Relações hídricas em cana-de-açúcar

Por:
Alexandrius de Moraes Barbosa
Eng. Agrônomo e Professor Doutor
alexandrius@unoeste.br

A água é o principal fator limitante da produtividade agrícola na agricultura tropical. Apesar de ser uma espécie C4, com maior eficiência de uso da água, a ocorrência de longos períodos de estiagem reduz consideravelmente a produtividade da cana-de-açúcar, tanto a de biomassa total, como a de colmos. Uma safra agrícola com boa disponibilidade e distribuição de água, aumenta a produtividade, "mascara" erros de manejo e aumenta o rendimento de ambientes desfavoráveis. Em safra com baixa disponibilidade de água e má distribuição, reduz a produtividade, "escancara" alguns erros de manejo e reduz o rendimento de ambientes de produção favoráveis. A cana-de-açúcar possui alta exigência em luminosidade (radiação solar), no entanto, a planta só consegue usar a radiação de forma eficiente, se houver água disponível para as plantas, caso contrário, alta radiação intensifica os efeitos do déficit hídrico. Nesse sentido, esse artigo tem por objetivo discutir os principais conceitos e efeitos do déficit hídrico sobre a cultura da cana-de-açúcar.

1. IMPORTÂNCIA DA ÁGUA

A boa disponibilidade de água é essencial para um bom desenvolvimento da planta, tendo importância sobre:
- a divisão e alongamento celular;
- manutenção do turgor celular;
- absorção e transporte de nutrientes do solo para a planta;
- translocação dos fotoassimilados da região fonte para a região dreno;
- matéria-prima da fotossíntese (fornecimento de elétrons e H+ para formação de NADPH e ATP),;
- manutenção das reações metabólicas e fisiológicas da
planta;
- controle da temperatura foliar;

Na imagem abaixo, é possível visualizar a importância da água no controle da temperatura foliar. A mesma radiação que incide sobre o solo, também incide sobre as folhas, no entanto, através da transpiração a planta realiza o controle da temperatura, em que, a temperatura do solo chega a 48,6°C, enquanto que a das folhas, abaixo de 30,0°C. Importante ressaltar que de toda água absorvida pela planta, aproximadamente 95% é perdida para atmosfera via transpiração, e apenas 5% é utilizada para as reações metabólicas.

Fonte: Alexandrius de Moraes Barbosa

2. RELAÇÃO SOLO-PLANTA-ATMOSFERA

O movimento da água até a atmosfera, via planta, é denominando de sistema solo-planta-atmosfera. Esse movimento segue um gradiente de potencial hídrico, sendo que, a força motriz para que esse transporte aconteça é a atmosfera. A atmosfera exerce uma pressão (-100MPa) de "sucção", em outras palavras, a atmosfera "puxa a água das folhas". Esse processo de perda d'água pelas plantas é denominado de transpiração. A folha ao perder água para a atmosfera, fica com o potencial de água negativo (-1,2 MPa), dessa maneira, a folha "puxa" a água do colmo, que "puxa" a água das raízes, que por fim, "puxa" a água do solo (caso tenha água disponível).

Portanto, alguns pontos importantes dessa relação:

- a atmosfera é a força motriz da relação solo-planta-atmosfera;
- a água se movimenta em função de um gradiente de potencial hídrico, gerado pela atmosfera;
- para que as raízes absorvam água do solo, é necessário que as folhas percam águam para atmosfera;
- para que as raízes absorvam água do solo, o potencial das raízes tem que ser menor do que o potencial do solo;
- se não houver a demanda atmosférica, a planta não absorve água do solo (dias nublados e chuvosos);
- a água se movimenta no sistema solo-planta-atmosfera via fluxo de massa;
- existe um limite no qual as raízes conseguem absorver água do solo;

Fonte: Alexandrius de Moraes Barbosa

Para melhor entender essa relação, vamos discutir sobre a dinâmica da água em cada componente do sistema solo-planta-atmosfera:

2.1 A Água no Solo

Em se tratando de água no solo, não basta saber se tem água, e sim, se essa água está disponível para as plantas. A água no solo é classifica em três tipos: gravitacional, capilar, e higroscópica (Imagem abaixo).

