Assessing the coffee canopy light absortion based on the leaf area

Authors

  • Felipe Gustavo Pilau Universidade de São Paulo - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"
  • Luiz Roberto Angelocci Universidade de São Paulo - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"

DOI:

https://doi.org/10.25186/cs.v11i1.1016

Keywords:

Coffea arabica L., leaf area index, interception efficiency, extinction coefficient

Abstract

The study evaluated solar radiation interception patterns (K*) defining the relations of interception efficiency (εint) and extinction coefficient (k) of coffee trees (cv. Obatã IAC 1669-20) under leaf area changes. Aiming to determine these interactions for coffee plants (3 years old) under manual defoliations, solar radiation transmitted was measured with two tube solarimeters placed at ground level below the crowns. A canopy-light interception model was derived using the extinction coefficient approach (Monsi & Saeki theory) to assess with independent data to estimate K*. Under absence of leaves, an intense interference of leaves supporting structures over εint was observed, with a minimum value of 0.34. The results were also distinct for obtaining k. The derived model well simulated the K* against measurements, with Willmott index as high as 0.92, improving modeling accuracy using ‘k’ from quadratic fit.

Author Biographies

Felipe Gustavo Pilau, Universidade de São Paulo - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"

Departamento de Engenharia de Biossistemas (LEB)

Área de Agrometeorologia

Luiz Roberto Angelocci, Universidade de São Paulo - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"

Departamento de Engenharia de Biossistemas (LEB)

Área de Agrometeorologia

References

ANGELOCCI, L. R.; MARIN, F. R.; PILAU, F. G.; RIGHI, E. Z.; FAVARIN, J. L. Radiation balance of coffee hedgerows. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.12, n.3, p.274–281, 2008.

BERGAMASCHI, H.; DALMAGO, G. A.; BERGONCI, J. I.; KRÜGER, C. A. M. B.; HECKLER, B. M. M.; COMIRAN, F. Intercepted solar radiation by maize crops subjected to different tillage systems and water availability levels. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v.45, n.12, p.1331-1341, 2010.

CARDOSO, L. S.; BERGAMASCHI, H.; COMIRAN, F.; CHAVARRIA, G.; MARODIN, G. A. B.; DALMAGO, G. A.; SANTOS, H. P. DOS; MANDELLI, F. Padrões de interceptação de radiação solar em vinhedos com e sem cobertura plástica. Revista Brasileira de Fruticultura, Jaboticabal, v.32, n.1, p.161-171, 2010.

CUNHA, A.R.; VOLPE, C.A. Relações radiométricas no terço superior da copa de cafeeiro. Bragantia, Campinas, v.69, n.2, p.263-271, 2010.

FEDERER, C. A. Solar radiation absorption by leafless hardwood forests. Agricultural Meteorology, Amsterdam, v.9, p.3-20, 1971.

GUTIÉRREZ, M.V.; MEINZER, F.C. Energy balance and latent heat flux in coffee hedgerows at different stages of canopy development. Agricultural and Forest Meteorology, Amsterdam, v.68, p.173-186, 1994.

HIROSE, T. Development of the Monsi–Saeki Theory on Canopy Structure and Function. Annals of Botany, London, v.95, n.3, p.483-494, 2005.

JACKSON, J. E.; PALMER, J. W. A simple model of light transmission and interception by discontinuous canopies. Annals of Botany, London, v.44, p.381-383, 1979.

JARAMILLO-BOTERO, C.; SANTOS, R. H. S.; MARTINEZ, H. E. P.; CECON, P. R; FARDIN, M. P. Production and vegetative growth of coffee trees under fertilization and shade levels. Scientia Agricola, Piracicaba, v.67, n.6, p.639-645, 2010.

KONARSKA, J.; LINDBERG, F.; LARSSON, A.; THORSSON, S.; HOLMER, B. Transmissivity of solar radiation through crowns of single urban trees-application for outdoor thermal comfort modelling. Theoretical and Applied Climatology, Berlin, v.117, p.363-376, 2014.

KUNZ, J. H.; BERGONCI, J. I.; BERGAMASCHI, H.; DALMAGO, G. A.; HECKLER, B. M. M.; COMIRAN, F. Uso da radiação solar pelo milho sob diferentes preparos do solo, espaçamento e disponibilidade hídrica. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v.42, n.11, p.1511-1520, 2007.

LAFLEUR, P.M.; FARNSWORTH, A.G. Light interception and canopy radiation balance of staghorn sumac (Rhus typhina). Canadian Journal of Forest Research, Ottawa, v.38, p.1695-1700, 2008.

LIAKATAS, A.; PROUTSOS, N.; ALEXANDRIS, S. Optical properties affecting the radiant energy of an oak forest. Meteorological Applications, Reading, v.9, p.433–436, 2002.

