Precision irrigation: Use of technology to reduce water waste
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7365983
José Ivo Maciel Junior
Luis Gustavo Goulart da Silva
Thiago Navarro
Vitor Oliveira de Andrade
Yago Borges Anchieta
Orientador: Paulo Cesar da Silva Emanuel
Resumo: A irrigação de precisão é uma tecnologia com grande potencial para contribuir com a segurança alimentar e reduzir o uso de água na agricultura. Embora sejam reconhecidos seus benefícios para a agricultura irrigada, estes ainda são visíveis, pois não são bem calculados, o que contribui para a baixa aceitação/utilização desta tecnologia de irrigação por seus usuários. Portanto, é importante mensurar os benefícios do uso da irrigação de precisão para a agricultura de irrigação. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a economia de água e o potencial para aumentar a produtividade de culturas alimentícias em um sistema de irrigação de precisão. Para tanto, utilizou-se um método de revisão bibliográfica acompanhado de um protótipo testado, a fim de coletar informações sobre este programa e seus benefícios.
Palavras-chave: irrigação de precisão; uso de água; economia.
Abstract: Precision irrigation is a technology with great potential to contribute to food security and reduce water use in agriculture. Although its benefits for irrigated agriculture are recognized, these are still visible, as they are not well calculated, which contributes to the low acceptance/use of this irrigation technology by its users. Therefore, it is important to measure the benefits of using precision irrigation for irrigated agriculture. The objective of the present work was to evaluate the water savings and the potential to increase the productivity of food crops in a precision irrigation system. For that, a bibliographic review method was used, accompanied by a tested prototype, in order to collect information about this program and its benefits.
Keywords: precision irrigation; water use; economy.
1. Introdução
Os avanços nas pesquisas e o uso da tecnologia contribuem para o aumento da produção, que não para de crescer, principalmente entre as grandes culturas e produtores empresariais. Por outro lado, o risco de investimento em atividades agropecuárias aumentou com a abertura dos mercados, principalmente com a integração do Mercosul.
Somam-se a esses riscos a instabilidade do clima e a escassez de recursos hídricos. Esses desafios levam os produtores agrícolas a adaptar suas operações de forma mais eficiente e competitiva. Um exemplo recente foi a importação de cebola europeia, que afetou muito os produtores brasileiros.
O fato que levou a associação nacional de produtores de cebola a solicitar e obter, desde o início de 2018, a inclusão do bulbo na Lista de Exceções à Tarifa Externa Comum do Mercosul (LETEC); o que levou a uma certa diminuição das importações e a uma melhor valorização do produto brasileiro.
Portanto, a forte concorrência obriga a agricultura brasileira a se profissionalizar cada vez mais, onde a gestão eficaz do meio rural e o aprimoramento dos métodos agrícolas tornam-se essenciais, exigindo investimento financeiro e um nível razoável de educação dos agricultores, familiares ou empresas.
Nesta situação de competição e riscos, é preciso também estabelecer a sustentabilidade da agricultura, promover, entre outras ações, soluções possíveis para os pequenos produtores, que na verdade são ótimos no apoio ao abastecimento interno de alimentos; mesmo morando em pequenas áreas do mundo, são os principais fornecedores de alimentos básicos do mercado brasileiro, além de serem os que mais geram empregos no campo.
Embora seja amplamente conhecido que a agricultura é considerada a maior consumidora de água doce do mundo, o que muitas vezes se vê em campo ainda é uma situação em que o produtor enfrenta desafios de eficiência, muitas vezes com muito desperdício nos produtos. , especialmente água.
A escassez ou excesso de água, bem como o comportamento das mudanças climáticas, podem causar danos irreparáveis às lavouras e um impacto negativo ao produtor e ao meio ambiente. Portanto, conhecer o estresse hídrico no desenvolvimento da cultura é importante para o manejo da água de irrigação.
No entanto, sabe-se que a falta de água é um fator limitante na produção das culturas, que para ser uma hortaliça com raízes superficiais e sensível ao estresse hídrico, necessita de regas frequentes e controladas.
Na irrigação, a base para medir a quantidade de água a ser utilizada para uma determinada cultura está relacionada aos processos de evaporação do solo e respiração das plantas, conhecidos como evapotranspiração (ETo).
A utilização de equipamentos técnicos como estações meteorológicas automáticas, termômetros, termohigrômetros, tensiômetros e muitos outros equipamentos e instrumentos que forneçam informações de forma prática e eficaz para serem utilizados nos cálculos de medição de ETO, bem como no monitoramento do estado da água na água . terra e planta, apesar de o custo de aquisição e a necessidade de mão de obra especializada muitas vezes impossibilitar sua adoção por alguns produtores.
Qualidade é a área que determina a essência de uma coisa ou coisa, e é obtida por métodos, procedimentos ou padrões que irão garantir que essa estrutura seja consistente com os objetivos propostos, com precisão e/ou precisão necessária.
A Agricultura de Precisão inclui o uso de métodos, processos e tecnologias com base em que cada planta cresce de forma específica, levando em consideração os processos ligados a determinados fatores como clima, água, solo e diversidade genética, por exemplo.
Sua utilização resulta em estratégias que contribuem para uma melhor produção por meio da redução do uso de insumos, qualidade do produto e aumento de lucros, que reduzem o impacto negativo ao meio ambiente.
Diversas publicações têm mostrado resultados significativos de sua utilização em grandes usinas, entretanto, o custo de implantação e manutenção tem dificultado sua ampla adoção, principalmente em pequenas áreas rurais.
A irrigação de precisão é a prática de fornecer às plantas água em quantidade adequada, para proporcionar o aumento e o nível de produção, minimizando os impactos negativos ao meio ambiente.
A pesquisa sobre a falta de água nas hortaliças e sua relação com o estado da água no solo de forma direta, utilizando recursos técnicos baratos, aplicáveis a todos os produtores agrícolas e utilizando métodos para garantir a qualidade dos dados, é importante em tecnologia e ciência, doações que é importante no planejamento e controle da irrigação das culturas.
1.1 Justificativa
Embora tenha havido um aumento contínuo na produção de alimentos na última década, esse crescimento não é suficiente para atender ao aumento esperado da demanda humana, em 2050, que será de cerca de 10 bilhões de habitantes (FAO, 2017; RAMANKUTTY et al. . al. ., 2018; PAÍSES Unidos, 2017).
A agricultura irrigada agrega benefícios significativos à agricultura da região, proporcionando à agricultura ganhos de produtividade, estabilidade na produção e produtividade agrícola ao longo do ano.
A agricultura irrigada, no entanto, é altamente intensiva em água, especialmente durante a estação seca (abril a setembro). Portanto, se não for devidamente planejado e controlado, seu crescimento pode agravar os conflitos pelo uso da água na região.
Para melhorar o desempenho da irrigação na região, é importante desenvolver estratégias de gestão que possam reduzir o uso de recursos hídricos sem afetar a produção agrícola.
Nesse contexto, diversas técnicas de irrigação podem ser utilizadas, como a irrigação por aspersão, que, se bem executada, contribuirá para a redução da demanda hídrica com pouco impacto na qualidade e quantidade do produto, favorecendo o aumento da produtividade hídrica. uso e benefício das plantas (FERERES; SORIANO, 2007; GEERTS; RAES, 2009; RAGAB, 1996; RUIZSANCHEZ; DOMINGO; CASTEL, 2010).
