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Sensores dendrômetros de caule/fruta

O que é um dendrômetro?

O dendrômetro é um sensor que mede o diâmetro do tronco ou de qualquer outra parte da planta (caule, galho, fruto, etc.) e sua tendência. Como são cada vez mais precisos, eles conseguem medir as variações de diâmetro entre a noite e o dia, para que possam ser usados ​​para observar como a planta utiliza a água do solo.

Seu principal uso é ajudar a monitorar o crescimento em escala temporal, e com o tempo e a ajuda de outros sensores entenderemos melhor as interações entre mecanismos fisiológicos e ambientais e a quais fatores ambientais as plantas respondem. Ao analisar os dados, você pode procurar tendências.

Por outro lado, os de precisão permitem medir variações micrométricas, o que é suficiente para medir as mudanças no diâmetro do tronco entre a noite e o dia, o que pode ser usado para interpretar o estado hídrico da planta.

Durante o dia a árvore transpira, perde água e seu tronco se contrai. Durante a noite os estômatos, ou poros das folhas por onde transpira, se fecham e não há perda de água por transpiração, embora a água seja absorvida pelas raízes. Isso faz com que a árvore se reidrate, aumentando o diâmetro do tronco durante a noite. Embora essas variações de diâmetro entre o dia e a noite sejam de apenas algumas centenas de mícrons, elas podem ser medidas com dendrômetros de precisão e, a partir dos dados registrados, é possível saber se a árvore está mais ou menos estressada e programar a irrigação.

O dendrômetro pode fornecer informações melhores do que o sensor de umidade do solo tradicional, como um sensor de capacitância ou um tensiômetro, pois é uma medida direta do estado atual da água da planta, e pode ser avaliado diretamente se as reduções de uma irrigação foram nenhum ou impacto negativo no desempenho da planta.

O momento da irrigação no dia pode influenciar no crescimento da planta, pois depende de fatores ambientais e fisiológicos, o dendrômetro pode determinar qual o melhor horário do dia para a irrigação. Portanto, os produtores podem ajustar sua programação para noite, dia, tarde, etc., para maximizar o crescimento da colheita.

Por exemplo, um viticultor em Israel estava regando sua plantação à meia-noite (ver Figura). Com este programa de rega, a vinha apresentou um crescimento positivo. O agricultor então mudou para um cronograma de irrigação ao meio-dia. A videira apresentou uma taxa de crescimento negativa durante esta hora do meio-dia. Assim, o viticultor voltou ao programa da meia-noite e o ritmo de crescimento da videira voltou ao normal.

As principais aplicações são:

    • Monitoramento contínuo do processo de crescimento da planta.
    • Monitoramento do estado da água da planta.
    • Análise da influência dos fatores ambientais no crescimento.
    • Determinação do início e fim do período de crescimento.
      Gerenciamento de irrigação.

Fig. Dados de umidade do solo (linha preta), dendrômetro (linha azul) e VPD (linha vermelha). A linha tracejada verde é o período de irrigação da meia-noite (crescimento positivo) e a linha vermelha tracejada é o período de irrigação do meio-dia. (crescimento negativo) →

Dados de um dendrômetro

Se representarmos os dados de um dendrômetro durante curtos períodos diários, observaremos como os diâmetros dos troncos ou frutos oscilam entre um máximo e um mínimo, o que pode ser correlacionado com a transpiração diária (ver figura). As variações diárias são micrométricas em tamanho.

↑ Fig. Representação dos dados de um dendrômetro durante três dias

↑ Fig. Três meses de dados de um dendrômetro colocado em um tronco de árvore

Se fizermos a renderização em um período de meses, os valores devem aumentar com o passar do tempo. Os dendrômetros, portanto, fornecem uma medição direta e contínua do crescimento da planta ao longo da estação de crescimento.
Indicadores de estresse hídrico: Vários indicadores de estresse hídrico podem ser derivados de registros dendrométricos, como os mostrados nas figuras anteriores para programação de irrigação, que são representados na figura a seguir .

