilizado na confecção do substrato agrícola
(Andriolo et al., 1999, Fontes et al., 2004) como é o caso do
resíduo da industrialização do arroz no Brasil, onde
anualmente são produzidas mais de 2,6 milhões de toneladas
de casca (IRGA, 2005).
Este resíduo, após a combustão, gera um produto de
excelentes características para ser utilizado como substrato
para a propagação de plantas, uma vez que apresenta baixa
capacidade de retenção de água; drenagem rápida e eficiente,
o que proporciona elevado espaço de aeração e boa
oxigenação para as raízes; resistência à decomposição;
relativa estabilidade estrutural; baixa densidade e pH
próximo à neutralidade (Mello, 2006).
Com estas propriedades a casca de arroz carbonizada
proporciona melhor escoamento do excesso de água,
favorecendo o desenvolvimento do sistema radicular
(Mauad et al., 2004). No entanto, por necessitar de irrigação
constante, seu uso como substrato puro torna-se
inconveniente em cultivos comerciais (Mello, 2006), sendo
necessárias misturas com outros materiais.
Tecnol. & Ciên. Agropec., João Pessoa, v.5, n.4, p.19-23, dez. 2011
19
A turfa é um material com potencial para ser utilizado
como substrato, em associação com a casca de arroz
carbonizada, pois além de ser boa condicionadora de
características físicas, pode conter elevada concentração de
magnésio, nitrogênio e ferro (Cavalcante et al., 2008, Silva et
al., 2011).
Nesta perspectiva, para a produção de mudas em
recipientes, a caracterização das propriedades físicas dos
substratos é de suma importância, uma vez que o adequado
equilíbrio entre os seus constituintes deve ser buscado,
visando estabelecer uma relação adequada entre macro e
microporosidade (Lopes et al., 2005).
Neste aspecto trabalhos clássicos e consagrados como o
de De Boodt &Verdonck (1972) afirmam que as
características físicas dos substratos são as mais importantes,
tendo em vista a importância da relação ar-água,
particularmente, no início do cultivo das plantas. As
características físicas mais relevantes nos substratos no que
diz respeito ao manejo são granulometria, porosidade e
retenção de água.
A curva de retenção de água do substrato representa a
relação entre a umidade volumétrica e o potencial matricial,
ou seja, a força com que a água está sendo retida pelo mesmo,
fornecendo assim informações sobre a habilidade do
material em reter e liberar água, dando idéia do volume de
água disponível às plantas (Spier et al., 2008). A
determinação da curva de retenção é importante à medida
que informa o volume de água disponível às plantas dentro
de cada faixa de potencial matricial em uma determinada
amostra do substrato (Spier et al., 2008 ).
Além disto, os conceitos de espaço de aeração e água
disponível estão alicerçados na curva de retenção de água,
sendo que a porosidade de aeração é igual à diferença entre a
porosidade total e o volume de água no potencial -10 hPa, e a
porosidade total corresponde à umidade presente nas
amostras saturadas sob potencial de 0 hPa. A água retida e
disponível às plantas é equivalente ao volume de água entre
os potenciais de -10 hPa e -100 hPa, e água remanescente
corresponde ao volume de água que é retida no material após
ter sido submetido ao potencial de -100 hPa (De Boodt
&Verdonck, 1972).
Com esta perspectiva, o conhecimento da curva de
retenção de determinado substrato permite ao produtor
programar o manejo mais adequado da irrigação, na medida
em que pode definir a quantidade de água a ser aplicada para
uma espécie vegetal específica, cultivada em determinado
recipiente (Wendling & Dutra, 2010). Sendo assim, este
trabalho objetivou avaliar as características físicas de
substratos agrícolas alternativos a base de turfa e casca de
arroz carbonizada.
Material e Métodos
As análises foram realizadas no laboratório de Física e
Conservação de Solo e Água do Departamento de Ciência do
Solo da Universidade Federal de Lavras - UFLA, Lavras,
2011. Utilizou-se o delineamento experimental inteiramente
casualizado com quatro tratamentos e três repetições. Os
tratamentos consistiram de S1 (25% casca arroz carbonizada
20
Tecnol. & Ciên. Agropec., João Pessoa, v.5, n.4, p.19-23, dez. 2011
e 75% de turfa); S2 (75% de casca arroz carbonizada e 25%
de turfa); S3 (testemunha - plantimax comercial); S4 (50%
casca arroz carbonizada e 50% turfa).
