Importância das leguminosas na produção de alimentos e proteção do meio ambiente

Segundo UrquiagaMarcio Reis Martins

Bruno AlvesClaudia JantaliaRobert Boddey

AEARJ, Campos dos Goytacazes (RJ), 13 Maio, 2016

Agrobiologia

Relação inicial do homem com a natureza:

A abundância de alimentos distribuídos ao acaso favoreceu a vida do homem caçador, pescador e coletor de frutos: O Homem nómada.

Origem dos alimentos agrícolas atualmente disponíveis

• Novo mundo: Batatinha, milho, feijão, amendoim, tomate, abóbora, pimenta, abacate, baunilha, tabaco, frutas, etc.

• Velho mundo: Soja, ervilha, grão de bico, lentilha, Trigo, arroz, cevada, aveia, hortaliças, frutas, etc.

Leguminosas de grão, alimento importante no antigo Peru.Cultura Moche, 100 a 700 anos dc

O amendoim na cultura mochica,

No antigo peru.

Leguminosas de grão

A Fixação Biológica de nitrogênio do ar

Processo realizado por microrganismos de vida livre y

associados a plantas

SOJASOJA

A A leguminosa dedegrão com maior

beneficio beneficio dedaFixação Biológica dedeNitrogênio.

53 Mha em América Latina

Pesquisa em FBN permitiu o avanço da cultura da SOJA no Brasil.

Produção nacional: 96 Mt. (2014/2015) (CONAB, abril 2015)

Área: 31,6 Mha. Rendimiento 3.033 kg ha-1 Estimativa do N-FBN = 5,37 Mt. (US$ 8586 milhões)

Soja

O feijoeiroAlimento básico da maioria da população tropical do mundo.Mundo: 31,1 Mha; 26,1 Mt.Brasil: 3,03Mha; 3,18Mt

A FBN ainda não tem alcançado os níveis desejados: < 30%.

Variabilidade de resposta do feijoeiro á inoculação com Rhizobium

Contribuição da FBN em cultivares de feijão comum em diferentes Países de América Latina

Países

Brasil

Ano FBN % (kg/ ha)

Número de

cultivares Goiânia 1987 12-25 4-12 17 Piracicaba 1987 19-53 11-53 7 Chile 1987 38-60 27-62 21 1988 27-60 25-115 12 Colômbia 1985 32-47 18-36 9 Guatemala 1989 (Verão) 69-73 92-125 10 1989 (Inverno) 22-57 12-50 10 México, Irapuato

1987 5-58 7-108 20

Colima

1988 (Inverno) 0-50 0-70 17

Peru 1986 (Inverno) 24-56 15-59 20 1988 (Verão) 13-56 7-81 2

Hardarson et al., 1993

Feijão bem nodulado com produtividade superior a 2.500 kg ha-1 (Cuba)

Grão Variedades Rendimiento N-Total FBN1 kg.ha-1 % kg.ha-1

BAT - 58 2.009 53 67 36 Bolita 42 2.331 64 65 42 CC – 25-9 (C) 1.800 46 55 25 CC – 25-9 (N) 2.430 70 65 46 CC – 25-9 (R) 2.719 77 64 49 Guira 89 2.340 67 65 44 CIAT – 125 1.410 39 0 01FBN, contribuição baseada na técnica de diluição isotópica de 15N, usando como referencia a variedad no nodulante CIAT–125. Hernandez G., Dueñas G., Urquiaga S. (En preparação)

Contribuição da FBN no Rendimento de feijão comum (P. vulgaris L.) em Cuba

CAUPI, BRS MazagãoTestemunha Inoculada c/ BR 3262

Cv. Pretinho precoce

Tratamento sem calcário e sem P. 35 dias (DAE).

Tratamento com calcário e com P. 35 dias (DAE).

FEIJÃO-CAUPI – EM RORAIMAA eficiência da FBN depende do estado

nutricional da cultura.

200 kg

Desempenho da cultura do feijão-caupi em áreas demonstrativas em pequenas propriedades no estado do Maranhão. Zilli et al., Em preparação.