Nesse sentido, é importante abordar esta questão, pois é uma questão importante quando se trata da produção de alimentos e da necessidade de reduzir o uso dos recursos hídricos, que é crescente em nosso mundo.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
Explorar o potencial de aumento de produtividade e conservação de água e potencial do uso de irrigação de precisão.
1.2.2 Objetivos específicos
Avaliação do potencial de conservação de água na cultura de alimentos em um sistema de irrigação de precisão.
Avaliar o potencial para aumentar a produtividade das culturas alimentares num sistema de irrigação de precisão;
Avaliar o impacto de diferentes estratégias locais de gestão de irrigação na produtividade das culturas alimentares e economizar água na irrigação de precisão;
Avaliar o potencial de aumento da produtividade de culturas alimentares em um sistema de irrigação de precisão e sob uma estratégia de manejo de irrigação local.
2. Revisão Bibliográfica
2.1 Irrigação
A agricultura irrigada é um uso racional da água, ou seja, altera suas condições à medida que é retirada do meio ambiente e a maior parte dela é consumida pela evapotranspiração das plantas e do solo, não retornando diretamente à água.
De acordo com os resultados do atual estudo de irrigação, o projeto é responsável pela retirada de 969 mil litros por segundo (969 m³/s) e pela utilização de 745 mil litros por segundo (l/s) (745 m³/s).
Considerando outros usos testados pela ANA, esses valores correspondem a 46% de retirada (2.105 m³/s) e 67% de vazão de uso (1.110 m³/s). Essa participação é semelhante à observada nos EUA, onde 59% das retiradas são para irrigação (MAUPIN et al. 2014) e a média global é de cerca de 70% do consumo.
Existem vários fatores que contribuem para a necessidade de irrigação. Em regiões afetadas por escassez contínua ou intermitente, a produção agrícola só é possível com irrigação adicional.
Em 2017, a Agência Nacional de Águas – ANA publicou o Atlas de Irrigação, afirmando que o Brasil está entre os dez países com maior área equipada para irrigação do mundo (FAO, 2013).
Apesar das informações da FAO (2013) colocarem o Brasil entre os dez países com maior área equipada para irrigação do mundo, a irrigação no Brasil é considerada pequena em relação ao potencial medido, à área agrícola total, à extensão da área e ao conjunto de materiais. – clima favorável, incluindo boa disponibilidade de água.
Esta situação é contrária ao que se observa em outros países líderes na irrigação, pois, em geral, estão próximos de explorar plenamente seu potencial limitado.
Embora o aumento da atividade geralmente resulte em aumento do uso de água, são relatados benefícios intangíveis, como aumento de produtividade, redução de custos unitários, redução do risco climático/clima e otimização de insumos e equipamentos, associados à irrigação. também é fundamental para o aumento e estabilidade da oferta de alimentos e consequente aumento da segurança alimentar e nutricional da população brasileira, citando que alimentos como tomate, arroz, pimentão, cebola, batata, alho, frutas e hortaliças são exemplos de alimentos . produzido sob uma alta porcentagem de irrigação (ANA, 2017).
Embora a pesquisa e o desenvolvimento tenham ocorrido na agricultura irrigada, as ações para aumentar a eficiência e reduzir o desperdício devem continuar sendo uma meta constante a ser alcançada, pois nas operações de campo, em geral, o desperdício de água pela gestão da irrigação no Brasil é uma meta contínua. ainda é um desafio, que deve ser superado de acordo com a literatura de alguns especialistas, (MANTOVANI; BERNARDO; PALARETTI, 2006; MAROUELLI; SILVA; SILVA, 2008c).
Alguns autores estimam que, quase toda a água utilizada para irrigação, apenas 50 por cento seja adequadamente absorvida pelas plantas (CHRISTOFIDIS, 2002), situação observada em outras práticas ainda hoje.
Segundo Mantovani, Bernardo e Palaretti (2006), três fatores importantes contribuem para essa ineficiência: a) pouca utilização de práticas técnicas de manejo da água na maioria das áreas irrigadas; b) informações escassas e incompletas sobre parâmetros de gestão da água; c) uso de sistemas de irrigação com baixa capacidade de aporte de água.
Soma-se a esses fatores, as dificuldades enfrentadas pela situação socioeconômica dos pequenos produtores no Brasil. Procedimentos técnicos e científicos adequados devem estar mais presentes nas etapas de criação, plantio e operação dos sistemas de irrigação.
O uso de sistemas de controle de irrigação inadequados muitas vezes é resultado de informações falsas e/ou falta de recursos para aquisição e implantação de novos sistemas e informações (MANTOVANI; BERNARDO; PALARETTI, 2006).
Os sistemas de irrigação de longa duração não precisam ser abandonados, no entanto, periodicamente deve ser realizada avaliação periódica dos requisitos técnicos adequados ao seu funcionamento permanente, com o objetivo de avaliar a eficiência e uniformidade da irrigação necessária. deve satisfazer as necessidades hídricas de uma determinada cultura.
A eficiência do uso da água (ou eficiência de irrigação), entendida como a relação entre a quantidade de água necessária pelas plantas e a quantidade retirada da água (representando perdas), está relacionada ao sistema de irrigação adotado, mas é fortemente influenciada pelo manejo local da água e do solo e práticas de uso.
Dessa forma, é um importante exemplo de parâmetro que deve ser monitorado tanto em materiais usados quanto novos, em pesquisas de campo (ANA, 2017).
A adoção de métodos sólidos de manejo do solo e conservação da água é muito importante para a sustentabilidade dos sistemas agrícolas e a manutenção de níveis satisfatórios de produção (WUTKE et al. 2000).
A busca por soluções que visem o aumento da produtividade por meio da qualidade das lavouras tem aumentado, e o interesse pela irrigação adequada tem aumentado, pois o manejo adequado da água tem permitido aos agricultores irrigados produzir grandes rendimentos em épocas em que a distribuição natural das chuvas não é tão comum quanto precisava. cultural.
Em geral, a irrigação deve ser feita quando a falta de água na planta provoca uma diminuição significativa em sua atividade física e, portanto, afeta seu desenvolvimento, produtividade nas atividades agrícolas a nível comercial.
2.2 Utilização de água
Segundo Oster e Wichelns (2003), a sustentabilidade dos projetos de irrigação só pode ser alcançada por meio de ações efetivas tanto do agricultor quanto da sociedade civil.
A adoção de técnicas de manejo adequadas contribui para um melhor rendimento na produção e qualidade dos produtos finais, além de um melhor aproveitamento do solo, reduzindo impactos ambientais negativos como poluição e menor exposição a processos erosivos (ANA, 2017).
De acordo com Marouelli et. al. (2011), o manejo da água de irrigação deve ser feito para fornecer às plantas água em quantidade suficiente para prevenir o estresse hídrico, aumentar a produção e a qualidade da produção, reduzir o desperdício de água, absorção de nutrientes e degradação ambiental.
Isso envolve tomar decisões nos momentos em que é preciso saber quando e como irrigar em quantidades que possam ser mantidas no solo, uma camada correspondente à zona radicular e intervalos suficientes para atender às necessidades hídricas das plantas.
