28 de Novembro de 2014 | Instituto Superior de Agronomia

Produção vegetal: Princípios Agronómicos

Pedro Aguiar Pinto | Secção de Agricultura

Sumário 2

1.  Produção vegetal 2. Cultura 3. Objectivos da produção 4.  Sistemas de produção 5.  Processo produtivo 6.  Progresso técnico-científico

1 | 3

1. Produção vegetal 4

1.  Produção vegetal – Vegetal

• Vegetābilis – (lat.) capaz de viver e crescer – Produção

• Prōductiōn – (lat.) aumento de comprimento – Cultura

• Cultūra – (lat.) lavrar, terra que é lavrada

Ervas com semente | 5

(depois de ter criado o homem e a mulher)… Abençoando-os Deus disse-lhes: “Também vos dou todas as ervas com semente que existem sobre a

superfície da terra, assim como todas as árvores de fruto com semente, para que vos sirvam de alimento. E a todos os animais da terra, a todas as aves dos céus e a todos os seres vivos que existem e se movem sobre a terra, igualmente dou por alimento toda a erva verde que a terra produzir”

Deus vendo toda a sua obra considerou-a muito boa. Foi o sexto dia. Gen 1, 29-31

Produção | 6

(depois da desobediência)… Deus disse ao homem: …maldita seja a terra por tua causa. E dela só arrancarás alimento à custa de penoso trabalho, todos os dias

da tua vida. Produzir-te-á espinhos e abrolhos, e comerás a erva dos campos. Comerás o pão com o suor do teu rosto,….

Gen 3, 17-19

Trabalho | 7

Agricultura e Agronomia | 8

Agricultura e Agronomia

Agricultura As culturas que se praticam

e o modo como são cultivadas são decisões humanas, dependendo também da utilidade dos produtos, custos de produção e risco envolvido

Objectivo principal: produção de alimentos e fibra

Agronomia A produção de materiais

orgânicos nos campos agrícolas depende das capacidades fisiológicas das plantas e animais e do ambiente em que crescem. Estas matérias são sujeito de análises ecológicas, baseadas em princípios biológicos, químicos e físicos.

Principais produções vegetais | 9

•  Ervas com semente

•  Árvores de fruto com semente

•  Erva verde

•  Grãos •  Cereais •  Leguminosas para

grão •  Árvores de fruto com

semente •  Pomóideas •  Citrinos •  Vinha •  Olival

•  Hortaliças •  Forragens e pastagens

2 | 10

2. Cultura | 11

2. Cultura – Propriedades

• Homogeneidade • Reduzida competição intra-específica • Elevada competição entre espécies • Risco

O modelo de cultura | 12

O modelo de cultura (surge como conceito a partir da observação de herbáceas anuais

determinadas) Conjunto de indivíduos idênticos - de uma única população

- da mesma idade e, portanto, com grande uniformidade, suportando um elevado grau de competição / interferência intraespecífica

O modelo de cultura | 13

Redução do risco em olival| 14

Texto Texto

A competição é adaptada aos recursos disponíveis

Eliminação da competição| 15

Texto Texto

Fluxo de energia num ecossistema natural | 16

Solo

Ambiente aéreo

Animais

Senescência

Produtos vegetais

Produtos animais

Plantas

Dejecções

Radiação solar

Reflexão Metano

Subsídio de energia

Solo

Ambiente aéreo

Animais

Senescência, doenças e pragas

Produtos vegetais

Produtos animais

Dejecções

Radiação solar

Reflexão Metano

Processamento

Conservação

Colheita

Máquinas

Pesticidas

Irrigação

Fertilização

Combustível

Exportação

Cultura

Fluxo de energia num ecossistema agrícola | 17

Fluxo de energia num ecossistema agrícola

3 | 18

3. Objectivos da produção | 19

3. Objetivos da produção –  Segurança alimentar

• Food safety • Food security

–  Alimentação »  Suficiência

–  Desperdício

Segurança alimentar | 20

Food security refers to the availability of food and one's access to it

Food safety is a scientific discipline describing handling, preparation, and storage of food in ways that prevent foodborne illness.

