Avaliação de sensor óptico para a adubação nitrogenada na cultura do feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.)

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1 Avaliação de sensor óptico para a adubação nitrogenada na cultura do feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) Fabrício Pinheiro Povh 1, Wagner de Paula Gusmão dos Anjos 1 1 Setor de Mecanização Agrícola e Agricultura de Precisão, Fundação ABC, Castro, Paraná, Brasil, fabricio@fundacaoabc.org.br, wagner@fundacaoabc.org.br RESUMO As recomendações de nitrogênio para a cultura do feijão, assim como para outras culturas são geralmente baseadas em curvas de resposta, as quais sofrem influência de cultivares, da região e do clima. Os sensores ópticos que medem a reflectância das culturas são uma ferramenta com grande potencial para o manejo do nitrogênio. Vários trabalhos já foram realizados em culturas como milho e trigo, mas no feijão ainda foi pouco explorado. Portanto, foi montado um ensaio com a cultivar IPR Campos Gerais e 5 doses de nitrogênio e um tratamento adicional com aplicação do N em cobertura em V7. O objetivo foi verificar a resposta da cultura à aplicação do fertilizante nitrogenado e se o sensor seria capaz de identificar as diferenças. A partir do mesmo sensor foram gerados dois índices de vegetação (NDVI Normalized Difference Vegetation Index e NDRE Normalized Difference Red-Edge Index) para fins comparativos, com coletas de dados em três épocas distintas. Foi encontrado que o melhor estádio fenológico do feijão para se fazer a coleta de dados com o sensor foi em V7 (sete folhas trifoliadas). O NDRE se mostrou melhor para a cultura do feijão (R 2 =0,62), enquanto que o NDVI saturou e não conseguiu diferenciar as doses de nitrogênio. Houve também uma correlação significativa do NDRE com a produtividade (R 2 =0,58). A aplicação de N em cobertura em V7 não diferiu estatisticamente da mesma dose aplicada logo após a semeadura. PALAVRAS-CHAVE: Feijão, Índices de Vegetação, Nitrogênio. ABSTRACT Nitrogen recommendations for common beans, just as other crops usually bases in response curves, which has the influence of cultivars, region and climate. The optical sensors that measures crop s reflectance are a tool with great potential to manage nitrogen. There are many papers with excellent results for crops as corn and wheat, but common beans is still underexplored. Therefore, this experiment was done with the cultivar IPR Campos Gerais and 5 nitrogen rates, besides one additional treatment with side-dress application of N in V7. The

2 objective was to verify the crop response to nitrogen application and if the sensor would be able to identify the differences. From the same sensor, two vegetation indices were calculated (NDVI Normalized Difference Vegetation Index and NDRE Normalized Difference Red- Edge Index) and compared, with data collection in three different growth stages of the crop. The best growth stage of the common beans to measure the reflectance with the sensor was V7 (seven trifoliolate leaves unfolded). The NDRE index had better results for common beans (R 2 =0.62), while NDVI saturated and could not differentiate the nitrogen rates. A significant correlation was also found between NDRE and yield (R 2 =0.58). The side-dress application in V7 was not statistically different from the same rate applied just after sowing. KEYWORDS: Common beans, Vegetation indices, Nitrogen. INTRODUÇÃO A cultura do feijão assim como a soja pode ser inoculada para fazer a fixação biológica do nitrogênio atmosférico, mas embora o feijoeiro em associação com a bactéria do gênero Rhizobium, atenda parte da sua exigência, a quantidade fornecida por esse processo normalmente é insuficiente, necessitando ser complementada por meio da adubação mineral (BINOTTI et al., 2007). Para definir as doses mais adequadas para a cultura, o método mais comum é a determinação de curvas de resposta (BARBOSA et al., 2011), as quais podem sofrer influência de cultivares, da região e do clima. Os resultados obtidos por Salgado et al. (2012) mostram essas diferenças de resposta em cultivares diferentes de feijão à aplicação de nitrogênio. Os sensores ópticos que medem a reflectância das culturas são uma ferramenta com grande potencial para o manejo do nitrogênio. Vários trabalhos já foram realizados em culturas como milho e trigo (POVH et al. 2008), mas no feijão ainda foi pouco explorado. Povh et al. (2007) mostraram que o NDVI conseguiu diferenciar doses de N em feijão. Barbosa Filho et al. (2009) conseguiram reduzir a dose de N em 60 kg.ha -1 utilizando o índice de suficiência de N coletando dados aos 30 DAE com o clorofilômetro SPAD. Portanto, o objetivo do trabalho foi avaliar a resposta da cultura do feijoeiro a doses crescentes de nitrogênio e verificar a capacidade de um sensor óptico ativo em identificar as variações de dose através do uso de dois índices de vegetação. MATERIAL E MÉTODOS O experimento foi instalado na safra de verão 2014/2015 no Campo Demonstrativo e Experimental da Fundação ABC (24º 4 22 S, 49º 9 21 O, 740 m de altitude), em Itaberá