Fig. Diagrama de um registro dendrométrico feito em um dia e meio e os indicadores de estresse hídrico que podem ser deduzidos →

Os indicadores mais utilizados são a contração máxima diária (MCD) e o diâmetro máximo do tronco (maxDT). A primeira tem o problema de sua relação com o nível de estresse hídrico não ser linear, de modo que em uma árvore com pouco estresse hídrico podem ser registrados valores de MCD semelhantes aos registrados em árvores com estresse hídrico severo. Por isso deve ser usado com cautela e após conhecer a resposta dendrométrica da espécie ao estresse hídrico.

Por vezes não se utiliza nenhum dos indicadores mencionados, mas sim a evolução dos próprios registos dendrométricos. Isso tem a vantagem de não precisar fazer nenhum cálculo, já que os dados são usados ​​como foram registrados pelo sistema.

Indicadores de crescimento: A evolução dos valores maxDT e minDT nos fornece informações úteis. Especificamente, a diferença entre dois valores consecutivos de maxDT informa a taxa de crescimento diária do tronco (CD), e considerando os valores de maxDT em um determinado período informa o crescimento acumulado.

Vantagens

      • Permitem medir em tempo real e de forma automática.
      • Em muitos trabalhos experimentais, a contração máxima do tronco aparece como um indicador muito adequado do estado hídrico das plantas.
      • Permite que a irrigação seja automatizada.

Desvantagens

      • Alto custo.
      • Não há um valor limite a partir do qual irrigar, mas é necessária uma interpretação qualificada da informação.
      • Embora os dendrômetros possam ser ferramentas extremamente úteis para o monitoramento do estresse hídrico, eles têm pontos fortes e fracos que devem ser considerados antes de mudar as estratégias de gerenciamento.
Tipos de dendrômetros

A classificação dos dendrômetros normalmente é feita pela forma como medem a variação do diâmetro do caule ou tronco, se medem a variação do seu perímetro será um dendrômetro de perímetro, se o que medem é como o raio cresce em um certo ponto disso será um dendrômetro pontual ou radial.

Quando usamos um dendrômetro para medir a variação do diâmetro de uma fruta, ele é chamado de dendrômetro de fruta.

Os sensores logicamente utilizados são sensores de deslocamento ou de distância para alcances curtos e precisos, com coeficiente de temperatura pequeno e adaptados para medir hastes ou frutos. Todos trabalham ao ar livre, por isso será solicitado um IP68 e que sejam resistentes à luz solar e às variações de temperatura ambiente.

Os sensores mais utilizados em sua construção são:

    • Sensores de deslocamento indutivo (LVDT) ou resistivo (potenciômetros lineares ou circulares).
    • Sensores de distância de medidor de tensão tipo estilo.

Eles podem ser passivos ou ativos, e sua saída elétrica é variável, de mV a valores ôhmicos nos passivos.

Dendrômetros de perímetro ou banda:

Um dendrômetro de banda consiste em uma banda de aço inoxidável (ou fio) enrolada firmemente em torno da circunferência do tronco da árvore.

A faixa é conectada ao sensor de diversas formas que convertem a expansão ou contração do perímetro da árvore em uma variável elétrica proporcional a esta mudança. Devido a dificuldades na instalação e manutenção precisas dos medidores de banda, bem como problemas com influências térmicas na banda de aço inoxidável que levam a erros de medição, muitas empresas não recomendam seu uso. No entanto, se forem usadas tiras ou cabos de aço inoxidável com o menor coeficiente térmico linear possível, esse erro é minimizado e as variações térmicas causadas por mudanças de temperatura diárias ou sazonais não têm impacto mensurável na precisão da medição.

Vantagens

    • Adequado para diâmetros a partir de 5 cm.
    • Não há limite superior para o diâmetro da haste.
    • Pode ser reutilizado com uma nova pulseira.
    • Nenhum dano às plantas. São sensores não invasivos.
    • Fácil instalação.
    • Estabilidade contra vento, neve, queda de pequenos galhos e pequenos frutos.
    • As leituras correspondem diretamente às mudanças na circunferência.