Adubos Verdes

Adubos Verdes

N adubo verde Rendimento de milho Incremento no

rendimento kg ha-1

- Ad. Verde + Ad. Verde Região tropical Mg ha-1 %

Mucuna 117 3.7 6.3 70 Canavalia 156 3.7 6.1 65 Crotalaria 170 3.7 5.8 57

Cajanus cajan 229 3.3 7.0 112 Região temperada

Vicia 158 4.7 9.1 93 Lupino 213 4.5 9.8 117

Trevo 126 5.5 7.3 33 Trevo + Vicia 70 3.8 4.3 15

Efeito dos adubos verdes na produção de milho

FAO, 1996

Mucuna Adubo-verde (C. Rica)

Consorcio de milho e feijão (Guatemala)

Agricultura orgânica (Brasil)

Consórcio de Milho e Mucuna (Honduras)

FBN1 em Leguminosas de Cobertura Vegetal e sua Influencia na Nutrição Nitrogenada do Banano var.Nanicão

Contribuição da FBN na cultura de fava e seu efeito residual na cultura de batatinha

FBN

+172 kg N/ha

Vagens

-72 kg N/ha

N-Total

+191 kg/ha

Tubérculos

-81 kg N/ha

Entrada = + 172 kg N/ha

Saída = - (72 + 81) = 153 kg N/ha

Balanço = +19 kg N/ha

FAVA

RESIDUOS

BatatinhaN-Total

+115 kg/ha

Usina Coruripe, Al. Plantio de 6000 ha por ano de crotalaria

Na renovação. 80% N-aire. Economía de 270 kg urea/ha

Semeadura de adubo verde encima da palha

potencializa a FBN e melhora a fertilidade do solo

Adubos verdes

em Guatemala.

Cengicaña 2009

Boa nodulação:

> 70% FBN

Ren

dim

ento

de

g rão

(Mg

. ha-1

)

3

4

5

6

7

8

9a

PD PCTremoço/Milho Aveia/Milho

abb

c

+ 120 kg + 120 kg N/haN/ha

- N- N

PD PC

Influência do tremoço-adubo verde e do preparo Influência do tremoço-adubo verde e do preparo do solo (PD e PC) no rendimento de milho, do solo (PD e PC) no rendimento de milho,

Londrina, PR.Londrina, PR.

(Alves, et al 2001)

Eficiência da fertilização

Agrobiologia

Londrina, Parana State - South Region

Bal

anço

de

N (k

g N

/ha)

-100

- 50

0

50

100

150

200

S S S

S

T

TrM

MA

Balanço de N em Três Balanço de N em Três Rotações de CultivoRotações de Cultivo

Zotarelli, Alves, Urquiaga, Boddey, 2000

Soja Trigo Tremoço Milho Aveia

Agrobiologia

Safras de verão

2000/2001 2001/2002 2002/2003 2004/2005

ton

ha-1

0

2

4

6

8

10Milho após tremoçoMilho após aveia + 80 kg N ha-1

Lupinos (Lupinus albus) como adubo verde (~5 a 8 ton MS/ha) para a cultura de milho,

comparado com aveia preta (Avena strigosa) + N

Cobertura verde / incorporação de N no sistema – EPAGRI - Santa Catarina

1,5 m

Sisterma radicular profundo

Se bem o adubo verde obtém N de ar, o destino do N no solo é similar ao dos fertilizantes!!!

B. brizantha4 anos

B. brizantha9 anos

Pastagem degradada (113Mha)

As leguminosas na produção pecuária e na recuperação de pastagens degradadas

0200400600800

1000120014001600

0 0,5 1 1,5 2GPV (kg/dia)

g C

H4/k

g G

PV

Fonte: Kurihara et al. 1998

Pastagem tropical

cereais

A taxa de emissão de Metano (gCH4/kg GPV) varia com o ganho de peso vivo (Qualidade da forragem)

Pastagem consorciada de B. ruziziensis/S. guianensis cv Mineirão,

Uberlândia MG.

