Actual evapotranspiration of soybean: Modeling and evaluation of direct evaporation of soil water

Apesar da soja ser uma cultura tipicamente cultivada em condições de sequeiro, a alta variabilidade das precipitações em regiões como a do Cerrado brasileiro, aliada à necessidade cada vez maior de aumentar a produtividade da cultura, tem contribuído para o crescimento da irrigação, que é a principal usuária de recursos hídricos, demandando melhorias no manejo de irrigação. Assim, o objetivo geral deste trabalho foi contribuir para aprimorar o manejo da irrigação da soja na região do Cerrado brasileiro por meio da melhoria dos métodos de estimativa da evaporação da água no solo e evapotranspiração atual da cultura (ETa). Para isso, foram conduzidos entre os anos de 2018 e 2019, na Embrapa Cerrados, cinco experimentos com objetivos diferentes. Dentre eles, três foram conduzidos com a cultura da soja, cultivar BRS 7581RR. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados com cinco tratamentos (T1, T2, T3, T4 e T5) e quatro repetições. O manejo da irrigação nos tratamentos foi conduzido de forma a manter diferentes níveis de déficits hídricos no solo. T1: déficit hídrico de 0 a 20% da água disponível no solo (AD); T2: 20 a 40% da AD; T3: 40 a 60% da AD; T4: 60 a 80% da AD; e T5: 80% a 100%. Nesses tratamentos, foram avaliados os seguintes atributos da cultura da soja: fenologia, a produtividade e a ETa, pelos modelos FAO56 Dual (ETa DUAL ), modelo de Jensen e Hermann (ETa JEN ), AquaCrop (ETa ACRP ) e Ritchie (ETa RIT ). Com o objetivo de avaliar a influência da cobertura e do secamento do solo na evaporação direta (Es), foram realizados três experimentos em três períodos diferentes, sendo o experimento 1 (E1) realizado de 23/05/2019 a 16/06/2019, o experimento 2 (E2) realizado de 18/07/2019 a 11/08/2019 e o experimento 3 (E3) teve sua realização de 21/08/2019 a 14/09/2019. Os tratamentos foram: tratamento 1 (T1) = 0% de cobertura (descoberto); T2 = 10% de cobertura; T3 = 25% de cobertura; T4 = 50% de cobertura; T5 = 75% de cobertura; e T6 = 100% de cobertura (cobertura completa). Os experimentos foram instalados com delineamento inteiramente casualizado. Paralelamente foi realizado um experimento para avaliar a influência da altura dos microlisímetros (ML) na estimativa da Es. Esse experimento foi realizado com oito repetições e três diferentes alturas dosML (Ta1 = 300 mm, Ta2 = 200 mm e Ta3 = 100 mm). Os resultados dos experimentos com a cultura da soja mostraram que a altura média da planta no tratamento T1 (0 a 20% de déficit) foi 52% maior comparada à T5 (80 a 100% de déficit), no inverno, e 39% no verão. A profundidade média do sistema radicular, em T1, foi cerca de 44% maior que em T5 no inverno e 40% no verão. Já a produtividade da soja reduziu 50% do tratamento T1 para T5, no experimento de inverno, e 34%, no verão. Para a ETa, quando comparou os modelos com valores observados, o modelo ETa DUAL apresentou melhor desempenho na estimativa da ETa da soja para as condições de inverno para a maior parte dos tratamentos, com NSE variando entre 0,42 a 0,83. No verão, o modelo ETa JEN foi o que apresentou os melhores resultados, com NSE variando entre 0,70 a 0,94. Por sua vez, nos experimentos de evaporação, observou-se que a evaporação acumulada até os 25 dias após a irrigação foi menor nos microlisímetros com 100 mm de altura, quando comparados aos microlisímetros com 200 e 300 mm, para todos os experimentos, da ordem de 52% e 53%, respectivamente. Os modelos desenvolvidos para calcular a evaporação do solo em função dos dias após a irrigação e do percentual de cobertura do solo apresentou desempenho satisfatório, com NSE médio de 0,90. Palavras-chave: Estresse hídrico. Manejo de irrigação. Hidrologia. Recursos hídricosAlthough the soybean is a typically planted crop in dry conditions to high variability of rainfall in regions such as the Brazilian Savannah, combined with the growing need to increase the productivity of culture, it has contributed to the growth of irrigation, which is main user of water resources, demanding improvements in irrigation management. Thus, the aim of this study was to contribute to improve irrigation management in the region of the Brazilian Cerrado by improving the evaporation estimation methods and actual evapotranspiration of soybean (ET). To this end, five experiments with different objectives were conducted between 2018 and 2019 at Embrapa Cerrados. Among them, three were conducted with soybean cultivar, cultivar BRS 7581RR. The experimental design used was in randomized blocks with five treatments (T1, T2, T3, T4 and T5) and four repetitions. The management of irrigation in treatments was carried out in order to maintain different levels of water deficits in the soil. T1: water deficit from 0 to 20% of the available water (AW); T2: 20 to 40% of the AD; T3: 40 to 60% of the AD; T4: 60 to 80% of the AD; and T5: 80% to 100%. In these treatments, phenology, productivity and ETa were evaluated by the FAO56 Dual models (ETa DUAL ), model by Jensen and Hermann (ETa JEN ), AquaCrop (ETa ACRP ) and Ritchie (ETa RIT ), from soybean culture. In order to evaluate the influence of cover and soil drying on direct evaporation (Es), three experiments were carried out in three different periods, with experiment 1 (E1) being carried out from 05/23 to 06/16, experiment 2 (E2) carried out from 07/18 to 08/11 and experiment 3 (E3) was carried out from 08/21 to 09/14. The treatments were: treatment 1 (T1) = 0% coverage uncovered; T2 = 10% coverage; T3 = 25% coverage; T4 = 50% coverage; T5 = 75% coverage; and T6 = 100% coverage (complete coverage). The experiments were installed with a completely randomized design. The treatments consisted of six different percentages of coverage of the internal area of the microlysimeters (ML) (0, 10, 25, 50, 75 and 100%), with four replications. In parallel, an experiment was carried out to assess the influence of the height of the microlysimeters (ML) on the Es estimate. This experiment was carried out with eight repetitions and three differentheights of the ML (Ta1 = 300 mm, Ta2 = 200 mm and Ta3 = 100 mm). The results showed that the average height of the plant was about 52% higher in the T1 treatment (0 to 20% deficit) compared to the T5 (80 to 100% deficit), in the winter, and 39% in the summer. The average depth of the root system, in T1, was about 44% greater than in T5 in winter and 40% in summer. The soybean productivity reduced 50% of the T1 to T5 treatment, in the winter experiment, and 34%, in the summer. For ETa, when comparing the models with observed values, the ETa DUAL model performed better in estimating the soy ETa for winter conditions for most treatments, with NSE ranging from 0.42 to 0.83. In the summer, the ETa JEN model showed the best results, with NSE ranging from 0.70 to 0.94. In turn, in the evaporation experiments, he observed that the accumulated evaporation up to 25 days after irrigation was lower in the microlysimeters with 100 mm height, when compared to the microlysimeters with 200 and 300 mm, for all experiments, in the order of 52 % and 53%, respectively. The models developed to calculate the evaporation of the soil as a function of the days after irrigation and the percentage of soil cover presented satisfactory performance, with average NSE = 0.90. Keywords: Water stress. Irrigation management. Hydrology. Water resourcesConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNP