Advanced techniques using the plant as indicator of irrigation management / Técnicas avançadas utilizando a planta como indicadora do manejo de irrigação

The methodologies which are considered the most promising for irrigation management are those based on the analysis of the water status of the plants themselves. This justifies the study and improvement of indicators based on automatic and continuous measures to enable real-time monitoring data, as indices from sap flow, dendrometry and leaf turgor pressure techniques. The aim of this paper is to analyze such methodologies in order to demonstrate their principles, advantages and challenges. In conclusion, the methodologies analyzed still have many technological advances and challenges before being presented to the final user. The future research should work these tools for elaboration of technical indexes that allow their simplification, on the instrumental point of view, and the interpretation of their results.(AU)

As metodologias que se apresentam como as mais promissoras para o manejo de irrigação são aquelas baseadas na análise do status hídrico das próprias plantas. Isso justifica este estudo e o aprimoramento de indicadores baseados em medidas automáticas e contínuas que permitam acompanhamento em tempo real dos dados, como os índices provindos das técnicas do fluxo de seiva, dendrometria e da pressão de turgescência foliar. Nesse sentido, esta revisão se propõem a analisar tais metodologias de maneira a demonstrar seus princípios, vantagens e desafios. Como conclusão, tem-se que as metodologias analisadas ainda têm diversos desafios tecnológicos para serem apresentadas de maneira satisfatória ao usuário final. As pesquisas devem trabalhar estas ferramentas para elaboração de índices técnicos que permitam sua simplificação, tanto do ponto de vista instrumental, quanto para a interpretação dos seus resultados.(AU)

Advanced techniques using the plant as indicator of irrigation management / Técnicas avançadas utilizando a planta como indicadora do manejo de irrigação

The methodologies which are considered the most promising for irrigation management are those based on the analysis of the water status of the plants themselves. This justifies the study and improvement of indicators based on automatic and continuous measures to enable real-time monitoring data, as indices from sap flow, dendrometry and leaf turgor pressure techniques. The aim of this paper is to analyze such methodologies in order to demonstrate their principles, advantages and challenges. In conclusion, the methodologies analyzed still have many technological advances and challenges before being presented to the final user. The future research should work these tools for elaboration of technical indexes that allow their simplification, on the instrumental point of view, and the interpretation of their results.

As metodologias que se apresentam como as mais promissoras para o manejo de irrigação são aquelas baseadas na análise do status hídrico das próprias plantas. Isso justifica este estudo e o aprimoramento de indicadores baseados em medidas automáticas e contínuas que permitam acompanhamento em tempo real dos dados, como os índices provindos das técnicas do fluxo de seiva, dendrometria e da pressão de turgescência foliar. Nesse sentido, esta revisão se propõem a analisar tais metodologias de maneira a demonstrar seus princípios, vantagens e desafios. Como conclusão, tem-se que as metodologias analisadas ainda têm diversos desafios tecnológicos para serem apresentadas de maneira satisfatória ao usuário final. As pesquisas devem trabalhar estas ferramentas para elaboração de índices técnicos que permitam sua simplificação, tanto do ponto de vista instrumental, quanto para a interpretação dos seus resultados.

Advanced techniques using the plant as indicator of irrigation management / Técnicas avançadas utilizando a planta como indicadora do manejo de irrigação

The methodologies which are considered the most promising for irrigation management are those based on the analysis of the water status of the plants themselves. This justifies the study and improvement of indicators based on automatic and continuous measures to enable real-time monitoring data, as indices from sap flow, dendrometry and leaf turgor pressure techniques. The aim of this paper is to analyze such methodologies in order to demonstrate their principles, advantages and challenges. In conclusion, the methodologies analyzed still have many technological advances and challenges before being presented to the final user. The future research should work these tools for elaboration of technical indexes that allow their simplification, on the instrumental point of view, and the interpretation of their results.

As metodologias que se apresentam como as mais promissoras para o manejo de irrigação são aquelas baseadas na análise do status hídrico das próprias plantas. Isso justifica este estudo e o aprimoramento de indicadores baseados em medidas automáticas e contínuas que permitam acompanhamento em tempo real dos dados, como os índices provindos das técnicas do fluxo de seiva, dendrometria e da pressão de turgescência foliar. Nesse sentido, esta revisão se propõem a analisar tais metodologias de maneira a demonstrar seus princípios, vantagens e desafios. Como conclusão, tem-se que as metodologias analisadas ainda têm diversos desafios tecnológicos para serem apresentadas de maneira satisfatória ao usuário final. As pesquisas devem trabalhar estas ferramentas para elaboração de índices técnicos que permitam sua simplificação, tanto do ponto de vista instrumental, quanto para a interpretação dos seus resultados.

Field determintation of young acid lime plants transpiration by the stem heat balance method

The stem heat balance method (HBM) measures sap flow (SF) in plants, and can be used to estimate daily transpiration flow. It is a powerful technique for water relations and irrigation field studies, but it has to be tested in species of particular interest. This paper discusses effectiveness of the HBM to estimate transpiration of young acid lime plants (Citrus latifolia Tan. cv. Tahiti), grafted on citrumelo cv. Swingle (Poncirus trifoliata Raf. x C. paradisi Macf.), in the field using commercial gauges (model SAG10-ws, Dynamax Inc., Huston), in Piracicaba, State of Sao Paulo, Brazil. SF was correlated to transpiration determined by weighing lysimeters and by a steady-state null-balance porometer. The mean ratio between daily values of SF and lysimetric measurements was practically unitary, showing a mean difference of only 0.05%, being the comparisons of values in periods shorter than 24 hours impaired by effect of wind turbulence on lysimeters. The same occurred (mean difference of 0.38%) when SF and canopy transpiration estimated from porometer measurements were compared in 20-min periods, but transpiration tended to exceed SF in periods of higher transpiration and data dispersion was high (r² = 0.48). An analysis of the sources errors of the techniques was done, including the comparison of the daily course of SF and net radiation. Despite of the dispersion of the comparative data between the HBM and the other two techniques, HBM had a good performance, permitting to recommend its use in studies of water relations in young citrus plants under field conditions.

O método de balanço de calor caulinar (MBC) é usado na estimativa de fluxo de seiva (SF) de plantas herbáceas e lenhosas, sendo uma ferramenta útil na determinação de transpiração em estudos de relações hídricas e no manejo da irrigação. É recomendável testar o seu desempenho em espécies de interesse. Neste estudo ele foi testado em plantas jovens de lima ácida (Citrus latifolia Tan. cv. Tahiti) enxertadas em citrumelo cv.'Swingle' (Poncirus trifoliata Raf. x C. paradisi Macf.), em um pomar localizado em Piracicaba (latitude de 22º42'30"S, longitude 47º38'00" W e altitude de 580 m), SP, no período de outubro de 2001 a fevereiro de 2002, tendo ocorrido o início das medidas quatro meses após o plantio das mudas no campo. As estimativas de FS foram relacionadas com a transpiração determinada com lisímetros de pesagem e com porômetro de balanço de nulo em equilíbrio dinâmico (Tp). Os valores diários de FS apresentaram uma boa concordância com os dados lisimétricos, com diferença média de 0,05% e r² de 0,72, não tendo sido possível a comparação em escala de tempo inferior a 24 horas devido à ação do vento sobre os lisímetros. Ao comparar FS com Tp, foi verificado um padrão relativamente próximo de variação das curvas de cada tipo de medida ao longo do dia, mas com tendência dos valores mais elevados para Tp em horários de maior transpiração. A correlação entre ambas as variáveis revelou uma pequena diferença média, mas com dispersão alta dos pontos. Foi feita uma análise sobre as fontes de erro das técnicas usadas, ao lado de uma comparação do curso diário do fluxo de seiva e do saldo de radiação. Conclui-se que o MBC apresentou bom desempenho e pode ser aplicado em estudos de relações hídricas em plantas jovens de lima ácida 'Tahiti' crescendo em condições de campo.

Field determintation of young acid lime plants transpiration by the stem heat balance method

The stem heat balance method (HBM) measures sap flow (SF) in plants, and can be used to estimate daily transpiration flow. It is a powerful technique for water relations and irrigation field studies, but it has to be tested in species of particular interest. This paper discusses effectiveness of the HBM to estimate transpiration of young acid lime plants (Citrus latifolia Tan. cv. Tahiti), grafted on citrumelo cv. Swingle (Poncirus trifoliata Raf. x C. paradisi Macf.), in the field using commercial gauges (model SAG10-ws, Dynamax Inc., Huston), in Piracicaba, State of Sao Paulo, Brazil. SF was correlated to transpiration determined by weighing lysimeters and by a steady-state null-balance porometer. The mean ratio between daily values of SF and lysimetric measurements was practically unitary, showing a mean difference of only 0.05%, being the comparisons of values in periods shorter than 24 hours impaired by effect of wind turbulence on lysimeters. The same occurred (mean difference of 0.38%) when SF and canopy transpiration estimated from porometer measurements were compared in 20-min periods, but transpiration tended to exceed SF in periods of higher transpiration and data dispersion was high (r² = 0.48). An analysis of the sources errors of the techniques was done, including the comparison of the daily course of SF and net radiation. Despite of the dispersion of the comparative data between the HBM and the other two techniques, HBM had a good performance, permitting to recommend its use in studies of water relations in young citrus plants under field conditions.

