FORRAGICULTURA 10/09/2015 A PASTAGEM VISTA COMO UM SISTEMA ECOLÓGICO (ECOSSISTEMA PASTORIL).

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1 FORRAGICULTURA 1 2 A PASTAGEM VISTA COMO UM SISTEMA ECOLÓGICO (ECOSSISTEMA PASTORIL). Tipo de vegetação: (sp. herbáceas, arbustivas, arbóreas) Clima: CO 2, H 2O, Tº, Luz, Vento Pastejo: Alterações fisiológicas (IAF) e morfológicas Pastejo seletivo animal escolhe a dieta _Afeta o desempenho _Altera a composição botânica altera a qualidade e o rendimento de MS Reciclagem de nutrientes: Pisoteio: Compactação principalmente em solos sob preparo convencional, descobertos ou sob baixa OF 3 Solo: H 2O, nutrientes, ph, estrutura, MO Textura (arenosa-argilosa) > ou < retenção de água Microfauna proc. nutrientes disp. para as plantas Macrofauna cascudos, minhocas, centopéias, escorpiões... 1

2 FISIOLOGIA DE PLANTAS FORRAGEIRAS A PASTAGEM É UM PAINEL SOLAR PRÁTICAS DE MANEJO BEM SUCEDIDAS SÃO BASEADAS NO CONHECIMENTO FISIOLÓGICO¹ E MORFOLÓGICO² DAS PLANTAS Compreender o crescimento do pasto: A chave para a produção pecuária rentável 1-Processos que ocorrem no interior da planta 2-O que se pode ver do lado de fora da planta Fotossíntese PRÁTICAS DE MANEJO DA PASTAGEM BEM SUCEDIDAS SÃO BASEADAS NO CONHECIMENTO DE PAINEL REAÇÕES FISIOLÓGICAS¹ E MORFOLÓGICAS² DAS PLANTAS E CADA PLANTA COM SUAS FOLHAS UMA FOTOCÉLULA DESSE E SOLAR FOTOSSÍNTESE Equação Geral E QUÍMICA Compreender Produção o crescimento Vegetal: do pasto: A chave para a produção pecuária rentável Conversão de ε luminosa Biomassa vegetal 1-processos que ocorrem no interior da planta (processo ineficiente 2-o que 2-5% se εpode luminosaver que chega do ao lado relvado de pode fora efetivamente da planta ser utilizada no crescimento do dossel) 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 GÁS CARBÔNICO CLOROFILA ÁGUA GLICOSE OXIGÊNIO *(CH 2 O) n Carboidrato 2

3 Fotossíntese: QUALIDADE DA LUZ PARA FOTOSSÍNTESE Fase fotoquímica ε luminosa ε química Luz solar chuva de fótons de diferentes frequências QUE ENERGIA LUMINOSA É ESSA? Região da luz visível do espectro eletromagnético NEM TODA A LUZ É ÚTIL PARA A FOTOSSÍNTESE Radiação Fotossinteticamente Ativa (PAR) Fóton partícula de energia (quantum) a energia de um fóton é invers. proporc. ao seu comp. de onda Comprimento de onda distância entre 2 picos sucessivos Freqüência número de picos que passam por um observador num dado tempo A PAR é capturada por pigmentos fotossintéticos: Pigmentos Moléculas que absorvem luz Pigmentos fotossintéticos localizados no cloroplasto - captam a energia da luz e permitem sua utilização Verde-amarelada Verde-azulada Amarelos ou alaranjados CLOROFILAS ; CAROTENÓIDES ; FICOBILINAS possuem diferentes espectros de absorção de luz Eficiência Fotossintética Diferenciada Espectro de absorção de clorofilas e carotenos, e taxa fotossintética sob luz monocromática (espectro de ação) 3

