Eficiência de uso do nitrogênio: Bases fisiológicas para o uso dos fertilizantes Dra. Veronica Lorena Dovis Pós-doutoranda Diretor: Dr. Dirceu de Mattos Junior Laboratório de Nutrição e Fisiologia Centro de Citricultura Sylvio Moreira 6 de junho de 2018
Porque estudar a eficiência de uso do N? Elemento importante na composição das plantas: Citrus e Cálcio? 16% da proteína é N Todo o N é fixado do ambiente (biológica ou industrialmente) Fertilizantes orgânicos Fertilizantes minerais Em citrus a recuperação do N aplicado varia entre o 25% e 50% Custo econômico Custo ambiental: contaminação por lixiviação, desnitrificação, escorrimento superficial. Pegada de carbono. 1 tn N 1000 m 3 gas natural
Ciclo do Nitrogênio
Nitrogênio no sistema Tabela 1: Estimativa da fixação global de nitrogênio nas últimas cinco décadas. 1960( a ) 1990( a ) 2010( b ) Fonte de N --------------------- Mt de N -------------------- Cultivos de leguminosas 30 40 50-70 Emissões de combustíveis fósseis 10 15 30 Fertilizantes 20 80 120 N TOTAL ATIVIDADES HUMANAS 60 145 210 FIXAÇÃO NATURAL DE N 203 ± 50( 1 ) 203 ± 50 203 ± 50 ( 1 ) Fixação natural de N inclui ecossistemas terrestres, marinhos e pela radiação. As estimações são variáveis dependentes da fonte e do método de medida e cálculo (Fowler et al., 2013) Fonte: ( a ) Keeney & Hatfield (2008); apud Vitousek et al. (1997); ( b ) Fowler et al. (2013).
Eficiência na citricultura mundial Qin et al., 2016 FAOSTAT, 2016 País Produtividade de citros Agrícola t ha -1 kg ha -1 de N China 13,6 254,1 Brasil 22,1 44,7 USA 26,8 79,1 Espanha 20,8 64,1
Sustentabilidade na citricultura. Pegada de carbono http://www.jwgreynolds.co.uk/index.php?/far-foods/
Eficiência uso do N: Definições EUN = biomassa ou grãos produzidos por unidade de N aplicado E plantas perenes? EUN = E recup N * E transf N Capacidade transformar o N em biomassa Capacidade de adquirir o N do solo Xu et al., 2012
Eficiência uso do N: Definições Cultura Consumo de nutrientes Exportação pelas colheitas N P 2 O 5 K 2 O N P 2 O 5 K 2 O - - - - - - - - - - Mt - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - % - - - - - - - - - - Milho 3,35 2,13 2,10 79 96 65 Cana de açúcar 2,88 1,00 3,13 80 70 67 Feijão 0,32 0,32 0,20 67 35 115 Trigo 0,44 0,32 0,25 58 48 35 Café 1,44 0,39 1,00 20 11 45 Laranja 0,28 0,11 0,21 51 28 67 Cunha et al., 2014 Informações Agronômicas
EUN = E rec N * E transf N NUtE = Eficiência transformação Biomassa/ N planta R-NH 2 Eficiência fertilizante N Fertilizante NUpE = Eficiência absorção NO 3 e NH 4 absorvido Escorrimento Volatilização e desnitrificação NH 3 N 2 O - N 2 NO 3- ou NH 4+ disponível Fixação Xu et al., 2012 N disp < N fert Lixiviado
Eficiência do fertilizante: N aplicado vs N disponível Lixiviação Controle: Parcelamento dose e momento aplicação Escorrimento superficial Controle: cobertura vegetal e sistematização da área Desnitrificação Controle: quase nula em solos bem drenados Fixação biológica Volatilização amônia Controle: escolha de fonte apropriada
Volatilização Maior proporção das perdas é com ureia Ureia urease amônia amônio CO(NH 2 ) 2 + 2H 2 O (NH 4 ) 2 CO 3 + H 2 O 2NH 4 + NH 3 -
Volatilização da amônia Aplicação sobre solo úmido Perdas de R$ 88 a 233 ha/ano Para dose de 100 e 200 kg N) Aplicação sobre solo seco e 49 mm de chuva após 6 dias. Perdas de R$ 35 a 100 ha/ano Para dose de 100 e 200 kg N Cantarella et al., 2003 Perdas maiores nos primeiros dias, mais água em superfície e maior dose = maior perda