↑ Fig. Exemplos de dendrômetros de perímetro instalados em troncos de árvores

Dendrômetros radiais ou pontuais:

Um dendrômetro de ponto pode ter várias formas, mas, como o nome sugere, ele mede um único ponto, ou área de superfície, de um caule ou fruta, em vez de ser enrolado em torno dele. O crescimento radial é medido, o que é mais útil ao comparar o crescimento entre árvores de diferentes diâmetros.

Para troncos de árvores ou caules grandes, os dendrômetros de ponta consistem em duas hastes: uma que é perfurada no caule para estabilidade e a segunda que é colocada firmemente contra o xilema do caule. A segunda haste é onde fica o sensor que registra a expansão e contração de uma haste que toca a superfície do tronco e converte em sinal elétrico. A tecnologia do sensor é de vários tipos: LVTD, Potenciométrico, Strain Gauge, etc.

↑ Fig. Exemplos de dendrômetros pontuais instalados em troncos de árvores

Dendrômetros de frutas:

É uma nova aplicação dos dendrômetros tradicionais, para monitorar o crescimento das frutas, esses sensores que medem o diâmetro da fruta em tempo real para saber sua evolução ao longo do tempo são chamados de dendrômetros de frutas.

Eles são úteis para monitorar o crescimento e determinar se as diferentes estratégias de irrigação, fertilização, manejo, etc. Como eles estão afetando a fruta?

Ultimamente estão sendo desenvolvidos dendrômetros específicos para a fruta, já que às vezes é necessário um desenho especial que envolva a fruta e seja flexível o suficiente para acompanhar o crescimento da peça sem gerar deformações.

Aplicações Típicas:

    • Monitoramento das diferentes fases de crescimento da planta.
    • Monitoramento não invasivo do estado hídrico das plantas, bem como controle de irrigação.
    • Exame da influência de fatores ambientais no crescimento dos frutos.
    • Data precisa do início e fim do período de crescimento.

↑ Fig. Exemplos de dendrômetros instalados em frutas

Como interpretar flutuações no diâmetro da fruta e como os dendrômetros de frutas podem ajudá-lo?
Ao contrário do que acontece com as flutuações do diâmetro do tronco, a contração diária máxima (MDS) do fruto não é utilizada na fruticultura, pois não é sensível o suficiente para detectar o estresse hídrico. Por isso, o monitoramento é focado na taxa de crescimento dos frutos (FGR, Fruit Growth Rate). O FGR é calculado como a diferença entre o diâmetro máximo do fruto registrado em dois dias consecutivos (ver figura). Se o FGR diminuir para números próximos de zero, isso indica que o crescimento dos frutos está limitado e pode estar relacionado a um déficit hídrico. Além disso, os valores de FGR são diferentes entre as variedades e durante a fase de desenvolvimento da fruta.

Fig. Flutuações do diâmetro do fruto de uma maçã ‘Honeycrisp’ de 5 a 24 de julho de 2021 (A) e encolhimento máximo diário do fruto, MDS (B) e taxa de crescimento do fruto, FGR (C) calculado no mesmo período →

Vantagens e desvantagens dos dendrômetros de tronco e frutas

Embora os dendrômetros de caule e frutas possam ser ferramentas extremamente úteis para o manejo do estresse hídrico em seu pomar, eles têm pontos fortes e fracos que devem ser considerados antes de mudar suas estratégias de manejo. Abaixo segue uma tabela com essas considerações.

 

Dendômetros

Vantagens

Desvantagens

Porta-malas
  • Medições em tempo real, contínuas e diretas do estado da água das árvores.
  • Detecção precoce de estresse hídrico.
  • Resposta rápida a mudanças no estado da água da árvore.
  • Necessidade de calcular MDS e TGR.
  • É difícil trabalhar com valores absolutos, é necessário comparar as árvores com uma árvore de referência no pomar.
  • Altamente dependente de outros fatores, não apenas do estresse hídrico.

Fruta
  • Medição direta do crescimento da fruta e como ela é afetada pela irrigação.
  • Tecnologia precisa e exata.
  • Alta variabilidade entre frutas, mesmo na mesma árvore.
  • Alta manutenção, é necessário verificar se o dendrômetro está preso à fruta.

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