Clima e agricultura Prof. Dr. Emerson Galvani Laboratório de Climatologia e Biogeografia – LCB Departamento de Geografia – USP Clima e Agricultura Conteúdo: Unidade 1 - Elementos e fatores do clima: uma revisão - Variação espacial e temporal da radiação solar em superfície; - Importância Ecológica da temperatura, da umidade do ar e do vento; - Distribuição espacial e sazonal das precipitações – enfoque para o cerrado; Unidade 2 – Organização do espaço e clima - Tipos climáticos brasileiros; - Clima e padrões de uso do solo (agrícolas); - O clima como condicionante da produção agrícola; - Clima, perdas na Agricultura e alternativas. Clima e Agricultura Radiação Solar Fonte primária de todos os processos no planeta (99,7%); Apresenta variação sazonal e espacial que caracterizam o nível energético de cada região; Vamos entender um pouco desta variação..... Clima e Agricultura Inclinação do equador terrestre que resulta nas estações do ano e não a distância terra-sol. Grimm, 2004 Clima e Agricultura Radiação no topo da atmosfera (Io) Estimada em função: latitude, dia do ano (declinação solar) 45,00 Energia no topo da atmosfera 40,00 -2 Io (equador) =13.150 MJ.m M J .m -2 35,00 30,00 -2 Io (Roo)=12.733 MJ.m 25,00 20,00 -2 Io (PAlegre)=11.643 MJ.m 15,00 1 15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 281 295 309 323 337 351 365 Dia Juliano Espectro da Radiação Solar – Destaque para o Vísivel Namômetros Espectro da Radiação Solar 1 m = 10-3 milímetro – mm (0,001m) 1 m = 10-6 micrômetro-μm (0,000001m) 1 m = 10-9 namômetro - ηm (0,000000001m) 1 m = 10-12 picômetro - ρm (0,000000000001m) Espectro da Radiação Solar A maior parte da energia radiante do sol está concentrada nas partes visível e próximo do visível do espectro. A luz visível corresponde a ~43% do total irradiado, 49% estão no infravermelho próximo e 7% no ultravioleta. Efeitos específicos causados por determinadas faixas do espectro Região Espectral Caráter de Absorção Efeito Fisiológico ¾1000 nm Onda longa absorvidas sob forma de calor. não causam danos e não apresentam efeitos específicos nos processos bioquímicos e fotoquímicos. 1000 – 720 nm Absorvido sob a Crescimento das plantas (fotoperiodismo, germinação forma de calor em pequena quantidade. de sementes, controle de floração e coloração de frutos). 720–610 nm (vermelho) fortemente absorvida forte atividade fotossintética e fotoperiódica. pela clorofila . 610–510 nm (verde, amarelo, laranja) pequena quantidade baixo efeito fotossintético e fraca ação sobre a formação da planta. Efeitos específicos causados por determinadas faixas do espectro Região Espectral Caráter de Absorção Efeito Fisiológico 510–400 nm (azul) fortemente absorvida forte atividade fotossintética e vigorosa ação na formação pela clorofila e da planta carotenóides 400–315 (UV) fracamente absorvida pela clorofila e protoplasma. efeito sobre a fotossíntese, exerce efeitos de formação; as plantas tornam-se mais baixas e as folhas mais grossas 315–280 nm absorvida pelo protoplasma. grande efeito morfogenético e sobre os processos fisiológicos (é prejudicial à maioria das