População mundial | 21

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

1920 1940 1960 1980 2000

World 7,207,452,400 12:37UTC Nov 26, 2014

http://www.census.gov/#

1,1%.ano-1

Requisitos alimentares | 22

Requisitos alimentares (RDA’s)

• Diários – Energia: 10,5 MJ

(2500 kcal) energia digestível

– Proteína: 50 g prot. dig. (8g N = 50/6,25)

• Anuais –  Energia:

• 3,8 GJ.ano-1

– Proteína: • 18,2 kg.ano-1

(2,9 kg N) O arroz - o cereal mais pobre em proteína - tem 8% de proteína.

224 kg de matéria seca digestível de arroz cobrem as necessidades energéticas e têm aproximadamente 17,9 kg de proteína, ligeiramente menos

que o requisito anual per capita.

Produção de alimentos| 23

Cereais48%

Raízes e tubérculos4%

Leguminosas8%

Oleaginosas6%

Outras34%

Cultura Área Produção Produtividade Energia bruta

Capacidade sustentação

População potencial

(x1000 ha) (*1 000 t) (kg/ha) MJ/ha (pessoas/ha) (x 1 000 000) Trigo 214886 585145 2723 69534 18 3 932 Arroz 155736 602266 3867 87768 23 3 597 Milho 139173 604572 4344 75905 20 2 780 Cevada 55570 129408 2329 59274 16 867 Sorgo 42373 60274 1422 22370 6 249 Milho painço 36113 26952 746 13041 3 124 Aveia 14381 24480 1702 38995 10 148 Batata 19150 305147 15935 102080 27 514 Mandioca 16638 168339 10118 58335 15 255

Produção de alimentos (1999)

214886 585145

Produção de alimentos| 24

Cereais48%

Raízes e tubérculos4%

Leguminosas8%

Oleaginosas6%

Outras34%

Cultura Área Produção Produtividade Energia bruta

Capacidade sustentação

População potencial

(x1000 ha) (*1 000 t) (kg/ha) MJ/ha (pessoas/ha) (x 1 000 000) Trigo 461 585145 2723 69534 18 3 932 Arroz 155736 602266 3867 87768 23 3 597 Milho 139173 604572 4344 75905 20 2 780 Cevada 55570 129408 2329 59274 16 867 Sorgo 42373 60274 1422 22370 6 249 Milho painço 36113 26952 746 13041 3 124 Aveia 14381 24480 1702 38995 10 148 Batata 19150 305147 15935 102080 27 514 Mandioca 16638 168339 10118 58335 15 255

Produção de alimentos (2013)

218461

585145

164722 745700 713183 3265

4527 83362 4 792

102742 22 27 4 454

20% 17%

Composição da dieta alimentar humana à escala mundial | 25

Arroz 21%

Trigo 20%

Milho 5%

Outros cereais 10%

Mandioca 2%

Açúcar 7%

Gorduras e óleos 9%

Frutos e hortícolas 10%

Carne e peixe 11%

Batatas e inhame 5%

Fome longe | 26

Fome perto | 27

Jornal de Notícias, 28.Set.2010

Conservação da produção vegetal | 28

Conservação da produção vegetal | 29

Dimensão do desperdício alimentar • 100 000 000 t / ano UE • 500 000 000 habitantes (UE)

• 500 kg / habitante • 1,4 kg/habitante /dia

4 | 30

4. Sistemas de produção | 31

4.  Sistemas de produção – Cadeias tróficas

• Dependência ambiental –  Zonas agro-climáticas –  Solo, nutrientes, sementes e propágulos

Teia trófica| 32

Produtores primários

Consumidores secundários

Consumidores primários

A situação torna-se mais complexa quando outras

populações são consideradas na

comunidade "LUZERNA":

LUZERNA INFESTANTES

AFÍDEOS GAFANHOTOS COELHOS

LEITE

FAISÕES

RAPOSAS

DECOMPOSITORES

HOMEM PARDAIS

CARNE

VACAS

LUZERNA VACA HOMEM

Produtor primário Consumidor primário Produtor secundário

Uma cadeia trófica num sistema agrícola simples:

