Characterization of the wetted volume of subsurface drip irrigated sugarcane fields at several developmental phases

O aumento na utilização do sistema de gotejamento em grandes culturas como a cana-de-açúcar, visa minimizar perdas hídricas durante o processo de irrigação, principalmente em períodos de escassez hídrica ocorrida no país. Para atingir tal propósito, o dimensionamento correto desse sistema de irrigação é de fundamental importância, viabilizando o manejo adequado e uso de práticas para aplicação de fertilizantes (solutos), via água de irrigação (fertirrigação). Nesse sentido, são necessárias informações um pouco mais precisas sobre a dinâmica da água e dos solutos no solo, os quais estão relacionados com a distribuição desta solução em torno do emissor (gotejador). Assim sendo, o principal objetivo dessa pesquisa consistiu em avaliar o desempenho do modelo HYDRUS-2D nas simulações numéricas da formação do volume de solo molhado sob irrigação por gotejamento subsuperficial, em diferentes fases de desenvolvimento da cultura de cana-de-açúcar (perfilhamento, crescimento dos colmos e maturação), buscando-se comparar os resultados obtidos pelas simulações do modelo com aqueles obtidos em condições experimentais. Para tal, foram coletados dados de umidade volumétrica do solo e das concentrações de potássio no solo, pela Técnica da Reflectometria no Tempo (TDR), tornando possível a obtenção de dados em tempo real da distribuição da solução, como também, auxiliar na avaliação e performance do modelo matemático HYDRUS-2D. Assim sendo, a referida pesquisa foi dividida em duas etapas: Etapa 1) Coleta de dados das propriedades físico-hídricas do solo e da distribuição da água e do potássio mediante um arranjo experimental, distribuído em dois tratamentos, inteiramente casualizados, sendo três repetições e seis parcelas, dispostos da seguinte maneira, Tratamento 1 (T1): sem cultivo de cana-de-açúcar e com emissor de vazão de 4,0 L h-1, Tratamento 2 (T2): com cultivo de cana-de-açúcar, com emissor de vazão 4,0 L h-1 e na Etapa 2) Foi realizada a simulação numérica da distribuição da solução (água e potássio), pelo modelo HYDRUS-2D nos respectivos estágios de desenvolvimento do cultivo da cana-de-açúcar (citados anteriormente). O desempenho do modelo foi avaliado com base nos seguintes parâmetros estatísticos: Raiz do Erro Quadrático Médio (RMSE) e Erro Absoluto Médio (MAE). A partir dos resultados obtidos nos parâmetros estatísticos, os dados estimados pelo modelo HYDRUS-2D obtiveram uma boa concordância em relação aos dados observados do conteúdo de água e da concentração de potássio presente no perfil de solo. Diante disso, pôde-se concluir que o modelo HYDRUS-2D forneceu uma caracterização aceitável do volume de solo molhado nas diferentes fases de desenvolvimento da cana-de-açúcar e também sem a presença da cultura.Drip irrigation systems are increasingly being used for such major crops as sugarcane to minimize water losses during irrigation. Saving water is becoming more and more important also in Brazil because of increasing water scarcity in the country. Proper design of a drip irrigation system is fundamental to implementation of optimal water and nutrient management practices, including possible application of fertilizers with the irrigation water (fertigation). This in turn requires reliable information about expected water and solute distributions in the soil profile around the emitters (drippers) during and after irrigation The main objective of this research was to use the HYDRUS-2D software package to estimate wetted soil volumes around the drippers during subsurface drip irrigation at different stages of sugarcane development (tillering, stalk growth, maturation), and to compare numerical results with experimental data. Field data collected for this purpose included soil moisture and potassium concentration distributions using Time Domain Reflectometry (TDR). Results made it possible to follow evolving solute concentration distributions around the drippers in real time, and to evaluate the performance of HYDRUS-2D. The research was divided into two steps: Step 1 involved collection of physical and hydraulic data of the soil, as well as of water and potassium distributions by means of a completely randomized experimental arrangement using two treatments, each with three replicates. Treatments 1 and 2 were for the scenarios without and with sugarcane cultivation, with both treatments having a flow emitter rate of 4.0 L h-1. Step 2 involved HYDRUS-2D simulations of the moisture and potassium concentration distributions around the drippers at different stages of sugarcane development. Model performance was evaluated using the following statistical parameters: Mean Squared Error Root (RMSE) and Mean Absolute Error (MAE). From the results obtained in the statistical parameters, HYDRUS-2D predictions obtained a good agreement with the observed data of water content and the potassium concentration in the soil profile. Therefore, it was concluded that HYDRUS-2D model provided an acceptable characterization of the wetted volume at different stages of development of sugarcane and also without the presence of culture