Estima-se que as estratégias de gestão hídrica que visam aumentar o rendimento econômico, a produtividade e a qualidade das hortaliças, por meio do controle da irrigação em um determinado nível de déficit hídrico durante uma ou mais fases do desenvolvimento da cultura, tenham custos a partir de cerca de 5%, considerados relativamente pequenos. ; em relação ao custo total das operações de produção (MAROUELLI; OLIVEIRA; GIORDANO, 1990; MAROUELLI; SANT’ANA; SILVA, 2008a; MAROUELLI et al., 2011).
A decisão de quando e quanto irrigar é uma estratégia sustentada pelas condições e recursos disponíveis no campo, e pode ser baseada na avaliação do déficit hídrico no solo, conjuntamente por meio de indicadores planet-based, ou combinados entre solo, plantas e a atmosfera. . .
A quantidade de água pode ser determinada com base na avaliação da disponibilidade atual de água no solo ou na quantidade de água que evapora do solo e da planta entre as irrigações em um determinado estágio de crescimento da planta (MAROUELLI et al. 2011c) .
Vários indicadores podem ajudar a determinar quando regar e quanta água aplicar. Indicadores baseados em plantas são utilizados por alguns fabricantes que definem o tempo de rega com base apenas na aparência visual da planta, porém, é necessário ter cuidado ao utilizar esse tipo de prática.
Em alguns casos, esse diagnóstico pode comprometer a produtividade de uma determinada planta, como cebola e alho, que, diferentemente de outras espécies, não costumam murchar em condições de déficit hídrico.
Assim, os sinais imediatos de déficit hídrico moderado para essas espécies são difíceis de visualizar em condições de campo (BOSCH SERRA; CURRAH, 2002; MAROUELLI et al., 2011c).
Os indicadores baseados em plantas permitem apenas estabelecer o tempo de irrigação, enquanto os baseados na atmosfera permitem estimar a quantidade de água que deve ser utilizada para irrigação.
Os indicadores baseados no solo geralmente facilitam a decisão de quando e quanto regar. Na prática, é comum a utilização conjunta de mais de um indicador do sistema solo-planta-atmosfera para fins de controle da água de irrigação (MAROUELLI et. al., 2011c).
2.3 Eletricidade e irrigação
Em regiões onde a falta ou má distribuição das chuvas, em algumas épocas do ano, inviabiliza a agricultura econômica, a irrigação é considerada o recurso técnico mais importante para aumentar a produção agrícola, além de contribuir para um maior aproveitamento dos recursos. trabalhadores do meio rural (FRIZZONE; BOTREL; FREITAS, 1994).
Embora necessários para os sistemas de produção agrícola, em áreas onde há energia elétrica, os sistemas de irrigação também são os grandes responsáveis por esse uso nas áreas rurais, e a variação dos preços da eletricidade é importante para o custo final da irrigação.
Geralmente, o agricultor nas áreas rurais não usa o método de controle de irrigação, e muitas vezes irriga em excesso por medo de que a lavoura fique estressada, o que pode prejudicar a produção. Esse excesso leva ao desperdício de energia elétrica e água.
Diante da possibilidade de falta de energia, acompanhada de um rápido aumento de custos, esforços estão sendo feitos para corrigir seu uso, para usar a água com precisão e eficiência para irrigação (TURCO; FARIA; FERNANDES, 2005).
2.4 Irrigação de precisão e de histórico
Na década de noventa, os estudos e a utilização de materiais agrícolas começaram a se intensificar para atender às necessidades locais das plantas de uma determinada área.
A ideia de que a uniformidade da produção agrícola depende de vários fatores de produção (OMARY; CAMP; SADLER, 1997) e que esses fatores variam espacial e temporalmente na área, destacou a necessidade de se manejar a cultura levando em consideração as condições de cada pessoa. na área. Lugar, colocar.
Essa estratégia tem se mostrado promissora na manutenção dos atuais níveis de produção com redução do uso de insumos (KING; KINCAID, 2004). Após essa observação, diversos estudos foram realizados para investigar com mais precisão o impacto da diversidade na produtividade.
Dentre os recursos, a água é um recurso importante para a produção agrícola, pois possui alta relação com a diversidade de produtos. Além disso, há também preocupações com a degradação ambiental.
Assim, outras formas de gerenciar esse recurso de forma eficaz passaram a ser objeto de pesquisa (DUKE; HEERMANN; FRAISSE, 1992; OMARY; CAMP; SADLER, 1997).
Os sistemas de irrigação atuais são projetados sem considerar a variabilidade espacial das características do solo. Estes são projetados com o objetivo de utilizar a mesma camada em toda a área, levando em consideração as características médias ou condições que limitam o solo e a cultura.
No entanto, com a percepção de que a variação espacial das qualidades do solo pode afetar a uniformidade da produção agrícola, surgiu a oportunidade de projetar sistemas de irrigação capazes de variar a lâmina de irrigação (DUKE; HEERMANN; FRAISSE, 1992).
A irrigação de precisão, também conhecida como irrigação de taxa variável, é definida como a aplicação de água em quantidade precisa e no momento certo, de acordo com a variabilidade espacial e temporal do solo e em resposta às necessidades das plantas em diferentes estágios de crescimento. . (AL-KUFAISHI; BLACKMORE; SOURELL, 2006).
Com base nesse princípio, os sistemas de irrigação direto e pivô central são conhecidos como sistemas ideais para o desenvolvimento da tecnologia de irrigação de taxa variável (KING; KINCAID, 2004), principalmente por serem capazes de cobrir uma grande área irrigada com uma única linha lateral. e a possibilidade de automação.
No trabalho de Roth e Gardner (1989) foi registrado um dos primeiros esforços para desenvolver um sistema de irrigação de precisão. O sistema foi equipado com mais de uma linha de aspersão, cada linha projetada para cobrir uma lâmina de irrigação específica.
Para testar o uso de água e nitrogênio em diferentes taxas, o sistema foi alterado para um sistema de irrigação direta com a instalação de três linhas de aspersores, onde as duas primeiras podem ser ajustadas para instalar até cinco profundidades diferentes. Coloque uma lâmina uniforme.
Posteriormente, outros esforços foram registrados por Duke, Heermann e Fraisse (1992), Fraisse (1993), Fraisse, Heermann e Duke (1995) quando testaram o uso de lâminas de irrigação, doses de nutrientes e produtos químicos por meio de pulsos de operação. com válvulas solenóides, para ajustar sistemas de irrigação direta.
Com base nos sistemas identificados, Stark et al. (1993) relataram o desenvolvimento de um sistema de controle eletrônico para aplicação de água e nutrientes em diferentes níveis com um microprocessador, que pode ser utilizado em sistemas de irrigação por pivô central e central.
Alguns relatos de modificação e teste desses sistemas estão registrados nos livros de Farahani et al. (2006), King e Kincaid (2004), Omary, Camp e Sadler (1997). No entanto, o princípio de funcionamento não foi alterado por esses autores.
Somente no início do século 21, mais pesquisas foram realizadas para avaliar o desempenho e demonstrar expertise neste campo. Perry e Pocknee (2003) relataram o desenvolvimento de um sistema com a integração de um receptor de sinal de satélite de navegação global (GNSS) para coordenar a localização de um sistema de irrigação.