Para a determinação da curva característica de retenção
de água as amostras de substratos foram acondicionadas em
cilindros de PVC. Estes tiveram as bases forradas com
tecidos de Nylon presas por um elástico de borracha. Todo
conjunto (PVC, Nylon e elástico de borracha) foi
previamente pesado antes do acondicionamento das
amostras para a obtenção da tara a ser descontada
posteriormente.
As amostras distribuídas nos cilindros de PVC foram
colocadas em bandejas e saturadas até dois terços da altura
do recipiente por 24 horas. Depois, elas foram retiradas da
bandeja e pesadas obtendo-se neste momento o volume de
água correspondente a umidade de saturação da amostra que
equivale a porosidade total. Na sequência os cilindros foram
mantidos na mesa de tensão ao potencial matricial de -20 hPa
e após alcançar a estabilidade, as amostras foram retiradas,
pesadas e ressaturadas para acondicionamento no potencial
de -40 hPa. Os mesmos procedimentos foram realizados para
os potenciais de -60, -80 e -100 hPa. Em seguida, as amostras
foram levadas para a estufa a 105 ºC onde permaneceram até
obtenção do peso constante para a determinação dos
conteúdos de água. De posse dos dados ajustou-se a CRA,
pelo modelo da polinomial cúbica (Mello et al 2002) com o
auxílio do software Microsoft Excel e do programa
computacional Sigma Plot 11.0.
Obtida a curva de retenção de água (CRA), foram
calculadas a porosidade total (PT), o espaço de aeração (EA),
a água disponível (AD), a água facilmente disponível (AFD),
a água tamponante (AT) e a água remanescente (AR),
segundo os parâmetros adotados por De Boodt & Verdonck
(1972).
A densidade do material seco (DS) foi determinada a
partir do teor da matéria seca das amostras encaminhadas a
estufa, pela metodologia proposta por Hoffmann (1970),
utilizando-se a equação seguinte.
-3
-3
DS (g cm ) =
Dens. úmida (g cm ) x matéria seca (%)
100
O carbono orgânico total foi determinado por oxidação a
quente com dicromato de potássio e titulação com sulfato
ferroso amoniacal, segundo método modificado de Walkley
& Black (1934). Foram plotados gráficos com auxílio do
software Sigma Plot 11.0
Resultados e Discussão
As curvas características de retenção de água dos
substratos avaliados neste trabalho, em função do potencial
matricial, para os tratamentos 75% casca e 25% turfa, 50%
casca e 50% turfa, 25% casca e 75% turfa e Plantimax estão
apresentadas na Figura 1. A perda de água dos substratos não
foi uniforme na faixa de potencial entre 0 e -40 hPa.
Os valores médios em porcentagem de porosidade total
(PT), espaço de aeração (EA), água facilmente disponível
Salienta-se que os substratos devem apresentar entre 24 a
40% de AD, e 20 a 30% de AFD (Abad & Noguera, 2000).
No presente trabalho as amostras de substratos apresentaram
valores de AD com média de 11,25%, em faixa portanto
inferior àquela recomendada por De Boodt &Verdonck
(1972), e volume de AFD (média de 8,88%, também inferior
à faixa ideal, assim como o volume de AR, que foi em média
de 2,38%. As diferenças de resultados encontrados neste
trabalho com a literatura, certamente ocorrem devido a
grande variabilidade existente entre os substratos, nas suas
composições e estruturas, bem como, no arranjamento de
suas partículas no decorrer do tempo, resultando em efeitos
diversos para as plantas.
Conteúdo de água (cm3 cm-3)
(AFD), água tamponante (AT), água disponível (AD) e água
remanescente dos substratos (AR) estão apresentados na
Tabela 1. De acordo com estes dados os substratos à base de
50% CAC e 50% T e 75% CAC e 25% T perderam maiores
volumes de água e apresentaram os melhores valores de EA,
AFD e PT nesta faixa de potencial. Os valores de AFD dos
substratos avaliados variaram entre 4,8% e 13%. O maior
volume de AFD foi determinado no tratamento S2, seguido
por S4, S1, e S3. Porém, no potencial de -60 hPa, o maior
volume de água foi determinado no substrato plantimax,
seguido por 50% CAC e 50% T; 75% CAC e 25% T; 25%
CAC e 75% T (Figura 1).
Segundo De Boodt & Verdonck (1972), as plantas
apresentam restrições no desenvolvimento quando o
potencial matricial do substrato é menor que -50 hPa.
