Injeção de CO2 e lâminas de irrigação em tomateiro sob estufa

CO2 injection and irrigation levels in greenhouse tomatoes

PESQUISA

Injeção de CO₂ e lâminas de irrigação em tomateiro sob estufa¹

CO₂ injection and irrigation levels in greenhouse tomatoes

Denis Cesar Cararo; Sérgio N. Duarte

ESALQ, C. Postal 09, Av. Pádua Dias, 11, 13.418-900, Piracicaba, SP

^{Endereço para correspondência}

RESUMO

A aplicação de quantidades adequadas de água e o uso de técnicas associadas melhoram a produtividade e a qualidade de frutos de tomate, assegurando melhores lucratividades aos empreendimentos agrícolas. O objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos da aplicação de lâminas de água e da injeção de dióxido de carbono (CO₂) no sistema de irrigação sobre a cultura de tomate, cultivar Débora-Plus. Para isso foi conduzido um experimento em Piracicaba, de março a outubro de 1999 sob duas estufas, utilizando seis lâminas de água (40; 60; 80; 100; 120% e 140% da lâmina requerida pela cultura) e dois níveis de dióxido de carbono (C₀ = 0 g de CO₂.L^-1 de água e C₁ = 7,73 g.L^-1 de CO₂) aplicados via água. O delineamento experimental para o efeito das lâminas de irrigação foi o de blocos ao acaso com quatro repetições. Os tratamentos de CO₂ foram aplicados em estufas separadas. A irrigação foi realizada utilizando sistema de irrigação por gotejamento, com manejo controlado por tanques evaporimétricos reduzidos e tensiômetros. A aplicação do CO₂ foi realizada por intermédio de um cilindro comercial e injetor tipo Venturi, durante o tempo necessário à aplicação da lâmina mínima de água. A aplicação de CO₂ via água de irrigação proporcionou aumentos de 8,2%; 13% e 8,5% respectivamente na produtividade, peso de frutos de tamanho pequeno e conteúdo de matéria seca de frutos. Entretanto não foram verificados efeitos significativos sobre o número de frutos e o peso de frutos de tamanho médio. Análises da solução do solo indicaram que o uso do CO₂ possivelmente contribui para a melhoria das condições nutricionais do tomateiro. Verificou-se também a viabilidade econômica da aplicação deste gás. As lâminas de irrigação não proporcionaram efeitos significativos sobre a produtividade, o número total, o peso médio e o conteúdo de matéria seca de frutos. As produtividades máximas estimadas, ajustando-se os dados a funções quadráticas, foram de 78,82 t.ha^-1 e 86,36 t.ha^-1, correspondentes à aplicação de 335,2 mm e 333,6 mm de água para as estufas sem e com aplicação de CO₂, respectivamente. Para uma faixa de variação do produto físico marginal de 0 a 1, as lâminas economicamente ótimas variaram de 335,2 mm a 322,4 mm em ausência de CO₂ e de 333,6 mm a 323,8 mm com utilização do gás.

Palavras-chave:Lycopersicon esculentum Mill., irrigação por gotejamento, estresse hídrico, ambiente protegido, produtividade, função de produção, receita líquida.

