Coffee trees under rainfall exclusion: evidences for canopy acclimation to water shortage

Abstract

A intensificação e amplificação de períodos secos, conforme previsto por cenários climáticos para os anos 2015-2050, indicam que há probabilidade de que o sul de Minas Gerais possa se tornar inapropriado para a produção de café, da mesma forma que se realiza hoje em dia. O papel da água no crescimento, desenvolvimento e rendimento dos cafeeiros tem uma importância notável em diferentes fases fenológicas da cultura. Por exemplo, a água deve estar livremente disponível durante o período de expansão rápida do fruto para garantir que grãos de café de alta qualidade sejam produzidos. No entanto, devido à imprevisibilidade da ocorrência e magnitude dos períodos secos, bem como a falta de conhecimento dos limites da própria planta, os cafezais podem ser colocados em condições de vulnerabilidade para manter suas atividades vitais sem diminuir seu rendimento. O objetivo principal deste trabalho foi verificar se a redução de 1⁄4 da carga pluviométrica afetaria a dinâmica de crescimento da área foliar, assim como a relação fonte e dreno das árvores de café. Para tanto instalamos um experimento com um sistema de exclusão de chuva em um cafezal de seis anos, composto de um tratamento com exclusão de chuva, um tratamento com cobertura mas sem exclusão e um tratamento sem cobertura e sem exclusão. Os dados obtidos possibilitaram verificar que a redução de 1⁄4 da precipitação através do sistema de exclusão afetou as taxas de crescimento da área foliar, do caule e de ramos. A dinâmica da área foliar foi altamente correlacionada com o índice de vegetação normalizada, dados de produção, assim como com os dados microclimáticos de temperatura, déficit de pressão de vapor, evapotranspiração da cultura e da redução da carga pluviométrica. Os modelos de monitoramentos da seca não encontraram nenhuma tendência de aumento na duração dos períodos de seca para a região do sul de Minas Gerais. Além disso, nosso estudo rendeu um nova ferramenta para validar o uso de metodologias não-destrutivas de obtenção do índice de área foliar (IAF), visto que as folhas estão na interface entre plantas e atmosfera, a obtenção precisa do IAF é importante para dar uma ideia da aclimatação das árvores de café à redução da disponibilidade hídrica.

The intensification and amplification of dry periods, as predicted by climatic scenarios for the years 2015-2050, indicate that there is a probability that the south of Minas Gerais could become inapt for coffee production, the same way the coffee crop is conducted nowadays. In the field, drought usually occurs as a multidimensional stress, resulting in a decrease in the amount of rainfall, concomitantly accompanied by high temperatures, which normally increases the evapotranspiration leading to soil water scarcity. The role of water in growth, development and yielding of coffee trees has a remarkable importance in different phenological phases of the crop. For instance, water must be freely available during the period of fast fruit expansion to make sure that a large yield of high-quality coffee beans happens. However, due to the unpredictability of the occurrence and magnitude of the dry periods, as well as the lack of knowledge of the plant limits, the coffee crops might be placed in a condition of vulnerability to maintain its vital activities without declining its yielding and productivity. The aim of this study was to verify if a reduction of 1⁄4 of the rainfall would affect the dynamic of leaf area and source-sink relationship in a six-year-old coffee crop subjected to a rain exclusion system. The experiment was composed of one treatment of rain exclusion, one with the system but with no exclusion, and one without the system and no exclusion. Our measurements verified that the reduction of 1⁄4 rainfall through the exclusion system affected the stem, branches and leaf area growth rates, which, in the case of the branch leaf area was highly correlated with the normalized difference vegetation index and the next-year-production data, as well as the microclimatic values such as temperature, vapor pressure deficit, evapotranspiration of the crop, and the reduction of the rainfall load. The drought monitoring models did not find any trend of longer drought duration for the following decades. Furthermore, our study rendered a new tool to validate the use of nondestructive leaf area index (LAI), since leaves are in the interface between plants and the atmosphere, precisely obtaining LAI is important to give an idea of coffee tree canopy acclimation to water shortage.