O método de balanço de calor caulinar (MBC) é usado na estimativa de fluxo de seiva (SF) de plantas herbáceas e lenhosas, sendo uma ferramenta útil na determinação de transpiração em estudos de relações hídricas e no manejo da irrigação. É recomendável testar o seu desempenho em espécies de interesse. Neste estudo ele foi testado em plantas jovens de lima ácida (Citrus latifolia Tan. cv. Tahiti) enxertadas em citrumelo cv.'Swingle' (Poncirus trifoliata Raf. x C. paradisi Macf.), em um pomar localizado em Piracicaba (latitude de 22º42'30"S, longitude 47º38'00" W e altitude de 580 m), SP, no período de outubro de 2001 a fevereiro de 2002, tendo ocorrido o início das medidas quatro meses após o plantio das mudas no campo. As estimativas de FS foram relacionadas com a transpiração determinada com lisímetros de pesagem e com porômetro de balanço de nulo em equilíbrio dinâmico (Tp). Os valores diários de FS apresentaram uma boa concordância com os dados lisimétricos, com diferença média de 0,05% e r² de 0,72, não tendo sido possível a comparação em escala de tempo inferior a 24 horas devido à ação do vento sobre os lisímetros. Ao comparar FS com Tp, foi verificado um padrão relativamente próximo de variação das curvas de cada tipo de medida ao longo do dia, mas com tendência dos valores mais elevados para Tp em horários de maior transpiração. A correlação entre ambas as variáveis revelou uma pequena diferença média, mas com dispersão alta dos pontos. Foi feita uma análise sobre as fontes de erro das técnicas usadas, ao lado de uma comparação do curso diário do fluxo de seiva e do saldo de radiação. Conclui-se que o MBC apresentou bom desempenho e pode ser aplicado em estudos de relações hídricas em plantas jovens de lima ácida 'Tahiti' crescendo em condições de campo.

Calibrated heat-pulse method for the assessment of maize water uptake

Plant water requirements are important aspects of crop production to be determined in the field, in order to judiciously manage crop water usage. Water uptake by field grown maize (Zea mays L.), under well-watered conditions was verified with the heat-pulse system. The temperature difference between two radially inserted thermocouples, one 9 mm above and the other 4 mm below a heater piercing the maize stem, was measured every 0.3 seconds following emission of a heat-pulse. Comparisons of the heat-pulse system outputs, lysimetric measurement and transpiration model estimates were monitored on an hourly and daily basis. At normal and low atmospheric demand daily and hourly values of heat-pulse outputs and lysimetric measurement showed good agreement. Hourly agreement of a modified Penman-Monteith energy balance equation estimate and heat-pulse outputs showed accordance between measurement of sap flow and the plant water-loss theory. Study of the relationship between maize canopy water loss rate and heat velocity in the stem showed that these two parameters were proportional and a calibration factor of 1.51 for full soil foliage coverage was verified.

A determinação a campo das necessidades hídricas de plantas é um aspecto importante da produção agrícola, para o manejo correto do uso da água pelos cultivos. A absorção de água por uma cultura de milho (Zea mays L.), cultivado a campo, em condições de não limitação hídrica, foi verificada através da técnica do pulso de calor. Após a emissão de um pulso, procedeu-se a medições, a cada 0,3 segundos, do diferencial de temperatura entre dois termopares, inseridos radialmente no caule da planta. O primeiro foi colocado 9 mm acima e o segundo 4 mm abaixo de uma fonte de calor ("heater"). Foram feitas comparações entre as medições feitas pela técnica do pulso de calor, lisímetro e estimativas da transpiração computadas em modelo, numa base horária e diária. Comparações entre medições horárias feitas pelo pulso de calor e as estimativas da transpiração, feitas pelo modelo, mostraram concordância entre a determinação da transpiração através da medição do fluxo de seiva e, estimativa, baseada em desenvolvimento teórico. A taxa da perda dágua pelo dossel e a velocidade de propagação de energia térmica no caule do milho mostraram-se fenômenos proporcionais e um fator de calibração de 1,51 foi encontrado, para condição de cobertura total do solo pela folhagem do milho.

Calibrated heat-pulse method for the assessment of maize water uptake

Plant water requirements are important aspects of crop production to be determined in the field, in order to judiciously manage crop water usage. Water uptake by field grown maize (Zea mays L.), under well-watered conditions was verified with the heat-pulse system. The temperature difference between two radially inserted thermocouples, one 9 mm above and the other 4 mm below a heater piercing the maize stem, was measured every 0.3 seconds following emission of a heat-pulse. Comparisons of the heat-pulse system outputs, lysimetric measurement and transpiration model estimates were monitored on an hourly and daily basis. At normal and low atmospheric demand daily and hourly values of heat-pulse outputs and lysimetric measurement showed good agreement. Hourly agreement of a modified Penman-Monteith energy balance equation estimate and heat-pulse outputs showed accordance between measurement of sap flow and the plant water-loss theory. Study of the relationship between maize canopy water loss rate and heat velocity in the stem showed that these two parameters were proportional and a calibration factor of 1.51 for full soil foliage coverage was verified.