S. guianensis evita a perda de peso

animal na época seca do Cerrado

Gan

ho d

e pe

so v

ivo

(g/d

ia)

Períodos de avaliaçãoAbr Jun Ago Oct

Brachiaria

Brachiaria/Stylosanthes

Agrobiologia

Leguminosas Forrageiras em pastagens de Brachiaria

Estilosantes cvs. Mineirão e Campo Grande

Robert Macedo

Efeito da aplicação de 50 kg N/ha ou consórcio com estilosantes no ganho de

peso de bovinos de corte (out 2002 a nov 2003)

Tratamento GanhoPeso Diário

gB. decumbens (Bd) 266 C

Bd + 50 kg N ha-1 362 B

Bd + Estilosathes 510 A

CV% 26

17

Produção de feno no Piauí

Nas regiões subtropicais de Nas regiões subtropicais de América Latina a FBN nas América Latina a FBN nas leguminosas forrageiras leguminosas forrageiras garantem a totalidade do N garantem a totalidade do N utilizado na produção de carne e utilizado na produção de carne e leite.leite.

Consorcio: Consorcio: LoliumLolium perenneperenne e e Trifolium repens.Trifolium repens.

A contribuição da FBN na A contribuição da FBN na leguminosa foi estimada em leguminosa foi estimada em 83 %.83 %.

Nitrogênio total e derivado da FBN acumulado pelo trevo branco (T. repens L.) crescendo consorciado com Azevem

(Lolium perenne L.) num Andisol de Chiloé, Chile. Ano 1997/98.

Tratamentos N acumulado pelo trevo branco

N-total FBN

kg ha-1 ano-1 kg ha-1 ano-1 %

Testemunha

Sem cal 28,6d 22,7d 84,7

Com cal 42,8c 34,6c 80,8

Fertilização completa

Sem cal 86,4b 75,3b 87,2

Com cal 130,5a 113,8a 87,2

Fuente: Campillo R., Undurraga P., Pino I & Urquiaga S. (2005)

Estilosantes Estilosantes favorecendo favorecendo

a sojaa soja

Agrofloresta: Sequeiro interior de Chile

As leguminosas na mitigação doefeito estufa da agricultura:

•Aumento da matéria orgânica e oSequestro de carbono no solo.

1 kg de N fertilizante

10,7 kg de gases equivalente de CO2

Adubação com N industrial

4,3 kg de gases eq.CO2

6,4 kg de gases eq.CO2

Síntese + transporte

N2O

Car

bono

Org

ânic

o - g

.kg-

1

0 1 2 30

5

10

15

20

25

30

35

Y = 0,463 + 13,45.X

R2 = 0,97

(n=168; P<0,0001)

Nitrogênio Total - g.kg-1

Teores de Carbono Orgânico facilmente oxidável x Nitrogênio Total

Solo sob sistemas de manejo (Cerrado).

Y=0.4 + 13.0 X

Nitrogênio Total (g.kg-1)

Car

bono

org

ânic

o lá

bil

(g.k

g-1)

Relação entre o conteúdo de carbono orgânico lábil e nitrogênio total num

Oxissolo do Cerrado.

(Sisti, Resck, Alves, Boddey, Urquiaga, 2001)Embrapa Cerrados

Agrobiologia

C:N=11.7(0.1)

C:N=11.1(0.2)

RELAÇÃO ENTRE O CONTEÚDO DE C e N NOS SOLOS DO MUNDO

Kirkby et al. Geoderma, 163:197-208, 2011

761 samples

59 samples

Bayer et al (2001)

Y=28.63+0.19 Xr2=0.81 *

Relationship between the added C or N by cropping systems and (A) TOC and (B) TN contents in 0-17,5 cm layer of na Acrisol soil from Southern Brazil.

Y=2634+0.28 Xr2=0.76 *

A

B

Cropping systems1. Cl + Sp/Ma

2. O/M3.O + V/M + Vg4.F/M + DI5.O + CI/M6.Ma7.M + C8.F/M9.Di10.BS

Cl = clover, Sp = Spergula, M = maize, O=oat, V=Vicia,Vg =Vigna, DI= Dolichos,Ma=Macroptillium, C = Cajanus,F = Fallow, Di = Digitaria,BS = bare soil.

