EFEITOS DA RESTRIÇÃO HÍDRICA E DE NITROGÊNIO NO CRESCIMENTO E NA FISIOLOGIA DA CANA-DE-AÇÚCAR R. C. de Oliveira 1 ; M. Rosa 2 ; A. C. Costa 3 ; M. B. Teixeira 3 ; F. A. L. Soares 3 ; G. J. de C. Gava 4 RESUMO: A produtividade da cana-de-açúcar é efetivamente afetada pela quantidade e intensidade de luz, concentração de CO 2, temperatura e disponibilidade de água e nutrientes. O objetivo deste estudo foi realizar a caracterização morfofisiológica da cana-de-açúcar em sistema de irrigação por gotejamento subsuperficial, mediante aplicação de diferentes lâminas de água e fornecimento de nitrogênio e potássio via fertirrigação. As trocas gasosas das plantas foram avaliadas 300 após o plantio para registro da taxa fotossintética, com a utilização de um medidor portátil de fotossíntese LCi acoplado a uma fonte de luz artificial. Foram demarcadas três plantas aleatoriamente em um metro linear no centro da linha dupla principal para avaliação de área foliar e número de folhas. Nos tratamentos fertirrigados, as parcelas com lâmina de 50% tiveram desempenho superior em relação às demais. Nos tratamentos não irrigados observou-se baixa taxa fotossintética e um menor índice de área foliar em relação aos demais tratamentos. PALAVRAS-CHAVE: taxa fotossintética; déficit hídrico; irrigação localizada. EFFECTS OF NITROGEN AND WATER RESTRICTION ON GROWTH AND PHYSIOLOGY OF SUGAR CANE SUMMARY: The productivity of sugar cane is effectively affected by the amount and intensity of light, CO 2 concentration, temperature and availability of water and nutrients. The present study aimed to carry out physiological characterization of sugar cane in drip subsurface irrigation system by application of different water depths and supply of nitrogen and potassium by fertirrigation. The gas exchange of plants were evaluated 300 days after planting for registration of photosynthetic rate, using a portable photosynthesis measurer LCi coupled to an artificial light source. Three plants were demarcated randomly in a linear meter in the center of the main double line to evaluation of leaf area and number of leafs. In fertirrigated treatments, the plots with 50% depth were the most prominence from the others. In non-irrigated treatments was observed a low photosynthetic rate and a lower leaf area index in relation to others treatments. KEY WORDS: photosynthetic rate, hydric deficit, local irrigation 1 Bolsista de Iniciação Científica CNPq, Agronomia, IFGoiano Campus Rio Verde GO. Fone: (64) 8443-0631. e-mail: renatocoagro@gmail.com 2 Biólogo, MSc., Laboratório de Ecofisiologia e Produtividade Vegetal, IFGoiano Campus Rio Verde, GO. 3 Prof. Dr. IFGoiano Campus Rio Verde, GO. 4 Engenheiro Agrônomo, Pesquisador APTA Polo Centro Oeste, Jaú SP
INTRODUÇÃO A cana-de-açúcar é uma das principais culturas exploradas no Brasil devido sua grande importância socioeconômica, utilizada para a obtenção de vários subprodutos e responsável por grande parte dos biocombustíveis utilizados no mundo. Entre os fatores ambientais que mais influenciam na conversão de energia em açúcar na cultura da cana-de-açúcar pode-se citar: a energia solar (intensidade, duração e qualidade); a concentração de CO 2 ; a temperatura; a disponibilidade de água e de nutrientes entre os quais o nitrogênio, que possui grande importância por ser constituinte de proteínas, entre outras biomoléculas (Gava et al., 2010). Por outro lado, a restrição hídrica é um dos mais importantes estresses ambientais na agricultura. A frequência e a intensidade do déficit hídrico constituem os fatores mais importantes à limitação da produção agrícola mundial. Por esse motivo, muitos esforços têm sido realizados para melhorar a produtividade de cultivos agrícolas sob condições de seca (Cativelli et al., 2008). Segundo Gava et al., (2010) as interações entre os estresses: hídrico e de nitrogênio sobre a produtividade da cana-de-açúcar não são bem compreendidas. Pois tanto a deficiência de nitrogênio como de água reduzem drasticamente a capacidade fotossintética da cana-de-açúcar. A deficiência de nitrogênio interfere nas atividades da PEPC e da RUBISCO (Ranjith et al., 1995; Meinzer & Zhu, 1998) e o déficit hídrico afeta diversos processos fisiológicos levando as plantas a responderem rapidamente mediante fechamento dos estômatos, que como consequência diminui o suprimento de CO 2 para a fotossíntese, aumentando a resistência difusiva ao vapor de água, reduzindo a transpiração, afetando a dissipação da energia térmica e o transporte de nutrientes por fluxo de massa, entre outros (Wu e Campbell, 2007). Muitos desses efeitos refletem mecanismos de adaptação das plantas ao ambiente (Heschel e Riginos, 2005). Diante do exposto, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar a morfofisiologia da cana-deaçúcar cultivada em diferentes lâminas de água (irrigação), com ou sem fornecimento de N-fertilizante. MATERIAIS E MÉTODOS O experimento foi instalado em área experimental pertencente ao Instituto Federal Goiano Campus Rio Verde, GO, situado na latitude 17 48'28" S e longitude 50 53'57 O, com altitude média de 720 metros, em um solo classificado como Latossolo Vermelho distroférrico (LVdf) de textura média. O experimento foi implantado em março de 2011, utilizando-se a variedade RB 85-5453. Para condução desse estudo, foram implantadas parcelas experimentais, constituídas de três sulcos de linha dupla (plantio em W ou plantio em abacaxi ) com espaçamento de 1,80 x 0,4 m entre linhas e 8 metros de comprimento, totalizando 52,8 m 2 de área total por parcela. O delineamento experimental utilizado foi em blocos ao acaso, com quatro repetições, testandose cinco lâminas de irrigação (100, 75, 50, 25 e 0% de reposição hídrica), com aplicação de 100 kg ha -1 de N-fertilizante na forma de uréia e sem aplicação do fertilizante nitrogenado. Todos os tratamentos receberam 120 kg ha -1 de P 2 O 5 -super simples e 80 kg ha -1 de K 2 O- cloreto de potássio. O fertilizante fosforado foi aplicado no sulco de plantio e o nitrogênio e potássio ao longo do crescimento da cultura por meio do sistema de irrigação.
As trocas gasosas das plantas foram avaliadas 300 dias após o plantio para registro da taxa fotossintética (A, μmol m -2 s -1 ). Esta avaliação foi realizada entre as 8:00 e as 11:30 horas utilizando um medidor portátil de fotossíntese LCi (ADC, BioScientific Ltda - England), acoplado a uma fonte de luz artificial, incidindo uma densidade de fluxo de fótons igual a 1000 μmol m -2 s -1, sempre numa folha completamente expandida. Foram demarcadas três plantas aleatoriamente em um metro linear no centro da linha dupla principal para avaliação de área foliar e número de folhas. Os resultados foram submetidos à análise da variância sendo que as médias dos tratamentos foram comparadas entre si pelo teste Scott-Knott a 5% de probabilidade. Utilizando-se o programa estatístico SISVAR. RESULTADOS E DISCUSSÃO As médias dos resultados referentes à avaliação de taxa fotossintética e dos dados morfológicos das plantas de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) submetidas às diferentes lâminas de irrigação e aplicação de fertirrigação encontram-se na tabela 1. Os tratamentos com lâminas de irrigação de 0 e 100%, não diferiram em taxa fotossintética. Entre as parcelas não fertirrigadas com N, as maiores taxas fotossintéticas foram observadas nas lâminas de 25, 50 e 75% de água disponível, os quais também não diferiram estatisticamente entre si, devido ao alto índice pluviométrico nos meses de outubro a dezembro, característico da região, consequentemente houve uma necessidade decrescente de lâmina de irrigação. Porém, nota-se que, referindo-se a área foliar, ocorreu maior crescimento nas folhas dos tratamentos em que são fornecidos maiores quantidades de água. A área foliar de maior média foi obtida na lâmina de 100% (não fertirrigado com N) e 75% (fertirrigado com N) sendo ambas as médias equivalentes, assim verifica-se a possibilidade de aplicação de uma menor lâmina, quando em fertirrigação com N. Já quando sem fertirrigação nitrogenada é necessário uma lâmina de irrigação 25% superior para obter a mesma resposta. Uma umidade adequada durante todo o período de crescimento é importante para se obtiver os rendimentos potenciais da cultura, visto que o crescimento vegetativo é proporcional à água transpirada pela mesma (Dalri e Cruz, 2004). A taxa fotossintética das plantas fertirrigadas com N em média foram superiores aos demais tratamentos, demonstrando que a aplicação de N foi efetiva, indicando que o aproveitamento deste nutriente foi elevado quando disponibilizados via fertirrigação, pois o fornecimento ocorreu juntamente com a água e aplicado diretamente ao solo, elevando sua absorção. Em plantas superiores como a cana-de-açúcar o N é um elemento chave na composição das principais biomoléculas, inclusive das clorofilas, pigmento essencial na captação da energia luminosa para o processo fotossintético (Ranjith et al., 1995; Meinzer & Zhu, 1998). A maior taxa fotossintética foi observada entre as parcelas fertirrigadas com N na lâmina de 50% de água disponível, sendo deste modo a lâmina onde a planta obteve a quantidade de água ideal e necessária para o seu melhor desenvolvimento, pois tanto o excesso de água quanto a ausência favorecem a redução da taxa fotossintética. A disponibilidade de água no solo interfere na produção vegetal, assim sua falta ou excesso afetam de maneira decisiva o desenvolvimento das plantas (Reichardt, 1996).