Cadeias tróficas básicas em Agricultura | 33

Adaptado de Loomis e Connor (1992)

Cultura Cultura Pastagem Cultura Pastagem

Homem

Animal Animal Animal

Homem Homem Homem

18 (trigo)

4 (milho-porco)

7 (leite)

Capacidade de sustentação (pessoas/ha)

Tipo 1 Tipo 2 Tipo3 Tipo 4

Sistema do tipo 1 | 34

Cultura

Homem

Sistema do tipo 3 | 35

Pastagem

Animal

Homem

Produtividade primária líquida mundial | 36

Ecosistema Área Min MaxFloresta de chuva tropical 17 1000 3000Floresta tropical (c/ alternância de estações) 7,5 1000 2500Floresta temperada de folha persistente 5 600 2500Floresta temperada de folha caduca 7 600 2500Floresta boreal 12 400 2000Vegetação arbustiva e arbórea (charneca) 8,5 250 1200Savana 15 200 2000Pradaria temperada 9 200 1500Tundra e Alpino 8 10 400Deserto e semi-deserto 18 10 250Deserto extremo, rocha, areia e gelo 24 0 10Terra cultivada 14 100 3500Pântanos e turfeiras 2 800 3500Lagos e cursos de água 2 100 1500Total continental 149Oceano aberto 332 2 400Baixios 0,5 400 1000Plataforma continental 26,6 200 600Leitos de algas e recifes 0,6 500 4000Estuários 1,4 200 3500Total marinho 361Total geral 510

Média2200160013001200800700900600140903

6502000250

772,9125500360

25001500152,1333,4

Produtividade primária líquida

mundial

g/m2/ano

Distribuição climática de Koppen| 37

Distribuição de organismos | 38

Distribuição de organismos ao longo de um gradiente físico

Zona de intolerânci

a

Espécie ausente

Baixa população

Baixa população

Zona de stress

fisiológico

Zona de stress

fisiológico

Zona de intolerânci

a

Espécie ausente

Baixo Alto Gradiente

Intervalo óptimo

Limite superior de tolerância

Limite inferior de tolerância

Popu

laçã

o B

aixo

A

lto

Áre

a de

mai

or a

bund

ânci

a

Regulação térmica | 39

• Homeotermia – Capacidade de manter uma

temperatura corporal constante, face a temperaturas ambientais flutuantes

• Poiquilotermia – Incapacidade de regular a

temperatura corporal

Biomas | 40

Corn Belt | 41

Nicho ecológico| 42

•  O conceito de nicho ecológico (G. E. Hutchinson)

–  Hipervolume de n-dimensões

•  cada variável ambiental é representada numa dimensão

– nicho fundamental •  definido pelos níveis de

tolerância

– nicho realizado •  subconjunto de condições

toleradas realmente ocupadas pelo organismo

Abundância relativa de nutrientes| 43

46

0,03

0,13

0,09

28

25

0,009

74

11

10

2,2

0,5

2,6

0,2

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Oxigénio

Carbono

Hidrogénio

Azoto

Silício

Outros elementos

Fósforo

Abundância relativa de elementos (%)

Na  terra  e  na  atmosfera Nos  organismos  vivos

Escala logarítmica

Perfil do solo | 44

• Horizontes – O horizonte superficial. Folhada

e húmus – A horizonte mineral de

acumulação de matéria orgânica – B horizonte de acumulação de

argila, ferro ou alumínio (avermelhado por oxidação do Fe)

– C horizonte pouco meteorizado – R rocha mãe

Carta de solos de Portugal | 45

Carta de capacidade de uso do solo| 46

Semente | 47

Sementeira | 48

Abrolhamento | 49

Crescimento vegetal | 50

N, P, K, etc.