3 SP. O clima é do tipo Cfb pela classificação de Köppen. A precipitação da semeadura à colheita foi 287 mm. O solo foi classificado como Latossolo Bruno e os resultados da análise de solo da camada de 0 a 20 cm foram: P(resina): 45 mg.dm -3 ; Matéria Orgânica: 27 g.dm -3 ; ph(cacl2): 4,5; H + Al: 39 mmolc.dm -3 ; Al(KCl): 2,1 mmolc.dm -3 ; K: 3,3 mmolc.dm -3 ; Ca: 32 mmolc.dm -3 ; Mg: 6,0 mmolc.dm -3 ; Soma de Bases: 41,3 mmolc.dm -3 ; CTC: 80,3 mmolc.dm -3 ; Saturação de Bases (V%): 51%; Argila: 442 g/kg; Silte: 85 g/kg e Areia: 473 g/kg. A adubação de base foi 400 kg.ha -1 com a fórmula aplicados no sulco de semeadura e o nitrogênio foi aplicado em cobertura na forma de ureia (46% de nitrogênio) para compor os tratamentos. O delineamento utilizado foi de blocos ao acaso, com 4 blocos e 6 tratamentos. As parcelas experimentais tinham 2,80 por 6,00 m. Os tratamentos foram doses de 0, 30, 60, 90 e 120 kg.ha -1 de nitrogênio aplicados logo após a semeadura e mais um tratamento adicional com a dose mais alta (120 kg.ha -1 ) que foi parcelada em 30 kg.ha -1 de N junto com os demais tratamentos logo após a semeadura, e o restante (90 kg.ha -1 ) aplicado em cobertura em V7. As sementes de feijão não foram inoculadas, de modo a ser avaliada a resposta da cultura sem a influência do inoculante. A semeadura foi realizada em sistema de semeadura direta sobre palhada de aveia preta no dia 06 de outubro com a cultivar IPR Campos Gerais. O espaçamento utilizado foi de 0,40 m entre fileiras e uma população esperada de plantas.ha -1. A coleta de dados de reflectância foram realizadas com um sensor óptico ativo da marca AgLeader modelo OptRx. Os comprimentos de onda utilizados foram 670 nm (vermelho), 730 nm (rededge) e 780 nm (infravermelho próximo). A partir das reflectâncias medidas nos três comprimentos de onda, foram gerados dois índices de vegetação, o NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) (ROUSE et al., 1973) e o NDRE (Normalized Difference Red- Edge Index) (BARNES et al., 2000), descritos conforme as equações 1 e 2. A diferença entre eles é a substituição da reflectância no vermelho (região visível do espectro eletromagnético), geralmente utilizada pelo NDVI, pela reflectância na região do red-edge para calcular o NDRE. NDVI = NDRE = (ρivp ρv) (ρivp + ρv) (ρivp ρre) (ρivp + ρre) Eq. (1) Eq. (2) Na qual: ρivp = reflectância no infravermelho próximo (780 nm); ρv = reflectância no vermelho (670 nm); ρre = reflectância no red-edge (730 nm);