Entretanto, nos substratos formulados à base de T e CAC
obteve-se pequeno volume de água retido nos potenciais -30,
-40 e -50 hPa. Portanto, para esses substratos a AFD para as
plantas se encontra até o potencial de -50 hPa. Conforme
citado no trabalho clássico de Burés (1997), isto se deve ao
fato dos materiais orgânicos, como as turfas, apresentarem
poros de maior diâmetro, o que confere altos índices de
aeração e baixa capacidade de retenção de água nos
potenciais muito altos.
Analisando-se as curvas de retenção de água (Figura 1)
observa-se que o substrato formulado a partir de 75% CAC e
25% T apresentou comportamento diferenciado dos demais
tratamentos na faixa de potencial de -100 hPa. Concordando
com autores como Guerrini & Trigueiro (2004), o tratamento
S2 apresentou um volume de AR muito baixo, característica
que demonstra que a crescente adição de casca promove uma
liberação mais rápida da água, reduzindo os teores de AT e
AR. Desta forma, em função de sua baixa capacidade de
retenção de água, o tratamento S2 exige irrigação frequente,
conforme já relatado por Andriolo et al. (1999) e Carrijo et al.
(2004).
Nestas condições, devido o alto valor das mudas
formadas, o manejo de irrigação em viveiro telado deve
objetivar um fornecimento uniforme de ar e água às plantas,
evitando alterações bruscas na dotação hídrica dos substratos
durante o desenvolvimento da cultura. Neste sentido,
salienta-se a importância deste estudo, quando um criterioso
ajuste da quantidade de água aplicada somente é possível
ajustando-se as taxas de vazão de água à capacidade de
retenção do substrato, o que pode ser conhecida com base nas
informações da caracterização física dos mesmos.
Ressalva-se que o EA de um substrato é o percentual
mínimo de ar encontrado após a irrigação e após cessada a
livre drenagem, à medida que o substrato vai secando, o ar
que ocupa os macroporos vai aumentando, enquanto a água
facilmente disponível diminui. O sinal para a próxima
irrigação é dado quando se atinge o valor da água
tamponante. Esta água, embora possa ser utilizada pelas
plantas em caso de estresse hídrico, exige um grande gasto de
energia (Fermino, 2002).
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0
3
2
75% casca+25% turfa y = -0,00002x + 0,0040x - 0,2245x + 4,3500 R² = 0,960
50% casca+50% turfa y = -0,00001x3 + 0,0024x2 - 0,1443x + 3,2028 R² = 0,971
3
2
25% casca+75% turfa y = -0,000008x + 0,0016x - 0,0944x + 2,3663 R² = 0,982
Plantimax
y = -0,000005x3 + 0,0009x2 - 0,0566x + 2,2069 R² = 0,980
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
Potencial matricial (hPa)
Figura 1. Curva característica de retenção de água dos
substratos. UFLA, Lavras, 2011.
Tabela 1. Valores médios em percentagem de porosidade
total (PT), espaço de aeração (EA), água facilmente
disponível (AFD), água tamponante (AT), água disponível
(AD) e água remanescente dos substratos (AR). UFLA,
Lavras, 2011.
Tratamentos
S1
S2
S3
S4
PT
EA AFD
24,06 9,80 7,58
44,75 24,38 13,10
22,32 5,94 4,85
32,76 15,45 9,93
AT
AD
1,81 5,77
5,94 19,05
5,30 10,15
0,08 10,01
AR
8,48
1,31
6,22
7,29
S1= 25% casca arroz carbonizada e 75% de turfa, S2 = 75% de casca arroz
carbonizada e 25% de turfa, S3= testemunha (Plantimax comercial) e S4=
50% casca arroz carbonizada e 50% turfa.
Na Figura 2, observa-se que os substratos compostos por
turfa em maiores proporções apresentaram maior DS. No
entanto, as formulações ricas em casca de arroz carbonizadas
apresentaram maior porosidade total, maior capacidade de
arejamento e menor DS corroborando com os resultados
encontrados por Mauad et al. (2004).