Neste estudo, o sistema de irrigação variável é comparado com o mesmo sistema de irrigação, para investigar a uniformidade da aplicação, que, novamente, não apresentou redução. A viabilidade da irrigação de precisão em um sistema de pivô central foi avaliada por Al-Kufaishi, Blackmore e Sourell (2006).
A avaliação foi baseada na capacidade de retenção de umidade do solo, variabilidade da profundidade do solo e desenvolvimento radicular. Os resultados mostraram que a perda de água foi maior no caso de aplicações uniformes do que em aplicações de taxa variável.
Um instrumento sem fio foi desenvolvido por Casanova et al. (2014) para determinar períodos de estresse hídrico em plantas usando CWSI. Recentemente, Andrade; O’Shaughnessy e Evett (2015) desenvolveram um software como ferramenta de apoio à decisão para facilitar a comunicação entre usuários, redes de sensores e sistemas de irrigação para gestão de ativos.
Este software foi capaz de combinar os dados coletados para produzir um mapa de tratamentos de irrigação. O’Shaughnessy et ai. (2016) inclui um sistema de controle e aquisição de dados (SCADA) para a integração de variáveis espaciais e temporais da planta para aumentar a eficiência do uso da água.
A tecnologia de irrigação de precisão requer um alto nível de gerenciamento, hardware e software avançados e mapas médicos para usar a água no campo com base na variação espacial e temporal das qualidades do solo, características da paisagem e condições de cultivo (EVANS et al., 2013; STONE e outros, 2015).
Por se tratar de um recurso natural essencial para as necessidades básicas de todos, as práticas que proporcionem o uso mais eficiente da água são muito importantes.
Diversos argumentos baseados na conservação da água e dos recursos naturais são fortes motivos para o desenvolvimento e implantação de sistemas de irrigação que possam atender as necessidades específicas da área irrigada por meio da instalação de lâminas em diversas quantidades.
No entanto, os benefícios agrícolas e econômicos dessas estratégias requerem mais estudos. Mais de duas décadas de pesquisas sobre irrigação de precisão levaram a uma aceitação limitada da tecnologia devido à falta de benefícios documentados (EVANS et al., 2013).
2.5 Variabilidade do solo e irrigação
A gestão global da água requer medições confiáveis de suas propriedades subaquáticas. Babalola (1978) destaca que a alta variabilidade das propriedades físicas do solo, como areia, argila e silte, bem como a compactação, resulta em grande variação nas propriedades de retenção de água do solo.
Desta forma, é importante conhecer como essas estruturas se comportam, onde se pretende conhecer e controlar a dinâmica da água no solo, como em uma área irrigada.
Mesmo em uma área com o mesmo solo, a medição da área em outras áreas pode apresentar uma grande variação nos valores, pois o solo é produto da ação de diversos fatores de formação e varia continuamente na superfície. As propriedades do solo são variáveis e espacialmente contínuas (BURGESS e WEBSTER, 1980) e, como tal, formam uma população permanente em uma determinada área.
A produção de culturas não é uniforme e algumas áreas são mais produtivas do que outras, refletindo diferenças no desenvolvimento das culturas. Essa diferença se deve às alterações do solo em suas características químicas, físicas, biológicas e mineralógicas (SANTI, 2007).
Esse mesmo autor afirma que essa diversidade é resultado do processo natural de formação do solo, bem como do manejo e das práticas agrícolas utilizadas, que operam em diferentes escalas no espaço e no tempo.
Para Grego e Vieira (2005) é necessário o uso de tecnologia compatível com a diversidade espacial e temporal, principalmente nas pesquisas agropecuárias que estudam o solo e seu potencial produtivo.
O conhecimento da diversidade de propriedades do solo e das plantas, no espaço e no tempo, é atualmente considerado um princípio básico para o manejo acurado de áreas agrícolas, independentemente de seu tamanho.
Os testes de campo geralmente são divididos em pequenas parcelas ou áreas selecionadas aleatoriamente. No entanto, considerando os locais de teste como uniformes em suas características, mesmo em pequenas áreas, as respostas obtidas a partir das questões existentes podem ser mal interpretadas, uma vez que a teoria da dependência espacial é ignorada (GREGO e VIEIRA, 2005).
A diversidade do espaço do solo foi confirmada em áreas de diferentes tamanhos, 150 hectares por Biggar e Nielsen (1976), 5.000 m2 por Lima e Silans (1999) e mesmo em áreas menores que 100 m2 por Reichardt et al., (1978) .
Conhecer as causas da mudança e mapear as propriedades do solo que influenciam a produção das culturas depende de conhecer os processos que estão ativos e continuam a funcionar em determinadas áreas da área (WILDING e DREES, 1983).
A diversidade de propriedades do solo é resultado de uma complexa interação de fatores e processos de sua formação. Além dos materiais e processos, as práticas de manejo do solo e das culturas são uma fonte adicional de variabilidade (CORÁ, 1997).
Áreas educacionalmente semelhantes podem apresentar diferentes variações de atributos, quando submetidas a diferentes processos de gestão. Da mesma forma, áreas pedológicamente diferentes, se submetidas ao mesmo manejo, podem apresentar características semelhantes.
O manejo pode alterar as características químicas, físicas, mineralógicas e biológicas, afetando principalmente as camadas superiores do solo (BLEVINS et al., 1983; SETA et al., 1993; CORÁ, 1997).
As propriedades do solo são muito importantes na sua classificação em termos de uso e manejo e são um parâmetro que permite considerar os diversos fatores que atuam no solo. (COSTA, 2003).
Informações sobre a distribuição do tamanho das partículas sólidas são importantes para muitas aplicações. Portanto, é por meio da análise granulométrica que se determina a textura do solo, parâmetro básico no entendimento da força de coesão, disponibilidade hídrica, permeabilidade ao ar, transporte do solo para o ar, água e calor, penetração e redistribuição da água (PREVEDELLO, 1996).
A composição do solo é um dos elementos mais estáveis do solo, que só pode ser alterado pela mistura dos horizontes, pela colocação de materiais de diferentes texturas ou pela perda de determinada parte granulométrica por erosão.
Está intimamente relacionado com a composição mineralógica do solo, bem como sua localização específica e porosidade do solo, que influenciam muito nas características de crescimento das plantas.
Ao estudar sete parcelas de aproximadamente 60 hectares cada, localizadas em propriedades que utilizam técnicas avançadas de manejo e representando os tipos de solos mais importantes da região do Planalto Médio (RS), Berg e KIamt (1997) encontraram grande uniformidade de textura nos grupos estudados. , porém a variabilidade entre parcelas foi boa, indicando a influência do material fonte na composição do solo.
A textura do solo tem grande impacto no manejo da irrigação, pois está relacionada à retenção de umidade, infiltração e capacidade de condicionamento do solo.
Embora a capacidade de retenção de água e nutrientes esteja relacionada a outros fatores, como estrutura, teor de matéria orgânica, tipo de argila e cátions, há uma relação positiva com o teor de argila, que aumenta, em geral, na proporção desta.
Em geral, os solos argilosos têm uma ampla faixa de umidade, enquanto os arenosos têm uma faixa mais estreita (KITAMURA et al., 2007). Dentre as diversas características do solo que afetam o controle da irrigação e o crescimento das plantas, a compactação do solo pode ser considerada o principal fator, e sua mensuração é muito importante para projetos de irrigação e drenagem.