7

3

465

98

10

2

1

7346

59

810

21

Pillon (2001)

•Relação entre o C ou N adicionado por sistemas de culturas e o conteúdo total de C (A) e N (B) na camada de 0-30 cm de um solo Acrisol do sul do Brasil.

NT

de 0

-30c

m (M

g ha

-1)

Y=46.96+0.15 Xr2=0.98 P<0,05

A

12

34

CO

T de

0-3

0cm

(Mg

ha-1)

Adição de C pelas culturas em 16 anos (kg ha-1)

Y=3834+0.23 Xr2=0.99 P<0,005

B

12

3

4

1- Pousio/milho2- Aveia/milho3- Siratro4- Lab/milho

Adição de N pelas culturas em 16 anos (kg ha-1)

“No tillage farming is an important technology to

improving soil processes, controlling soil erosion,

and reducing tillage costs, and these are sufficient reasons to promote the

conversion of plow tillage to no-tillage farming,

but the idea that no-tillage but the idea that no-tillage would also enhance soil would also enhance soil

organic carbon sequestration organic carbon sequestration as an additional benefit of no-as an additional benefit of no-

tillage technology needs a tillage technology needs a careful reexamination.”careful reexamination.”

H. Blanco-Canqui & Rattan Lal.SSSAJ, 72 (3):693-701. Junho, 2008

O seqüestro de C é uma conseqüência do

sistema de manejo com alta produção de

resíduos e balanço positivo de N

A reposição dos nutrientes, especialmente N, exportados com a colheita é fundamental

para repor as reservas de N do solo e garantir os estoques de

MOS, que respondem pela fertilidade da grande maioria

dos solos brasileiros.

Pastura asociada de B. dictyoneura/Arachis pintoi

Consorcio Brachiaria x Desmodium

Conteúdo de C no solo após 9 anos sob uma pastagem de Brachiaria humidicola, consorciação com de B. humidicola/Desmodium

ovalifolium¶, sob uma floresta secundaria adjacente e sob uma pastagem degradada na região da Mata Atlântica (Itabela, BA). Media

de 3 perfis, 3 amostras por camada.

Año81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

Car

bono

org

ánic

o de

l sue

lo (g

kg-1

)

25

30

35

40

45

Cult. anuales75% cultivos - 25% pasto50% cultivos - 50% pasto

Studdert et al. 1997Culturas anuais sob preparo convencional

Importância da rotação de culturas anuais com pastagens (G/L) para manter/aumentar o

conteúdo de C orgânico de um solo (Argiudoll), durante um período de 12 anos. Balcarce,

Argentina.

anos

C o

rgân

ico

do s

olo

(g k

g -1)

Rotação lavoura-pasto

Anos

75 76 78 82 86 87 88 89 90 91 92

Mat

éria

org

ânic

a (%

)

0

2

3

4

5Rotação contínua de soja/milhoPasto depois de lavouraLavoura depois de pasto

Sousa, et al., 1997

Años0 2 4 6 8 10

C o

rgân

ico

del s

uelo

(g k

g-1)

0

2

4

6

8

10

12

14

Díaz-Zorita et al. (1997)

Ciclo de culturas anuais

Ciclo de pastagens perenes

anos

C o

rgân

ico

do s

olo

(g k

g -1)

Cultura Área (Mha)

Produção (Mt)

N1

exportado (1000 Mg)

Adubação2 efetiva (1000 Mg N)

N3 FBN (1000 Mg)

Ingresso4

Total de N (1000 Mg)

Balanço total de N (1000

Mg N)Soja 32,09 96,24 5698 102 5.698 5.800 102Milho 15,74 84,73 1339 612 134 745 -593Feijão 3,03 3,19 111 109 33 142 31Arroz 2,30 12,45 156 90 16 106 -50Trigo 2,47 7,07 142 91 14 106 -37Sorgo 0,72 1,97 30 20 3 23 -6