4 As coletas de dados com o sensor foram realizadas em três estádios do desenvolvimento do feijão, V1 (primeira folha trifoliada aberta), V4 (quarta folha trifoliada aberta) e V7 (sétima folha trifoliada aberta), passando manualmente por cima das parcelas a uma distância média de 0,80 m entre o sensor e o dossel das plantas. O sensor emite radiação ativa, coleta a reflectância dos alvos nos três comprimentos de onda a uma frequência de 5 Hz (5 leituras por segundo) e armazena os dados em um cartão de memória. Esses dados são tabulados, calculados os índices de vegetação e a média de cada parcela. Quando a cultura estava com 64% das vagens secas, todos os tratamentos foram dessecados com 400 g.ha -1 de diquato, e após 11 dias (13/01/2015) foi realizada a colheita com uma colhedora de parcelas. A área colhida de cada parcela foram 4 linhas de 4,0 m, e a colhedora registra a produtividade de grãos e a umidade automaticamente. Foram realizadas análises de regressão e análise de variância para os tratamentos com doses de N em relação aos índices de vegetação e a produtividade. Para comparar os tratamentos de doses de N com o tratamento adicional de N em cobertura foi realizada análise de variância com teste de média (Tukey) com 5% de significância. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os índices de vegetação calculados em cada estádio de desenvolvimento do feijão foram utilizados para a análise de regressão com as doses de nitrogênio aplicadas. A primeira avaliação em V1 apresentou valores do coeficiente de determinação (R 2 ) baixos e não significativos, sendo 0,13 ns para o NDRE e 0,09 ns para o NDVI, provavelmente em função do baixo índice de área foliar. Na segunda avaliação em V4 os coeficientes de determinação ainda foram baixos, significativo a 5% para o NDRE (R 2 =0,23*) e não significativo para o NDVI (R 2 =0,11 ns ). Entretanto, na última avaliação em V7, 39 dias após a semeadura (DAS) e 32 dias após a emergência (DAE), o coeficiente de determinação aumentou para o NDRE mas continuou não significativo para o NDVI. Os resultados obtidos na terceira avaliação estão apresentados na Figura 1. O baixo valor de R 2 para o NDVI (R 2 =0,07 ns ) pode ser explicado pelo fato já bastante discutido na literatura, que é a saturação NDVI em culturas com índice de área foliar mais alto (POVH et al., 2008), na qual a alta reflectância no infravermelho próximo e grande absorção na região do visível em função da biomassa e dos teores de clorofila na folha elevam o NDVI a valores próximos do limite máximo do NDVI que é igual a 1. Mas isto também faz com que o NDVI seja mais sensível a pequenas alterações em culturas como trigo, cevada e aveia (POVH et al., 2008).

5 Figura 1 Gráficos de regressão entre as doses de nitrogênio e os índices de vegetação no estádio V7. Fonte: (Fundação ABC, 2015) O NDRE conseguiu diferenciar as doses de nitrogênio aplicadas, com um R 2 =0,62**, significativo a 1% pela análise de variância. A dose mais alta de nitrogênio utilizada no ensaio foi 120 kg.ha -1 de nitrogênio, esperando um comportamento polinomial quadrático para definição da dose de máxima eficiência técnica, mas não foi suficiente, sendo ajustado uma regressão linear simples. Resultados semelhantes foram obtidos por Farinelli et al. (2006), com uma regressão linear crescente com doses de até 160 kg.ha -1 em plantio direto. Da mesma forma Gomes Jr. et al. (2008) com semeadura de feijão sobre palhada de milho tiveram um ajuste linear com dose máxima de 120 kg.ha -1 de N. Stone e Moreira (2001), também observaram que com dose máxima de 120 kg.ha -1 de N aplicado em cobertura não foi suficiente para alcançar a máxima produtividade. Outros autores conseguiram ajustar uma função quadrática para determinar a dose de melhor eficiência técnica. Barbosa et al. (2011) encontraram 144 e 134 kg.ha -1 de nitrogênio para as cultivares Pérola e IAC Carioca Eté, respectivamente. Carvalho et al. (2003) estimaram que a produtividade máxima seria alcançada com dose superior a 140 kg.ha -1 de N em sistema