Recuperação da NH 3 volatilizada Condições simuladas para maximizar a volatilização Estimativas Espaçamento padrão - 4 anos adensado - 8 anos N recuperado do volatilizado (%) 3,2 7,3 N recuperado do aplicado (%) 1,7 ± 0,1 6,1±0,3 N recuperado (área) (kh ha -1 ) 0,7 ± 0,05 4,9 ± 0,4 Boaretto et al., 2013 Em pomares de alta densidade de plantio alcança 7% do volatilizado. 51% em folhas e 23% em raízes
Eficiência uso do fertilizante Programas de manejo: Parcelamento e época de aplicação Fonte de fertilizante a ser aplicado Cobertura vegetal Avaliação da fertilidade do solo Avaliação da eficiência do programa mediante análises foliares
Eficiência de absorção = recuperação Absorção e assimilação do N Proteínas Água + Temperatura NO 3- : NH 4 + Tempo de contato + concentração da solução Características do solo: crescimento da raiz e condições drenagem Densidade de raízes e atividade
Eficiência de absorção 0-25 cm 60 a 80% raízes Importância relativa das raízes Linha 40 a 50% das raízes Entrelinhas 50 a 60% das raízes Valência/Swingle 3 anos Distribuição do conteúdo de N (%) Pêra/Cravo 5 anos Navelina/Carrizo 8 anos Shamouti 22 anos Boaretto, 2010 Boaretto, 2007 Quiñones, 2003 Feigenbaum, 1987 Folhas 27,5 25,7 30,5 22,4 (7,3) Ramos-Tronco 8,5 23,6 25,0 41,7 (55,4) Raízes 44,8 20,1 23,6 15,4 (24,1) Frutos 16,3 30,4 20,8 20,4 (13,3)
Recuperação de N (mg planta -1 ) Eficiência de absorção: Disponibilidade de água 1. Agua facilita difusão na solução do solo 2. Controla a ETc e assim o crescimento e atividade metabólica da planta Soma temperatura recuperação (Cd N ) Scholberg et al., 2002 Nutrientes se movimentam com a água transpirada pela planta
Eficiência de absorção: Disponibilidade de água t r (h) 7 mg N L -1 70 mg N L -1 Concentração da solução e tempo de residência Scholberg et al., 2002 Eficiência recuperação (%) 2 36,4 17,5 4 57,1 22,1 8 81,7 34,1 Recuperação N (mg N pl -1 ) Swingle Volkameriano Irrigação Seco Reidratado Seco Reidratado 1.0 ET 14,1 (100%) 12,2 (100%) 13,7 (100%) 13,2 (100%) 0.3 ET 11,0 (84%) 9,8 (80%) 10,7 (78%) 13,0 (98%) 0.0 ET 9,5 (67%) 8,4 (68%) 7,7 (56%) 10,1 (71%) Scholberg et al., 2001
Eficiência de absorção: Metabolismo da planta Teor na seiva (A) e na folha (B) em função dos estádios de desenvolvimento da cultura de laranja (setas indicam momentos que foram aplicados 25% da dose de N)
Eficiência de absorção: Metabolismo da planta 42 Temperatura ( C) A d (mmol CO 2 m -2 dia -1 ) 35 28 21 14 7 0 240 210 180 150 120 90 0 50 Ind-Dif flores MFl 13 C FQ Temp. máxima Temp. mínima Cr Fr Momentos de reduzida produção de açúcares... Flor-Folha/100 nós 40 30 20 10 0 folhas E o consumo? Dovis et al., 2014 A J A O D F A J
Floração Frutificação Queda frutos Parte aérea Raízes Mais flores = Maior consumo Pegamento de flores FT: 4,7% Dovis et al., 2014 DFT: 18,2%
Eficiência de absorção: Sazonalidade 15 N Primavera = verão Limão = Laranja 15,1 g N/kg MS MSFolhas 965 g/pl 16,4 g N/kg MS MSFolhas 735 g/pl Primavera Verão Primavera Verão Recuperação N 53,8 50,2 42,9 29,2 % na Raiz 44,0 57,0 44,0 52,0 Contribuição: Frutos 41,9 10,7 37,6 10,3 Flores 33,0 51,5 37,9 40,9 Boaretto et al., 2010
