RESUMO A subirrigação requer que a definição do manejo hídrico e nutricional seja adequada ao equipamento e à cultura a ser cultivada para obter elevada eficiência de irrigação em comparação a outros sistemas. O objetivo desse trabalho foi avaliar os parâmetros operacionais de uma mesa de subirrigação em condições teóricas e experimentais, com a determinação do tempo de permanência da água no interior do equipamento para diferentes valores de lâmina e de vazões de adução. A primeira etapa consistiu em simular o desempenho da mesa de subirrigação, estimando-se o tempo de adução e drenagem do sistema para alturas de 1, 3 e 5 cm e vazões de 10, 20 e 30 L/min, a partir de equacionamentos teóricos da operação. A segunda etapa consistiu em avaliar experimentalmente a operação da mesa de subirrigação, validando a metodologia de simulação proposta. E a terceira etapa consistiu em aplicar as equações em simulações de parâmetros de manejo da mesa de subirrigação. Os valores teóricos de tempo de permanência de água na mesa variaram de 9,1 a 68,2 minutos, e os valores experimentais variaram de 9,5 a 78,4 minutos. A combinação vazão de adução e altura da lâmina controlou o tempo e altura de contato da água com o substrato e permitiu estabelecer configurações alternativas para realizar o manejo em diferentes condições de cultivo.

ABSTRACT Subirrigation requires appropriate water and nutrient management based on the equipment specifications and crop cultivated in order to obtain high irrigation efficiency. Our objectives were to characterize the operation of an automated ebb-and-flow bench in theoretical and experimental conditions, determining the irrigation time inside the equipment at different water heights and water flows. The first step was to simulate the ebb-and-flow subirrigation bench performance, by estimating the application and drainage time for different water depths (1, 3 and 5 cm) and flow rates (10, 20 and 30 L/min) based on empirical equations. The second phase evaluated the ebb-and-flow subirrigation bench performance experimentally, validating the proposed simulation methodology. The third step consisted of applying equations to simulate water management parameters for the ebb-and-flow bench. The theoretical values of irrigation time ranged from 9.1 to 68.2 minutes and the experimental values ranged from 9.5 to 78.4 minutes. The combination of water flow and height controlled the contact time and height between the water and substrate and allowed the water management establishment for different cultivation conditions.

RESUMO A subirrigação reduz o descarte inadequado de água e nutrientes nos solos e lençóis freáticos por ser um sistema fechado, com recirculação de solução nutritiva. O sistema é utilizado comercialmente na indústria de plantas ornamentais. Porém, informações sobre a retenção de umidade em substratos utilizados em subirrigação ainda são escassas. Objetivou-se avaliar o efeito de diferentes alturas de lâmina e tempos de permanência de água na umidade volumétrica de substratos comerciais em subirrigação. Testaram-se cinco alturas de lâminas (1, 2, 4, 6 e 8 cm), cinco tempos de permanência de água (2,5; 5; 10; 15 e 20 min) e três substratos comerciais (fibra de coco, casca de pinus com vermiculita e turfa com casca de arroz carbonizada sem cinzas e vermiculita), arranjados como fatorial 5×5×3, em delineamento inteiramente casualizado, com três repetições. Tubetes cônicos de 55 cm3 foram divididos em três frações iguais de 4,16 cm (inferior, intermediária e superior) para estudar a dinâmica da ascensão capilar da água. Os substratos apresentaram variação da umidade nas três frações dos tubetes (p<0,0001). A umidade variou em função da altura da lâmina (r 2>0,9), com pouca ou nenhuma influência do tempo de permanência de água. A fração intermediária apresentou melhor diferenciação entre os tratamentos, com variação de umidade de 0,29 a 0,61 m3/m3 na fibra de coco; 0,29 a 0,63 m3/m3 na casca de pinus e 0,24 a 0,56 m3/m3 na turfa. A altura de lâmina de 4 cm com qualquer tempo de permanência na fibra de coco e turfa e a altura de lâmina de 2 cm e tempo de 10 ou 20 min na casca de pinus resultaram em umidade na faixa recomendada para cultivo da maioria das espécies vegetais (0,4 m3/m3). O conhecimento da dinâmica da ascensão capilar na subirrigação permite a otimização da altura da lâmina e do tempo de irrigação para aplicar água eficientemente e suprir a evapotranspiração das culturas.

