An easily implemented agro-hydrological procedure with dynamic root simulation for water transfer in the crop-soil system: validation and application

Models for water transfer in the crop-soil system are key components of agro-hydrological models for irrigation, fertilizer and pesticide practices. Many of the hydrological models for water transfer in the crop-soil system are either too approximate due to oversimplified algorithms or employ complex numerical schemes. In this paper we developed a simple and sufficiently accurate algorithm which can be easily adopted in agro-hydrological models for the simulation of water dynamics. We used a dual crop coefficient approach proposed by the FAO for estimating potential evaporation and transpiration, and a dynamic model for calculating relative root length distribution on a daily basis. In a small time step of 0.001 d, we implemented algorithms separately for actual evaporation, root water uptake and soil water content redistribution by decoupling these processes. The Richards equation describing soil water movement was solved using an integration strategy over the soil layers instead of complex numerical schemes. This drastically simplified the procedures of modeling soil water and led to much shorter computer codes. The validity of the proposed model was tested against data from field experiments on two contrasting soils cropped with wheat. Good agreement was achieved between measurement and simulation of soil water content in various depths collected at intervals during crop growth. This indicates that the model is satisfactory in simulating water transfer in the crop-soil system, and therefore can reliably be adopted in agro-hydrological models. Finally we demonstrated how the developed model could be used to study the effect of changes in the environment such as lowering the groundwater table caused by the construction of a motorway on crop transpiration. (c) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

WATER NEEDS FOR WINTER BEAN CROP

Um estudo sobre o uso de água do feijoeiro de inverno (Phaseolus vulgaris L. cv. Carioca) foi realizado num solo Latossol Vermelho Amarelo de textura argilosa. Um sistema de sulcos de infiltração foi usado para proceder a irrigação com o intuito de manter o solo em potenciais de água superiores a -40,0 KPa. Duas doses de aplicação de N em cobertura (0 a 30 Kg N/ha) foram colocados 25 dias após o plantio. Os principais objetivos do estudo foram: avaliar a interação entre as duas doses de N com a evapotranspiração e medir os coeficientes de cultura (Kc). A evapotranspiração média máxima (ETm) foi 1,71 mm/dia, ou 157,16 mm nos 92 dias de observações; os valores de ETm para as fases vegetativa (1), florescimento (2) e formação de vagens (3) foram 1,48; 2,35 e 1,50 mm/dia, respectivamente, para a dose de 30 Kg/ha e 1,48, 1,88 e 1,45 mm/dia para o tratamento sem aplicação de N em cobertura. Os coeficientes de cultura (Kc = ETm/ETo) foram 0,62 e 0,78 para a fase 1, 0,80 e 1,10 para a 2, 0,45 e 0,55 para a 3 e 0,61 e 0,80 para o ciclo todo, respectivamente, baseados no método de FAO-Penman e do Tanque Classe A. Este mostrou melhores resultados para estimar o máximo uso de água pelo feijoeiro de inverno. Os tratamentos de N não afetaram a evapotranspiração significativamente. Entretanto, a evapotranspiração, medida pelo método do balanço de água, foi 59,78 e 27,12% maior no estágio do florescimento que no estádio vegetativo, respectivamente, nas doses de 30 e 0 Kg N/ha.

Nitrogen fertilizer (15N) leaching in a central pivot fertigated coffee crop

Nitrogen has a complex dynamics in the soil-plant-atmosphere system. N fertilizers are subject to chemical and microbial transformations in soils that can result in significant losses. Considering the cost of fertilizers, the adoption of good management practices like fertigation could improve the N use efficiency by crops. Water balances (WB) were applied to evaluate fertilizer N leaching using 15N labeled urea in west Bahia, Brazil. Three scenarios (2008/2009) were established: i) rainfall + irrigation the full year, ii) rainfall only; and iii) rainfall + irrigation only in the dry season. The water excess was considered equal to the deep drainage for the very flat area (runoff = 0) with a water table located several meters below soil surface (capillary rise = 0). The control volume for water balance calculations was the 0 - 1 m soil layer, considering that it involves the active root system. The water drained below 1 m was used to estimate fertilizer N leaching losses. WB calculations used the mathematic model of Penman-Monteith for evapotranspiration, considering the crop coefficient equal to unity. The high N application rate associated to the high rainfall plus irrigation was found to be the main cause for leaching, which values were 14.7 and 104.5 kg ha-1 for the rates 400 and 800 kg ha-1 of N, corresponding to 3.7 and 13.1 % of the applied fertilizer, respectively.