plantas). < 280 nm absorvida pelo protoplasma. mata rapidamente as plantas. Fonte: COMISSÃO HOLANDESA DE IRRADIAÇÃO VEGETAL – 1953 (Mota, 1989). Efeitos específicos causados por determinadas faixas do espectro Fotossíntese Radiação fotossinteticamente ativa - RFA CO2 + H2O + Energia luminosa (PAR) => [CH2O] + O2 ESTÔMATOS São aberturas (poros estomáticos) na epiderme, responsáveis pelas trocas gasosas e pela transpiração. * folhas de pepino = 100.000 estômatos por cm2 * Gramíneas =10.000 por cm2. Temperatura do ar CALOR é definido como energia cinética total dos átomos e moléculas que compõem uma substância. TEMPERATURA é uma medida da energia cinética média das moléculas ou átomos individuais. Portanto, a quantidade de calor depende da massa do material, a temperatura não. Temperatura do ar o Temperatura do ar ( C) - 21/06/2002 - Estação Meteorológica - LCB 30 Tmax=25,7oC 28 26 24 22 T a r (oC ) A.T.=11,6oC 20 18 16 14 12 Tmin=14,1oC 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Hora do dia 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura do ar O conceito de graus-dia (GD) Baseia-se no fato de que a taxa de desenvolvimento de uma espécie vegetal está relacionada a temperatura do meio. Pressupõe a existencia de uma temperatura basal inferior (Tb) e uma superior (TB). GD=Tmédia – Tb n Constante térmica = GDA = ∑ GDi i =1 Taxa de desenvolvimento relativo e temperatura base inferior (Tb) e superior (TB) para o desnvolviemnto vegetal. Fonte: Pereira et al. (2002) Cultura Variedade/culti var Período Arroz Feijão Milho IAC4440 Semeadura-maturação - Semeadura-maturação Cargil 805 Semeadura-maturação Agroceres 612 Semeadura-maturação BR 201 Semeadura-maturação Santa Rosa Semeadura-maturação Paraná Semeadura-maturação - Semeadura-maturação Niagara rosada Poda--maturação Itália/Rubi Poda-maturação Soja Tomate Uva Tb Soma (oC) GD(oC) 12 1990 10 1000-1200 8 1140 10 1200 10 1190 14 1275 14 1030 7 700-800 10 1550 10 1990 Valores de constante térmica (GDA) e temperatura base inferior (Tb) para diversas culturas. Fonte: Pereira et al. (2002) Temperatura do ar Exemplo de aplicação do conceito de GD: o o Local: Botucatu, SP, latitude 22 51’ Sul; longitude 48 26’ oeste e, altitude 786 m. o Dados normais de temperatura média do ar ( C): Mês Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Tmed 23,1 23,4 22,7 20,9 18,6 17,2 17,2 18,7 19,2 20,8 21,9 22,4 Considerando a cultura de soja variedade/cultivar santa rosa com semeadura realizada em 10 de novembro. Calcule a data prevista de colheita. GDA = 1275 oC.d Tb = 14 oC Mês Tmed (oC) GDi (oC) N (dia) SomaGD(oC) Soma GDA (oC.d) Novembro 21,9 21,9 - 14 = 7,9 21 165,9 165,9 Dezembro 22,4 22,4 - 14 = 8,4 31 260,4 426,3 Janeiro 23,1 23,1 - 14 = 9,1 31 282,1 708,4 Fevereiro 23,4 23,4 - 14 = 9,4 28 263,2 971,6 Março 22,7 22,72 14 = 8,7 31 269,7 1.241,3 Abril 20,9 20,9 - 14 = 6,9 5 34,5 1.275,8 Portanto, a colheita será efetuada em condições normais em 5 de abril totalizando 1275 GD. Fonte:Pereira et al. 2002 Milho Fonte:Pereira et al. 2002 Milho Fonte:Pereira et al. 2002 Ventos Favoráveis O vento atua no transporte de