Componentes da radiação solar em cultivo de tomate sob condições de ambiente protegido

Components of the solar radiation in tomato cultivated under greenhouse conditions

Resumos

Objetivou-se, com este trabalho, avaliar o saldo de radiação e a irradiação solar e fotossintética em condições de ambiente protegido cultivado com o tomateiro e suas relações com a irradiação solar do ambiente externo. O tomateiro foi cultivado em casa de vegetação não climatizada, com cobertura de polietileno de 0,12 mm de espessura. A irradiação solar (Rgi), o saldo de radiação (Rni) e a densidade de fluxo de fótons fotossintéticos foram obtidos por radiômetros ligados a um datalogger instalado no interior do ambiente protegido. Os dados externos (irradiância solar global, Rg) foram coletados na Estação Agrometeorológica do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal de Alagoas. O ambiente protegido promoveu redução na irradiação solar expressa como a transmitância do polietileno em 62%. As relações entre os componentes de radiação do ambiente interno e externo foram expressas satisfatoriamente por regressões lineares, com coeficientes de determinação (R²) superiores a 0,88 enquanto para a irradiação fotossintética (PARi) os R² foram maiores que 0,52. As relações obtidas mostraram que Rni representa 0,60 da Rgi e a PARi é proporcional a 0,28 da Rg e 0,44 da Rgi. O albedo médio da cultura durante o ciclo foi de 0,15.

Lycopersicum esculentum; casa de vegetação; transmitância

The objective of this paper was to evaluate of net radiation, photosynthetic and solar irradiation in greenhouse conditions cultivated with tomato crop and its relationship with the global solar irradiation of the external environment. The tomato was cultivated in greenhouse (not acclimatized), with covering of polyethylene 0.12 mm of thickness. The global solar irradiation (Rgi), the net radiation (Rni) and the flux density of photosynthetic photons were obtained by radiometers connected to a datalogger installed into the protected environment. The external data (global solar irradiation, Rg) were collected in the Agrometeorological Station of the Agricultural Science Center of Federal University of Alagoas. The protecting environment promoted reduction in the solar irradiation, expressed as the transmittance of the polyethylene in 62%. The relationships between the components of radiation from internal and external environment were expressed satisfactorily by linear regressions, with coefficients of determination (R²) greater than 0.88, while for the photosynthetic irradiation (PARi) the R² were higher than 0.52. The obtained relationships showed that Rni is 0.60 of the Rgi and the PARi is proportional to 0.28 of the Rg and 0.44 of the Rgi. The mean albedo of crop over the cycle was 0.15.

Lycopersicum esculentum; greenhouse; transmittance

MANEJO DE SOLO, ÁGUA E PLANTA

Ligia S. Reis^I; José L. de Souza^II; Carlos A. V. de Azevedo^III; Gustavo B. Lyra^IV; Ricardo A. Ferreira Junior^I; Vera L. A. de Lima^III

^ICECA/UFAL, Campus Delza Gitaí, BR 101 - Norte, km 14, Rio Largo, AL. E-mail: [e-mail]; [e-mail]

^IIICAT/UFAL, A. C. Simões, BR 104 - Norte, km 97, Tabuleiro dos Martins, CEP 57072-970, Maceió, AL. E-mail: [e-mail]

^IIIUAEA/UFCG, Av. Aprígio Veloso, 882, Bairro Universitário, CEP 58429-140, Campina Grande, PB. Fone: 83 3310-1056. E-mail: [e-mail]; [e-mail]

^IVIF/DCA/UFRRJ, BR 465, Km 7, CEP 23890-970, Seropedica, RJ. E-mail: [e-mail]