Superfície

do solo

Balanço da radiação

líquida e visível

Trocas de

CO2 e H2O

Perda de água Temperatura do ar

H2O

Temperatura do solo

5 | 51

5. Processo produtivo | 52

5.  Processo produtivo •  “Harvesting the sun”

•  Do sol ao alimento

Energia solar | 53

• Constante solar – O sol irradia aprox. 56x1026 cal.min-1

– A energia incidente por unidade de área numa superfície esférica de raio 1,5x1013cm (a distância média da terra ao sol) é 56x1026 / 4π(1,5x1013cm)2 = 1.9806 cal.cm-2. min-1

Inclinação do ângulo de incidência | 54

• Inclinação do ângulo de incidência – Tempo

• hora do dia –  nascer e pôr do sol

» Movimento de rotação da terra • dia do ano

–  Estações do ano »  Inclinação da eclíptica

–  Espaço • Localização geográfica

–  Latitude –  Declive da superfície –  Exposição da encosta

Espectro de radiação solar | 55

Influência da inclinação e exposição da superfície | 56

Diferentes arquitecturas | 57

3 sistemas fotossintéticos | 58

•  Ciclo de Benson-Calvin (C3) –  Ácido fosfo-glicérico (C3) + CO2 –  Ribulose-bifosfato carboxilase (Rubisco) –  Fotorespiração:

•  luz, O2, baixo CO2 •  Fotossíntese em C4

–  Ácido fosfo-enol-pirúvico –  PEP carboxilase –  Separação espacial entre a redução de carbono e o ciclo C3

•  adaptação anatómica (fixação de CO2 nas células do mesófilo) •  Plantas CAM (Metabolismo Ácido das Crassuláceas)

–  Separação temporal entre a redução de carbono e o ciclo C3 –  Em condições de secura o CO2 é fixado em ácidos C4 durante a noite e

libertado durante o dia, com os estomas fechados para o ciclo C3.

Síntese do processo central da fotossíntese | 59

•  2H2O -----> 4e- + 4H+ + O2 –  reacção luminosa (fotólise da água)

•  CO2 + 4e- + 4H+ -----> (CH2O) + H2O –  reacção não-luminosa (redução de C)

•  o substracto pode ser outro.

Respiração | 60

•  C6H12O6 + 6 O2 -----> 6 CO2 + 6 H2O + 24 e-

•  24 e- -----> 36 ATP ou 12 NADH2

•  Glucose –  fornece energia para crescimento e manutenção

•  Respiração = Respiração manutenção + Respiração crescimento

–  fornece matéria prima (C) para a construção dos diferentes compostos

–  Combustão controlada enzimaticamente produz 24 e- que podem ser usados para produção de energia (36ATP) ou poder redutor (12NADH2)

Valor do produto | 61

Composto Valor do ProdutoAmido, celulose 0.83Proteína (a partir de NO3-) 0.40Proteína (a partir de NH4+) 0.62Lípido 0.33Ácidos orgânicos 1.10

Valor do produto = massa do produto / massa de glucose

Índice de colheita | 62

•  Harvest Index (HI) (Índice de colheita) –  Fracção de biomassa que constitui a produção

economicamente útil. –  Cultura: Trigo

•  Grão: 3000 kg/ha •  Palha: 4500 kg/ha (folhas e caules) •  Total: 7500 kg/ha) •  HI = 3000 / (3000+4500) = 0,4

Fluxo de energia na produção de uma cultura | 63

Fotossíntese bruta (66)

Utilizada pela

cultura (652)

Radiação fotossinteticamente

activa (837)

Energia radiante disponível

(1674)

Fotossíntese líquida

(44)

50% 78% 10% 66%

2,6%

108J.ha-1.dia-1

6 | 64

6. Progresso técnico-científico| 65

6.  Progresso técnico-científico •  Produtividade

•  Genética •  Nutrição vegetal •  Protecção de plantas •  Trabalho

•  Riscos

França México

Formosa

Ceilão Indonésia Tailândia

Índia Filipinas

Itália USA

Canadá URSS

Austrália Paquistão Índia

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Anos

Prod

ução

(t/h

a)

Arroz, Japão

Trigo, Reino Unido

Evolução histórica da produtividade do arroz, no Japão e do trigo, no Reino Unido.