propriedades: * calor: de regiões mais quentes para mais frias; * vapor d’água: regiões úmidas para regiões mais frias; * dispersão de gases e partículas suspensas no ar: diminui a concentração de poluentes (inverno). Remoção de calor de plantas e animais nas épocas quentes. * Renovação de ar próximo a plantas mantendo o suprimento de CO2 para as folhas durante o processo de fotossíntese. * Dipersão de sementes, pólen, facilitando a dispersão de espécies e a polinização. Ventos Efeitos desfavoráveis: * Erosão eólica e deformação da paisagem; * Eliminação de insetos polinizadores; * Desconforto animal, devido a remoção excessiva de calor, acelerando o metabolismo animal e diminuindo o ganho de peso. * Deformação de plantas; * Abrasão de partículas do solo danificando tecidos (caules) vegetais; * Fissura de tecidos vegetais pela agitação contínua, permitindo a penetração de microorganismos; * Desfolha por efeito mecânico; * Aumento da transpiração, fechamento de estômatos, queda na taxa de fotossíntese, diminuição do crescimento e produção. Umidade do ar Umidade é o termo geral usado para descrever a presença de vapor d’água no ar. Esta presença de vapor d’água pode ser descrita quantitativamente de várias maneiras. Entre elas estão a pressão de vapor, a umidade absoluta, a razão de mistura e a umidade relativa. Umidade do ar Sempre insisto que UR não indica conteúdo de vapor d´água e sim a razão entre a razão de mistura real (w) e a razão de mistura de saturação (ws). A UR indica quão próximo o ar está da saturação, ao invés de indicar a real quantidade de vapor d’água no ar. Umidade do ar Exemplo 1: Ts = 30 oC Exemplo 3: Tu = 30 oC Ts = 32 oC Tu = 30,5 oC UR = 100 % UR = 89 % UA = 30,34 gH20.m-3 de ar UA = 30,34 gH20.m-3 de ar Exemplo 2: Exemplo 4: Ts = 20 oC Tu = 20 oC Ts = 10 oC Tu = 10 oC UR = 100 % UR = 100 % UA = 17,29 gH20.m-3 de ar UA = 9,4 gH20.m-3 de ar Umidade do ar Umidade Relativa do ar - 21/12/2002 - Estação Meterológica LCB 100 95 90 85 UR (%) 80 75 70 65 60 55 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Hora do dia 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Umidade do ar Fonte:Pereira et al. 2002 Umidade do ar Fonte:Pereira et al. 2002 Precipitação Pluvial (chuva) - Precipitãção pluvial (chuva) é a principal entrada de água no sistema nas regiões tropicais; -Acentuada variação espacial e temporal; - Pode-se afirmar que nas regiões tropicais os sazonalidade é determinada pelo regime de chuvas. Precipitação Pluvial (chuva) Fonte:Pereira et al. 2002 Mancha de alternária é uma nova doença que afeta algumas tangerinas e seus híbridos. É causada pelo fungo Alternaria alternata f. sp. citri, que produz uma toxina específica para algumas tangerinas e seus híbridos, não afetando laranjas doces, limões e limas ácidas. Fonte: http://www.fundecitrus.com.br Climograma de Gaussen Bagnouls & Gaussen (1953 ) propuseram o climograma ombrotérmico (de Gaussen). Mês seco seria aquele em que: a) registram-se menos de 10 mm de chuva, a uma temperatura média inferior a 10 oC, b) registram-se menos de 25 mm de chuva, a uma temperatura média compreendida