Estimativa da evapotranspiração e dos coeficientes de cultivo da cebola usando lisímetros de pesagem e modelos de aprendizado de máquina em região semiárida

Por que cebolas e uso de água importam

A cebola é um alimento básico nas cozinhas e uma cultura importante no Irã, porém exige bastante água em uma região onde cada gota conta. Agricultores e gestores hídricos precisam saber exatamente quanta água os campos de cebola perdem para a atmosfera para irrigar com critério, evitar desperdício e ainda obter boas colheitas. Este estudo combinou medições de campo cuidadosas com modelos computacionais modernos para entender melhor o uso de água da cebola em uma parte semiárida do Irã.

Medindo como os campos de cebola perdem água

As plantas perdem água de duas maneiras principais: da superfície do solo e pelas folhas. Juntas, essas perdas são chamadas de evapotranspiração. Para monitorá‑la com alta precisão, os pesquisadores usaram grandes recipientes de pesagem enterrados no solo, cada um contendo plantas de cebola e solo. Ao registrar como o peso mudava ao longo do tempo e acompanhar chuva, irrigação e drenagem, foi possível determinar exatamente quanta água saiu do sistema a cada dia. Ao longo de duas safras, a cultura de cebola consumiu cerca de 447 milímetros de água no primeiro ano e 432 milímetros no segundo, com tempo mais frio no segundo ano levando a um consumo ligeiramente menor.

Separando sede da planta e ressecamento do solo

A água não é absorvida apenas pelas raízes da cebola; ela também evapora diretamente do solo exposto entre as linhas. Para distinguir essas parcelas, a equipe colocou pequenos cilindros de solo, chamados microlisímetros, dentro das unidades de pesagem principais. Essas pequenas amostras foram pesadas diariamente para mostrar quanta água deixava apenas a superfície do solo. Subtraindo isso da perda total, puderam estimar quanto estava realmente passando pelas plantas de cebola. Verificaram que cerca de um terço da perda total vinha da superfície do solo, enquanto o restante vinha da transpiração das plantas. Também acompanharam como essas proporções mudaram ao longo da estação, com maior evaporação do solo quando as plantas eram pequenas e a cobertura foliar limitada.

Números simples que orientam a irrigação

Agricultores e assessores frequentemente usam coeficientes de cultivo, fatores simples que vinculam o clima local ao quanto uma cultura específica vai consumir de água. Neste estudo, a equipe calculou coeficientes de cultivo simples e duplos para a cebola sob condições semiáridas iranianas. O coeficiente simples relaciona o consumo total de água da cebola a uma referência padrão de gramínea, enquanto a forma dupla divide o efeito entre folhas da planta e solo exposto. Para a medida combinada, os valores médios foram 0,41 no início da estação, 0,68 no pico de crescimento e 0,51 próximo ao final. A parte baseada nas folhas permaneceu mais baixa do que valores relatados em alguns outros países, refletindo a área foliar e a altura relativamente modestas da variedade local de cebola e os invernos frios que retardaram seu crescimento.

Ensinando computadores a prever o uso de água

Como os grandes dispositivos de pesagem são caros e raros, os pesquisadores também testaram se modelos computacionais poderiam estimar o uso de água da cebola usando medidas meteorológicas e da cultura comuns. Treinaram cinco tipos de modelos de aprendizado de máquina com dois anos de dados, incluindo temperatura do ar, umidade, velocidade do vento, radiação solar, área foliar e altura das plantas. Os modelos aprenderam a imitar as perdas de água medidas e foram testados em dias não vistos. Dois métodos baseados em árvores, Random Forest e Decision Tree, apresentaram as previsões mais precisas, seguidos de perto por redes neurais e regressão por vetores de suporte. Um método linear mais simples, regressão LASSO, foi menos preciso, sugerindo que o uso de água da cebola responde de forma complexa e não linear ao clima e ao crescimento da planta.

O que impulsona o uso de água da cebola

Ao analisar o melhor modelo, a equipe identificou quais entradas eram mais importantes. Medidas do porte da planta, como área foliar e altura, ficaram no topo, juntamente com a radiação líquida do sol e a velocidade do vento. Em contraste, a umidade do ar teve um papel menor neste ambiente semiárido. Isso significa que, para prever as necessidades hídricas de forma confiável, é útil conhecer não apenas o clima, mas também quanto de superfície foliar verde a cultura apresenta em determinado momento.

O que isso significa para os agricultores

Para produtores e planejadores em regiões secas, este trabalho oferece duas ferramentas-chave. Primeiro, fornece números testados localmente que relacionam dados meteorológicos padrão ao uso de água da cebola, ajudando a elaborar melhores calendários de irrigação. Segundo, mostra que modelos de aprendizado de máquina bem treinados podem substituir instrumentos de campo caros, desde que dados básicos sobre clima e crescimento da cultura estejam disponíveis. Juntas, essas inovações podem apoiar o uso mais eficiente de recursos hídricos escassos ao mesmo tempo em que mantêm a produção de cebola em paisagens semiáridas.

Citação: Shirazi, S.H.M., Razzaghi, F. & Sepaskhah, A.R. Estimation of onion crop evapotranspiration and crop coefficients using weighing lysimeters and machine learning models in semi-arid region. Sci Rep 16, 16166 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43887-w

Palavras-chave: irrigação de cebola, evapotranspiração, agricultura semiárida, coeficientes de cultivo, modelos de aprendizado de máquina