A compactação do solo é um fator que é afetado pela estrutura do solo, grau de compactação, manejo e espécies vegetais (AMÉRICO, 1979). Muitas plantas são seriamente afetadas quando a densidade do solo ultrapassa 1,5 g cm-3, basicamente por dois motivos: primeiro, pela falta de O2 para respiração das raízes, devido à baixa porosidade e baixo fluxo, e segundo, devido a distúrbios mecânicos no crescimento radicular, reduzindo a área de absorção de água e nutrientes (SOUZA et al., 1997).
A densidade do solo é definida como a razão entre o peso seco e um determinado volume. Portanto, essa variável está relacionada à estrutura e, portanto, à coesão do solo. Os valores normais de densidade estão entre 0,95 e 1,8 Mg.m -3.
A tendência é aumentar os pontos de profundidade no solo, em função do peso dos componentes da superfície (AZEVEDO e DALMOLLIN, 2004). A compactação do solo também é afetada pelo manejo da terra, aumentando a compactação do solo e reduzindo a incorporação de matéria orgânica, além de práticas agrícolas que afetam o espaço poroso.
Segundo Torres e Saraiva (1999), cada solo possui uma faixa de densidade com diferentes valores máximos e mínimos, dependendo de suas características mineralógicas, composição e composição.
O conhecimento da diversidade de propriedades químicas do solo é particularmente importante na definição do manejo mais adequado a ser aplicado na área, pois o cultivo do solo altera as propriedades químicas iniciais do solo, por meio de práticas agrícolas, como aplicações de manutenção e práticas de manejo (SANTOS e VASCONCELOS, 1987; COUTO et al., 1997; SCHINDWEIN e ANGHINONI, 2000).
Paz-Gonzalez et al., (2000) encontraram alterações na composição química da área plantada em relação à área sob vegetação natural, com diminuição da diversidade da área orgânica: matéria orgânica, fósforo disponível, pH e troca. capacidade, devido ao uso de procedimentos de fertilização.
O aumento da variabilidade do espaço do solo nas áreas cultivadas é confirmado quando se utiliza o sistema de plantio direto, devido às linhas residuais de adubação e redistribuição de nutrientes reciclados a partir de resíduos vegetais (SOUZA, 1992; COUTO et al. . , 1997 ; ANGHINONI e SALET, 1998).
O uso de fertilizantes por laminação, se não balanceado, favorece a variação horizontal de nutrientes como fósforo e potássio, que estão disponíveis em mais de uma planta (KLEPKER e ANGHINONI, 1995).
A análise química de amostras de solo é o método mais difundido entre os métodos existentes de avaliação da fertilidade do solo, e tem como principal objetivo quantificar a quantidade de elementos do solo, fornecer informações para recomendar práticas como adubação e calagem. (MAGALHÃES, 2007).
Segundo o mesmo autor, a análise química do solo, apesar de ser feita há mais de um século, ainda é visto que muitos produtores não percebem sua importância como importante ferramenta para orientar os processos de manutenção e adubação, quando feita e/ou para manter qualquer colheita.
As razões para mostrar essa importância não faltam, tendo em vista que a calagem e a adubação, que é responsável pelo crescimento da produção da cultura em 100%, depende do conhecimento prévio das características químicas do solo.
E somente a mesma análise química também permitirá identificar barreiras químicas, como o alumínio, que podem prejudicar o desenvolvimento do sistema radicular das plantas (Magalhães, 2007).
O mesmo autor afirma que o conhecimento dos teores de nutrientes encontrados no solo, direciona a criação das recomendações mais adequadas para a adubação das plantas, evitando desperdícios e o uso indevido de fertilizantes e corretivos e danos, que poderiam ser o custo da adubação como na redução do rendimento.
Pesquisas globais mostram que, no curto prazo, nada terá maior impacto no aumento da produtividade agrícola do que o uso racional de fertilizantes e corretivos.
Por isso é importante que o produtor utilize essa prática de forma regular e rotineira, não descuidando, e faça uma análise química do seu solo com antecedência que lhe permita escolher um bom calcário, para que sua instalação ocorra antes do plantio e cultivando. /ou abuso e gravidez.
Além disso, permita a aquisição do fertilizante recomendado no momento certo, pois só assim será utilizado nos horários indicados pela colheita (MAGALHÃES, 2007).
A capacidade produtiva de uma cultura pode ser definida como o rendimento que ela produz quando cultivada nas áreas onde é utilizada, sem limitações de nutrientes e sem estresse biótico e abiótico (ARGENTA et al., 2003).
A produtividade do milho apresenta alto potencial de produção, podendo atingir mais de 10 t ha-1 de grãos em condições experimentais e agricultores utilizando técnicas de manejo adequadas.
No entanto, o que se observa na prática são produtividades baixas e irregulares, em torno de 3,5 t ha-1 de grãos (PALHARES, 2003). De acordo com Carvalho et al. (2004) a fertilidade do solo é um dos principais fatores por trás dessa baixa produtividade.
Dentre os fatores importantes no crescimento, desenvolvimento e produção das plantas, destaca-se o papel desempenhado pelo nitrogênio (N) nas plantas de milho, como parte importante dos aminoácidos, principais componentes das proteínas.
Como a formação de grãos depende da proteína vegetal, a produção de milho está diretamente relacionada ao fornecimento de N (YAMADA, 1997). Portanto, a adubação nitrogenada afeta não só a produtividade, mas também a qualidade do produto em função do teor de proteína dos grãos de milho (FERREIRA et al., 2001).
O nitrogênio é um dos nutrientes mais necessários ao milho, sendo necessário o manejo adequado para o uso adequado pelas plantas, para evitar perdas excessivas, principalmente de água e alagamentos, principalmente em áreas irrigadas (YAMADA, 1997).
A deficiência de fósforo (P) reduz a produção de milho, pois é uma cultura que requer muito P durante a formação e desenvolvimento do grão. A deficiência desse elemento causa a formação de orelhas malformadas, tortas e defeituosas, além de causar maturação tardia e desigual (LUCENA et al., 2000).
No caso do potássio (K), sua disponibilidade para a cultura do milho varia de acordo com o tipo de solo, o teor inicial de K no solo, a concentração de cálcio e magnésio na solução do solo e a força genética da planta. ANDREOTI et al., 2001).
K na planta de milho tem alta mobilidade entre células individuais e entre tecidos e alta mobilidade no transporte de longa distância através do xilema e floema. O cátion mais abundante no citoplasma, que também é encontrado em alta concentração no cloroplasto, é necessário para reduzir os ânions orgânicos e inorgânicos e estabilizar o pH da planta entre 7,0 e 8,0, que é a faixa mais adequada para reações enzimáticas. (MALAVOLTA) e outros, 1997).
O potássio é o segundo elemento mais absorvido pelas plantas de milho. Considerando que o milho irrigado significa maior potencial de rendimento, em uma situação onde os custos de fertilizantes são altos e os custos de irrigação são altos.
Ceretta e Silveira (2001) sugerem que pode haver respostas compensatórias à aplicação de potássio no milho irrigado, mesmo que haja potássio acima do nível crítico, embora observem que o teor de potássio encontrado no solo determinará a magnitude da resposta à adubação potássica.