entre 10 a 20 oC, c) registram-se menos de 50 mm de chuva, a uma temperatura média compreendida entre 20 a 30 oC; d) registram-se menos de 75 mm de chuva, a uma temperatura média superior a 30 oC. O Climograma de Gaussen Mês seco é considerado aquele em que o total mensal das precipitações é igual ou menor que o dobro da temperatura média, ou seja, matematicamente expressamos como sendo: Mês seco P = ou < 2*T onde P é a precipitação (mm) e T a temperatura do ar (oC). Climograma de Gaussen 80 75 70 C h u v a (m m ) 60 50 50 40 30 25 20 10 Chuva = 2,0 * Temperatura do ar 2 R = 0,92 10 0 0 0 5 10 15 20 Temperatura do ar (oC) 25 30 35 3. O Climograma de Gaussen T *2 ( o C ) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 P T*2 Período seco Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Meses do ano 320 270 220 170 120 70 20 -30 P (m m ) Climograma Ombrotérmico de Gaussen - São Paulo - SP (1961-1990) Balanço de ÁguaEntradas no Solo de água: P: precipitação + orvalho; P I ET I: Irrigação; Ee: Escoamento superficial (run-in); Dle: Drenagem Lateral AC: ascensão capilar Ee Es DLe ET: DLs evapo(transpi)ração; Es: Escoamento superficial (run-off); Δ ARM Saídas de água: Dls: Drenagem Lateral AC DP DP: drenagem profunda O Balanço de Água no Solo A chuva e o orvalho dependem do clima da região, enquanto que as demais entradas dependem do tipo de solo e de relevo. As entradas e saídas por escoamento superficial (Ri e Ro) e drenagem lateral (DLi e DLo) tendem a se compensar, assim como AC e DP. ±ΔARM = (P + I) - ET A ET (evapotranspiração) pode ser estimada por diversos métodos. Balanço Hídrico Climatológico Thornthwaite & Mather (1955) propôs uma metodologia de estimar o armazenamento médio de água do solo ao longo do tempo. O BHC fornece estimativa da ETR (evapotranspiração real), da Def (deficiência Hídrica), do Exc (excedente hídrico) e do ARM (armazenamento de água do solo). Para que não haja nem excesso nem deficiência hídrica, a chuva (P) deve ser igual a ETR. Balanço Hídrico Climatológico Meses T oC Jan 23,0 Fev 23,2 Mar 22,5 Abr 20,5 Mai 17,8 Jun 16,4 Jul 16,2 Ago 17,7 Set 19,1 Out 20,4 Nov 21,3 Dez 22,1 TOTAIS 240,2 MÉDIAS 20,0 P mm 234,0 231,0 165,0 69,0 51,0 44,0 35,0 32,0 63,0 128,0 123,0 180,0 1355,0 112,9 ETP mm 111,8 103,6 102,7 76,6 55,1 42,7 42,6 53,3 64,3 81,2 91,0 105,4 930,3 77,5 P-ETP NEG-AC ARM mm mm 122,2 0,0 100,0 127,4 0,0 100,0 62,3 0,0 100,0 -7,6 -7,6 92,7 -4,1 -11,6 89,0 1,3 -10,2 90,3 -7,6 -17,8 83,7 -21,3 -39,1 67,6 -1,3 -40,4 66,8 46,8 0,0 100,0 32,0 0,0 100,0 74,6 0,0 100,0 424,7 1090,0 35,4 90,8 ALT mm 0,0 0,0 0,0 -7,3 -3,7 1,3 -6,6 -16,0 -0,8 33,2 0,0 0,0 0,0 ETR mm 111,8 103,6 102,7 76,3 54,7 42,7 41,6 48,0 63,8 81,2 91,0 105,4 922,9 76,9 DEF mm 0,0 0,0 0,0 0,3 0,4 0,0 1,0 5,2 0,4 0,0 0,0 0,0 7,3 EXC mm 122,2 127,4 62,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 13,6 32,0 74,6 432,1 5. Balanço Hídrico Climatológico Climograma Ombrotérmico de Gaussen - São Paulo - SP (1961-1990) Extrato do Balanço Hídrico Mensal 160 140 140 120 120 100 10080 8060 6040 4020 200 -20 0 320 270 220 170 120 70 20 -30 T *2mm( o C ) P Período