Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The deficit irrigation is often required to overcome periods of drought and limited water availability. To reduce the impacts on production, water deficits need to be applied during less sensitive stages of crop development. However, to select the appropriate irrigation management, it is necessary to assess, properly, if the economic impacts of deficit irrigation are economically viable. To understand the process of water loss from crops, such as soil water evaporation and crop transpiration allows a better assessment of irrigation management practices in relation to deficit irrigation. This study sought to determine the basal crop coefficients appropriate for corn through the calibration and validation of SIMDualKc model, using the methodology of dual coefficients, separating crop transpiration and soil surface evaporation; to assess crop and water productivity, as well as water economic productivity for corn in relation to different levels of water deficit and under different irrigation systems and their economic viability, considering different alternatives for center pivot and drip irrigation. A set of experiments was conducted using different strategies of full irrigation and deficit irrigation through the methods of sprinkling and drip irrigation during the years 2011 to 2012. The simulation s results of the SIMDualKc model showed a good agreement between the simulated value of available soil water and the value observed during the crop cycle. The initial and mid Kcb calibrated values were, respectively, 0.20 and 1.12 and the end Kcb was 0.2 for corn grains and 0.8 for corn harvested for silage. Evaporation was lesser than 9% of the crop evapotranspiration in both drip and sprinkling irrigation, indicating, thereby, the possibility of using crop residues for water conservation. The economic results show that deficit irrigation was highly dependent on corn prices, while changes in the costs of water and labor had a low impact in relation to the economic results. The results also show that the deficit irrigation applied in periods of rain is easy to implement, unlike deficit irrigation for periods of reduced precipitation when only a small stress is economically feasible. Although improving water productivity and irrigation performance, the adoption of center pivot systems can favor irrigation deficit for supplementary irrigation when rainfall is frequent. The economic viability of using irrigation deficit in maize by the system of drip irrigation under surface was dependent on the cost of installing the system, mainly the fixed cost and life cycle of the lateral lines. / A irrigação deficitária é muitas vezes necessária para contornar períodos de secas e com disponibilidade limitada de água. Para reduzir os impactos sobre a produção, os déficits hídricos precisam ser aplicados durante as fases menos sensíveis de desenvolvimento das culturas. No entanto, para selecionar o manejo de irrigação apropriado, é necessário avaliar adequadamente se os impactos econômicos da irrigação deficitária são economicamente viáveis. A compreensão do processo de perda de água dos cultivos agrícolas como a evaporação de água do solo e transpiração da cultura permite uma melhor avaliação das práticas de gestão de irrigação em relação à irrigação deficitária. Este estudo procurou determinar os coeficientes de cultura basais adequados para o milho através da calibração e validação do modelo SIMDualKc, utilizando a metodologia dos coeficientes duais separando assim a transpiração da cultura, e a evaporação na superfície do solo; avaliar a produtividade da cultura e da água, bem como a produtividade econômica da água para o milho, em relação a diferentes níveis de déficit hídrico e sob diferentes sistemas de irrigação, e a sua viabilidade econômica, considerando diferentes alternativas para irrigação por pivô central e gotejamento. Um conjunto de experimentos foi realizado utilizando diferentes estratégias de irrigação plena e irrigação deficitária, pelos métodos de irrigação por aspersão e gotejamento durante os anos de 2011 a 2012. Os resultados da simulação do modelo SIMDualKc apresentaram boa concordância entre o valor simulado de água disponível no solo com o valor observado ao longo do ciclo da cultura. O valor de Kcb inicial e médio calibrados foram, respectivamente, 0,20 e 1,12, e o Kcb final foi de 0,2 para o milho grão e de 0,8 para o milho colhido para silagem. A evaporação foi inferior a 9% da evapotranspiração da cultura tanto nos sistemas de irrigação por aspersão quanto por gotejamento, indicando, assim, a possibilidade de utilizar resíduos culturais para a conservação da água. Os resultados econômicos demonstram que a irrigação deficitária foi altamente dependente dos preços do milho, enquanto mudanças nos custos de água e de mão de obra apresentaram um baixo impacto relacionado aos resultados econômicos. Os resultados também demonstram que, a irrigação deficitária, aplicada em períodos de chuvas são fáceis de serem implementados, ao contrário da irrigação deficitária para períodos de precipitação reduzida, quando apenas um pequeno estresse é economicamente viável. Apesar de melhorar a produtividade da água e do desempenho da irrigação, a adoção de sistemas pivô central pode favorecer a irrigação deficitária para irrigação suplementar quando as chuvas são regulares. A viabilidade econômica da utilização da irrigação deficitária para a cultura do milho, irrigada por gotejamento em superfície, foi dependente do custo de instalação do sistema, principalmente do custo fixo e da vida útil das linhas laterais.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The soil tillage systems modify its water balance and for the correct irrigation management is fundamental to determining the runoff and effective rainfall, which helps to maximize the use of rainwater and minimizes the use of supplemental irrigation. The objective of this study was to determine, model and estimate the runoff and the effective rainfall during the development cycle of the common black bean and maize in soil with and without straw on the surface, in different land slope and rainfall intensities simulated, using the field experiments, multivariate equations, the Curve Number Method (CN) and the SIMDualKc Model. Two experiments were conducted in the field with crops of black beans and maize, where different intensities of simulated rainfall (35, 70 and 105 mm h-1) were applied at different times of the crop cycle (soil cover of 0, 28, 63 and 100% by the canopy beans; 0, 30, 72 and 100% by canopy of maize) and distinct land slope (1, 5 and 10%) in soil without and with (5 Mg ha-1) of oat straw on the surface. The runoff values observed were compared with those estimated by the CN method, suggesting new values of CN to improve the estimate. From the set of data collected from the field analysis of multiple linear regression to estimate runoff and simulations with SIMDualKc model to estimate runoff and effective rainfall were performed. The start time of the runoff, constant runoff rate, total runoff and the percentage of runoff in relation to the volume of rain were little influenced by the crops of beans and maize. Reductions in runoff were provided by the straw on the soil surface within 45 and 48% for the crops beans and maize, respectively. The CN method for the bean crop underestimated runoff by up to 10% for the soil without straw on the surface, and overestimated by up to 17% for the soil with straw. For maize, the method overestimated the runoff by up 32.4% in soil with straw and 12% in soil without straw. To improve estimation the CN, new values are proposed for CN, considering the crop, the presence or absence of straw on soil surface and intensity rain. The use of multiple linear regression analyzes indicated that the volume of precipitation (R2=0.52) and soil cover by straw (R2=0.18) are the variables with the greatest influence on runoff. Four multiple equations were generated, and the equation 2, whose input parameters are the volume of rain and amount of litter on the soil surface, was presented the best estimate of the runoff of a data set than the one that gave its origin. The SIMDualKc Model requires adjustments to estimate runoff and effective rainfall during the crop cycle of beans and maize, so consider the benefits of straw on the soil surface in reducing runoff. Thus, the suggested value of CN (CN=75) was changed to 71 and 87 to the black bean crop, and 56 and 79 for the maize crop for the soil with and without straw on the surface, respectively. / Os sistemas de manejo do solo modificam o seu balanço hídrico e para o correto manejo da irrigação é de fundamental importância a determinação do escoamento superficial e da chuva efetiva, o que contribui para maximizar o uso da água das chuvas e minimiza a utilização de irrigação suplementar. O objetivo do presente trabalho foi determinar, modelar e estimar o escoamento superficial e a chuva efetiva durante o ciclo de desenvolvimento das culturas do feijão e milho, cultivados em solo com e sem palha na superfície, em diferentes declividade do terreno e intensidades de chuvas simuladas, utilizando experimentos a campo, equações multivariadas, o método Curva Número (CN) e o modelo SIMDualKc. Foram realizados dois experimentos à campo, com as culturas do feijão e milho, em que foram aplicadas diferentes intensidades de chuvas simuladas (35, 70 e 105 mm h-1), em diferentes momentos do ciclo das culturas (cobertura do solo de 0, 28, 63 e 100% pelo dossel vegetativo do feijão; 0, 30, 72 e 100% pelo dossel vegetativo do milho) e distintas declividade do terreno (1, 5 e 10%), em solo sem e com (5 Mg ha-1) palha de aveia preta na superfície. Os valores de escoamento superficial observados foram comparados com os estimados pelo método CN, sugerindo-se novos valores de CN para melhorar a estimativa. A partir do conjunto de dados coletados a campo, foram realizadas análises de regressão linear múltiplas para a estimativa do escoamento superficial e, simulações com o modelo SIMDualKc para estimativa do escoamento superficial e da chuva efetiva. O tempo de início do escoamento, a taxa constante de escoamento, o escoamento total e a porcentagem de escoamento em relação ao volume da chuva foram pouco influenciados pelo crescimento do dossel vegetativo das plantas de feijão e milho. Reduções no escoamento superficial foram proporcionadas pela presença de palha na superfície do solo, em até 45 e 48% para as culturas do feijão e milho, respectivamente. O método CN para a cultura do feijão subestimou o escoamento superficial em até 10% para o solo sem palha na superfície e, superestimou em até 17% para o solo com palha. Para a cultura do milho, o método CN superestimou o escoamento superficial em até 32,4% no solo com palha e 12% no solo sem palha. Para melhorar a estimativa do método CN, foram propostos novos valores de CN, considerando a cultura, a presença ou não de palha na superfície do solo e a intensidade da chuva. A utilização de análises de regressão linear múltiplas indicaram que o volume da chuva (R2=0,52) e a cobertura do solo por palha (R2=0,18) são as variáveis com maior influência sobre o escoamento superficial. Foram geradas quatro equações múltiplas, sendo que a equação 2, cujos parâmetros de entrada são o volume da chuva e quantidade de palha na superfície do solo, foi a que apresentou a melhor estimativa do escoamento superficial de um conjunto de dados diferente daquele que lhe deu origem. O modelo SIMDualKc necessita de ajustes para estimar o escoamento superficial e a chuva efetiva durante o ciclo das culturas de feijão e milho, de modo que considere os benefícios da palha na superfície do solo na redução do escoamento superficial. Desta forma, o valor sugerido de CN (CN=75) foi alterado para 71 e 87 para a cultura do feijão e, 56 e 79 para a cultura do milho, para o solo com e sem palha na superfície, respectivamente.