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Título: Medida de atributos físicos do solo por um sensor capacitivo e aplicação no manejo da irrigação da melancia
Título em inglês: Measurement of soil physical properties by a capacitive sensor and application in irrigation management of watermelon
Autor(es): Oliveira, Antônio Dimas Simão de
Orientador(es): Bezerra, Francisco Marcus Lima
Palavras-chave: Irrigação e drenagem
Coeficiente de cultivo (kc)
Balanço hídrico
Agricultura de precisão
Crop coefficient (kc)
Water balance
Precision Agriculture
Melancia - Irrigação
Data do documento: 2012
Citação: OLIVEIRA, A.D.S. (2012)
Resumo: Nos últimos anos, com a evolução explosiva da informática e da eletrônica, a comunidade científica mundial tem intensificado os estudos no sentido de desenvolver e aplicar pesquisas baseada no aprimoramento da alta precisão. Os avanços na área de informática, principalmente na elaboração de interfaces com sensores eletrônicos, permitiram o desenvolvimento e aplicação de vários transdutores na Engenharia Agrícola. No que diz respeito à agricultura irrigada uma grande preocupação é com o enorme volume de água utilizado. Segundo a FAO até 2030 será necessário um incremento de 14% da água potável, na irrigação, a fim de suprir a demanda provocada pelo crescimento da população mundial. No intuito de aprimorar o uso da água na irrigação, vários trabalhos foram e estão sendo desenvolvidos, principalmente na busca de se avaliar, economicamente, a conversão da água em alimento e a real necessidade hídrica das culturas para seu desenvolvimento pleno. O kc é um fator que relaciona a necessidade hídrica da cultura em estudo e a necessidade hídrica de uma cultura hipotética. O balanço hídrico do solo contabiliza todas as adições e retiradas de água que realmente ocorrem em certo volume de solo, utilizado na produção agrícola, permitindo avaliar a situação hídrica pela qual uma cultura passa. Pelo exposto acima, o presente trabalho teve como objetivo geral a avaliação do uso do sensor capacitivo FDR em substituição ao tensiômetro para o cálculo do coeficiente de cultivo (kc), por meio do balanço hídrico do solo. O experimento foi realizado no Perímetro Irrigado do Baixo Acaraú – Ceará, em uma área de 1,0 ha, em dois ciclos com a cultura da melancia nos anos de 2009 e 2010. Os sensores foram calibrados, em laboratório, através de análise de regressão entre umidade da amostra e frequência produzida pelo sensor, e entre esta última e a tensão verificada em um tensiômetro com mercúrio partindo do ponto de saturação até aproximadamente 8,0% de umidade volumétrica. A avaliação da equação de calibração ocorreu através da comparação entre os dados dos sensores e os dados dos tensiômetros para umidade e tempo de irrigação. A equação de calibração tanto para a umidade, como para tensão foi do tipo exponencial. A comparação entre as tensões medidas e estimadas, pela equação de ajuste, alcançou desempenho forte e/ou ótimo em todos os itens analisados. A validação em campo, das equações de ajuste, deu-se através de uma análise comparativa entre as tensões obtidas pelos sensores FDR e pelos tensiômetros, além das umidades atuais, estimadas por ambos os equipamentos, no primeiro ano de cultivo. Para o segundo ciclo produtivo fez-se uso da técnica do papel filtro que retornou as seguintes equações de ajuste para as curvas de retenção da água no solo: θ=0,3843*T^(-0,381)(1ª camada), θ=0,4381*T^(-0,372)(2ª camada) e θ=0,4103*T^(-0,34)(3ª camada), e a técnica do perfil instantâneo para avaliação da condutividade hidráulica. Aplicaram-se variações de umidade do solo, com tratamento, a fim de verificar algumas respostas fisiológicas da cultura. Os tratamentos apresentaram diferença estatística para transpiração e condutância estomática, sendo o T4 (ϴ= 1,3 da capacidade de campo) superior aos demais ao nível de confiança de 0,05. Os valores de kc variaram entre os tratamentos de 0,74 a 1,06 (18º DAP), 0,98 a 1,52 (45º DAP) e 0,67 a 0,85 (59º DAP). A produção variou de 13,019 a 25,867 Mg entre os tratamentos. O uso eficiente de água variou de 4,17 a 6,95 kg m-3. O uso do sensor permite medir o potencial da água no solo e a umidade em tempo real, possibilitando o monitoramento e a tomada de decisões de forma mais segura.
Abstract: In recent years, with the explosive development of information technology and electronics, the scientific community worldwide has intensified research to develop and implement research-based improvement in precision application. Advances in information technology, especially in the developing of interfaces with electronic sensors, allowed for the development and application of various transducers in Agricultural Engineering. With respect to irrigated farms there is a major concern with the large volume of water used. According to FAO by 2030 it will be required an increase of 14% of drinking water used by irrigation, in order to meet the demand caused by population growth worldwide. In order to improve water use in irrigation, several studies have been and are being developed, especially focused on evaluating, economically, the conversion of water into food and the actual requirement of crops for their full development. The kc is a factor that relates crop water requirement of a real crop to the water requirement of a hypothetical culture. The soil water balance accounts for all additions and withdrawals of water that actually occur in a certain volume of soil used in agricultural production, allowing to access the water situation in which a culture is. From the above, this study aimed to evaluate the use of a capacitive FDR sensor to replace tensiometer in the process of obtaining the crop coefficient (kc) through the soil water balance. The experiment was conducted at the Low Acaraú Irrigation District - Ceará, in an area of 1.0 ha, into two cycles with of watermelon, in the years 2009 and 2010. The sensors were calibrated in the laboratory using regression analysis between soil moisture from a soil sample and frequency produced by the sensor, and between it and the tension found in a mercury based tensiometer, from saturation to approximately 8.0% volumetric water content. The evaluation of the calibration equation occurred by comparing the sensor data and data from tensiometers for moisture and irrigation timing. The calibration equation for both moisture and for the tension was exponential. The comparison between the estimated and measured tensions using the fitted equation produced a strong performance and/or great on all items analyzed. Field validation of the fitted models was conducted by comparative analysis between the frequencies obtained from the FDR sensors and the tensiometers during the first harvesting year. For the second harvesting year, the technique of filter paper was tested. It resulted in the following equations to fit the water retention curves for the soil: θ=0,3843*T^(-0,381) (1st layer), θ=0,4381*T^(-0,372) (2nd layer) and θ=0,4103*T^(-0,34) (3rd layer). In addition, the instantaneous profile method for evaluating the hydraulic conductivity was applied. Were application depth was applied as a treatment for analyzing some physiological characteristics of the crop. The treatments showed statistical differences for stomatal conductance and transpiration, T4 (ϴ= 1.3 of field capacity) being superior to the others to a 0.05 confidence level. kc values ranged between treatments from 0.74 to 1.06 (18 DAP), 0.98 to 1.52 (45 DAP) and 0.67 to 0.85 (59 DAP). Crop yield ranged from 13.019 to 25.867 Mg between treatments. The efficiency of water use ranged from 4.17 to 6.95 kg m-3. The use of the sensor allows for real time measurement of soil water potential and soil moisture, enabling a more secure monitoring and decision making.
Descrição: OLIVEIRA, Medida de atributos físicos do solo por um sensor capacitivo e aplicação no manejo da irrigação da melancia. 2012. 113 f. : Tese (doutorado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia Agrícola, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, Fortaleza-CE, 2012.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/18816
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