Sistema automático para simulação de estresse térmico em culturas agrícolas

Abstract

Estudos e acompanhamentos climáticos, como o Painel Intergovernamental das Alterações Climáticas (IPCC), projetam um aumento da temperatura global em 1,5°C devido as mudanças climáticas. Com tal cenário, há a necessidade de estudos para avaliar os impactos desse aumento de temperatura do ar no desenvolvimento das principais culturas econômicas do Brasil, como por exemplo, o café. Sendo assim, três estufas, que possuíam controle e automação da temperatura do ar interna, foram desenvolvidas para a condução do experimento. A estufa 1 tinha a temperatura do ar interna mais próxima da temperatura do ar do ambiente externo as estufas, a estufa 2 era aquecida até apresentar uma temperatura do ar 1,5°C a mais que a estufa 1, já a estufa 3 era aquecida até apresentar uma temperatura do ar com 3,0°C a mais que a estufa 1. Para esses valores de temperatura do ar serem mantidos, as estufas foram automatizadas com sensores e equipamentos de baixo custo, mas que suprissem as necessidades do experimento. Para consolidar o funcionamento do sistema de controle e automação das estufas, com o experimento foi possível acompanhar a temperatura do ar e a umidade relativa do ar interno das estufas e do ambiente externo. Para avaliar o impacto desse ambiente de estresse térmico desenvolvido nas plantas de café, foram distribuídas dentro das estufas três cultivares diferentes, sendo eles, Coffea arabica, Catucaí Amarelo 24/137, Catucaí Amarelo 2SL e MGS Paraíso 2 (Catuaí Amarelo IAC 30 x Híbrido de Timor UFV 445-46). Além do aumento de temperatura do ar, parte das plantas também foram submetidas a estresse hídrico, para analisar o desenvolvimento de cada cultivar. Foram avaliadas, por meio do teste de Tukey, as seguintes características das plantas de café, o diâmetro do ramo principal, o número de ramos plagiotrópicos, o número de nós no ramo ortotrópico e a altura das plantas. De forma geral, a estrutura desenvolvida foi eficiente em manter as temperaturas do ar no interior de cada estufa de acordo com a lógica elaborada, realizando o acionamento dos exaustores da maneira como era esperado. Entretanto, o controle da temperatura do ar da estufa 3 apresentou melhores resultados quando avaliados pela estatística descritiva devido as limitações construtivas do local onde as estufas foram construídas. Com a avaliação da umidade reativa no interior das estufas observou-se que elas apresentavam valores próximos entre si, mas, quando comparadas com a umidade do ambiente externo as estufas, apresentavam um valor significativamente menor que a umidade relativa do ambiente externo, principalmente no período diurno. Com relação as avaliações das plantas de café, a temperatura do ar se mostrou como fator responsável pelo aumento da diferenciação significativa entre os cultivares, já que alguns cultivares apresentaram maior plasticidade com relação ao estresse hídrico e ao aumento da temperatura. Palavras-chaves: variação climática; temperatura; automação e controle; café.

Studies and climate monitoring, such as the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), project a global temperature increase of 1.5°C due to climate change. With such a scenario, studies need to assess the impacts of this increase in air temperature on the development of Brazil's main economic crops, such as coffee. Therefore, three greenhouses, equipped with internal air temperature control and automation, were developed to conduct the experiment. Greenhouse 1 had an internal air temperature closest to the external air temperature of the greenhouses, Greenhouse 2 was heated to maintain an air temperature 1.5°C higher than Greenhouse 1, and Greenhouse 3 was heated to maintain an air temperature 3.0°C higher than Greenhouse 1. In order to maintain these air temperature values, the greenhouses were automated with low-cost sensors and equipment that met the experiment's needs. To validate the functioning of the greenhouse control and automation system, the experiment allowed for monitoring of the internal air temperature and relative humidity of the greenhouses, as well as the external environment. To assess the impact of this thermal stress environment on coffee plants, three different cultivars were distributed within the greenhouses: Coffea arabica, Catucaí Amarelo 24/137, Catucaí Amarelo 2SL, and MGS Paraíso 2 (Catuaí Amarelo IAC 30 x Híbrido de Timor UFV 445-46). In addition to the increased air temperature, a portion of the plants was also subjected to water stress to analyze the development of each cultivar. The following characteristics of the coffee plants were evaluated using the Tukey test: main branch diameter, number of plagiotropic branches, number of nodes on the orthotropic branch, and plant height. Overall, the developed structure was efficient in maintaining the air temperatures inside each greenhouse according to the established logic, activating the exhaust fans as expected. However, the control of the air temperature in Greenhouse 3 showed better results when evaluated by descriptive statistics, due to limitations in the construction of the location where the greenhouses were built. Evaluating the relative humidity inside the greenhouses, it was observed that they had similar values among themselves but significantly lower relative humidity compared to the external environment, especially during the daytime. Regarding the evaluations of the coffee plants, the air temperature was found to be a factor responsible for the significant differentiation between cultivars, as some cultivars showed greater plasticity in response to water stress and increased temperature. Keywords: climate variation; temperature; automation and control; coffee.