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In order to overcome periods of drought and low water availability, deficit irrigation becomes an important tool as long as it is applied on the least sensitive periods of the crops development to reduce the impacts on the productivity. Furthermore, deficit irrigation can be most efficient when there is an understanding of the way plants lose water. Crop evapotranspiration (ETc) is divided into soil evaporation (Es) and crop transpiration (Tc). The objectives of this paper were, beside measuring the soil water balance for different crops (bean, soybean and maize), was to determine adequate crop base coefficients (Kcb) for southern Brazil conditions, partition ETc into Es and Tc to better evaluate and understand soil water dynamics along the crops development cycle, determine water productivity (WP) considering different levels of deficit irrigation, to compare scenarios of water consumption on main and secondary crop schedules. The soil water balance model SIMDualKc was used, after due calibration and validation, using the dual crop coefficient methodology (Kc dual). A series of experiments were done (drybeans in 2010/11; maize in secondary schedule in 2010/11; maize in 2011/12; and soybean in 2014/15), with the imposition of different irrigation deficits as treatments, using drip irrigation and mulching. The results of SIMDualKc simulations show good agreement between the observed and simulated available soil water (ASW) content, values of regression coefficients (b0) were in average 0,98 for drybeans, 0,97 for soybean, 1,0 for secondary schedule maize and 1,05 for regular maize. The adjusted Kcb values for local conditions were respectively to bean, soybean and maize, 0,15; 0,15; 0,2 for the initial period (Kcb ini), 1,03; 1,0; 1,12 for the middle season (Kcb mid); and 0,2 for the end season for all crops (Kcb end). The results of water balance for each crop show that the less water is given to the plants, the better the water use, keeping in mind that ETc have not reduced in the same proportion. Regarding main and secondary schedules for maize the results for soil water balance show that main schedule maize had an increased water consumption (higher ETc) when compared to secondary schedule. The Es component was lower than 26% of ETc, for bean and soybean, and lower than 9% of ETc for maize, indicating the positive effect of mulching. / Para contornar períodos de secas e de baixa disponibilidade hídrica, a irrigação deficitária constitui-se em uma ferramenta importante, desde que aplicada nos períodos menos sensíveis das culturas, a fim de reduzir os impactos sobre a produtividade das culturas. Além disso, a irrigação deficitária pode ser mais eficiente quando se compreende o modo como ocorre a perda de água pelas plantas, a evapotranspiração das culturas (ETc), que se divide em evaporação do solo (Es) e transpiração da cultura (Tc). Os objetivos deste trabalho consistiram em (a) realizar o balanço hídrico do solo cultivado com diferentes culturas (feijão, soja e milho) e determinar os coeficientes de cultura basal (Kcb) mais adequados para as condições do Sul do Brasil; (b) particionar a ETc em Es e Tc para melhor avaliação e entendimento da dinâmica da água no solo ao longo do ciclo das culturas; (c) avaliação da produtividade da água (WP) considerando diferentes níveis de irrigação deficitária; (d) comparação de cenários entre cultivo de safra e safrinha no que se refere ao consumo de água pelas plantas. Para isso, utilizou-se o modelo de balanço hídrico SIMDualKc, o qual foi devidamente calibrado e validado, e que utiliza a metodologia dos coeficientes culturais duais (Kc dual). Experimentos foram conduzidos (feijão em 2010/11; milho safrinha em 2010/11; milho safra em 2011/12; e soja em 2014/15), com a imposição de diferentes níveis de déficit hídrico, utilizando a irrigação por gotejamento e com presença de resíduos vegetais na superfície do solo. Os resultados obtidos com as simulações do modelo SIMDualKc apresentaram boa concordância entre os valores de água disponível no solo (ASW) observados e simulados, com valores de coeficiente de regressão (b0) de, em média, 0,98 para feijão, 0,97 para soja, 1,0 para milho safrinha e 1,05 para milho safra. Os valores de Kcb ajustados para as condições locais foram, respectivamente para feijão, soja, milho, para o período inicial (Kcb ini) 0,15; 0,15; 0,2; para o período intermediário (Kcb mid) 1,03; 1,0; 1,12; e para o período final (Kcb end) 0,2 para todas as culturas. Os resultados do balanço hídrico do solo para cada uma das culturas demonstraram que quanto menor a quantidade de água aplicada nas plantas, melhor uso foi feito desta água pelas plantas, tendo em vista que a ETc não reduziu-se na mesma proporção. No que se refere a comparação de cenários entre milho safra e safrinha, os resultados do balanço hídrico do solo também demonstraram que o milho cultivado durante a época de safra teve um maior consumo de água (maior ETc) quando comparado ao milho cultivado no período de safrinha. O componente Es foi inferior a 26% da ETc, para feijão e soja, e inferior a 9% da ETc para milho safra e safrinha, indicando assim o efeito positivo da utilização de resíduos vegetais sobre a superfície do solo.