4 Fotossíntese: Processo físico-químico pelo qual há sínteze de compostos orgânicos a partir de matéria-prima inorgânica, na presença de luz solar. DURANTE O PROCESSO DE ASSIMILAÇÃO DO CARBONO OCORREM SIMULTANEAMENTE: Fase fotoquímica εluminosa εquímica (ATP e NADPH - utilizados na 2ª fase), nos tilacóides Fase bioquímica εproduzida nas reações fotoquímicas é utilizada para a fixação do CO 2, no estroma do cloroplasto Fase fotoquímica Fase bioquímica Anatomia da folha e localização dos cloroplastos cutícula Ep. Superior Células/Paliçádico Fotossíntese: Fase fotoquímica ε luminosa ε química OCORRE DA MESMA FORMA EM TODAS AS PLANTAS Mesófilo Bainha do Feixe Xilema Floema Ep. Inferior Feixe Vascular Fase bioquímica Pode ocorrer de três formas, conforme o metabolismo fotossintético da planta: Plantas C3 Estômato Células/Lacunoso Células Guarda Plantas C4 Plantas CAM 4

5 Características Fisiológicas das Plantas C3: Plantas C3: Possuem somente umareação de carboxilação, fixando carbono através do Ciclo de Calvin Ocorre nas células do mesófilo Possuem somente a enzima Rubisco para fixação do C Produto final da fotossíntese composto com 3C GLICERALDEÍDO 3-FOSFATO Apresentam fotorrespiração consome O 2 e ATP e libera CO 2 em presença de luz - dupla afinidade da Rubisco (pode perder até 40% do CO 2 fixado pela planta) - problema para plantas em T ; ε luminosa e umidade fecham os estômatos para perda H 2 0 CO 2 nas folhas Características Fisiológicas das Plantas C3: N na folha para Fotossíntese máx.: 6,5 7,5% da MS T ótima para Fotossíntese: 25 C Consumo de H 2 O para produção de MS: g/g MS CO 2 que chega ao cloroplasto é fixado pelo aceptor Ribulose1,5 bifosfato (RuBP) A carboxilação do aceptor é catalisada pela enzima RUBISCO O produto da carboxilaçãose decompõe em duas moléculas de 3 ácido fosfoglicérico (PGA) cada uma contém 3C O PGA é reduzido até gliceraldeído3 fosfato (GAP) conflui para um pool de CHOs formando multiplos produtos (açúcar, amido, aa, etc...) Ocorre nas gramíneas de clima temperado e em todas as leguminosas 5

6 Plantas C4: Possuem duas reações de carboxilação: Folha de uma planta C4 1ª pela enzima fosfoenolpiruvato carboxilase (PEP Carboxilase) Ocorre nas células do mesófilo Resulta em um produto de quatro carbonos OXALACETADO, MALATO OU ASPARTATO 2ª pela enzima RUBISCO, como plantas C3 Ocorre nas células da bainha do feixe vascular (Anatomia KRANZ) arranjo em forma de coroa em torno do feixe vascular Folha de uma planta C3 CO 2 + uma molécula de 3C (PEP) forma composto com 4C: OAA Composto com 4C transferido para as células da bainha do feixe Descarboxilado Libera CO 2 e piruvato (3C) 4C Características Fisiológicas das Plantas C4: Melhor desempenho que plantas C3 em condições de: * Alta temperatura * Estresse hídrico moderado *Alta radiação solar N na folha para Fotossíntese máx.: 3,0 4,5% da MS Consumo de H 2 O para produção de MS: g/g MS CO 2 fixado por ação da RUBISCO ciclo de Calvin Piruvato retorna às células do mesófilo CO 2, fixado pela via C 4, é bombeado das células do mesófilo para as células da bainha vascular manutenção de elevada razão CO 2 /O 2 no sítio de ação da rubisco favorece a carboxilação da ribulose-1,5-bifosfato. T ótima para Fotossíntese: 35 C Ocorre nas gramíneas tropicais Alta produção de matéria seca 6