seco T*2 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez DEF(-1) EXC Meses do ano Balanço Hídrico Climatológico mm Extrato do Balanço Hídrico Mensal Goiânia - GO (1961-1990) Pelo BHC: 200 DEF=200,8 mm 150 EXC=618,5 mm 100 Total: 5 meses secos 50 Gaussen: 0 -50 DEF= ?? mm -100 EXC= ?? mm Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov De DEF(-1) EXC Total: 5 meses secos Balanço Hídrico Climatológico Extrato do Balanço Hídrico Mensal - Cuiabá - MT 100 DEF=295,3 mm 80 EXC=115,7 mm 60 40 Total: 8 meses secos mm 20 0 -20 Gaussen: -40 -60 DEF= ?? mm -80 EXC= ?? mm -100 Jan Pelo BHC: Fev Mar Abr Mai Jun DEF(-1) Jul Ago EXC Set Out Nov Dez Total: 5 meses secos Balanço Hídrico Climatológico Extrato do Balanço Hídrico Mensal - Manaus - AM 200 150 mm 100 50 0 -50 -100 Jan Fev Mar Abr Mai Jun DEF(-1) Jul Ago EXC Set Out Nov Dez Balanço Hídrico Climatológico Extrato do Balanço Hídrico Mensal - Santos - SP 300 250 mm 200 150 100 50 0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun DEF(-1) Jul Ago EXC Set Out Nov Dez Balanço Hídrico Climatológico Extrato do Balanço Hídrico Mensal Quixeramobim - CE 40 20 0 -20 mm -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 Jan Fev Mar Abr Mai Jun DEF(-1) Jul Ago EXC Set Out Nov Dez Domínios Climáticos Brasileiros - Koppen Domínios Climáticos Brasileiros – IBGE, 1990 Deficiencia Hídrica Exemplo de Zoneamento Climático Exemplo de Zoneamento Climático 54° 19° 53° 52° 51° 50° 49° 48° 47° 46° 45° 44° Temperatura Média Anual 43° 19° 23 22 21 20° 20 Jales 19 Votuporanga 20° 18 Franca 17 S.J.R.Preto Andradina 21° 16 15 Catanduva Aracatuba Rib.Preto 14 Mococa Dracena 21° 13 12 Lins 11 10 22° S.Carlos Pres.Prudente Marilia 9 Bauru Teod.Sampaio Cruzeiro Assis 23° 24° 25° Botucatu Ourinhos Equipe Técnica: CEPAGRI / UNICAMP - Hilton Silveira Pinto - Jurandir Zullo Jr - Gustavo Coral - Bernadete Pedreira Bananal Campinas Avare 23° S.J.Campos Itapetininga S.Paulo Caraguatatuba Santos 24° Itarare CIIAGRO / IAC - Orivaldo Brunini - Rogério Remo Alfonsi - Marcelo B.P. de Camargo - Mário J.Pedro Jr. - Roberto A. Thomaziello Registro 25° EMBRAPA / CERRADOS - Fernando A. M. da Silva - Eduardo D. Assad - Balbino A. Evangelista Novembro - 2000 26° 54° 53° 22° 52° 51° 50° 49° 48° 47° 46° 45° 44° 26° 43° Relação produtividade * Clima I=def/Necessidade da cultura Relação produtividade * Clima “Na safra 1997/98 quando os deficits hídricos alcançaram valores elevados (entre 100 e 120mm aproximadamente) na fazenda Verde (Rondonópolis) todos os cultivares de ciclo tardio sofreram significativas quebras de produtividade (reduções que variaram de 50 a 80% em relação a PPP), sobretudo em solos arenosos. Entretanto os cultivares precoces, que neste ano foram semeados mais cedo que os tardios, apresentaram rendimento elevado (igual a PPP). Deste modo, houve uma compensação na média final da produtividade da soja. Estratégias como estas tem contribuído para minimizar os efeitos do clima no rendimento final da soja... ...de qualquer modo, os coeficientes encontrados, embora tenham sido em geral fracos, mostraram que cerca de 40 a 50% da variação