ABSTRACT

The application of appropriate amounts of water and the usage of associated techniques improve the yield and quality of tomato fruits, assuring better profits to the farmer. We studied the effect of different water depth applications and carbon dioxide (CO₂) injection in the irrigation system of a tomato crop, cv. Débora-Plus. An experiment was conducted in Piracicaba, São Paulo State (Brazil), under two greenhouses, using 40; 60; 80; 100; 120 and 140% of the water depth needed by the crop and C₀ = 0 g of CO₂.L^-1 of water and C₁ = 7.73 g.L^-1 of CO₂ concentrations were applied through irrigation water during 1999. The experiment was conducted in completely randomized blocks, with four replications. The CO₂ treatments were applied in separate greenhouses. The irrigation was accomplished by using a drip irrigation system, based on reduced evaporimeters and tensiometers. The gas application was accomplished using a commercial cylinder and a Venturi type injector during the period necessary to reach the minimum water level. The application of CO₂ through irrigation water increased the yield by 8.2%, raised the weight of small size fruits by 13% and the dry matter content of fruits by 8.5%. However, CO₂ injection was ineffective in increasing the number and weight of medium sized fruits. The soil solution analysis indicated that CO₂ possibly contributes to the improvement of the nutritional conditions of the tomato crop. The gas injection was economically feasible. The water depth did not have any significant effect on the yield, on total number of fruits, medium fruit weight and dry matter content of fruits. The maximum yields, adjusting data to quadratic functions, were 78.82 t.ha^-1 and 86.36 t.ha^-1, corresponding to application of 335.2 mm and 333.6 mm of water for the greenhouses without and with CO₂ application, respectively. For a variation range of the marginal physical product, from 0 to 1, the economically optimal water depth varied from 335.2 mm to 322.4 mm without CO₂, and 333.6 mm to 323.8 mm with gas injection through irrigation water.

Keywords:Lycopersicon esculentum Mill., drip irrigation, water stress, protected ambient, yield, crop production functions, income net.

Durante muitos anos novas tecnologias descobertas pela pesquisa foram incorporadas ao cultivo de tomate em função da necessidade de se obter frutos em maior quantidade e melhor qualidade, e redução de custos de produção a fim de abastecer um mercado consumidor crescente. Entre elas estão o cultivo em ambientes protegidos e o uso de sistema de irrigação por gotejamento. Há necessidade, porém de informações a respeito da lâmina de água economicamente ótima e da aplicação de dióxido de carbono (CO₂) via água de irrigação, em vista da grande importância da cultura de tomate entre as hortaliças no Brasil (Castellani et al., 1993), bem como da pouca informação sobre os efeitos do CO₂ aplicado pela água no cultivo desta planta e do imprescindível uso de irrigação em cultivos protegidos.

O enriquecimento do ar com CO₂ teve seu uso e adoção largamente difundidos em culturas sob ambiente protegido, devido à melhora em produtividade, qualidade e maturação acelerada das plantas, tal como em flores ornamentais e em culturas hortícolas (Wittwer, 1970). Recentemente a injeção de CO₂ na água de irrigação despertou o interesse de diversos pesquisadores (Novero et al.,1991; D'Andria et al., 1993; Storlie & Heckman, 1996; Pinto, 1997) como uma forma diferenciada de aplicação do gás no ambiente. Entretanto, segundo Nederhoff (1990) os experimentos realizados em cultivos protegidos ou campo aberto têm mostrado diferentes respostas das plantas ao uso de água carbonatada na irrigação. A maioria dos efeitos positivos foram explicados pelo maior crescimento de raízes e/ou absorção de nutrientes. Machado et al. (1999) citaram diversos autores que apontam algumas formas de ação do CO₂, seja diretamente ou indiretamente na fotossíntese e nas raízes.

Em geral as hortaliças cultivadas em condições de campo ou em ambientes protegidos têm seu desenvolvimento intensamente influenciado pelas condições de umidade do solo. A deficiência de água normalmente é o fator mais limitante para a obtenção de produtividade elevada e produtos de boa qualidade, mas o excesso também pode ser prejudicial (Silva & Marouelli, 1998). Pulupol et al. (1996) conduziram tratamentos em déficit e verificaram redução no crescimento das plantas, produtividade, tamanho e peso de frutos, e incidência de podridão apical. Alvino et al. (1986) apontaram que irrigações em abundância reduzem o rendimento e a qualidade de frutos, e acarretam em maiores custos de produção. Assim, é fundamental realizar o manejo racional da irrigação, visando manter favoráveis as condições de umidade do solo e de fitossanidade das plantas (Silva & Marouelli, 1998), bem como maximizar a receita líquida. Segundo Helweg (1991) esta maximização é uma forma mais conveniente de quantificar a resposta da cultura à irrigação, e de acordo com Rao et al. (1988) obter produtividades estimadas pela aplicação de lâminas de água economicamente ótimas.