Estimation of water use and crop coefficients for an intensive olive orchard using sap flow measurements and modeled data

Olive tree sap flow measurements were collected in an intensive orchard near Évora, Portugal, during the irrigation seasons of 2013 and 2014, to calculate daily tree transpiration rates (T_SF). Meteorological variables were also collected to calculate reference evapotranspiration (ETo). Both data were used to assess values of basal crop coefficient (Kcb) for the period of the sap flow observations. The soil water balance model SIMDualKc was calibrated with soil, biophysical ground data and sap flow measurements collected in 2013. Validated in 2014 with collected sap flow observations, the model was used to provide estimates of dual e single crop coefficients for 2014 crop growing season. Good agreement between model simulated daily transpiration rates and those obtained with sapflow measurements was observed for 2014 (R2=0.76, RMSE=0.20 mm d-1), the year of validation, with an estimation average absolute error (AAE) of 0.20 mm d-1. Olive modeled daily actual evapotranspiration resulted in atual ETc values of 0.87, 2.05 and 0.77 mm d-1 for 2014 initial, mid- and end-season, respectively. Actual crop coefficient (Kc act) values of 0.51, 0.43 and 0.67 were also obtained for the same periods, respectively. Higher Kc values during spring (initial stage) and autumn (end-stage) were published in FAO56, varying between 0.65 for Kc ini and 0.70 for Kc end. The lower Kc mid value of 0.43 obtained for the summer (mid-season) is also inconsistent with the FAO56 expected Kc mid value of 0.70 for the period. The modeled Kc results are more consistent with the ones published by Allen & Pereira [1] for olive orchards with effective ground cover of 0.25 to 0.5, which vary between 0.40 and 0.80 for Kc ini, 0.40–0.60 for Kc mid with no active ground cover, and 0.35–0.75 for Kc end, depending on ground cover. The SIMDualKc simulation model proved to be appropriate for obtaining evapotranspiration and crop coefficient values for our intensive olive orchard in southern Portugal.

Influência de lâminas de água e adubação mineral na nutrição e produtividade de arroz de terras altas

Para recomendações de adubação mais racionais, é fundamental o conhecimento das exigências nutricionais da cultura do arroz, nos diversos sistemas de cultivo. Objetivando estudar a influência de lâminas de água na nutrição e exportação de nutrientes pelo arroz de terras altas, cultivar IAC 201, sob dois níveis de adubação, foram instalados experimentos em um Latossolo Vermelho distrófico, em Selvíria (MS), nos anos agrícolas de 1994/95 e 1995/96. O delineamento foi de blocos casualizados, com quatro repetições. Os tratamentos constituíram-se da precipitação natural e de quatro lâminas de água fornecidas por aspersão. A lâmina L2 foi baseada no coeficiente de cultura (Kc) do arroz de terras altas. As lâminas L1 e L3 foram definidas como 0,5 e 1,5 vez os Kcs utilizados em L2, respectivamente, e na lâmina L4 foi adotado Kc = 1,95 durante todo o ciclo da cultura. em 1995/96, foram utilizados os mesmos tratamentos em parcelas subdivididas, sendo as subparcelas constituídas por duas doses de adubação (AD1 - 12 kg ha-1 de N, 90 de P2O5 e 30 de K2O, e AD2 - 24 kg ha-1 de N, 180 de P2O5 e 60 de K2O). A menor disponibilidade de água durante a fase vegetativa e reprodutiva proporcionou redução na produção de matéria seca, nos teores e quantidades de nutrientes acumuladas na parte aérea. O sistema irrigado por aspersão, independentemente da lâmina utilizada, proporcionou maior produtividade de grãos e exportação de nutrientes. em solos com teores adequados de nutrientes para o sistema de sequeiro, não há resposta ao aumento da adubação mineral pelo arroz no sistema irrigado por aspersão, apesar da maior extração de nutrientes.

Manejo de irrigação por aspersão com base no Kc e adubação mineral na cultura de arroz de terras altas

A irrigação por aspersão diminui bastante o risco de perda da lavoura por deficiência hídrica e aumenta a produtividade de grãos, incentivando maior uso de tecnologias como adubação mineral. Com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes manejos da água da irrigação por aspersão com base no coeficiente de cultura (Kc) e da adubação mineral sobre a cultura do arroz cv. IAC 201, foram instalados dois experimentos em Latossolo Vermelho Distrófico, em Selvíria (MS). O delineamento foi em blocos casualizados, com quatro repetições. Os tratamentos constituíram-se de precipitação pluvial natural e três manejos de água fornecidos por aspersão. O manejo (M2) foi realizado com base no Kc do arroz de terras altas. Os manejos M1 e M3 foram definidos como 0,5 e 1,5 vezes os Kcs utilizados em M2 respectivamente. em 1995/96, utilizou-se o esquema de parcelas subdivididas, sendo as subparcelas constituídas por dois níveis de adubação: AD1 - 12 kg de N, 90 kg de P2O5 e 30 kg de K2O ha-1, e AD2 - 24 kg de N, 180 kg de P2O5 e 60 kg de K2O ha-1. A deficiência hídrica da emergência da plântula até a diferenciação do primórdio da panícula provocou aumento do ciclo e redução do porte da planta. A deficiência hídrica entre os estádios de diferenciação do primórdio da panícula e os de emborrachamento reduziu o número de espiguetas por panícula. A utilização de 1,5 vezes os valores de Kc recomendados, no manejo da irrigação por aspersão proporcionou maior produtividade de grãos. Os níveis de adubação utilizados não influenciaram a resposta da cultura ao manejo da irrigação por aspersão.