6 de plantio direto. Entretanto, Biscaro et al. (2011) não encontrou resposta em produtividade aplicando doses de N em feijão, apenas quando combinado com aplicação de Molibdênio via foliar. Nessas situações de baixa resposta o uso de sensores se torna mais importante, permitindo calcular a dose mais adequada para cada situação através de modelos matemáticos. Após a colheita, foi realizada a análise de regressão entre as doses de nitrogênio e a produtividade do feijão (Figura 2). O ajuste polinomial quadrático, igualmente ao NDRE, apresentou um R 2 semelhante ao ajuste linear, ambos significativos a 1%, por esse motivo optou-se pelo modelo mais simples. Figura 2 Gráfico de regressão entre as doses de nitrogênio e a produtividade. Fonte: (Fundação ABC, 2015) Tendo em vista que em ambas as análises de regressão, do NDRE e da produtividade com as doses de N, os ajustes foram lineares e não foi possível determinar a dose de máxima eficiência técnica, o próximo passo foi correlacionar o NDRE obtido no estádio fenológico V7 com a produtividade do feijão (Figura 3). A correlação também apresentou um ajuste linear significativo a 1%, com um R 2 =0,58**. Esse resultado permite inferir que os tratamentos que receberam mais nitrogênio no início do ciclo e que foram identificados pelo sensor óptico através do índice NDRE tiveram maior produtividade. Para que o uso de sensores na recomendação de nitrogênio funcione de maneira satisfatória, é necessária uma sincronização entre o melhor estádio de desenvolvimento da cultura para a coleta de dados e a época de aplicação do nitrogênio. Neste caso, o melhor estádio foi em V7, então é preciso saber se a cultura ainda responde ao nitrogênio aplicado em cobertura. Alguns trabalhos indicam que não há diferença entre aplicar o N na semeadura, em

7 cobertura ou parcelado (SORATTO et al., 2013; FERNANDES et al., 2005; CARVALHO et al., 2001; BUZETTI et al., 1990; BINOTTI et al., 2007). Figura 3 Gráfico de regressão entre o NDRE obtido no estádio V7 e a produtividade. Fonte: (Fundação ABC, 2015) A Figura 4 mostra a resposta em produtividade com as doses de N em comparação ao tratamento adicional que também recebeu a dose mais alta (120 kg.ha -1 ) mas que foi parcelado em 30 kg.ha -1 logo após a semeadura e o restante (90 kg.ha -1 ) em V7. Figura 4 Gráfico de barras com as médias de produtividade dos tratamentos. As letras abaixo das doses de nitrogênio representam a época de aplicação (S = logo após a semeadura). Fonte: (Fundação ABC, 2015) Considerando que o feijão levou 7 dias da semeadura até a emergência, a cultura atingiu V7 com 32 DAE. A produtividade do tratamento adicional não teve diferença estatística do tratamento com mesma dose que foi aplicada logo após a semeadura. Para Rosolem (1987), o