O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito da aplicação de lâminas de água, considerando a tecnologia da aplicação de dióxido de carbono injetado no sistema de irrigação na produtividade, número de frutos e conteúdo de matéria seca de tomateiro cultivado sob ambiente protegido.

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi conduzido de março a outubro de 1999 em dois ambientes protegidos (estufas de polietileno de 100 m²) em Piracicaba. O clima é do tipo Cwa e o solo é um Nitossolo Vermelho, que apresenta em média 565 g.Kg^-1 de argila, 254 g.Kg^-1 de areia e 181 g.Kg^-1 de silte, na profundidade de 0 cm a 20 cm. Também para essa profundidade, o solo sem aplicação de CO₂ apresentou em média 5,7 de pH_CaCl2, 31 g.dm^-3 de matéria orgânica, 63 mg.dm^-3 de P; 8,3 mmolc.dm^-3 de K; 72 mmolc.dm^-3 de Ca; 36 mmolc.dm^-3 de Mg e 28 mmolc.dm^-3 de H+Al e, o solo com aplicação de CO₂ apresentou em média 5,5 de pH_CaCl2, 32 g.dm^-3 de matéria orgânica, 13 mg.dm^-3 de P; 3,4 mmolc.dm^-3 de K, 39 mmolc.dm^-3 de Ca; 21 mmolc.dm^-3 de Mg e 31 mmolc.dm^-3 de H+Al.

O delineamento experimental foi de blocos ao acaso com quatro repetições. Os tratamentos consistiram da combinação de seis lâminas totais de água (40; 60; 80; 100; 120 e 140% da lâmina requerida pela cultura) e dois níveis de CO₂ (7,73 g de CO₂.L^-1 de água aplicada, e sem injeção do gás) via água de irrigação, correspondentes a cada estufa.

Realizaram-se gradagem e adubação do solo segundo recomendação adotada pelo Laboratório de Solos da ESALQ, e instalações para o tutoramento das plantas, a irrigação por gotejamento, a aplicação de CO₂ e a cobertura de solo por polietileno preto. No sistema de irrigação efetuaram-se ensaios de uniformidade, calibração de manômetro e eliminação de vazamentos.

Após 30 dias do plantio (25 de maio), transplantaram-se as mudas de tomate, cultivar Débora-Plus, em espaçamento de 0,8 m x 0,5 m, cultivando-as durante 158 dias. Os estádios fenológicos de florescimento, frutificação e colheita iniciaram-se aos 34; 42 e 93 dias após transplante (DPT), respectivamente. Executou-se o controle fitossanitário químico-cultural, conforme recomendado por Andrei (1996). Utilizando-se um conjunto psicrométrico localizado em posição central nas estufas obteve-se dados diários que indicaram condições ótimas (Minami, 1989) de temperatura média do ar (25ºC) e umidade relativa do ar média (65%), o que permitiu o crescimento das plantas e um melhor controle de doenças que pudessem ocorrer. Leituras de radiação fotossinteticamente ativa, fotossíntese e concentração de CO₂ no ar, foram realizadas utilizando-se um analisador aos 144 e 150 DPT (Figura 1). As fertirrigações foram semanais, iniciadas a partir da abertura das primeiras inflorescências e foram baseadas na marcha de absorção de nutrientes apresentada por Ferreira et al. (1993). Coletaram-se soluções do solo em dia posterior a fertirrigação, conforme descrito por Silva et al. (1999), submetendo-as à análise de condutividade elétrica (Figura 2).

No 29º DPT iniciou-se a individualização dos tratamentos, controle e manejo da irrigação inicialmente pela reposição diária da água evapotranspirada pela cultura, realizando-se leituras da lâmina evaporada em dois tanques evaporimétricos reduzidos, de 0,6 m de diâmetro, um em cada estufa e convertendo-se os valores para a evaporação do tanque "Classe A" conforme Medeiros et al. (1997). A evapotranspiração foi calculada diariamente e convertida em lâmina bruta conforme descrito por Marouelli et al. (1996), considerando a eficiência de irrigação de 90%, e ajustada conforme o tratamento, ou seja, multiplicando-se por 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 e 1,4.