Água gravitacional: é considerada indisponível para as plantas. Elas ocupam os grandes espaços porosos do solo (macroporos), essa água está presente no solo logo após chuvas volumosas, que saturam o solo. No entanto, após a chuva, essa água rapidamente infiltra no solo pela ação da gravidade, não dando tempo para a planta utilizá-la, por isso ela é considerada indisponível. Quanto mais arenoso for o solo, maior será a água gravitacional.

Água capilar: é a única água disponível para as plantas, sendo a responsável pela capacidade de campo do solo. Essa água fica armazenada no solos nos pequenos espaços porosos (microporos) e é a utilizada pelas plantas. A quantidade de água capilar vai diminuindo diariamente através da evapotranspiração. Quando o potencial de água no solo atinge o valor de -1,5 MPa, não há mais água disponível para as plantas, e inicia-se o processo PMP - Ponto de Murcha Permanente, em que, se não houver reposição de água via precipitação ou irrigação, a planta irá murchar até senescer. A capacidade de campo é maior em solos argilosos.

Água higroscópica: É considerada água indisponível para a planta, pois ela está tão fortemente aderida as partículas do solo que a planta não consegue absorver, ou seja, é uma água inacessível para as plantas.

Essa dinâmica da água no solo é um dos motivos do maior armazenamento de água em solos argilosos. Na imagem abaixo é possível observar que a água disponível (capacidade de campo) aumenta conforme se aumenta a textura do solo.

2.2 A Água na Planta

O potencial de água na planta se dá em função do potencial de pressão e de solução. Para que a planta consiga absorver água do solo, o seu potencial deve estar menor do que o solo, ou seja, mais negativo do que o solo. No entanto, a planta consegue fazer isso até um certo limite (-1,5 MPa). Ressalta-se que o potencial de água do solo e da planta entra em equilíbrio durante a madrugada (horário que não há a demanda atmosférica), ou seja, na madrugada o potencial da planta será o mesmo do solo.

O solo é a "fonte" de água para a planta, portanto, conforme se reduz o potencial de água no solo, também se reduz o potencial de água na planta. Em condições de boa disponibilidade de água no solo as células da planta estão turgidas, porém, com a redução do potencial de água no solo e da planta, as células das plantas ficam plasmolizadas, ou seja, o vacúolo e citoplasma se desidratam e o volume da célula diminui.

Por fim, conforme o potencial de água vai reduzindo, diversas estratégias fisiológicas são utilizadas pelas plantas para atenuar o efeito da desidratação, por exemplo: acúmulo de ácido abscísico e de solutos, redução da condutância estomática e da fotossíntese, produção de osmorreguladores e ativação do sistema antioxidante.

Neil Willey, 2016

2.3 A Água na Atmosfera

A disponibilidade da água na atmosfera é representado pelo DPV (Déficit de Pressão de Vapor). A água pode ocupar até 4% da atmosfera na forma de vapor, dessa maneira, quando o vapor d'água ocupa 4% da atmosfera, considera-se que a atmosfera está saturada. No entanto, na prática, essa condição só fica próxima em dias chuvosos.

O DPV representa a diferença entre pressão de saturação e pressão atual [DPV = es - ea]. Em outras palavras, o DPV representa o quanto de vapor d'água está faltando para que a atmosfera fique saturada. Dessa maneira, quanto maior for o DPV, mais a atmosfera está seca e dessa maneira, maior será a pressão da atmosfera sobre as plantas. Portanto, maiores valores de DPV, aumentam até certo ponto a transpiração das plantas, consequentemente, maior será a demanda de água.

Dois principais elementos meteorológicos influência no valor do DPV: umidade relativa (UR, %) e temperatura do ar (T, °C). A umidade relativa expressa a relação da pressão de saturação e da pressão atual [ UR = (ea/es) *100 ]. Dessa maneira, se a UR for 80%, indica que, 80% da atmosfera está saturada por vapor d'água, ou seja, ainda faltam 20%. Se a UR for 40%, indica que faltam 60% de vapor d'água para saturar a atmosfera, dessa maneira, a demanda atmosférica por água será maior, aumentando a evapotranspiração.

A temperatura está relacionada com o DPV através do processo de expansão da atmosfera, conforme aumenta-se a temperatura, aumenta a capacidade da atmosfera em armazenar água. Na imagem abaixo é possível visualizar bem esse efeito. Às 05h00 da manhã a atmosfera encontra-se saturada, no entanto, ao longo do dia a temperatura vai aumentando e a atmosfera se expandindo. No exemplo abaixo é possível observar a variação da umidade relativa em função da temperatura, ressaltando, que a quantidade de água não foi alterada, e sim, capacidade de armazenamento de vapor d'água na atmosfera devido a maior expansão com o aumento da temperatura.