ABSTRACT Subirrigation is a closed system which recirculates nutrient solution and reduces water and nutrient improper disposal in soils and groundwater. The system is used commercially by the ornamental industry. However, technical information regarding substrate moisture retention in subirrigation still scarce. Our study evaluated the effect of different water heights and irrigation time on volumetric water content (VWC) of commercial substrates in subirrigation. We tested five water heights (1, 2, 4, 6 and 8 cm), five irrigation times (2.5, 5, 10, 15 and 20 min), and three commercial substrates (coconut coir, pine bark with vermiculite, and peat moss with carbonized rice hulls without ashes and vermiculite), arranged in a complete randomized design (factorial 5×5×3), with three replications. We used 55-cm3 cone-shaped containers divided into three 4.16-cm equal layers (top, middle, and bottom) to study the water capillary action dynamics. All substrates presented a large range of VWC across the container layers (p<0.0001). The substrate moisture varied according to the water height (r 2>0.9), with little or no influence of the irrigation time. The middle layer provided the best moisture indication among treatments, with moisture ranging from 0.29 to 0.61 m3/m3 in coconut coir, 0.29 to 0.63 m3/m3 in pine bark, and 0.24 to 0.56 m3/m3 in peat moss with carbonized rice hulls. The water height of 4 cm with any irrigation time for coconut coir and peat moss, and the water height of 2 cm and irrigation time of 10 or 20 min for pine bark resulted in the moisture range recommended for most crops (0.4 m3/m3). The understanding of capillary action dynamics in subirrigation allows the optimization of water heights and irrigation time to apply water efficiently to meet the crop evapotranspiration.

RESUMO: Na subirrigação água e nutrientes são aplicados na parte inferior dos recipientes de cultivo, otimizando o uso da água e reduzindo a propagação de doenças quando comparada com sistemas de irrigação por aspersão. No entanto, as lâminas aplicadas dentro das mesas são geralmente mais elevadas que o necessário, com aplicação inadequada de água e desperdício de energia para bombeamento. O presente estudo foi realizado para avaliar o efeito de diferentes alturas de lâmina de água no crescimento de plantas subirrigadas de sálvia (Salvia splendens) 'Vista Red' em dois substratos. Foram testadas cinco alturas de água (0,75; 1,5; 3,0; 4,5 e 6,0 cm) e dois substratos {casca de pinheiro: esfagno e turfa: perlita (ambos na proporção 75%: 25% v/v)}, com quatro repetições. A umidade do substrato foi monitorada por sensores capacitivos conectados a um multiplexador e sistema automático de aquisição de dados. O conteúdo volumétrico de água (CVA) foi maior na casca de pinheiro: esfagno (0,34 a 0,75 m3/m3) do que na turfa: perlita (0,21 a 0,6 m3/m3) em todas as lâminas testadas. Alturas de água mais elevadas proporcionaram maior CVA em ambos os substratos. O indice de clorofila no tecido foliar foi 4% menor para o tratamento 6,0 cm em comparação com os outros tratamentos na turfa: perlita (p<0,0001). A condutância estomática diminuiu ao longo do tempo, porém aumentou com o incremento das alturas de lâmina de água na turfa: perlita (p<0,0001). Diferentes alturas de lâmina de água não causaram efeito na área foliar, fotossíntese líquida, número de ramos e de folhas e massa seca da parte aérea (p> 0,05), um indicativo de que as diferentes alturas da lâmina de água não afetam o crescimento das plantas. No entanto, a altura da parte aérea aumentou em 13% para casca de pinheiro: esfagno (p=0,0096) e 17% para turfa: perlita (p=0,0335) com o aumento das lâminas. Alturas de lâmina de água maiores que 1,5 cm podem ser recomendadas para casca de pinheiro: esfagno ou turfa: perlita em subirrigação, com aplicação de água de acordo com as necessidades das plantas para otimização do crescimento vegetal e redução dos custos de bombeamento de solução quando comparado com sistemas de irrigação que aplicam lâminas de água mais elevadas.