dos rendimentos da soja neste sistema de produção pode estar relacionada com as condições climáticas durante o ciclo fenológico das plantas” (SANTOS, 2002) VII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE CLIMATOLOGIA GEOGRÁFICA UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO – UFMT CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE RONDONÓPOLIS PROF.: EMERSON GALVANI EXERCÍCIO: ZONEAMENTO AGRÍCOLA 1) De posse dos dados que constam na tabela 1 efetue os seguintes procedimentos: a) Construir os mapas de isolinhas com os elementos meteorológicos (precipitação, temperatura média anual e do mês mais frio) e dos elementos do balanço hídrico (ETR, DEF e EXC). b) Com uso do anexo 1 (que apresenta as exigências térmicas e hídricas), estabeleça as áreas aptas, inaptas e marginais para os cultivos de seringueira, citrus, cana-de-açúcar e café para o estado de São Paulo. Tabela 1: Valores de precipitação (P), temperatura média anual (Tm), temperatura média do mês mais frio (Tm jul), evapotranspiração real (ETR), deficiência (DEF) e excedente hídrico (EXC) em diferentes localidades no Estado de São Paulo. Localidade PPrudente Lat. (graus) Alt. (m) P (mm) Tm ( C) Tm jul o ( C) ETR (mm) DEF (mm) EXC (mm) -51,38 1183,0 22,7 19,1 1083,6 54,8 99,4 1128,0 1172,0 24,7 23,8 21,2 20,3 1118,2 1099,7 249,9 153,1 9,8 72,3 -20,68 -21,05 -51,11 -50,47 475 307 310 -20,80 -22,21 -22,98 -22,31 -20,43 -21,18 -22,06 -22,80 -49,38 -49,93 -49,86 -49,06 -48,55 -47,80 -48,18 -48,43 475 652 470 499 545 521 585 750 1240,0 1301,0 1237,0 1170,0 1250,0 1529,0 1291,0 1302,0 23,5 21,4 22,2 21,6 23,3 22,4 22,0 20,2 20,1 17,8 18,4 18,0 19,9 19,2 18,4 16,5 1042,6 998,4 1082,2 977,3 992,3 1027,3 980,4 921,7 173,6 25,4 12,8 62,6 199,1 72,1 89,2 19,4 197,4 302,6 154,8 192,7 257,7 501,7 310,6 380,3 -23,95 -22,93 -23,21 -23,55 -24,93 -48,88 -47,08 -45,86 -46,70 -47,95 647 574 593 725 7 1184,0 1377,5 1276,0 1355,0 2261,0 20,5 21,6 21,4 20,0 24,1 16,5 18,2 17,7 16,2 19,8 958,3 1022,0 992,7 922,9 1322,3 2,4 13,2 35,3 7,3 0,0 225,7 355,5 283,3 432,1 938,7 -23,76 -46,07 5 3207,0 (*) Cidade próxima Pereira Barreto/SP (**) Cidade próxima Ribeirão Bonito/SP 24,8 20,7 1411,0 0,0 1796,0 ISolteira(*) Araçatuba Rio Preto Marília Ourinhos Bauru Barretos Rib. Preto Scarlos(**) Botucatu Itapeva Campinas SJ.Campos São Paulo Cananéia Santos -22,11 o Long. (graus) VII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE CLIMATOLOGIA GEOGRÁFICA ZONEAMENTO CLIMÁTICO DO ESTADO DE SÃO PAULO Procedimentos: a)Construir os mapas de isolinhas com os elementos meteorológicos (precipitação, temperatura média anual e do mês mais frio) e dos elementos do balanço hídrico (ETR, DEF e EXC), b) Plote os valores de cada localidade e efetue a Interpolação. c)Escolher uma cultura. d)Verificar as exigencias témicas e hídricas e proceder o mapeamento das áreas aptas, inaptas e marginais para o cultivo; Sitios Interessantes: www.inmet.gov.br (clicar em agrometeorologia e/ou climatologia) www.agritempo.gov.br http://ciiagro.iac.sp.gov.br/ www.iapar.br Grato pela atenção Email: [email protected] www.geografia.fflch.usp.br