Por fim, quanto maior for a temperatura e menor a umidade relativa, maior será o DPV, e consequentemente, maior será a demanda da atmosfera por água, e assim, maior a evapotranspiração. E ao contrário, quanto menor for a temperatura e umidade do ar, menor será o DPV, e assim, menor será a demanda da atmosfera por água, e consequentemente, menor será a evapotranspiração.

3. BALANÇO HÍDRICO

Conforme visto acima, a capacidade de água disponível no solo varia em função da textura. Nesse sentido, é preciso avançar a discussão sobre a interpretação do regime de chuvas de determinada região. Na Figura abaixo é possível visualizar o regime hídrico mensal de Presidente Prudente-SP. A Figura traz informações importante, como o acumulado de chuva ao longo do ano e o período chuvoso e seco da região.

No entanto, fica a pergunta, a ocorrência dessas chuva é bem distribuída ao longo do mês ou tem se registrado poucas chuvas com altos volumes? Por isso, na agricultura, é ideal de se trabalhar com gráficos de chuvas em decêndios (períodos de 10 dias), conforme Figura abaixo, onde é possível observar com mais detalhes como foi a distribuição de chuvas ao longo do ano, identificando curtos períodos de estiagem.

Porém, é preciso avançar um pouco mais, com uma importante pergunta: essa água está ficando armazenada no solo? A resposta dessa pergunta se dá através do cálculo do balanço hídrico, que leva em consideração, a textura do solo, o sistema radicular da cultura, a temperatura média do ar; a precipitação registrada e a evapotranspiração da região.

Na Figura abaixo é possível observar o balanço hídrico normal (com dados mensais) de Presidente Prudente-SP. A área em azul, representa o excesso de água (mm) no período, ou seja, água acima da capacidade de armazenamento do solo, que pode ter sido perdida pela infiltração ou enxurrada. E a área em vermelho representa o período de deficiência de água no solo. Nesse sentido, nota-se um excesso de água entre novembro a fevereiro, e um período se deficiência entre julho a agosto.

O balanço hídrico com dados mensais não é o recomendado, não sendo possível identificar como foi a distribuição de chuva ao longo do mês e a ocorrência de curtos períodos de estiagem. Por isso, em se tratando de balanço hídrico recomenda-se trabalhar com o balanço hídrico sequencial, em que, trabalha-se com um período de tempo menor, normalmente, em decêndios.

O balanço hídrico sequencial em decêndios para a cultura da cana-de-açúcar na região de Presidente-Prudente na safra 2018/19 pode ser visualizado na Figura abaixo. Através do balanço hídrico em decêndios é possível detalhar melhor como foi o balanço de água, podendo observar pequenos períodos de estiagem dentro do período chuvoso (novembro a fevereiro). Dessa maneira, através do balanço hídrico pode-se ter melhor noção de como foi a disponibilidade de água para as plantas, levando em consideração a capacidade de armazenamento do solo e evapotranspiração da região, e não somente através do volume de chuva.

Um dos principais parâmetros utilizados para o cálculo do balanço hídrico é a CAD (Capacidade de Água Disponível, mm) que varia em função da textura do solo, ou seja, solos arenosos possuem menor CAD. Solos argilosos podem armazenar até 3x mais água do que solos arenosos, e essa água disponível faz muita diferença no balaço hídrico e na produtividade da cana-de-açúcar.

Ressalta-se que a cana-de-açúcar acumula de 70 a 80% da biomassa entre outubro a março na região Centro-Sul do Brasil, período que possui condições favoráveis para o crescimento vegetativo da planta (alta radiação solar, temperatura do ar e disponibilidade de água). Durante o crescimento vegetativo a evapotranspiração diária da cana-de-açúcar varia de 5,0 a 7,0 mm, podendo até, atingir 8,0 mm em alguns casos. Nesse período, a cana-de-açúcar pode chegar a acumular de 1,0 a 1,3 ton ha dia de massa verde (300 a 400 kg ha dia de massa seca). Portanto, ocorrências de déficit hídrico nesse período, provocam consideráveis perdas no rendimento de colmos. Estima-se que a produtividade de colmos reduz 14,0 ton ha a cada 100 mm de déficit hídrico entre outubro a março.