Ao 51º DPT, as plantas possuíam 1,2 m de altura média e os tanques evaporimétricos reduzidos ficaram sombreados, tornando-os inadequados para indicação da quantidade de água consumida pelas plantas. Este fato determinou a decisão de continuar o controle da irrigação usando-se tensiômetros instalados a 20 cm de profundidade nos tratamentos de aplicação de 100% da lâmina requerida, efetuando leituras diárias e calculando a lâmina requerida com base na curva de retenção de água, largura da faixa molhada, e espaçamento das linhas de irrigação, elevando a tensão de aproximadamente 18 kPa à tensão equivalente à capacidade de campo (10 kPa). Para os demais tratamentos corrigia-se a lâmina requerida deste tratamento pelos fatores 0,4; 0,6; 0,8; 1,2 e 1,4. Nos dias em que a tensão mátrica média tornava-se menor ou igual à tensão na capacidade de campo, não eram realizadas irrigações. As irrigações foram realizadas individualmente a cada tratamento, no período entre as 9 e 14 horas e foram suspensas no 157º DPT.

O dióxido de carbono foi aplicado do 53º ao 151º DPT, pelo uso de cilindro com capacidade de 25 kg de gás, válvula reguladora de pressão com precisão de 1000 kPa e injetor tipo Venturi, localizados no início do sistema de irrigação. A quantificação inicial do gás foi realizada pelo método volumétrico. A quantidade de gás aplicada a cada irrigação variou em função do tempo de irrigação relativo à lâmina mínima, correspondendo a 80% do mesmo. O tempo total de aplicação de gás correspondeu à soma dos tempos registrados a cada dia. Ao final do ciclo pesou-se a quantidade de gás restante e efetuou-se o cálculo do CO₂ aplicado durante o ciclo da cultura, o qual correspondeu a 7,73 g de CO₂.L^-1 de água aplicada, próximo ao mencionado por Nederhoff (1990), que cita valores de até 5,5 g.L^-1.

Foram realizadas 17 colheitas, em média duas vezes por semana, estendendo-se no período de 93º ao 157º DPT. Foram avaliados a produtividade, o número total de frutos, o peso médio dos frutos a cada colheita e, percentagem de matéria seca dos frutos de três colheitas (Tabela 1).

Para a produtividade, número total, peso médio e percentagem de matéria seca dos frutos, adotou-se análises estatísticas por testes não-paramétricos, ou seja, Kruskal-Wallis para análise entre lâminas e Wilcoxon entre tratamentos de gás, ambos a 5% de significância. O uso destes testes foi devido à falta de casualização entre os tratamentos de gás ocorrida em função da dificuldade em se conduzir o experimento em um número mínimo de quatro estufas (dois para cada nível de CO₂), e devido à falta de normalidade entre os dados. Segundo Campos (1979) os testes não-paramétricos são mais eficientes do que os demais, quando os dados da população não têm distribuição normal. Para condutividade elétrica, cálcio e nitrato, utilizou-se teste de F a 5% de significância.

A partir de funções de produção quadráticas obtidas para a relação entre lâmina total aplicada e produtividade, aplicou-se o conceito de lâmina ótima econômica conforme Frizzone (1986) e Bertonha (1997). Finalmente verificou-se, para as condições do experimento, a viabilidade da adoção da técnica de aplicação de CO₂, considerando o incremento em receita gerado e as despesas com a mesma. Para isto utilizou-se a média de cinco anos de preço pago ao produtor por quilograma de tomate nos meses em que ocorreram as colheitas, em conformidade com o FNP CONSULTORIA & COMÉRCIO (2000), e os custos do CO₂ no mesmo período fornecidos pelo distribuidor de gás.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