Os tratamentos em que não foram aplicadas lâminas de irrigação tiveram as menores taxas fotossintéticas, apesar de não haver diferença estatística com as lâminas de 100% devido à ocorrência de chuvas, porém nota-se um menor crescimento das folhas em relação aos demais tratamentos. CONCLUSÕES A aplicação conjunta de nitrogênio e água por meio do sistema de irrigação elevou as taxas fotossintéticas das folhas de cana-de-açúcar e o índice de área foliar. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). REFERÊNCIAS Cattivelli, L.; Rizza, F.; Badeck, F.W.; Mazzucotelli, E.; Mastrangelo, A.M.; Francia, E.; Mare, C. Drought tolerance improvement in crop plants: An integrated view from breeding to genomics. Field Crops Research, v.105, p.1-14, 2008. DALRI, A. B.; CRUZ, R. L. Avaliação da produtividade da cana-de-açúcar irrigada por gotejamento subsuperficial nos três primeiros ciclos. Tese de Doutorado em Agronomia /Irrigação e Drenagem UEP: Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu, 2004. 89p. GAVA, G. J. C. ; KÖLLN, O.T. ; URIBE, R.A.M.; TRIVELIN, P. C. O.; CANTARELLA, H. Interação entre água e nitrogênio na produtividade de cana-de-açúcar (Saccharum sp.). In: CRUSCIOL, C. A. (Org.). Tópicos em ecofisiolgia da cana-de-açúcar. 1 ed. Botucatu: FEPAF, 2010, v. 1, p. 49-66. Heschel, M.S.; Riginos, C. Mechanisms of selection for drought stress tolerance and avoidance in Impatiens capensis (Balsaminaceae). Journal of Botany, v.92, p.37-44, 2005. Lawlor, D. W.; Cornic G. Photosynthetic carbon assimilation and associated metabolism in relation to water deficits in higher plants. Plant, Cell and Environment, Hoboken, v.25, p.275 294, 2002. MEINZER, F. C. ZHU, J. Nitrogen stress reduces the efficiency of the C4 CO2 concentrating system, and therefore quantum yield, in Saccharum (sugarcane) species. Journal of Experimental Botany, Londres: 1998, v. 49, p.1227-1234, 1998. RANJITH, S. A.; MEIZER, F. C.; PERRY, M. H. e THOM, M. Partitioning of carboxylase activity in nitrogen-stressed sugarcane and its relationship to bundle sheath leakiness to CO2, photosynthesis and carbon isotope discrimination. Australian Journal of Plant Physiology, v. 22, p. 903-911, 1995. REICHARDT, K. Dinâmica da matéria e da energia em ecossistemas. Piracicaba: USP/ESALQ, 1996. 513p. SOUSA, D. M. G de; LOBATO, E. Cerrados: Correção e adubação. 2. ed. Embrapa Informação tecnológica, Brasília-DF. 2004. Wu, C.A., Campbell, D.R. Leaf physiology reflects environmental differences and cytoplasmic background in Ipomopsis (Polemoniaceae) hybrids. American Journal Botany, v.94, p.1804-1812, 2007.
Tabela 1. Variáveis morfofisiológicas da cana-de-açúcar conforme as lâminas de irrigação e a aplicação do fertilizante nitrogenado Sem N-fertilizante Com N-fertilizante Taxa Área foliar Número de Taxa Área foliar Número de Tratamentos Fotossintética folhas fotossintética folhas µmol m -2 s -1 cm 2 m -1 µmol m -2 s -1 cm 2 m -1 0% 21.28 Aa 364,49Aa 8.18 Aa - - - 25% 26.69 Bb 381,75 Cc 8.42 Aa 26,64 Ba 385,22 Cc 8.47 Aa 50% 25.69 Bb 374,25 Bb 8.43 Aa 30,20 Cb 377,55 Bb 8.56 Aa 75% 24.62 Bb 398,48 Dd 8.58 Aa 25,38 Ba 411,71 Ee 8.60 Aa 100% 21.27 Aa 411,96 Ee 8.65 Aa 26.81 Ba 405,49 Dd 8.64 Aa Erro 1,03807 0,40824 0,28905 0,85079 0,40824 0,29906 * Médias seguidas de mesma letra maiúscula nas linhas e letra minúscula nas colunas não diferem significativamente entre si segundo teste Scott-Knott (P<0,05); as médias das avaliações estão conforme as lâminas de irrigação e fertirrigação aplicadas.