RESUMO

Objetivou-se, com este trabalho, avaliar o saldo de radiação e a irradiação solar e fotossintética em condições de ambiente protegido cultivado com o tomateiro e suas relações com a irradiação solar do ambiente externo. O tomateiro foi cultivado em casa de vegetação não climatizada, com cobertura de polietileno de 0,12 mm de espessura. A irradiação solar (Rgi), o saldo de radiação (Rni) e a densidade de fluxo de fótons fotossintéticos foram obtidos por radiômetros ligados a um datalogger instalado no interior do ambiente protegido. Os dados externos (irradiância solar global, Rg) foram coletados na Estação Agrometeorológica do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal de Alagoas. O ambiente protegido promoveu redução na irradiação solar expressa como a transmitância do polietileno em 62%. As relações entre os componentes de radiação do ambiente interno e externo foram expressas satisfatoriamente por regressões lineares, com coeficientes de determinação (R²) superiores a 0,88 enquanto para a irradiação fotossintética (PARi) os R² foram maiores que 0,52. As relações obtidas mostraram que Rni representa 0,60 da Rgi e a PARi é proporcional a 0,28 da Rg e 0,44 da Rgi. O albedo médio da cultura durante o ciclo foi de 0,15.

Palavras-chave:Lycopersicum esculentum, casa de vegetação, transmitância

ABSTRACT

The objective of this paper was to evaluate of net radiation, photosynthetic and solar irradiation in greenhouse conditions cultivated with tomato crop and its relationship with the global solar irradiation of the external environment. The tomato was cultivated in greenhouse (not acclimatized), with covering of polyethylene 0.12 mm of thickness. The global solar irradiation (Rgi), the net radiation (Rni) and the flux density of photosynthetic photons were obtained by radiometers connected to a datalogger installed into the protected environment. The external data (global solar irradiation, Rg) were collected in the Agrometeorological Station of the Agricultural Science Center of Federal University of Alagoas. The protecting environment promoted reduction in the solar irradiation, expressed as the transmittance of the polyethylene in 62%. The relationships between the components of radiation from internal and external environment were expressed satisfactorily by linear regressions, with coefficients of determination (R²) greater than 0.88, while for the photosynthetic irradiation (PARi) the R² were higher than 0.52. The obtained relationships showed that Rni is 0.60 of the Rgi and the PARi is proportional to 0.28 of the Rg and 0.44 of the Rgi. The mean albedo of crop over the cycle was 0.15.

Key words:Lycopersicum esculentum, greenhouse, transmittance

INTRODUÇÃO

O cultivo em ambiente protegido tem aumentado consideravelmente nas últimas décadas, não só no Brasil, mas, também em todo o mundo (Silva et al., 2003). Esta prática agronômica visa aumentar a produtividade e melhorar a qualidade dos produtos agrícolas e, assim, amenizar as variações sazonais na produção, o que é possível devido ao fato da proteção diminuir os efeitos adversos do excesso de chuva, da alta incidência de radiação e dos extremos de temperatura do ar. Além dessas vantagens as mudanças nos elementos meteorológicos, proporcionadas pela casa de vegetação, atuam no combate às pragas e doenças. As diversas alterações nos elementos meteorológicos induzidas pelo ambiente de casa de vegetação, constituem função das características de sua estrutura (tipo, teto e laterais) (Souza & Escobedo, 1997; Cunha & Escobedo, 2003). Um dos elementos ambientais modificados significativamente pela casa de vegetação é a densidade de fluxo da radiação solar no interior do ambiente protegido em virtude dos processos de absorção, transmissão e reflexão (Cunha et al., 2001; Radin, 2002).

O ambiente de casa de vegetação também proporciona maior dispersão da radiação solar em seu interior, causando aumento na fração solar difusa com maior contribuição na faixa do visível (radiação fotossintética), o que aumenta a quantidade de radiação transmitida para o interior do dossel de uma cultura (aumenta a quantidade de radiação interceptada) e compensa a diminuição causada pelo material da estrutura da casa de vegetação, principalmente o filme plástico (Silva et al., 2003; Monteith & Unsworth, 2008; Cabrera et al., 2009). Assim, o crescimento vegetal é melhorado com respeito ao aspecto radiativo solar (Guiseline et al., 2004). A energia radiante compreendida na faixa do visível (comprimentos de onda de 400 a 700 nanômetros do espectro solar) é denominada radiação fotossinteticamente ativa ou simplesmente luz e a sigla PAR oriunda da grafia da língua inglesa Photonsynthetically Active Radiation, é comumente usada na literatura. O fluxo de radiação transmitido em uma casa de vegetação também é afetado por fatores extrínsecos, tais como: condensação da umidade atmosférica, deposição de poeira, envelhecimento do material plástico e o design da estufa (estruturas de sustentação) (Cabrera et al., 2009). Já a orientação da casa de vegetação e a inclinação do telhado, influenciam menos no espalhamento da radiação solar (Waaijenberg, 2006).