8 aproveitamento do N é maior quando a aplicação é realizada no máximo até 36 dias após a emergência (DAE). Arf et al. (1990), estudando aplicação das doses de N em cobertura aos 21 e 35 DAE concluíram que não houve diferença de produtividade. Buzetti et al. (1990), também não observaram diferenças na aplicação total de nitrogênio aos 20 DAE ou parcelado aos 20 e 40 DAE. Neste estudo, com 32 DAE a cultura ainda respondeu, indicando que é possível fazer a adubação de base e aguardar até a cultura chegar a V7 para coletar os dados com os sensores e gerar uma recomendação de N para ser aplicada em cobertura. CONCLUSÕES Os resultados permitem concluir que o melhor estádio fenológico do feijão para se fazer a coleta de dados com o sensor foi em V7 (sete folhas trifoliadas abertas). O NDRE se mostrou melhor do que o NDVI para a cultura do feijão, sendo possível identificar a resposta da cultura à aplicação do nitrogênio ainda no estádio vegetativo. A correlação do NDRE com a produtividade foi significativa. Para a cultivar IPR Campos Gerais não houve diferença estatística na produtividade pela aplicação de N logo após a semeadura ou em cobertura em V7 (32 DAE). REFERÊNCIAS ARF, O.; FERNANDES, F. M.; JACOMINO, A. P. Comparação de fontes e doses de adubos nitrogenados na cultura do feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) cultivado no sistema de plantio direto. In: Reunião Nacional de Pesquisa de Feijão, 3., Vitória, Anais... Vitória: Embrapa, BARBOSA FILHO, M. P. et al. Época de aplicação de nitrogênio no feijoeiro irrigado monitorada com auxílio de sensor portátil. Ciência e Agrotecnologia, v. 33, n. 2, p , BARBOSA, R. M. et al. Nitrogênio na produção e qualidade de sementes de feijão. Pesquisa Agropecuária Tropical, v. 41, n. 3, p , BARNES, E. M. et al. Coincident detection of crop water stress, nitrogen status and canopy density using ground-based multispectral data. In: 5th International Conference on Precision Agriculture, 5., Madison, WI, BINOTTI, F. F. S. et al. Manejo do solo e da adubação nitrogenada na cultura de feijão de inverno e irrigado. Bragantia, v. 66, n. 1, p , BISCARO, G. A. et al. Nitrogênio em cobertura e molibdênio via foliar no feijoeiro irrigado cultivado em solo de cerrado. Acta Scientiarum Agronomy, v. 33, n. 4, p , 2011.

9 BUZETTI, S. et al. Efeito da adubação nitrogenada via solo e foliar em feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) cultivar carioca. In: Reunião Nacional de Pesquisa de Feijão, 3., Vitória, Anais... Vitória: Embrapa, CARVALHO, M. A. C. et al. Produtividade e qualidade de sementes de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) sob influência de parcelamentos e fontes de nitrogênio. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 25, n. 3, p , CARVALHO, M.A.C. et al. Doses e épocas de aplicação de nitrogênio e teores foliares deste nutriente e de clorofila em feijoeiro. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.27, p , FARINELLI, R. et al. Produtividade e qualidade fisiológica de sementes de feijão em função de sistemas de manejo de solo e adubação nitrogenada. Revista Brasileira de Sementes, v. 28, n. 2, p , FERNANDES, F.A. et al. Molibdênio foliar e nitrogênio em feijoeiro cultivado no sistema plantio direto. Acta Scientiarum, Maringá, v.27, n.1, p.7-15, GOMES Jr., F. G.; SÁ, M E.; VALÉRIO FILHO, W. V. Nitrogênio no feijoeiro em sistema de plantio direto sobre gramíneas. Acta Scientiarum Agronomy, v. 30, n. 3, p , POVH, F. P. et al. Detecção de deficiência de nitrogênio com um sensor óptico ativo na cultura do feijoeiro. In: Simpósio Internacional de Agricultura de Precisão, 4., 2007, Viçosa. Anais... Viçosa: Universidade Federal de Viçosa, POVH, F. P. et al. Comportamento do NDVI obtido por sensor ótico ativo em cerais. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 43, n. 8, p , ROSOLEM, C.A. Nutrição e adubação do feijoeiro. Piracicaba, POTAFOS, p. ROUSE, J.W. et al. Monitoring vegetation systems in the great plains with ERTS. In: Third ERTS Symposium, NASA SP-351, v. 01. NASA, Washington, DC, p , SALGADO, F. H. M. et al. Eficiência de genótipos de feijoeiro em resposta à adubação nitrogenada. Pesquisa Agropecuária Tropical, v. 42, n. 4, p , SORATTO, R. P. et al. Épocas de aplicação de nitrogênio em feijoeiro cultivado após milho solteiro ou consorciado com braquiária. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 48, n. 10, p , STONE, L.F.; MOREIRA, J.A.A. Resposta do feijoeiro em cobertura, sob diferentes lâminas de irrigação e preparos de solo. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v.36, n.3, p , 2001.