4. DÉFICIT HÍDRICO EM CANA-DE-AÇÚCAR

A cana-de-açúcar é constituída aproximadamente por 80 a 85% de água. Os colmos, são constituídos por 85 a 90% de caldo, sendo que, deste caldo 75 a 82% é água. Dessa maneira, em 100 ton de colmo, a água representaria aproximadamente 70 ton. Por ser uma espécie C4, a cana-de-açúcar possui alta eficiência no uso da água, sendo necessário aproximadamente  250 a 350 ml de água para a planta produzir 1 g de massa seca, enquanto espécies C3 consomem de 500 a 1.000 para produzir a mesma g de massa seca.

Apesar de ser uma espécie com grande tolerância ao déficit hídrico, o desenvolvimento e o rendimento da cana-de-açúcar é fortemente impactados quando o déficit ocorre de forma intensa e em período longo. E o impacto do déficit hídrico se dá de acordo com o potencial de água no solo (disponibilidade de água no solo). Como as demais espécies agrícolas, a cana-de-açúcar entra em ponto de murcha permanente (PMP) quando o potencial de água no solo atinge -1,5 MPa na madrugada. 

Potencial Hídrico de Plantas Hidratadas: -0,1 a -0,7 MPa

Potencial Hídrico sob Estresse Moderado: -0,7 a -1,0 MPa

Potencial Hídrico sob Estresse Severo: -1,0 a 1,5 MPa

Potencial Hídrico do Ponto de Murcha Permanente: Abaixo de -1,5 MPa

A diferença das espécies C4, no caso a cana-de-açúcar, com as espécies C3, está no tempo que essas espécies demoram para entrar em PMP. As espécies C3 sentem mais rapidamente os efeitos da baixa disponibilidade de água no solo, pois, quando essas espécies fecham os estômatos para reduzir a perda de água, a fotossíntese é diminuída devido a menor assimilação de CO2. Já as espécies C4 conseguem mantem altas taxas fotossintética mesmo com os estômatos fechados, devido ao mecanismo concentrador de CO2 (característica da fisiologia das espécies C4). Dessa maneira, a cana-de-açúcar mantém boa produção de biomassa mesmo com os estômatos fechados, aumentando dessa maneira a eficiência do uso da água (maior produção de biomassa com menos água). Essa economia no uso da água, faz com que a cana-de-açúcar demore mais até para atingir o PMP em períodos longos de estiagem.

Quando a planta está sob déficit hídrico, uma das primeiras respostas da planta é a redução do desenvolvimento do colmo, sendo que, o desenvolvimento de colmo já é fortemente reduzido quando o potencial de água no solo atinge -0,7 MPa, enquanto que a redução do desenvolvimento foliar ocorre quando o potencial de água no solo atinge -1,2 MPa. Portanto, em situação de baixa disponibilidade de água, ocorre limitação do desenvolvimento do colmos antes das folhas.

Fonte: Alexandrius de Moraes Barbosa
Colmos de cana: irrigado à esquerda; déficit hídrico à direita

De modo a ficar mais didático, considera-se que os impactos iniciais do déficit hídrico são efeitos não-visíveis, pois, acontecem de forma endógena na planta, e estão relacionados a redução das taxas fotossintéticas, sendo que, quando ocorre essa redução, o potencial produtivo da cana já foi limitado, pois a planta já deixou de acumular biomassa devido a menor assimilação de carbono. Ao longo do ciclo, inúmeras vezes as plantas são expostas a esses efeitos, no entanto, com o retorno da umidade, a planta retorna as condições iniciais de altas taxas fotossintéticas. (Obs.: a limitação fotossintética da cana-de-açúcar se dá principalmente por limitação bioquímica [atividade das enzimas de carboxilação] e por limitação fotoquímica [fotoinibição do fotossistema II]).

Os efeitos visíveis são notados com a persistência do estresse, ou seja, longos períodos de estiagem. Nessa fase, já é possível observar o menor desenvolvimento de entrenós, e entrenós mais curtos e, em sequência a redução da área foliar. A planta acelera a senescência das folhas mais velhas de modo que a redução da área foliar, reduza a perda d'água através da transpiração.

E caso o déficit continue, a planta entrará em ponto de murcha permanente, levando a senescência total da planta (em casos extremos de estiagem).