Estudos microclimáticos realizados em ambiente protegido (casa de vegetação) necessitam enfocar a irradiação solar global e o saldo de radiação, haja vista que esses elementos determinam a disponibilidade de energia para processos como evapotranspiração, aquecimento do ar e do solo e fotossíntese (Monteith & Unsworth, 2008). Em ambiente protegido ocorre aumento na temperatura do ar interna (mesmo durante a noite), provocado pela refração da luz solar sobre o filme de cobertura, transformando as ondas curtas em ondas longas, retendo-as em seu interior e alterando o balanço de energia em relação ao ambiente externo (Souza et al., 1999; Braga & Klar, 2000; Atarassi, 2004). Deste modo, o processo de evapotranspiração (ET) também apresenta tendências diferenciadas que necessitam ser quantificadas para um manejo adequado da irrigação (Braga & Klar, 2000). Estima-se que em ambientes protegidos a evapotranspiração se reduz em 30% e que o uso da água por unidade de produção diminui em até 50% (Stanghellini, 1993; Cunha et al., 2002). Visando aprimorar a técnica de produção de tomate caqui em ambiente protegido aliado às condições ambientais, este trabalho objetivou avaliar componentes da radiação solar em condições do cultivo de tomateiro em casa de vegetação e suas relações com o ambiente externo.

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi conduzido em ambiente protegido, não climatizado, instalado no Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal de Alagoas, Campus Delza Gitaí. Rio Largo, AL (09º 28' S, 35º 49' W; 127 m), localizado na região de Tabuleiros Costeiros. Baseado na classificação climática de Thorntwaite & Mather (1957), o clima do local é quente úmido (B1), com deficiência de água moderadamente no verão (s) e excesso de água no inverno (w). Quanto à disponibilidade térmica, apresenta temperatura do ar média anual de 25,4 o C (Souza et al., 2005).

A casa de vegetação foi construída com madeira e aço galvanizado, em forma de arco, coberta com polietileno transparente com 0,12 mm e tela preta na lateral (sombrite 50%), com 6,5 m de largura e 17,5 m de comprimento, orientada no sentido leste-oeste. O solo da área experimental foi classificado como Latossolo Amarelo Coeso Argissólico, com textura média argilosa, conforme o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA, 1999) e com relevo plano. A adubação foi baseada na análise química do solo, aplicando-se NPK e nitrocálcio este parcelado 15, 30 e 45 dias após o transplantio.

Utilizaram-se sementes do hibrido de tomate caqui (Lycopersicum esculentum Mill) cv. Letícia, tipo salada, semeado em bandejas de poliuretano. O transplantio das mudas para a casa de vegetação foi realizado 30 dias após a emergência (02/06/2005), com quatro a seis folhas definitivas. As mudas foram plantadas em canteiros espaçadas 0,4 m entre plantas e 1,0 m entre linhas, onde ficaram até o final do ciclo (02/09/2005). A irrigação utilizada foi por gotejamento, efetuada com mangueiras espaçadas 1 m entre si e 0,40 m entre emissores e vazão média de 8 L h^-1 por emissor. A lâmina de irrigação foi aplicada com base na evapotranspiração de referência média diária (3 mm d-1) do período abril-agosto da região, determinada pelo método de Penman-Monteith FAO (Souza et al., 1998). Assim, adotou-se um turno de rega fixo de dois dias.