7 EFEITO DA RADIAÇÃO NA FOTOSSÍNTESE LÍQUIDA EFEITO DA TEMPERATURA NA FOTOSSÍNTESE LÍQUIDA FOTOSSÍNTESE LÍQUIDA g CO2/m2/ hora 7,5 5,0 2,5 0,0 0 C4 ALFAFA C FOTOSSÍNTESE LÍQUIDA g CO2/m2/ hora 7,5 5,0 2,5 0, C4 ALFAFA C SIST. RAÍZES RADIAÇÃO µmol/m 2 /s TEMPERATURA (ºc) EFEITO DA TEMPERATURA NA PRODUÇÃO DE FORRAGEM EFEITO DA TEMPERATURA NA PRODUÇÃO DE FORRAGEM 7

8 Plantas CAM - metabolismo ácido das crassuláceas Curso Características de Zootecnia - UFPEL Produtivas Fundamentos das Plantas de Manejo de C3: Ocorre em plantas de ambientes áridos ou microclimas secos (ex.: cacto, abacaxi, lírio, bromélias, orquídeas, barba-de-velho) Em resposta a estresse hídrico abrem os estômatos a noite e fecham durante o dia evita perda de água por evaporação, mas impede a entrada de CO 2 Menor produção de forragem que C4 Melhor digestibilidade, consumo e teor de PB Maior degradação ruminal Metabolismo semelhante a C4, porém: Durante o dia (fase fotoquímica), o CO 2 fixado a noite pela PEP Carboxilase é utilizado pela Rubisco e incorporado aos carboidratos pelo ciclo de Calvin Proporção de tecidos em relação ao % de digestão Qualidade forrageira plantas C3 x C4: CAPACIDADE FOTOSSINTÉTICA Folhas individuais variação na capacidade fotossintética determinada por fatores como: Quantidade de radiação solar incidente Temperatura Suprimento de água Estádio dafolha(ee,ce,s) 8

9 Folhas completamente expandidas fotossíntese com intensidade máxima MORFOLOGIA DE UMA GRAMÍNEA FORRAGEIRA Assimilados formados manutenção própria e para as necessidades do meristema apical, sistema radicular e das folhas em formação Folha em expansão limbo parcialmente exposto não transloca assimilados para outras partes do perfilho usa para próprio desenvolvimento Folhas senescentes Diminuem sua capacidade de fotossíntese a medida que morrem Nutrientes são translocados para outras partes da planta Folha senesce do ápice para a base 9

10 Folhas sombreadas menor capacidade fotossintética que as localizadas a pleno sol. Após desfolha necessitam um período de tempo para a adaptação as novas condições de luminosidade. FONTE:DRENO FONTE Órgãos que assimilam CO 2 DRENOS Órgãos onde são depositados ou utilizados os fotoassimilados PADRÕES DE DISTRIBUIÇÃO DE FOTOASSIMILADOS Fontes exportam para os drenos mais próximos Importância relativa dos drenos _Dependente do ciclo da planta _Distribuição espacial e função fisiológica do tecido em crescimento FONTE:DRENO Estádio vegetativo meristemas apical e radicular são mais importantes DISTRIBUIÇÃO DOS FOTOASSIMILADOS Estádio reprodutivo inflorescências e sementes são drenos preferenciais 10

11 DIAGRAMA ILUSTRATIVO DO FLUXO DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS SINTETIZADOS PELAS PLANTAS (Carámbula, 2004) FOTOSSÍNTESE DISTRIBUIÇÃO DE ASSIMILADOS EM CONDIÇÕES NÃO LIMITANTES - Temperatura - Água - N - Luz TRANSLOCAÇÃO Oferta de C Intensidade de demanda do C Folhas CRESCIMENTO REQUERIMENTOS FISIOLÓGICOS Hastes Ramif. Raízes EXCEDENTE (OFERTA > DEMANDA) RESERVAS Reservas Ordem de prioridade NABINGER, 2000 DISTRIBUIÇÃO DE ASSIMILADOS SOB BAIXA T OU LUZ - Temperatura - Água - N - Luz DISTRIBUIÇÃO DE ASSIMILADOS SOB DEFICIÊNCIA HÍDRICA OU MINERAL - Temperatura - Água - N - Luz Oferta de C Intensidade de demanda do C Folha Oferta de C Intensidade de demanda do C Reservas Ordem de prioridade NABINGER, 2000 Modificações determinam menor alocação do carbono em geral, mas sobretudo resultam em menor produtividade da parte aérea. Ordem de prioridade Raízes NABINGER,