Water supplied by sprinkler irrigation system for upland rice seed production

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Relação entre a adubação nitrogenada e as condições hídricas do solo para um cafezal de Piracicaba, SP

Although the management of the coffee crop is well established in Brazil, there is still room for its improvement in relation natural resources available in each region, aiming the increase in productivity. Here are presented results regarding the fate of the fertilizer nitrogen (N) applied to a coffee plantation related to the prevailing soil water conditions. Soil water balances are discussed, which allowed evaluation of the root distribution, determinations of the crop coefficient and of the soil water conditions during the development of the crop. Approximately, 60% of the root system was distributed in the 0-0.3 m soil layer and the average crop coefficient was 1.1 for 3 to 5 year old plants. Using an N label, the 15N, it was possible to study the distribution of N in the plant and in the soil and establishes general N balances, which also include losses like leaching and volatilization. After two years of ammonium sulfate application, at rates of 280 (1st year) and 350 (2nd year) kg.ha-1 of N, in four equal application performed during the period of positive growth rate, the recuperation of fertilizer N were 19.1% by the aerial plant part and 9.4% by the roots, 12.6% remained in the soil and 11.2% in the litter; 0.9% was lost by volatilization and 2.3% by leaching; 26.3% was exported through harvesting and 18.2% remained in non evaluated compartments. From the applied 630 kg.ha -1 of N during the two years, 180 kg.ha -1 of N were found in the plant (shoot and root), which corresponds to 28.6%; 150 kg.ha -1 of N remained available for the next years(soil and litter), and only 20 kg.ha -1 of N were effectively lost (volatilization and leaching).

Necessidade Hídrica E Coeficiente de Cultivo do Pimentão Fertirrigado

This study aimed to determine the crop evapotranspiration (ETc) and crop coefficient (Kc) of fertigated sweet pepper, measured over time (15, 30, 45, 60, 75, 90 and 105 days after the transplant). The experiment was conducted on a battery of 40 drainage lysimeters, arranged in a 8 x 5 matrix, in the period October/2009 to January/2010, located in the Federal Rural University of Pernambuco (UFRPE) Campus in Recife, in a completely randomized factorial scheme 5 x 2, with four replications, being five irrigation depths (80, 90, 100, 110 and 120% of ETc) and two levels of potassium (80 and 120 kg K2O ha-1) where the experimental plot was composed of three plants in each lysimeter. The Mauchly Sphericity Test indicated multivariate variance analysis for the studied variables ETc (mm d-1) and Kc, the variables presented adjustment under quadratic effect of variation on observation times, when the irrigation depths were fixed, and descending linear adjustments under the variation of irrigation depths effect, when the times of observation were fixed in each potassium dose.

Caracterização do saldo de radiação em ambiente protegido e a campo de seus efeitos sobre as necessidades hídricas do cravo-de-defunto (Tagetes sp.)

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Fertirrigação e controle da salinidade no cultivo de beterraba em ambiente protegido

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Irrigação deficitária em videira de vinho cv. Syrah durante o período chuvoso no semiárido

Pós-graduação em Agronomia (Irrigação e Drenagem) - FCA

Resposta do feijoeiro ao preparo do solo, manejo de água e parcelamento da adubação nitrogenada

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Determinação do consumo de água em cultura de pimentão (Capsicum annuum L.) em ambiente protegido

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Coeficientes de Cultura da Chicória (cichorium Endivia L.)

O conhecimento do coeficiente de cultura (Kc) permite a estimativa das necessidades hídricas de uma cultura, sendo fundamental para o manejo da irrigação. Nesta pesquisa, conduzida na área experimental do Departamento de Recursos Naturais da Faculdade de Ciências Agronômicas – FCA/UNESP, Campus de Botucatu, utilizou-se, para medida da evapotranspiração da cultura (ETc), 4 evapotranspirômetros de nível freático constante. Desses, 2 foram cobertos com plástico transparente rente ao solo, a fim de se evitar a evaporação. A evapotranspiração de referência (ETo) foi estimada pelo método de Penman-Monteith, sendo o coeficiente de cultura da chicória (Cichorium endivia L.) dado pela relação: , em suas diversas fases de desenvolvimento. Os valores de (Kc) obtidos evidenciaram um comportamento crescente durante todo o período vegetativo, com a influência da cobertura plástica na fase inicial quando a evaporação do solo representa uma fração considerável da evapotranspiração da cultura.