Total de culturas de grãosGrãos 56,36 205,65 7.475 1025 5.895 6.922 -552

Cultura energéticaCana-de-açúcar 9,00 634,80 527 432 184 617 90

Balanço Total de N: culturas de grãos + cana-

de-açúcar8.002 1.457 (18%) 6.079

(76%) 7.539 -463 (6%)

1 O N exportado do campo com os produtos colhidos foram calculados a partir dos teores de N de cada um dos produtos (Cunha, et al., 2013).2 O N-fertilizante efetivo corresponde a 70% da quantidade total de N que foi aplicada a cada cultura, considerando a área plantada e a dose de N aplicada (Urquiaga & Zapata, 2000; IFA,2011; Conab, 2015). 3 A contribuição da FBN foi calculada considerando os valores de 100% em soja, 35% em cana-de-açúcar, 30% em feijão e 10% nas restantes culturas (S. Urquiaga; B.J.R. Alves; C. Jantalia; R.M. Boddey- Dados não publicados).4 O ingresso de N nas culturas é a soma do N-fertilizante efetivo aplicado e a contribuição da FBN.5 O balanço de N foi calculado pela diferença entre o ingresso de N ao sistema e a saída do nutriente com o produto colhido. No caso da saída ou exportação de N na cultura de cana-de-açúcar considerou-se também as perdas de N com a queima da palha (5 kg N por tonelada de palha), que no último ano a área de cana queimada correspondeu a 24% da área colhida (9 Mha).

Balanço de N na agricultura brasileira. Safra 2014/2015. Urquiaga et al., em preparação.

Doses de inoculantes consumidas na agricultura brasileira (ANPII, Solon Araújo1, dados

não publicados).

1 Comunicação pessoal. 2 A maioria é para milho e trigo, sendo que cerca de 80% do total é consumido na cultura do milho

Culturas 2009 2010 2011 2012 2013 2014

  --------------------------- Milhões de doses -----------------------------------

Soja 19,87 14,99 18,98 19.174 27,47 34,2Feijão 0,252 0,221 0,147 0,27 0,477 0,339

Caupi - - - 0,189 0,239 -

Gramíneas2 0,446 0,809 1,041 2,537 2,186 2,229

Outros 0,097 0,108 0,031 0,038 0,281 0,26

Total 20,66 16,13 20,2 22,21 30,65 37,03

É necessário aprimorar o manejo da cultura, aumentar o uso de Inoculantes e dias decampo como estratégia de TT.

Somos o

que comemos!!!

Muito obrigado

Emissões de gases de efeito estufa no mundo

IPCC Quarto Relatório (AR4) – 2007

COCO22 de fontes de fontes fósseisfósseis

Relação entre a concentração de carbono orgânico e nitrogênio total num Latossolo sob plantio direto,

preparo convencional e floresta. Passo Fundo, RS.

Nitrogênio Total (g.kg-1)

0 1 2 3 4

Car

bono

org

ânic

o to

tal (

g.kg

-1)

5

10

15

20

25

30

35

40

45

R2 = 0,94Y = 0,5 + 12,37.X

(n=420)

p<0,001

Passo Fundo: LV Sisti et al., 2001)

• Melhoria das propriedades físicas, químicas e biológicas do solo

• Redução de pragas, enfermidades e ervas daninhas

• Aumento da produção de cereais e forragem

• Redução do risco econômico pela diversificação das atividades.

A TERCEIRA REVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DA

AGRICULTURA: A INTEGRAÇÃO LAVOURA-PECUARIA (ILP)

2005 2010

A diminuição da taxa de deflorestação da Amazônia de 19.014 a 6.418 km2ano-1

Para 2005 foi estimado que as atividades antrópicas foram responsaveis pela emissão de 2.030 Mt CO2eq.

Emissões de GEE por setor no Brasil

Total de emissão estimada em 2010: 1.250 Mt CO2eq.

2,03 Pg CO2eq. 1,25 Pg CO2eq.