12 SUBSTÂNCIAS DE RESERVA Compostos orgânicos armazenados em órgãos mais permanentes das plantas, para serem remobilizados quando a fotossíntese não atende a demanda. Saída da estação de dormência (inverno ou verão) Após condição desfavorável (Ex.: seca) Após desfolha drástica Evolução das substâncias de reserva em uma planta anual em crescimento livre Evolução das substâncias de reserva em uma planta perene em crescimento livre 12

13 SUBSTÂNCIAS DE RESERVA Açúcares solúveis CHOs não estruturais Amido Frutosanas Glicose Frutose Sacarose Maltose etc... SUBSTÂNCIAS DE RESERVA Compostos nitrogenados Proteínas Enzimas Ács.Nucléicos (RNA, DNA) Clorofilas etc... LOCAIS DE ARMAZENAMENTO EM DIFERENTES FORRAGEIRAS (Carámbula, 1977) Leg. ereta Coroa Leg. rasteira estolões Gram. ereta base dos colmos Gram. rasteira rizomas e estolões Fontaneli et al., 2012) 13

14 Fontaneli et al., 2012) O que é preciso para haver crescimento da pastagem e acúmulo de reservas????? Curva de crescimento de uma planta forrageira Água Minerais Temperatura Radiação (luz) T1 T2 T3 14

15 Fases do Crescimento de uma Planta Forrageira (padrão sigmóide) Curva de crescimento de uma planta forrageira 15cm Taxa do processo Assintótica 5cm TC: 68kg MS/ha/dia 10cm TC: 79kg MS/ha/dia TC: 97kg MS/ha/dia 20cm A Logaritmica Linear TC: 78 kg MS/ha/dia 0 TEMPO T1 T2 T3 O crescimento pastagem é função: Interceptação de radiação Interceptação de radiação depende: Da área foliar e do IAF Área Foliar: Área de folhas presentes em uma superfície de solo conhecida Índice de Área Foliar: IAF: área de folhas = s/ unid. área de solo coberto IAF crítico: 90-95% da energia luminosa interceptada e 5% chega ao solo IAF ótimo: Fotossintese : Respiração 100% IL IAF teto: Folhas novas = Folhas mortas Arquitetura da planta influencia o tempo necessário para chegada nestes níveis. 15

16 Interceptação da luz Máximo Acúmulo de Folhas Vivas Crescimento das Plantas Forrageiras C sombreamento CRESCIMENTO A Perda do aparato fotossintético B Balanço positivo de carbono 0 B TEMPO C 62 Máximo Acúmulo de Folhas Vivas AF é 2,9 maior que a área de solo que ela cobre 16

17 De modo geral, a desfolha deve ocorrer quando... Panicum maximum - Tanzânia 120,00 Azevém Anual - BRS Ponteio 100,00 Acúmulo de folhas e senescência (cm / perfilho) ,2 95% 91,1 95,9 Interceptação de Luz (%) Folha Haste Senescência 0 99,1 Acúmulo de Hastes (cm / perfilho) % 80,00 60,00 40,00 20,00 NFV FIL DVF tx sen tx. Expans tx.exp.colmo IAF 2,0 3,2 4,5 6,0 Barbosa, , Dias após a semeadura 350 GD 350 GD Cunha; Pedroso, Mittelmann, Maia, et al., 2012 A distribuição da radiação depende da arquitetura das plantas Arquitetura da vegetação e distribuição da radiação 68 17