O manejo regional do solo e da cultura é parte importante do programa de Agricultura de Precisão, que inclui os conceitos de utilização de informações sobre a diversidade das áreas locais e do clima da região, visando aumentar a produtividade, melhorar o uso de recursos e reduzir o impacto da agricultura no meio ambiente.
Os processos e características do solo que determinam o desempenho e a produtividade das culturas, bem como o impacto da agricultura no meio ambiente, variam de lugar para lugar e época. Por esta razão, o conhecimento da variabilidade espacial e temporal dos fatores de produção das culturas é o primeiro passo para a adoção bem-sucedida de um sistema de agricultura de precisão (RUNGE e HONS, 1999).
2.6 Irrigação de precisão e especificidades
A Agricultura de Precisão é uma filosofia de gestão agrícola que começa com informações precisas e precisas e termina com decisões precisas. É um método de gestão do campo produtivo metro a metro, considerando que cada parte da área possui propriedades diferentes (ROZA, 2000).
De acordo com Manzatto et al., (1999), a ideia principal é usar insumos no lugar certo, na hora certa, as quantidades de materiais necessários para a produção agrícola, em áreas cada vez menores e do mesmo tipo, como bem como tecnologia e produção, permitindo custos.
O principal objetivo da agricultura de precisão é reduzir os custos de produção e aumentar a eficiência, com base no manejo diferenciado das áreas na agricultura.
Além disso, suas estratégias devem ser vistas como uma forma de gestão sustentável, onde as mudanças ocorrem sem prejudicar o meio ambiente, enquanto os danos são minimizados (BRUSCO, 2005).
Capelli (1999) diz que a agricultura de precisão foi muitas vezes definida com base em tecnologias facilitadoras como o GPS (Global Positioning System).
Tão importante quanto as ferramentas utilizadas na agricultura de precisão, ver quais informações são usadas ou coletadas é um ingrediente fundamental para o sucesso do programa.
De acordo com Canzian et al. (1999), algumas áreas podem ser semelhantes, mas outras apresentam variações no tipo de solo, fertilidade e outros fatores que afetam a produção agrícola.
Se a variabilidade desta área pode ser medida e registrada, esta informação pode ser utilizada para desenvolver aplicações em cada área, este é um novo conceito de agricultura de precisão.
Blackmore (1996) considera que o manejo variável é a chave para o sucesso da implementação da tecnologia de agricultura de precisão. Para Searcy (1997) o conceito de agricultura de precisão é conhecer as características do solo e da cultura que criam diferentes produções em cada parte do campo, e melhorar a entrada de produtos dentro das pequenas partes dessa área.
A filosofia da agricultura de precisão é que os insumos (sementes, fertilizantes, produtos químicos, etc.) devem ser usados apenas quando necessário e são mais econômicos para produzir.
Segundo Capelli (1999), a agricultura de precisão tem a vantagem de fornecer melhores informações sobre o setor produtivo, permitindo assim a tomada de decisões informadas.
Com isso, há maior poder e flexibilidade na distribuição dos insumos para essas áreas e no momento em que são mais necessários, reduzindo os custos de produção.
A uniformidade na produtividade é alcançada corrigindo os fatores que contribuem para a sua diversidade, alcançando assim um aumento global da produtividade.
Esse uso local de insumos necessários para manter a alta produtividade, contribui para a conservação ambiental, pois essas respostas são utilizadas apenas nos locais, em quantidade e na hora certa.
O termo agricultura de precisão inclui o uso de tecnologias atuais de manejo do solo, insumos e culturas, de forma adequada à variabilidade espacial e temporal, que são fatores que afetam sua produtividade (EMBRAPA, 1997).
A Agricultura de Precisão é uma tecnologia cujo objetivo é aumentar a eficiência, com base no manejo diferenciado das áreas na agricultura. Este processo não inclui apenas a capacidade de usar tratamentos que variam de lugar para lugar, mas, claro, deve ser considerada a capacidade de monitorar e acessar as atividades agrícolas, diretamente no nível local, para que técnicas agrícolas precisas sejam compreendidas como forma de gestão sustentável, onde as mudanças ocorrem sem prejudicar as reservas naturais, ao mesmo tempo em que os danos ao meio ambiente são reduzidos.
Além de ser útil para a agricultura de precisão, essa definição inclui a ideia de ser responsável pelo uso da terra, em relação às gerações futuras. A gestão sustentável significa algo mais do que manter os indicadores de produção (MANTOVANI et al., 1998).
O conceito de agricultura de precisão distingue-se da agricultura tradicional pelo seu nível de gestão. A agricultura convencional é considerada agricultura “central”, pois todos os controles de entrada e saída são baseados no equilíbrio.
Ou seja, com base em apenas um resultado, é definido o número de entradas a serem utilizadas na estrutura geral (MOLIN, 2001). Portanto, na agricultura convencional, a aplicação de fertilizantes significa uso excessivo em algumas áreas do campo e insuficiente em outras, pois a área não é completamente uniforme, por menor que seja.
A heterogeneidade do solo, principalmente em termos de fertilidade e propriedades físicas, tem sido considerada uma das principais causas da variação espacial da produtividade das culturas. O mesmo manejo de áreas diferentes, como na agricultura convencional, leva à perda de eficiência no processo produtivo (FRANÇA, 2001).
Tradicionalmente, os agricultores coletam uma amostra de solo de uma área e pesam as subamostras em uma que representa as características dessa área, que são consideradas uniformes.
Com base nessa interpretação, utilizam quantidades semelhantes de insumos como fertilizantes, agrotóxicos e sementes. E com base nessa mesma ideia, administram a irrigação na área (OHYAMA et al., 1997).
Os avanços tecnológicos na ciência agrícola têm mostrado a importância de medir a variabilidade espacial e temporal das propriedades que afetam o manejo da irrigação e, consequentemente, a produtividade das culturas, visando melhorar o uso racional dos recursos e reduzir custos, onde a gestão da produção agrícola como um método de gestão. O trabalho revolucionário chama-se Agricultura de Precisão.
Trata-se de uma ferramenta técnica de avaliação e gestão da produção agropecuária, baseada na coleta, organização, processamento e análise de informações pertinentes ao processo agropecuário (TORRE NETO 2001).
Ainda, segundo Torre Neto (2001), uma das áreas mais importantes da agricultura de precisão é aquela que trata da predição de séries aleatórias espaciais, onde os métodos de predição são ferramentas importantes que podem auxiliar na tomada de decisão.
Incluem-se nesta lista de séries aleatórias, as propriedades físicas hídricas do solo, que é um dos principais parâmetros do solo que devem ser analisados, em áreas irrigadas, para aumentar o uso eficiente da água (WARRICK e NIELSEN, 1980). .
Os lucros em eficiência hídrica podem ser obtidos quando o uso da água é ajustado com precisão à distribuição espacial da demanda de água de uma planta.
Essa distribuição de água requerida pela planta existe nos campos agrícolas, principalmente devido à diversidade de propriedades do solo e do clima (PIERCE, 2006; CHÁVEZ, 2006).
Portanto, a determinação da variabilidade espacial do material físico-hídrico em diferentes profundidades pode ser uma decisão para o bom desenvolvimento da agricultura e auxiliar no manejo da irrigação.
Segundo Silva (2003), uma das propriedades na irrigação tradicional é considerar a área de plantio como uniforme e uniforme, utilizando uma lâmina média de irrigação.