As análises da solução do solo revelaram que, mesmo não diferindo estatisticamente, a condutividade elétrica, com a aplicação da água carbonatada, foi ligeiramente superior ao tratamento sem a aplicação do gás (Figura 2). Este resultado também foi encontrado por D'Andria et al. (1993). Esta maior disponibilidade de nutrientes, verificado pela condutividade elétrica, devido a reações no solo, melhora a absorção pelas plantas, conduzindo a maior produtividade, peso de frutos e conteúdo de matéria seca, os quais no experimento tiveram incrementos médios com CO₂ de 8,2%, semelhante ao 9% encontrado por Novero et al. (1991), 13% e 8,5%, respectivamente. Esta maior absorção de nutrientes com água carbonatada e conseqüentes respostas agronômicas também são verificados em Novero et al. (1991). As maiores respostas verificadas no experimento, possivelmente não foram devidos a incremento de fotossíntese, visto que a mesma apenas acompanha a tendência da radiação fotossinteticamente ativa (Figura 1). Durante a aplicação, também não se verificaram incrementos de CO₂ no ar que justificassem um aumento na fotossíntese (Figura 1), o que reforça o mencionado anteriormente a respeito da ação do gás, aplicado via água, no solo. Dessa forma, é possível que o esperado efeito benéfico da aplicação do CO₂ na maioria das características fisiológicas da cultura não tenha sido verificado em virtude do incremento da concentração de gás no ar, fato também relatado por Novero et al. (1991).

O controle das lâminas diferenciadas iniciou-se a partir do 29º DPT, compreendendo um período total de 129 dias. As lâminas totais corresponderam a: W₁ = 143 mm, W₂ = 203 mm, W₃ = 264 mm, W₄ = 322 mm, W₅ = 381 mm e W₆ = 438 mm para a estufa sem aplicação de CO₂ e W₁ = 146 mm, W₂ = 212 mm, W₃ = 273 mm, W₄ = 332 mm, W₅ = 393 mm e W₆ = 458 mm para a estufa com aplicação de CO₂. As diferenças entre as lâminas das duas estufas se devem ao fato do manejo da irrigação ter sido realizado de forma independente para cada uma das duas estufas. Possivelmente a maior necessidade hídrica quando aplicado o gás seja decorrente de uma maior evapotranspiração, o que permitiu uma maior absorção de nutrientes e o conseqüente aumento de produtividade na estufa que se aplicou o CO₂.

Embora se esperasse uma diferença de produtividade devido às lâminas aplicadas, observou-se serem estas estatisticamente iguais, conforme apresentado na Tabela 1. Este resultado pode ser justificado pelo uso do "mulch" e pela alta freqüência da irrigação (1,3 dias e 1,5 dias, respectivamente para as estufas sem e com CO₂), os quais podem ter influído na atenuação dos efeitos esperados pela aplicação de lâminas em déficit, como relatado por Pilatti & Paletto (1996). Esses autores obtiveram redução significativa no número de frutos rachados como conseqüência da redução da variação da umidade do solo devido à utilização de "mulch".

O incremento no número de frutos não foi significativo para a aplicação de gás (Tabela 1), concordando com Calvert & Slack (1975), nem para as lâminas de água. Os dados, entretanto apresentaram uma tendência similar à da produtividade, apresentando efeitos de redução do número de frutos em condições de déficit hídrico e de excesso de umidade no solo para ambas estufas. Este fato indica que o número de frutos foi o componente da produção que mais influiu na produtividade em relação às lâminas de irrigação, concordando com Novero et al. (1991) para cultivo sob condições de solo coberto.

Os incrementos obtidos foram principalmente devido a frutos de tamanho pequeno, pois os de tamanho médio não diferiram estatisticamente para os tratamentos de lâmina ou de CO₂ (Tabela 1), e obteve-se poucos frutos grandes devido a não realização do raleio de frutos, julgando-se desnecessária a análise estatística para este tamanho.

A partir dos dados de produtividade e lâminas totais de água aplicada durante o ciclo, foi possível ajustar regressões polinomiais de segunda ordem para os tratamentos com e sem gás que são apresentadas nas equações 1 e 2:

Yc = 29501+340,84 W-0,5108W² (1), onde Yc = Produtividade de tomate com injeção de CO₂, kg.ha^-1; e W = Lâmina de água total aplicada em mm.