ABSTRACT: Subirrigation applies water and nutrients to the bottom of pots without wetting leaves, improving water use and reducing disease spread compared to overhead irrigation systems. However, water levels applied within the benches are often higher than required to promote capillary action, applying more water than needed and wasting pumping energy. The present study was conducted to evaluate the effect of different water levels on plant growth of subirrigated salvia (Salvia splendens) 'Vista Red' in two substrates. Five water levels (0.75, 1.5, 3.0, 4.5, and 6.0 cm) and two substrates {pine bark: sphagnum peat moss and peat: perlite (both 75%: 25% v/v)} were tested, with four replications. Substrate moisture was monitored by capacitance-type sensors connected to a multiplexer and data logger. Volumetric water content (VWC) was higher in peat: perlite (0.34 to 0.75 m3/m3) than pine bark: sphagnum peat moss (0.21 to 0.60 m3/m3) at all water levels. Higher water levels increased VWC in both substrates. The leaf chlorophyll index was 4% lower at the 6.0 cm compared to the other treatments in peat: perlite (p<0.0001). Stomatal conductance decreased overtime; but increased with the increase in water levels in peat: perlite (p<0.0001). Different water levels had no effect on leaf area, net photosynthesis, number of branches and leaves, and shoot dry weight (p>0.05), an indication that the different water levels do not affect the plant growth. However, shoot plant height increased 13% in pine bark: sphagnum peat moss (p=0.0096) and 17% in peat: perlite (p=0.0335) as water levels increased. Water levels of 1.5 cm and higher can be recommended for pine bark: sphagnum peat moss or peat: perlite in subirrigation, applying water according to plant needs, optimizing plant growth and reducing the nutrient solution pumping costs compared to systems that apply higher water levels.

RESUMOAtualmente o controle da subirrigação é realizado por meio de temporizadores, usando calendário fixo para acionamento periódico da irrigação. O objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de sensores capacitivos no monitoramento da umidade do substrato e no controle automatizado da subirrigação para a produção de sálvia em ambiente protegido. Adicionalmente, quantificou-se o efeito de diferentes conteúdos volumétricos de água (CVA) do substrato no crescimento de plantas cultivadas em vasos com 15 cm de diâmetro × 13,75 cm de altura. A automação foi realizada por três sensores de umidade EC-5 por unidade experimental, conectados a um sistema constituído por sistema de aquisição de dados CR10X, multiplexador AM16/32, controlador de saídas SDM-CD16AC e bombas submersas NK-2. As determinações da umidade eram realizadas a cada 15 minutos, com acionamento da irrigação somente quando as leituras eram inferiores aos valores estabelecidos como tratamentos. Foram utilizados cinco CVA do substrato (0,1; 0,2; 0,3; 0,4 e 0,5 m3 m-3), com duas repetições e em delineamento inteiramente casualizado. O sistema monitorou a umidade do substrato e controlou a subirrigação adequadamente ao longo do tempo. A umidade do substrato variou de 0,1 a 0,41; 0,2 a 0,39; 0,3 a 0,41; 0,4 a 0,43 e 0,5 a 0,53 m3 m-3, na ordem crescente dos tratamentos, com os resultados mais altos registrados imediatamente após as irrigações. O número de irrigações, volume total de solução nutritiva aplicado, fotossíntese líquida, massa seca, número de ramos e de folhas, altura da parte aérea, área foliar, interceptação luminosa pelo dossel e teor relativo de clorofila aumentaram significativamente com o aumento do CVA (p<0,0001). O CVA de 0,5 m3 m-3 proporcionou maior crescimento das plantas (p<0,0001). Sensores capacitivos podem ser utilizados no monitoramento da umidade e controle da subirrigação na produção de sálvia, reduzindo a possibilidade de estresse hídrico causado por irrigações diárias usando temporizadores.

Subirrigation is typically controlled using timers to periodically irrigate plants based on a pre-determined schedule. The objective of this study was to evaluate the usefulness of capacitance-type sensors to monitor substrate water content and to control subirrigation automatically for salvia production in greenhouse. Additionally, we quantified the effect of different substrate volumetric water content (VWC) on growth of plants cultivated in 15-cm diameter × 13.75-cm height pots. Automation was performed using three EC-5 capacitance soil moisture sensors per experimental unit, connected to a system with a CR10X data logger, AM16/32 multiplexer, SDM-CD16AC relay driver and NK-2 submersible pumps. Substrate moisture readings were taken every 15 minutes, and plants were irrigated only if the readings dropped below pre-set VWC thresholds. We evaluated five levels of substrate VWC (0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5 m3 m-3), with two replications, in a completely randomized design. The system effectively monitored and recorded VWC, and controlled irrigation accordingly. Substrate VWC ranged from 0.1 to 0.41, 0.2 to 0.39, 0.3 to 0.41, 0.4 to 0.43 and 0.5 to 0.53 m3 m-3, in ascending order of the treatments, with the highest values recorded after irrigation events. The number of irrigation events, total volume of nutrient solution applied, net photosynthesis, dry weight, number of branches and leaves, shoot height, leaf area, canopy light interception, and leaf chlorophyll content all increased significantly with the increase in VWC (p<0.0001). The VWC of 0.5 m3m-3 provided the highest plant growth (p<0.0001). Capacitance sensors can be used to both monitor soil moisture and control subirrigation for salvia production in soilless substrate, reducing the possibility of water stress caused by daily irrigation schedule using timers.