Em muitos casos, a quantidade de água fornecida é maior ou menor do que a planta necessita, prejudicando seu crescimento e/ou produtividade, além de utilizar combustível ou energia elétrica desnecessariamente e lixiviar nutrientes do sistema radicular. .
No entanto, para este autor, a irrigação de precisão se propõe a corrigir esses erros. Por conta disso, a agricultura de precisão vem sendo amplamente pesquisada, desenvolvida e difundida para melhorar a eficiência da agricultura e reduzir seu impacto no meio ambiente.
Uma vez que a maioria de seus esforços têm se concentrado no uso espacialmente variável de fertilizantes e pesticidas (SCHUELLER, 1992; SOUZA 2007).
No entanto, os testes onde são produzidos os mapas de características físico-hídricas do solo e relacionados com os mapas de produção na área, têm convencido muitos pesquisadores e produtores da grande importância das informações locais sobre a disponibilidade de água no solo.
Portanto, houve grande avanço nas pesquisas sobre os diferentes usos da água, devido à diversidade de áreas do solo, em uma mesma área agrícola (FRAISSE et al., 1995; SADLER et al., 1996; TORRE-NETO et al. , 2000).
Segundo Senay e cols. (1998), o manejo da diversidade espacial, fatores químicos, físico-hídricos e de produção agrícola começa pelo mapeamento desses fatores.
Esses mapas fornecem a base para o balanço de nutrientes, uso da água e avaliação da parcela reprodutiva (SCHUNG et al., 2003). Os mapas produtivos, por sua vez, permitem a produção de culturas individuais e, segundo Molin et. al. (2000) muitos pesquisadores pensam que o mapa de colheita é um método de informação completo para visualizar a diversidade da área de vegetação.
No entanto, o mapa de produtividade é apenas uma etapa de todo o processo que envolve a agricultura de precisão e representa o resultado combinado de várias fontes de variabilidade espacial e temporal.
Um mapa de produtividade pode mostrar a localização de áreas críticas em termos de rentabilidade, enquanto mapas de características podem ajudar a identificar fatores que limitam a produtividade, informações básicas para a tomada de decisão (DURIGON, 2007).
3. Metodologia
O objetivo do presente trabalho foi avaliar a economia de água e o potencial para aumentar a produtividade de culturas alimentícias em um sistema de irrigação de precisão.
Portanto, um método de revisão de literatura acompanhado também de um protótipo montado para simulação de um sistema de irrigação de precisão foi utilizado para avaliar a redução no consumo de água e os benefícios que podem ser adquiridos através do sistema
Também foram consultados trabalhos relacionados ao tema que pudessem fornecer informações sobre o processo de irrigação de precisão, tudo isso através da busca pelas palavras-chave: irrigação de precisão; consumo de água; a economia.
3.1. Para a montagem do protótipo foram utilizados os seguintes componentes:
1 unidade – Placa DOIT ESP 32 – ESP32-WROOM- 32D- Wifi / Bluetooth:
O ESP32-WROOM-32 é um módulo poderoso e genérico de Wi-Fi + Bluetooth + Bluetooth LE MCU que visa uma ampla variedade de aplicações, desde redes de sensores de baixa potência até as tarefas mais exigentes, como codificação de voz, streaming de música e MP3 decodificação. No núcleo deste módulo está o chip ESP32-D0WDQ6*. Contudo a ESP32 suporta uma grande variedade de periféricos como: toque capacitivo, ADC, DAC, I2C, SPI, UART, I2S, PWM e muito mais.
Além da poderosa capacidade de processamento, a integração com o WiFi e Bluetooth LE (baixo consumo de energia) garante a aplicação do módulo em uma enorme variedade de projetos, principalmente aos projetos voltados à Internet das Coisas (IOT – Internet of Things). O WiFi suporta uma taxa de 150Mbps e potência de 20,5 dBm na antena, permitindo uma ampla faixa física e conexão direta à internet. O Bluetooth LE permite que qualquer celular se conecte a ele enviando diversos tipos de informação com baixo consumo de energia.
– 1 unidade – Sensor de umidade de solo Higrômetro LM393:
Sensores de umidade de solo de solo Higrômetro LM393 funciona com dois eletrodos para conduzir corrente elétrica pelo solo, fazendo a leitura de umidade relativa por comparação com a resistência, pois a água diminui a resistência, enquanto o solo seco conduz com mais dificuldade.
O sensor de umidade de solo Higrômetro LM393 é usado para testar a umidade do solo, quando há escassez de água do solo. Contém uma saída de módulo de alto nível e saída de baixo nível. O seu uso permite a rega automática do solo.
– 1 unidade – Sensor de fluxo de água (efeito Hall) modelo YF-S201:
O Sensor de Fluxo de Água YF-S201 possibilita medir o fluxo de água em seus projetos eletrônicos. Ele é instalado em linha com seu cano para medir a quantidade de água que circula por ele, enviando pulsos PWM para seu Arduino ou Raspberry Pi, por exemplo.
– 1 unidade – Módulo relé 3V com Borne Kre – 1 canal:
Este módulo permite a integração com Arduino, ESP32, ESP8266, Raspberry PI e outros. O módulo possui 1 relé isolado, o que permite a sua aplicação em 1 sistema independente, pode ser utilizado para acionamento de 1 motor ou 1 lâmpada, e o melhor sem precisar montar circuitos complicados, já que essa placa tem praticamente tudo que é necessário: diodo, transistor, relé e conectores.
– 1 unidade – Fonte bivolt 5v 1A – hi-link P/N HLK-PM01:
Fonte Alimentação 5V 1A, é uma fonte de uso geral, e possui um módulo perfeito para ser utilizado em automação residencial/industrial. Possui Alimentação 100 ~240Vac, Saída 5V.
– 1 unidade – Cabo tipo C para programação:
Cabo de conexão, para o acoplamento do controlador com um PC de USB A para USB C.
– 1 unidade – Válvula solenoide para Água 127v 180° (1/2 x 1/2 ) VA 03:
A Válvula Solenoide para Água (1/2 x 1/2) trata-se de um mecanismo eletrônico que pode ser aplicado em diversos tipos de projetos.
A Válvula de Entrada de Água VA03 – 180° ROSCA 1/2 possui internamente uma bobina em formato de cilíndrico e posicionamento de 180° em relação a entrada e saída de água.
A Válvula Solenóide 127V é NF (normalmente fechada), caso haja perda ou falta de energia o sistema se manterá fechado impedindo a passagem de água. Para facilitar a aplicação em projetos possui rosca ½” para conexão com a rede de água da residência (verificar pressão máxima) e saída compatível com mangueira ½”.
Em geral, é muito aplicada em sistema de irrigação ou mesmo para encher caixas d’água, nestes casos em conjunto com microcontroladores Arduino ou Raspberry Pi, enfim, a sua necessidade é que ditará a aplicação final da Válvula Solenoide para Água (½ x ½).
– 1 unidade – Protoboard de 400 pinos (desenvolvimento):
Ferramenta para a montagem de circuitos eletrônicos, possui 400 pontos e em sua parte inferior há um adesivo que permite colocá-lo em uma superfície isolante. São 100 pontos de distribuição e 300 pontos de conexão terminal. Possui coordenadas coloridas para facilitar a visualização na hora de colocar seu componente.