Outras produtividades nacionais referentes a 1968 (Evans, 1982)

Actualização de alguns casos a 1999 (FAO, 2000)

Evolução histórica da produtividade | 66

Japão, 99

Tailândia, 99

Reino Unido, 99

França, 99

URSS, 99

Evolução da produtividade média mais elevada | 67

1961   1970   1980   1990   2000  

Arroz   6357  Espanha  

6227  Austrália  

6333  Espanha  

8838  Austrália  

9102  Egipto  

Milho   4673      Suiça  

7247                N.  

Zelândia  

8076                N.  

Zelândia  

13793  Israel  

14564  Jordânia  

Trigo   4121  Dinamarca  

4546  Holanda  

6202  Holanda  

8531  Irlanda  

8398  Holanda  

Soja   2103  Canadá  

2085  Canadá  

2640        Itália  

3359        Itália  

3579        Itália  

Cana  de  Açúcar  

154492  Peru  

141578  Peru  

121118  Quénia  

117301  Quénia  

119572  Peru  

Batata   28040  Holanda  

31500  Suiça  

36924      Bel-­‐Lux  

40206  Holanda  

46458  Holanda  

Como é que a produtividade aumentou assim? | 68

58

47

21

8

8

5

-23

-8

-7

-8

-28

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70

Introdução de cultivares melhoradas

Acréscimo de aplicação de fertilizantes comerciais

Redução da aplicação de estrumes e matéria orgânica

Aumento do controlo de doenças e paragas

Melhoria da determinação da data de sementeira

Melhoria do arranjo espacial das plantas

Agravamento dos problemas de erosão

Alteração de sequências culturais (Intensificação)

Acréscimo de mecanização da cultura

Aparecimento de novas doenças e pragas

Outros factores negativos não identificados

Genética e Melhoramento

Química

Fitopatologia

Fisiologia

Climatologia

Mecânica

Impacto percentual de factores tecnológicos, culturais e de gestão na duplicação da produtividade do milho. (Minnesota, 1930-79) . Adaptado de Stoskopf (1984)

Evolução tecnológica | 69

A “Revolução Verde”

Irrigação de alto rendimento

Agroquímicos

Mecanização

Cultivares antigas e recentes | 70

Ideótipo | 71

•  Comparação entre um trigo corrente (a) e o ideótipo de trigo de C. M. Donald (1968) (b) para cultura com povoamentos densos e recursos do solo não limitantes:

•  - palha baixa e resistente, um número reduzido de folhas erectas e uma espiga longa

•  - comportamento não competitivo, alto índice de colheita e máximo desempenho em comunidade.

O trabalho do solo | 72

O trabalho do campo

Penosidade do trabalho| 73

O trabalho do campo pode ser harmonioso e bucólico,

mas também é, seguramente, penoso

Paredes deCoura, Mozelos. “Vezeiras Oliveira, E.V et al.,

1983

Produtividade do trabalho | 74

Produtividade

38,00

2,50

0,17

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

Homem com enxada

Parelha e charrua

Tractor e charrua de 2 ferros

Tempo (dias)

Produtividade 38,00 2,50 0,17

Homem com enxada Parelha e charrua Tractor e charrua de 2 ferros

Efeito da mecanização na produtividade do trabalho

Trabalho linear | 75

Execução das operações na folha de cultura

Trabalho em faixas paralelas | 76

Economias de escala | 77

Economias de escala | 78

A forma circular imposta pelas novas técnicas de irrigação | 79

Rega | 80

Procurando diversidade| 81

Monotonia e diversidade| 82

A diversidade vegetal • Conssociações

•  Pastagens biodiversas

•  Rotações

Rotações | 83

S-C-L-C

1.º ano 2.º ano 3.º ano 4.º ano

Folha 1 Milho Trigo Fava Cevada

Folha 2 Trigo Fava Cevada Milho

Folha 3 Fava Cevada Milho Trigo

Folha 4 Cevada Milho Trigo Fava

Cultura em faixas | 84

Agroforestry | 85

Produtos vegetais | 86

Produtos vegetais

Grãos secos

Órgãos verdes

Outros Uvas, Azeitonas

Madeira, Cortiça, Pinhas, Resina

Frutos ���Hortaliças ���Flores

Forragens

Verde

FenoSilagem

Desidratada

Conservação de cereais | 87

Colheita de couves | 88

Vindima mecânica | 89

Descortiçamento | 90