O saldo de radiação (Rn) representa a contabilidade da radiação de ondas curtas (Rc) e de ondas longas (Rl) incidente na superfície, ou seja,

em que: Rg é a irradiação solar global incidente, Rr é a irradiação refletida pela superfície e a é o albedo (Rr/Rg). O balanço de radiação de ondas longas (Rl) pode ser obtido como resíduo da equação do balanço de radiação. A irradiação solar incidente (Rgi) (MJ m^-2 d^-1) e a refletida (Rri) (MJ m^-2 d^-1) no interior da casa de vegetação foram obtidas pelas integrações das irradiâncias (W m^-2) de piranômetro e albedômetro (CM3, Kipp & Zonen, Netherlands) além de um sensor quantum (Li-190, Licor) que quantificava a densidade de fluxo de fótons fotossintéticos (µmol m^-2 s^-1) e seu correspondente de irradiância fotossintética (W m^-2) foi obtido pelo fator 4,6 (1 W m^-2 é igual a 4,6 µmol s^-1 m^-2) (McCree, 1972) que, integrado no tempo, produzia a irradiação fotossintética (PARi). Associado a essas observações, um saldo radiômetro (NR LITE, Kipp & Zonen, Netherlands) realizava medidas do saldo de radiação (Rni) no interior do ambiente protegido. Os sensores de radiação estavam instalados acima do dossel da cultura e acoplados a um datalogger - sistema automático de aquisição de dados (CR10X, Campbell Scientific, Logan, Utah), programado para fazer medições a cada dez segundos e armazenar as médias dessas observações a cada dez minutos. A irradiação solar global (Rg) (MJ m^-2 d^-1) externa foi proveniente da estação agrometeorológica do CECA, vizinha à casa de vegetação.

Regressões lineares simples foram ajustadas e forçadas a passar pela origem (coeficiente linear ou intercepto igual a zero) entre a irradiação solar global do exterior com a do interior da casa de vegetação (Rg versus Rgi) e com a irradiação fotossitética (Rg versus PARi). Também se avaliaram as relações entre ambas as variáveis do ambiente interno: irradiação solar com o saldo de radiação (Rgi versus Rni), com irradiação refletida (Rgi versus Rri ) e com a fotossintética (Rgi versus PARi).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Comparando-se a irradiação solar global externa e a interna do ambiente protegido, observou-se que Rg apresentou valor mínimo de aproximadamente 2 MJ m^-2 d^-1 (Figura 1A), valor este próximo ao valor mínimo obtido no ambiente protegido (2,2 MJ m^-2 d^-1). Contudo, os máximos de irradiação no ambiente externo (24 MJ m^-2 d^-1) atingiram valores em torno de 55% superiores aos máximos do interior do ambiente protegido (15,42 MJ m^-2 d^-1). A soma dos valores integrados durante o período estudado para Rgi, foi de 1.035,18 MJ m^-2, com média diária de 12,4 MJ m^-2, enquanto Rg acumulada para o mesmo período foi de 1.629,34 MJ m^-2, com média diária de 16,97 MJ m^-2. A Rgi mostrou elevada oscilação nos primeiros 40 dias com valores entre 2,0 e 14,0 MJ m^-2 d^-1 além de tendência de aumento dos seus valores até aproximadamente o dia Juliano (DJ) 200. Após este período ocorreu diminuição gradativa de Rgi até aproximadamente DJ 218; desta data até o final do experimento, o padrão geral foi de aumento de Rgi, ressaltando-se que tendência similar também foi observada para Rg, embora com maior taxa de variação diária.

A relação Rgi e Rg mostrou excelente correlação (R² = 0,96) durante o período experimental com transmitância média do material (polietileno) que compõe a casa de vegetação de 62%, determinada com a inclinação da regressão linear entre a irradiação solar global externa e interna forçada a passar pela origem (Figura 2). Portanto, este resultado indicou redução de 38% da irradiação solar provocada pela cobertura de polietileno. O coeficiente de determinação (R²) indicou que o modelo linear entre Rgi (para as especificações da casa de vegetação em estudo) e Rg explicou a maior parte da variabilidade observada de Rgi. Sandri et al. (2003) encontraram, avaliando a cultura do tomate em estufa plástica no Rio Grande do Sul, valores de Rgi média diária de 12,4 MJ m^-2 e acumulado de 1.362,6 MJ m^-2 e uma transmitância de 83% da irradiação solar global para o ambiente da casa de vegetação. Diversos estudos têm comprovado que a irradiação solar global no interior de casas de vegetação é menor que no ambiente externo mas, em contrapartida, ocorre maior proporção entre o saldo de radiação e a irradiação solar global no ambiente interno (Souza et al., 1997; Frisina & Escobedo, 1999; Galvani et al., 2001; Cunha et al., 2002). Tal fato é explicado pelo efeito de multirreflexões e emissão de radiação de ondas longas pelas estruturas da cobertura da casa de vegetação, que reduz a perda de energia ao longo do dia com maior contribuição no período noturno. O saldo de radiação ainda é afetado pela fase da cultura associado sobretudo ao aumento do índice de área foliar que aumenta a porção da radiação interceptada e reduz a transmitida para o solo.