18 Arquitetura da Planta e ângulo de inclinação das folhas Folhas planófilas Intercepta (%) Penetra (%) 18

19 Folhas erectófilas Pastagem consorciada Pastagem consorciada 19

20 10/09/2015 Ordem de sombreamento e alcance do IAFc > IAF 2- Gramíneas rasteiras T. branco, Amen. Forrag. IAFc 4-7 0,5m 1- Leguminosas rasteiras Axonopus, Cynodon 0,5m T. vesiculoso, T. alexandrino, 0,5m 3- Leguminosas eretas cornichão < IAF 4- Gramíneas eretas azevém, aveia, milheto Evolução da taxa de crescimento da cultura em função da evolução do índice de área foliar numa pastagem de azevém (Brougham, 1956) IAFc 2-4 0,5m Evolução da eficiência de intercepção da radiação incidente (Ei) em função da evolução do índice de área foliar (IAF) em alfafa (Gosse et al., 1984) 20

21 10/09/2015 IAF em plantas planófilas e erectófilas IAF X Interceptação de luz x Prod. MS Trevo Branco Interceptação de Luz (%) Azevém 60 IAF Plantas sombreadas menor razão R/FR mais vermelho-distante chegam a elas Por ação do FITOCROMO iniciam resposta para "capturar mais luz" elongação do caule e pecíolo, antecipando o processo de florescimento e dominância apical. 21

22 Manejo da pastagem no Sistema de Pastejo Rotativo Crescimento da pastagem Tempo Entrada dos animais Altura do relvado: Mombaça - 90cm Tanzânia - 70cm Milheto - 55cm Tifton - 20cm Sudão 50cm Azevém: 14cm vegatativo 30cm pré-florescimento Saída dos animais Altura do relvado: Mombaça 50cm Tanzânia 30cm Milheto 25cm Tifton 8cm Sudão 10cm Azevém: 7cm vegatativo 12cm pré-florescimento Manejo da pastagem no Sistema de Pastejo contínuo Crescimento da pastagem Tempo Próx. Máx. Acúmulo de Folhas Vivas > Produtividade > Qualidade Altura média do relvado: 60cm mombaça; 55cm tanzânia; 40cm Massai; 40cm milheto 12 cm azevém Manejo de Plantas Forrageiras Manejo da desfolha Pastejo severo colheita = IAF = Captura E inc = Produção de pasto Corte Pastejo Pastejo leve EFEITOS 87 Colheita = IAF = Captura E inc = Produção de pasto = senescência 22

23 EFEITO DA ALTURA DE CORTE (RESÍDUO) SOBRE O TEMPO NECESSÁRIO PARA O RESTABELECIMENTO DA PASTAGEM Altura de corte A B C Tempo necessário para restabelecimento Efeito da intensidade de desfolha sobre o padrão de crescimento de espécies forrageiras (Adaptado de Rodrigues & Rodrigues, 1987). No tempo A perdas por pisoteio, dejeções, etc... para um pequeno aproveitamento do pasto No tempo C longo intervalo entre utilizações da pastagem Sempre que a oferta de C exceder a demanda RESERVAS Armazenamento: coroa, raízes, estolões, rizomas, bases dos caules Rebrote de uma pastagem temperada sob três intensidades de desfolha (Adaptado de Brougham 1956). Área foliar remanescente Permanência do tecido fotossintético e massa de raízes 23

24 Carboidratos totais não estruturais na base do colmo de Capim Mombaça em função da intensidade de desfolha EFEITO DA INTERAÇÃO IAF RESERVAS Alto nível de CHOs não estruturais 5,08 cm (Alta AFR) Baixo nível de CHOs não estruturais 5,08 cm (Alta AFR) 0,25 cm (Baixa AFR) 0,25 cm (Baixa AFR) Gomide et al., 2002 EFEITO DA INTERAÇÃO IAF RESERVAS Quanto CRESCIMENTO mais severa SUBSEQÜENTE a desfoliação DE NOVAS e mais FOLHAS baixas E PERFILHOS as reservas, menos vigoroso é o crescimento dos perfilhos presentes e Alto nível de CHOs não estruturais Baixo nível de CHOs não estruturais menos perfilhos novos são emitidos menor produção de forragem. 2,54 Comprimento de novas folhas (cm) 1,52 1,65 1, Número de novos perfilhos