Ys = 34931+261,96W-0,3909W² (2), onde Ys = Produtividade de tomate sem injeção de CO₂ em kg.ha^-1; e W = Lâmina de água total aplicada em mm.

Diversos autores têm encontrado funções quadráticas, como as obtidas neste trabalho, para culturas como tomate cultivado a campo (Alves, 1980), feijão (Frizzone, 1986), milho (Silva et al., 1992) e laranja (Bertonha, 1997). Segundo Helweg (1991), estas funções são suficientes para uma situação específica. Assim, deve-se verificar a adequação destas funções para os diferentes locais em que se deseje cultivar.

Verificou-se, a partir das funções quadráticas obtidas, que as produtividades máximas foram 78,82 t.ha^-1 e 86,36 t.ha^-1 em função da aplicação de 335,2 mm e 333,6 mm, para os tratamentos sem e com injeção de CO₂, respectivamente. A partir destes valores, um acréscimo na lâmina de irrigação acarreta num ligeiro decréscimo de produtividade, resultante dos efeitos do excesso de água no solo sobre o rendimento da cultura. Da mesma forma, as lâminas de água totais inferiores aos valores ótimos citados induzem a uma ligeira redução da produtividade, devido ao déficit hídrico.

Para a maximização da receita líquida foram calculados os produtos físicos marginais da água sem e com aplicação de CO₂, sendo os mesmos apresentados nas equações 3 e 4:

dYs/dW = Pw/Py = 26,196-0,07815 (3), onde dYs/dW = Taxa de variação da produtividade em relação à água sem gás, em kg.m^-3; e w = Lâmina de água total aplicada em m³; e Pw/Py = Relação entre preço do volume unitário de água e do tomate em kg.m^-3

dYc/dW = Pw/Py = 34,084-0,10216.w (4), onde dYc/dW = Derivada primeira da produtividade em relação à água com gás em kg.m^-3.

Verificou-se que, para uma faixa de variação do produto físico marginal de 0 a 1, as lâminas economicamente ótimas variaram de 335,2 mm a 322,4 mm, respectivamente, para a irrigação sem aplicação de gás e de 333,6 mm a 323,8 mm para a irrigação com aplicação de gás.

Com o intuito de verificar se a adoção desta nova tecnologia foi viável nas condições em que o experimento foi conduzido, considerou-se, as produtividades máximas estimadas das funções de produção obtidas dos tratamentos sem (78,82 t.ha^-1) e com enriquecimento de gás (86,36 t.ha^-1), o preço médio de 5 anos por quilo de tomate (US$ 1,20, segundo FNP CONSULTORIA & COMÉRCIO, 2000), o custo estimado de US$ 2,90 por quilo de gás, incluindo despesas com aluguel de cilindro, frete e o próprio insumo, e a área experimental de 100 m². Nas condições expostas o incremento de receita com a utilização deste insumo foi de US$ 90,25. Assim, considerando que, durante o experimento, foi utilizado apenas um cilindro com 25 kg de gás, o incremento de custo foi de US$ 72,38. Dessa forma, pelos resultados obtidos verifica-se que é viável a adoção desta tecnologia, pois o incremento de receita estimado excedeu o incremento de custo. Nota-se, entretanto que este resultado advém das condições particulares deste experimento. Assim, a viabilidade teria de ser reavaliada caso a produtividade, o preço do tomate, o custo do gás sejam alterados.

Considerando-se o custo do gás equivalente a US$ 72,38, verifica-se que a aplicação de CO₂ via água de irrigação não seria viável somente se o quilo de tomate durante o período de colheita fosse inferior a US$ 0,97, pois é neste valor que o custo do gás iguala-se à receita marginal.

AGRADECIMENTOS

À FAPESP, pelo apoio financeiro.

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em 28 de fevereiro de 2000

Aceito em 27 de março de 2002

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1

Trabalho referente à dissertação de mestrado

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  16 Abr 2003
• Data do Fascículo
  Set 2002

Histórico

• Recebido
  28 Fev 2000
• Aceito
  27 Mar 2002