A determinação a campo das necessidades hídricas de plantas é um aspecto importante da produção agrícola, para o manejo correto do uso da água pelos cultivos. A absorção de água por uma cultura de milho (Zea mays L.), cultivado a campo, em condições de não limitação hídrica, foi verificada através da técnica do pulso de calor. Após a emissão de um pulso, procedeu-se a medições, a cada 0,3 segundos, do diferencial de temperatura entre dois termopares, inseridos radialmente no caule da planta. O primeiro foi colocado 9 mm acima e o segundo 4 mm abaixo de uma fonte de calor ("heater"). Foram feitas comparações entre as medições feitas pela técnica do pulso de calor, lisímetro e estimativas da transpiração computadas em modelo, numa base horária e diária. Comparações entre medições horárias feitas pelo pulso de calor e as estimativas da transpiração, feitas pelo modelo, mostraram concordância entre a determinação da transpiração através da medição do fluxo de seiva e, estimativa, baseada em desenvolvimento teórico. A taxa da perda d’água pelo dossel e a velocidade de propagação de energia térmica no caule do milho mostraram-se fenômenos proporcionais e um fator de calibração de 1,51 foi encontrado, para condição de cobertura total do solo pela folhagem do milho.

APLICAÇÃO DO MÉTODO DE BALANÇO DE CALOR NA DETERMINAÇÃO DA TRANSPIRAÇÃO DE MUDAS DE LIMOEIRO

The heat balance method is widely used to measure sap flow of different plant species. This work focused on the performance and applicability of the method, using 2-year old lemon plants, with 18 mm in diameter, the sensors were evaluated on potted-plants in a greenhouse under natural temperature and solar radiation conditions. The method performance was tested by comparing the computed mass flow with weight losses. A regression equation was used to analyse the data collected. The results showed that sensor precision reached 8% in the hourly scale and 11% in the daily scale. The time constant of 12 minutes indicated that the method was accurate to measure sap flow with good precision. Also we concluded that the method is adequate for agronomic and physiological use.

O método de balanço de calor é usado para monitorar fluxo de seiva em plantas de diversas espécies. Neste trabalho, estudou-se o desempenho e aplicabilidade do método, em mudas de limoeiro com diâmetros em torno de 18 mm. Os sensores foram avaliados em plantas envasadas, em casa de vegetação, sob condições naturais de temperatura e radiação solar. O desempenho do método foi avaliado comparando-se o fluxo de massa computado e as medidas gravimétricas de perda de massa, fazendo-se depois, análise de regressão. Os resultados indicam que os sensores tiveram uma precisão de 8% na escala horária e 11% na escala diária. A constante de tempo foi de 12 minutos, o que é um indicativo de que o método é adequado para medir fluxo de seiva em mudas de citros com boa precisão, e suficientemente apropriado para ser usado em aplicações agronômicas e fisiológicas.

Aplicação do método de balanço de calor na determinação da transpiração de mudas de limoeiro

The heat balance method is widely used to measure sap flow of different plant species. This work focused on the performance and applicability of the method, using 2-year old lemon plants, with 18 mm in diameter, the sensors were evaluated on potted-plants in a greenhouse under natural temperature and solar radiation conditions. The method performance was tested by comparing the computed mass flow with weight losses. A regression equation was used to analyse the data collected. The results showed that sensor precision reached 8% in the hourly scale and 11% in the daily scale. The time constant of 12 minutes indicated that the method was accurate to measure sap flow with good precision. Also we concluded that the method is adequate for agronomic and physiological use.

O método de balanço de calor é usado para monitorar fluxo de seiva em plantas de diversas espécies. Neste trabalho, estudou-se o desempenho e aplicabilidade do método, em mudas de limoeiro com diâmetros em torno de 18 mm. Os sensores foram avaliados em plantas envasadas, em casa de vegetação, sob condições naturais de temperatura e radiação solar. O desempenho do método foi avaliado comparando-se o fluxo de massa computado e as medidas gravimétricas de perda de massa, fazendo-se depois, análise de regressão. Os resultados indicam que os sensores tiveram uma precisão de 8% na escala horária e 11% na escala diária. A constante de tempo foi de 12 minutos, o que é um indicativo de que o método é adequado para medir fluxo de seiva em mudas de citros com boa precisão, e suficientemente apropriado para ser usado em aplicações agronômicas e fisiológicas.