Eficiência de absorção: Sazonalidade Destino do N aplicado na primavera Planta 6 anos N total: 280 g N/pl 15 N em agosto (35% dose) como NA 48 Destino do 15 N após 9 meses 40 Mature Total recuperado: 39,5% Leaf Ndff, % 32 24 16 Sm+F98 Spr99 Parte planta % Frutos 46,8 Brotação primavera 24,4 Raízes finas 12,3 8 Partes maduras 16,6 0 25/jan 15/mar 4/mai 23/jun 12/ago 1/out = agosto = dezembro Mattos et al., 2003
Resumindo... Efeitos sobre a EUpN Disponibilidade de agua, temperatura e temperatura a aumentam Elevada concentração de N na solução a reduzem Demanda da planta regula à absorção e remobilização Atividade radicular modulada pelo ambiente
Eficiência de transformação 6 CO 2 + 12 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O glicose Glicose + R-NH 2 Proteínas Glicose e proteína: manutenção vs crescimento Frutos 1 m 2 para 2,3 kg Flores Folhas Ramos Raízes Água e nutrientes
Eficiência de transformação Limão (Citrus limon) vs Laranja (Citrus sinensis) 15-18 g/kg 26,8 g/kg Quaggio et al., 2002 Quaggio et al., 1998
Eficiência de transformação Lisboa x Swingle Valência x Swingle Plantas jovens 160 g N/pl 1 safra Limão Laranja N foliar (g/kg) 21,7 23,6 N planta (g/kg) 15,2 16,4 Frutos (kg MS) 1,41 0,79 Biomassa superior k(g MS) 3,05 1,84 Biomassa raízes (kg MS) 2,03 1,86 N total (g/pl) 74,6 98,6 Índice colheita (MSFr/MSTotal - %) 21,7 17,5 Boaretto et al., 2010
Eficiência de transformação Valência x Swingle Lisboa x Swingle Mudas 30 cm 30 g N/pl 14 meses Concentração foliar g N/kg MS Junho Outubro Janeiro Laranja 34,52 28,66 24,22 Limão 22,26 22,70 15,32 Pn/N (mmol CO 2 g -1 N dia -1 ) 80 60 40 20 0 Laranja Limão Junho Outubro Janeiro Dovis, não publicados
Eficiência de transformação Valência x Swingle Lisboa x Swingle Mudas 30 cm 30 g N/pl 14 meses Laranja Limão Área foliar (m 2 /pl) 3,8 ± 0,18 5,7 ± 0,31 MS seca (kg/pl) 1,7 ± 0,07 2,5 ± 0,15 MS raiz (kg/pl) 0,87 ± 0,05 0,91 ± 0,08 % Raízes 51,9 36,3 Conteúdo N (g/pl) 21,1 ± 1,4 22,0 ± 1,2 NER (g MS/g N) 80,6 ± 5,4 113,2 ± 3,2 Dovis, não publicados NUpE (g N/kg MSR) 24,6 ± 2,3 25,0 ± 1,3
Eficiência de transformação Valência/Swingle 4 anos. Fertirrigado 2 Fontes AN: Nitrato amônio CN: Nitrato Ca Quaggio et al., 2014
Eficiência de transformação A redução na produção e eficiência associado com um desbalanço na relação NO 3- :NH + 4 Excesso de NH + 4 reduz a absorção de Ca Acidificação do solo aumenta a disponibilidade de Mn Quaggio et al., 2014
Resumindo... Característica da espécie e genótipo A partição de biomassa aérea/raiz afeta o vigor Mesma eficiência de recuperação eficiência de transformação Interação com outros nutrientes
Sustentabilidade $$ Ambiental EU-Fertilizante Perdas escolhendo a fonte EUN EU-Recuperação EU-Transformação Manejo do parcelamento Absorção Carboidratos e N reservas Demanda da floração e dos frutos kg fruto/kg N Novo horizonte: estudo limão vs laranja
Manejo nutrientes 4C Conjunto de boas práticas para uso dos fertilizantes Casarin & Stipp, 2013
Alguns indicadores de desempenho o Ganho de produtividade o Ganho qualidade o Uso eficiente dos recursos (nutrientes, água, trabalho ou energia) o Lucro ou retorno do investimento o Conservação ou melhoria no solo o Condições de trabalho o Qualidade do ar e da água o Biodiversidade Casarin & Stipp, 2013
M4Cs MIPD Sustentabilidade MIP Manejo Solo
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