Uma redução de 38.7 % em 5 anos!

35%

16%

57%20%

32%

22%

11%7%

PLANTIO DIRETO

“No tillage farming is an important technology to

improving soil processes, controlling soil erosion,

and reducing tillage costs, and these are sufficient reasons to

promote the conversion of plowtillage to no-tillage farming, but the idea that no-tillage but the idea that no-tillage

would also enhance soil organic would also enhance soil organic carbon sequestration as an carbon sequestration as an

additional benefit of no-tillage additional benefit of no-tillage technology needs a careful technology needs a careful

reexamination.”reexamination.”

H. Blanco-Canqui & Rattan Lal.SSSAJ, 72 (3):693-701. Junho, 2008

Contribuição relativa de gases provenientes de atividades antrópicas

ao efeito estufa

(adaptado de Krupa, 1997)

O solo é uma importante reserva de carbono da terra

Sistemas Agrícolas: mitigação das emissões de CO2.

Biota560 Pg C Solo

2300 Pg1550 Pg750 Pg

Oceanos38000 Pg

Geológica5000 Pg

4000 Pg carvão500 Pg petróleo

500 Pg gás

Atmosfera760 Pg

(Lal,1999)

Massa de nódulos secos de 5 plantas de feijão-caupi em experimento de campo para avaliação de diferentes doses de P. 35 dias após o plantio.

170 80 80

kg N/ha

A

Green Manure Urea + Polymer Urea Controle

Tot

al N

itrog

en A

ccum

ulat

ed (k

g ha

-1)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

A A

B

Dry

Mat

ter

(Mg

ha-1

)

0

5

10

15

20

25 AA A

B

Dry

mat

ter (

Mg

ha-1)

Tota

l nitr

ogem

acc

umul

ated

(Mg

ha-1)

Control

Influence of Canavalia ensiformis and ureaon the biomass yield of Elephant grass Cameroon. Abril-sept, 2011. Acrisol soil.

The very low values of N2O emission rates in Ferralsols (Latossolos) are closely associated with the high drainage rate of these soils and

with the high evapo-transpiration rate in tropical regions

Water infiltration in an Oxisol (Latossolo Vermelho), Sto Antonio de Goiás, GO.

Soils which are flooded for less than one day do not show enough decrease in redox potential to reduce significantly the NO3

- content (Sposito, 1989).

Pasto

s

degr

adad

os

Redução de riscos de erosão

79

Soja com baixa produtividade

ESTILOSANTES CAMPO GRANDE

UM PARCE

IRO D

A

SUST

ENTA

BILIDADE

!

Terraço

Fonte: Jaime Maia (2010)

Sintomas de nematoses na soja Pratylenchus brachyurus

La Revolución Verde (Años 60): Tecnología basada en:

. Mejoramiento genético de plantas

. Uso intensivo de fertilizantes

Consumo global anual de N-fertilizante de 1960 a 2015Consumo global anual de N-fertilizante de 1960 a 2015

Fonte: (IFA, 2014 e IFA-DATA 2016). (f) previsão

Consumo de fertilizantes nitrogenados no BrasilConsumo de fertilizantes nitrogenados no Brasil

Fonte: (IFA-DATA 2016, IPNI, 2016).

Consumo de energía fósil pelo uso dos tres maiores nutrientes minerais das culturas

Aplicação

Transporte

Embalagem

Produção

1 kg de N fertilizante

10.7 kg de gases equivalente de CO2

Adubação com N industrial

4,3 kg de gases eq.CO2

6,4 kg de gases eq.CO2

Síntese + transporte

N2O

Crescimento da população no mundo

14% da população mundial sofre de má nutrição = 900 Mhab (A maioria em Ásia). No Sub-Saara a fome prevalece acima de 30% da população. FAO (2003, 2004)

Época/anos População (Mhab)

Romana 250

Renascimento 5001810 1000

1830 2000

1975 4000

2005 6000

2055 8000

Limitada disponibilidade de solos férteis

Baixa tecnologia agrícola (No fertilização): Pobreza y subdesenvolvimento > fome