Fonte: Alexandrius de Moraes Barbosa
Quando as folhas da cana apresentam-se "fechadas" logo ao amanhecer, já um indício de baixa disponibilidade de água no solo (a planta está quase entrando em PMP).

Fonte: Alexandrius de Moraes Barbosa
No centro uma planta com menor área foliar (déficit hídrico)

Fonte: Alexandrius de Moraes Barbosa
Cana em ponto de murcha permanente após longo período de estiagem

5. CINCO FATORES QUE ACELERAM O DÉFICIT HÍDRICO EM CANA-DE-AÇÚCAR

1. Textura do Solo

O balanço hídrico da região de Presidente Prudente-SP na safra 2018/19 para cana-de-açúcar em dois tipos de solo, arenoso (CAD 60) e argiloso (CAD 180) podem ser visualizados nas imagens abaixo. A única diferença do cálculo foi os dados da CAD, em que, manteve-se os mesmos valores de temperatura e precipitação. No período de outubro a março, no solo arenoso, o déficit foi de -157 mm, o que daria uma potencial redução de 22,0 ton ha de colmo. Já no solo argiloso, o déficit hídrico no mesmo período foi de -69 mm, o que daria uma redução potencial de 9,6 ton ha de colmo.

2. Alocação de Variedades

Uma das principais estratégias para cultivo da cana-de-açúcar em ambientes desfavoráveis, ou com histórico conhecido de estiagem, é a alocação de variedades com maior tolerância ao déficit hídrico. Vários estudos já identificaram diversos mecanismos fisiológicos, bioquímicos e genéticos que promovem maior tolerância ao déficit hídrico em cana-de-açúcar.

Quanto ao ambiente de produção, segundo Marcos Landell, as variedades podem ser classificadas como estáveis (variedades que respondem a condições favoráveis de cultivo, mas que apresentam bom desempenho em condições desfavoráveis), responsivas (variedades que tem grande resposta a uma condição favorável e não se adapta em ambientes restritivos) e rústicas (variedades que se adaptam em ambientes restritivos, mas que não apresentam boas respostas em condições favoráveis de cultivo).

(Veja mais sobre o assunto no artigo Manejo Varietal em Cana-de-Açúcar).

3. Sistema Radicular Superficial

Aproximadamente 85% do sistema radicular da cana-de-açúcar está localizado até 0,6 m de profundidade. Qualquer manejo que promova a superficialidade do sistema radicular, afetará a capacidade da planta em explorar e absorver a água do solo. Dessa maneira, a cultura entra em déficit hídrico mais rapidamente, perdendo a capacidade de tolerar períodos longos de estiagem. A compactação do solo e baixa fertilidade em profundidade são os principais manejos que contribuem para a superficialidade das raízes da cana-de-açúcar.

Fonte: Alexandrius de Moraes Barbosa

4. População de Plantas

Diferentemente de outras culturas, na cana-de-açúcar não é possível controlar a densidade populacional, devido a fisiologia de perfilhamento da planta. Fatores como luminosidade, disponibilidade de água no solo, temperatura, variedade e espaçamento são os que mais influem na formação dos perfilhos. A redução do espaçamento, aumenta os metros lineares da área, que por sua vez, aumenta a população de plantas da área. Apesar da cana-de-açúcar reduzir o número de plantas conforme se reduz o espaçamento, o aumento dos metros lineares de plantio acaba sobressaindo e promove o aumento da população de plantas.

A alteração do espaçamento simples (1,5 x 1,5 m, 6.666 m lineares) para o fileira dupla (1,5 x 0,9 m, 8.333 m lineares), é um exemplo. A redução do espaçamento, promove o aumento da população de plantas (10 a 15 mil plantas por hectare), nesse sentido, em anos de longos períodos de estiagem, principalmente em solos arenosos, o rendimento da cultura pode reduzir, pois, quanto maior for o número de plantas, maior será a competição, e assim, maior será a demanda por água.

5. Manejo da Adubação em Períodos de Estiagem

Basicamente existem duas maneiras de se reduzir o potencial de água no solo: reduzir a disponibilidade de água e aumentar a concentração de solutos. Nesse sentido, a realização de adubação de cobertura em períodos com baixa disponibilidade de água no solo, pode acabar intensificando o efeito do déficit sobre as plantas, em função da redução do potencial de água no solo.

Fonte: Alexandrius de Moraes Barbosa