3.2. Durante o uso e configuração do programa de acordo com suas necessidades serão apresentadas as seguintes telas:
– Configuração:
– Durante o uso:
3.3. Após a montagem do protótipo o funcionamento ocorre de acordo com o seguinte fluxograma:
3.4. Dentro do protótipo foram implementadas as seguintes condições:
– Condições para a válvula ligar no modo automático
As três condições devem existir simultaneamente
a. Umidade do solo tem que estar com a porcentagem inferior ou igual a 30% (solo seco) e superior a 0% (sem erro na leitura do sensor)
b.Modo automático tem que estar ligado
c. Alerta de desperdício não pode estar atuando
– Condições para a válvula ligar no modo By-pass
As duas condições devem existir simultaneamente
a. Modo by-pass deve estar ativado
b. Variável de limite de volume (limita o volume em 3 litros por acionamento) deve estar em 0
– Condições para a válvula desligar no modo automático
Primeira condição (as três condições devem existir simultaneamente)
a. Umidade do solo tem que estar com a porcentagem superior ou igual a 95%
b. Modo automático tem que estar ligado
c. Modo by-pass tem que estar desligado
Segunda condição (as três condições devem existir simultaneamente)
a. Se o fluxo de água estiver maior ou igual a 5L/min
b. Modo automático tem que estar ligado
c. Modo by-pass tem que estar desligado
– Condições para a válvula desligar no modo By-pass
a. Modo by-pass tem que estar ligado
b. Se passar um total de 3 litros de água
4. Resultados e Discussão
Levando em consideração os resultados obtidos com o protótipo, é possível observar que com o uso de uma tecnologia auxiliando no processo de irrigação, é possível reduzir os gastos excessivos de água que além de serem um desperdício, podem trazer diversos riscos para a agricultura.
Outros estudos tentaram investigar os benefícios potenciais da irrigação de precisão. A tecnologia tem grande potencial para melhorar o uso de água e energia e aumentar a eficiência econômica por meio da melhor integração de insumos e produção agrícola (SMITH et al., 2010).
Há um interesse crescente nos benefícios potenciais que as novas tecnologias podem proporcionar na melhoria da eficiência hídrica e energética e na produtividade das culturas (DACCACHE et al., 2015). Os autores também relatam que os benefícios da irrigação de precisão são específicos do local e altamente dependentes da variabilidade local e temporal.
A aquisição adequada de conhecimento é necessária para atingir todo o potencial da tecnologia. Evidências sugerem que a economia de água de até 50% pode ser alcançada usando irrigação de precisão (HEDLEY; YULE, 2009, 2012; HILLYER; HIGINS, 2014; SADLER et al., 2005; SMITH et al., 2010).
Hedley e Yule (2009) examinaram a economia de água e os benefícios potenciais da irrigação de precisão na Nova Zelândia. Esses autores encontraram economia de água de 20% a 25% e custos de irrigação reduzidos em US $113 por hectare.
LaRue (2011) relatou os benefícios de um sistema de pivô central comercial equipado com tecnologia de controle de espaço e aplicação de taxa variável, onde houve redução de 12% no consumo de água. Em um estudo de Hillyer e Higgins (2014), em três locais diferentes nos EUA, a irrigação deficitária e a otimização espacial da lâmina de irrigação foram realizadas para melhorar a eficiência hídrica.
Esses autores relataram economia de água variando de 4% a 8,8%. Recentemente, Yari et al. (2017) realizaram uma série de estudos no Canadá com os seguintes objetivos: (i) avaliar o desempenho de um sistema de irrigação de precisão, (ii) investigar a variabilidade espacial e temporal da área para definir áreas de manejo de irrigação, (iii) medir o potencial de economia de água e energia e (iv) verificar os benefícios da produção de trigo e batata utilizando a tecnologia mencionada.
Os resultados mostraram que até 34% de economia de água e 18% de economia de custos de eletricidade podem ser alcançadas usando irrigação de precisão. Em termos de produção, não se observou aumento significativo, no entanto, observou-se produção semelhante de qualidade e tamanho de tubérculos.
Para implementar a irrigação de precisão, é necessário utilizar mapas de instrução de irrigação adequados, sistemas de apoio à decisão e informações espaciais e temporais sobre as propriedades do solo. Com esses dados integrados, é possível implementar uma irrigação precisa, que aumentará a produtividade das culturas agrícolas, reduzirá os impactos ambientais negativos e aumentará a eficiência energética e hídrica.
Obviamente, ainda existem muitas outras oportunidades a serem exploradas no campo da irrigação de precisão, mas também existem alguns entraves que limitam o uso dessa tecnologia (EVANS et al., 2013). O investimento inicial e a falta de benefícios documentados são os principais obstáculos à expansão da irrigação de precisão.
5. Considerações Finais
Nas últimas décadas, tem aumentado o uso de novas tecnologias e modelos de simulação baseados em equações matemáticas que descrevem diferentes processos relacionados ao sistema água-solo-planta-atmosfera.
Essas ferramentas auxiliam na compreensão do processo de produção agrícola e fornecem suporte ao usuário para tomar decisões e implementar as intervenções necessárias. Isso levou a melhorias significativas na produção agrícola e à elaboração de estratégias para melhorar a eficiência do uso da água.
Do ponto de vista da agricultura de precisão, surgem várias questões sobre como a irrigação de precisão pode ser modelada e integrada à simulação do desenvolvimento e rendimento das culturas.
As respostas a essas perguntas certamente contribuirão para o desenvolvimento de modelos capazes de avaliar as opções de economia de água e energia, melhorar os rendimentos e apoiar a intensificação da agricultura irrigada de forma sustentável. Modelos objetivos para este tipo de simulação são necessários.
Na maioria dos estudos, os efeitos espaciais e temporais relacionados à variabilidade da irrigação na produção agrícola são quase sempre combinados com variáveis de manejo.
Isso se deve principalmente à complexidade espacial e temporal do manejo da irrigação, devido à variabilidade da superfície do solo e à falta de modelos que possam simular a distribuição espacial da irrigação. Como resultado, é difícil determinar os efeitos de campo das estratégias de manejo da irrigação, incluindo a adoção de tecnologia de irrigação de precisão.
A estimativa dos potenciais benefícios do uso da irrigação de precisão realizada neste estudo pode ser uma grande motivação para a implantação e uso da irrigação de precisão como estratégia para o manejo adequado do uso da água de irrigação.
Os benefícios aqui listados, quando comparados a outras técnicas de manejo de irrigação e a diferentes situações, tanto em termos de economia de água e energia quanto de aumento da produção agrícola, ajudam a entender melhor o uso da tecnologia na irrigação e ampliam a perspectiva sobre o uso da precisão irrigação, para enfrentar a nova era da agricultura 4.0.
Embora, nas condições estudadas, seja garantido o potencial de economia de água e energia e aumento da produtividade das culturas, o potencial real da irrigação de precisão é altamente dependente do local específico.
Este estudo foi limitado aos casos de dois sistemas de irrigação por pivô central, portanto, recomenda-se que mais pesquisas sejam feitas em diferentes áreas sob diferentes culturas para medir e destacar os benefícios e desafios da tecnologia de irrigação de precisão, para ser consistente com os resultados encontrados neste estudo.
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