Durante o cultivo do tomateiro no ambiente protegido, o saldo de radiação acumulado foi de 615,53 MJ m^-2, e representou em média 0,6015 da componente da irradiação solar incidente no interior da casa de vegetação (Figura 3). Esse resultado é similar ao apresentado por Galvani et al. (2001), que encontraram na relação de Rni com Rgi, dentro do ambiente protegido cultivado com pepineiro, o valor de 0,612. Durante o período de medições a razão entre o saldo de radiação e a irradiação solar global interna (Rni/Rgi) variou entre 0,2418 e 0,6478. A irradiação solar global interna mostrou relação linear com o saldo de radiação ajustando-se satisfatoriamente a uma regressão linear (Rni = 0,6015 Rgi), com R² = 0,92, desta forma e na ausência de medidas do saldo de radiação, a irradiação solar global pode ser utilizada para estimar essa componente do balanço de energia, essencial às estimativas de evapotranspiração.

A irradiação refletida interna (Rri) está representada na Figura 4A, na qual se constatou tendência de variação similar à da irradiação solar global no interior da casa de vegetação. Os valores de Rri variaram entre 0,12 a 2,58 MJ m^-2, com acumulado de 156,57 MJ m^-2 no decorrer do ciclo do tomateiro. Na Figura 4B tem-se a relação entre irradiação solar global e a refletida no interior da estufa plástica com cultivo de tomate, relação que indicou um albedo médio de 15% que, por sua vez, representa a porcentagem média da energia radiante refletida pelo cultivo do tomate no ambiente protegido em estudo (Figura 4B). A equação gerada pela regressão linear forçada a passa pela origem (Rri = 0,15186 Rgi) apresentou elevado R² (0,88).

Os valores de radiação fotossinteticamente ativa (PARi) no interior do ambiente protegido representaram, em média, 44% da irradiação solar global (Rgi) interna (Figura 5A) e aproximadamente 28% da irradiação solar global externa (Figura 5B). Observou-se que na relação entre PARi e Rgi (PARi = 0, 44 Rgi e R² = 0,61) as distribuições estão mais próximas no início da reta e vão apresentando um afastamento no final da reta quando os valores de Rgi foram maiores que 12 MJ m^-2. Essas discrepâncias são creditadas às obstruções provenientes das partes estruturais da estufa, e a razão que se assemelha aos estudos de ambiente externo (Udo & Aro, 1999) com valores de 0,42 - 0,47 e também em pesquisas realizadas em Alagoas, que obtiveram razões variando de 0,41 a 0,47 (Souza et al., 2005; 2011). As variações dessas razões são bastante dependentes do tipo de sensor utilizado, detalhes em Ross & Sulev (2000). A relação da PARi e Rg externa encontra-se na Figura 5A observando-se grande dispersão dos valores. Esta dispersão é atribuída principalmente ao efeito da estrutura de sustentação da estufa; todavia, a relação PARi versus Rg tem grande aplicabilidade já que estima um componente da radiação solar do interior da casa de vegetação em função da radiação solar externa (medidas mais rotineiras).

CONCLUSÕES

1. O ambiente protegido promove redução considerável na irradiação solar global, com transmitância média do polietileno de 62%.

2. Na ausência de medidas de radiação em ambiente protegido a irradiação solar global pode ser utilizada para estimar componentes internos do balanço de radiação.

LITERATURA CITADA

Protocolo 178.11 - 22/08/2011

Aprovado em 18/04/2012

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Componentes da radiação solar em cultivo de tomate sob condições de ambiente protegido

Components of the solar radiation in tomato cultivated under greenhouse conditions

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  13 Jun 2012
• Data do Fascículo
  Jul 2012

Histórico

• Recebido
  18 Abr 2012