LINDQUIST, J. L.; ARKEBAUER, T. J.; WALTERS, D. T.; CASSMAN, K. G.; DOBERMANN, A. Maize radiation use efficiency under optimal growth conditions. Agronomy Journal, Madison, v.97, p.72-78, 2005.

MARIN, F.R.; SANTIAGO, A.V.; RIGHI, E.Z.; SENTELHAS, P.C.; ANGELOCCI, L.R.; MAGGIOTTO, S.R.; PEZZOPANE, J.R.M. Solar radiation interception and its relation with transpiration in different coffee canopy layers. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria, v.11, n.1, p.1-6, 2003.

MARUR, C.J.; FARIA, R.T. de. Photosynthesis of individual leaves in a coffee plant. Acta Scientiarum. Agronomy, Maringá, v.28, n.3, p.331-335, 2006.

MÜLLER, A.G.; BERGAMASCHI, H. Eficiências de interceptação, absorção e de uso da radiação fotossinteticamente ativa pelo milho (Zea mays L.), em diferentes disponibilidades hídricas. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria, v. 13, n.1, p. 27-33, 2005.

NEROZZI, F.; ROSSI, F.; FACINI, O.; GEORGIADIS, T. Light transmittance and sunlit leaf area estimation in a peach canopy. The Journal of Horticultural Science & Biotechnology, Ashford, v.72, n.2, p.271-283, 1997.

OLIVEIRA, C.R.M. DE; BARBOSA, J.P.R.A.D.; SOARES, A.M.; OLIVEIRA, L.E.M. DE; MACEDO, R.L.G. Trocas gasosas de cafeeiros (Coffea arabica L.) e seringueiras (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) em diferentes sistemas de cultivo na região de Lavras, MG. Revista Árvore, Viçosa, v.30, n.2, p.197-206, 2006.

PEZZOPANE, J.R.M.; PEDRO JR., M.J.; GALLO, P.B. Caracterização microclimática em cultivo consorciado café/banana. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.11, n.3, p.256-264, 2007.

PEZZOPANE, J.R.M.; PEDRO JÚNIOR, M.P.; GALLO, P.B. Radiação solar e saldo de radiação em cultivo de café a pleno sol e consorciado com banana prata anã. Bragantia, Campinas, v.64, n.3, p.485-497, 2005.

PILAU, F.G.; ANGELOCCI, L.R. Balanço de radiação de copas de cafeeiros em renques e suas relações com radiação solar global e saldo de radiação de gramado. Bragantia, Campinas, v.73, n.3, p.1-10, 2014.

RIGHI, C.A. Avaliação ecofisiológica de cafeeiro (Coffea arábica L.) em sistema agroflorestal e em monocultivo. 2005. 101f. Tese (Doutorado em Agronomia) - Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2005.

RIGHI, C.A.; BERNARDES, M.S.; LUNZ, A.M.P.; PEREIRA, C.R.; DOURADO NETO, D.; FAVARIN, J.L. Measurement and simulation of solar radiation availability in relation to the growth of coffee plants in an agroforestry with rubber trees. Revista Árvore, Viçosa, v.31, n.2, p.195-207, 2007.

RIGHI, C.A.; LUNZ, A.M.P.; BERNARDES, M.S.; PEREIRA, C.R.; TERAMOTO, E.R.; FAVARIN, J.L. Coffee water use in agroforestry system with rubber trees. Revista Árvore, Viçosa, v.32, n.5, 2008.

ROWLAND, J. D. Modelling solar irradiance on a slope under a leafless deciduous forest. 1989. 137f. Thesis (Master of Science) - McGill University, Montréal, Canada, 1989.

SIMON, J. Medições do saldo de radiação em copas de cafeeiros e limeiras ácidas por sistemas de integração espaço-temporal e estimativas por técnicas de modelagem. 2010. 112f. Tese (Doutorado em Ciências) - Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2010.

SIMON, J.; ANGELOCCI, L.R. Saldo de radiação em cafeeiros e limeiras: relações com saldo de radiação de gramado e radiação global. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.18, n.12, p.1218–1227, 2014.

VAN KANTEN, R.; VAAST, P. Transpiration of arabica coffee and associated shade tree species in sub-optimal, low-altitude conditions of Costa Rica. Agroforestry Systems, Berlin, v.67, p.187-202, 2006.

WILLMOTT, C. J.; ACKLESON, S. G.; DAVIS, R. E.; FEDDEMA, J. J.; KLINK, K. M.; LEGATES, D. R.; O'DONNELL, J.; ROWE, C. M. Statistics for the evaluation and comparison of models. Journal of Geophysical Research, Malden, v.90, n.5, p.8995-9005, 1985.

Published

2016-03-22

How to Cite

PILAU, F. G.; ANGELOCCI, L. R. Assessing the coffee canopy light absortion based on the leaf area. Coffee Science - ISSN 1984-3909, v. 11, n. 1, p. 127 - 136, 22 Mar. 2016.

Issue

Section

Articles