Sustainability indicators of water and soil in sugacane production irrigated by subsurface drip

Orientador: Edson Eiji MatsuraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia AgrícolaResumo: O emprego de novas tecnologias em atividades agrícolas deve ser avaliado a fim de observar os impactos causados pelo uso da água e do solo. Indicadores de sustentabilidade se tornaram instrumentos indispensáveis para avaliações do ambiente, fornecendo subsídios de gestão ágeis para tomadas de decisões no manejo da água e solo na agricultura. Assim, o objetivo do trabalho foi avaliar a sustentabilidade ambiental da produção de cana-de-açúcar cultivada em três ciclos em condições não irrigada e irrigada via gotejamento subsuperficial com água de reservatório superficial e esgoto doméstico tratado utilizando indicadores de qualidade do solo e a pegada hídrica. O experimento foi instalado em Campinas-SP, Brasil. Os tratamentos foram dispostos em delineamento com blocos casualizados com 5 tratamentos e 3 repetições, utilizando-se os tratamentos SI: Sem irrigação; E20: Esgoto doméstico tratado (EDT) irrigado a profundidade de 0,20 m; E40: EDT irrigado a profundidade de 0,40 m; A20: água de reservatório superficial (ARS) irrigado a profundidade de 0,20 m; A40: ARS irrigado a profundidade de 0,40 m. Para determinação da pegada hídrica, foi realizado o balanço hídrico, obtendo o consumo direto de água pela evapotranspiração de cultura para condições não padrão (ETcaj) e o volume percolado, que juntamente com o nitrato lixiviado abaixo da zona radicular, estimou-se o consumo indireto de água. Da ETcaj, foram estimados os componentes verdes, água de chuva consumida pela cultura, e o componente azul, água de irrigação. Com os valores de consumo direto e indireto e com a produtividade, estimou-se a pegada hídrica da cana-de-açúcar (PHcana) em cada tratamento. O índice de qualidade do solo foi determinado utilizando a equação de Wymore de acordo com a metodologia proposta por Karlen e Stott (1994) e foram selecionados indicadores físicos, químicos e microbiológicos para composição das funções básica do solo. A Pegada hídrica da cana-de-açúcar (PHcana) nos cultivos irrigados foi inferior comparado ao cultivo sem irrigação, mesmo na 3ª soca, onde todos os tratamentos não receberam água de reservatório nem EDT via irrigação. Na analise dos parâmetros do solo estudados verificou-se uma queda dos valores em função das profundidades, principalmente na função do solo em não restringir o desenvolvimento radicular. A prática da irrigação com esgoto doméstico tratado nas 1ª e 2ª socas promoveu menores valores de pegada hídrica da cana-de-açúcar, com destaque para o tratamento E40 na 2ª soca. A ausência do manejo da irrigação na 3ª soca, ocasionada pela crise hídrica em conjunto com as condições climáticas deste mesmo ciclo elevou os valores de pegada hídrica em todos os tratamentos. A acidez potencial, o pH e os teores de fósforo e potássio ficaram abaixo do limite crítico durante as três socas de cultivo ocasionando baixos valores na função do solo de não restringir o desenvolvimento radicular na 2ª e 3ª camada. A metodologia da pegada hídrica e do índice de qualidade solo proporcionou a verificação dos diferentes níveis de sustentabilidade ambiental, na produção de cana-de-açúcar irrigada via gotejamento subsuperficial com água de reservatório e esgoto doméstico tratado em condições climáticas distintasAbstract: The use of new technologies in agricultural activities should be evaluated in order to observe the impacts caused by the use of water and soil. Sustainability indicators have become indispensable tools for environmental assessments, providing agile management inputs for decision making in water management and soil management in agriculture. Thus, the aim of this study was to evaluate the environmental sustainability of sugarcane production in three cycles under non-irrigated and irrigated conditions through subsurface dripping with surface water and treated domestic sewage using soil quality indicator and water footprint. The experiment was carried out in Campinas-SP, Brazil. The treatments were arranged in a randomized block design with 5 treatments and 3 replicates, using the treatments SI: No irrigation; E20: Treated domestic sewage (TDS) irrigated at a depth of 0.20 m; E40: TDS irrigated at depth of 0,40 m; A20: irrigated surface water reservoir (SWR) at a depth of 0.20 m; A40: SWR irrigated at depth of 0,40 m. In order to determine the water footprint, the water balance was obtained, obtaining the direct consumption of water by evapotranspiration of culture for non-standard conditions (ETcaj) and percolated volume, which together with the nitrate leached below the root zone, was estimated the consumption indirect use of water. From ETcaj, the green components, rainwater consumed by the crop, and the blue component, irrigation water, were estimated. With the values of direct and indirect consumption and productivity, the water footprint of sugarcane (WFcane) was estimated in each treatment. The soil quality index was determined using the Wymore equation according to the methodology proposed by Karlen and Stott (1994) and physical, chemical and microbiological indicators were selected for the composition of basic soil functions. The water footprint of the sugar cane (WFcane) in irrigated crops was lower compared to the non-irrigated crop, even in the 3rd cycle, where all treatments did not receive reservoir water or TDS via irrigation. In the analysis of the studied soil parameters a decrease of the values as a function of the depths was verified, mainly in the function of the soil in not to restrict the root development. The practice of irrigation with TDS in the 1st and 2nd cycles promoted lower values of water footprint of sugarcane, with emphasis on treatment E40 in the 2nd cycle. The absence of irrigation management in the 3rd cycle, caused by the water crisis together with the climatic conditions of this same cycle, increased the water footprint values in all treatments. Potential acidity, pH, phosphorus and potassium contents were below the critical limit during the three cultivation rounds resulting in low values in soil function of not restricting root development in the 2nd and 3rd layer. The water footprint and soil quality index methodology provided the verification of the different levels of environmental sustainability in the production of irrigated sugarcane by subsurface drip with reservoir water and treated domestic sewage under different climatic conditionsDoutoradoAgua e SoloDoutor em Engenharia Agrícola164425/2014-4CNP