Em concordância com os resultados encontrados por
pesquisadores, Schmitz et al. (2002) também observaram
que a adição de casca de arroz carbonizada à turfa reduziu o
excesso de água, amenizando os problemas de excesso de
umidade apresentados pela turfa. Da mesma forma, Guerrini
Tecnol. & Ciên. Agropec., João Pessoa, v.5, n.4, p.19-23, dez. 2011
21
& Trigueiro (2004), em estudo realizado com biossólido e
casca de arroz carbonizada, verificaram que substratos
contendo de 40% a 70% de casca de arroz carbonizada no seu
volume total foram considerados os mais adequados para o
crescimento de mudas de espécies florestais, visto que estas
combinações apresentaram equilíbrio na densidade,
porosidade e capacidade de retenção de água.
2,6
S2
Y = 3,34 - 3,17X
R2 = 96,9%
2,2
2,0
S4
1,8
1,6
1,4
S3
1,2
1,0
0,2
S1
8
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
-3
Densidade (g cm )
Figura 2. Relação entre a capacidade de retenção de água
dos substratos no potencial de -100 hPa e a densidade dos
substratos. UFLA, Lavras, 2011.
O aumento nos valores de densidade do substrato,
conforme aumento da proporção de turfa em relação à casca
de arroz, pode apresentar efeitos benéficos como promover a
germinação de sementes por aumentar o contato entre a
semente e o substrato, reduzir a perda de água do substrato
por evaporação, aumentar a ramificação e a formação de
raízes secundárias, o que permite que as raízes explorem
mais o substrato para absorção de nutrientes (Libardi, 2005).
Porém, devido a fatores como diminuição da porosidade
total, com conseqüente diminuição do espaço aéreo, as
densidades superiores a 0,3 g cm-3 resultam em efeitos
prejudiciais ao desenvolvimento das plantas.
Ressalta-se a importância destes resultados para a
escolha adequada do recipiente para cultivo de plantas com
estes substratos, uma vez que DS é uma propriedade física
que quando em baixos valores pode acarretar problemas na
fixação das plantas e tombamento, se o cultivo é feito em
recipientes altos. Nesta perspectiva, recomenda-se que
quanto menor o recipiente, mais baixa deve ser a DS do
substrato. Neste sentido, em concordância com Shmitiz et al.
(2002), por apresentar baixa DS e alta CRA, S2 é o mais
eficiente dos tratamentos para culturas a serem implantadas
em recipientes baixos, como bandejas de isopor.
Na Figura 3, observa-se que o aumento das proporções de
casca de arroz carbonizada adicionadas à turfa proporcionou
elevação nos teores de carbono orgânico do substrato, água
facilmente disponível, espaço de aeração, porosidade total,
água disponível e água tamponante.
22
Tecnol. & Ciên. Agropec., João Pessoa, v.5, n.4, p.19-23, dez. 2011
Carbono orgânico (%)
Capacidade de retenção
de água (mL g-1)
2,4
Além disto, a substituição de substratos comerciais por
casca de arroz carbonizada pode proporcionar maior
crescimento das plantas, com aumento de produtividade e
redução dos custos de produção. Vallone et al. (2004), por
exemplo demonstraram em seus estudos que a adição de 60
e 70% de casca de arroz carbonizada em substratos para o
cultivo do cafeeiro foram suficientes para o ocasionar um
maior desempenho produtivo das plantas e reduzir os custos
de produção das mudas.Da mesma forma, Lang & Botrel
(2008) obtiveram maior produtividade em mudas de
Eucalyptus grandis com a adição de 50% de casca de arroz
carbonizada no substrato comercial a base de casca de pinus.
Em suma, corroborando com os estudos de Couto et al.
(2003), este estudo aponta que a adição de casca de arroz
carbonizada a outros materiais constitui um importante
aliado na melhoria das propriedades físicas do substrato
final.
Y = 5,33 + 0,18X
R2 = 99,5%
10
12
14
16
18
20
20
30
40
50
60
70
Casca de arroz carbonizada (%)
80
Figura 3. Relação entre a proporção de casca de arroz
carbonizada adicionada e o conteúdo de carbono orgânico
dos substratos. UFLA, Lavras, 2011.
Conclusões
1. O substrato a base de 75% casca de arroz carbonizada e
25 % turfa apresenta excelente qualidade física, sendo uma
interessante alternativa para produção de mudas com
qualidade e baixo custo.
2. As propriedades físicas CRA e DS são inversamente
proporcionais, desse modo substratos a base da combinação
turfa com casca de arroz tem seu uso diferenciado em função
da proporção utilizada.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Departamento de Ciência do
Solo da UFLA, a Fapemig e ao CNPq pela bolsa de estudo
aos autores.
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