RELATÓRIO PARCIAL DE PROJETO PARA AUXÍLIO DE … · 1.5 Fatores de conversão de energia solar em...

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA “LUIZ DE QUEIROZ”

Departamento de Produção Vegetal – Setor Agricultura

Av. Pádua Dias, 11 Caixa Postal 9 Piracicaba/SP 13418-900

Tel/Fax: (19) 3429-4115

http://www.esalq.usp.br/departamentos/lpv

E-mail: [email protected]

RELATÓRIO PARCIAL DE PROJETO PARA AUXÍLIO DE PESQUISA

FUNDAÇÃO DE ESTUDOS AGRÁRIOS LUIZ DE QUEIROZ

Local da pesquisa: Área experimental do Departamento de Produção Vegetal (pivô), no

Campus da ESALQ/USP

Valor financiado pela Fundação Agrisus: R$ 13.800,00

TESE DE DOUTORADO

PROJETO AGRISUS N° PA 2067-17

AVALIAÇÃO DE FATORES DE CONVERSÃO DE ENERGIA SOLAR EM

MASSA DE MATÉRIA SECA DE GENÓTIPOS ATUAIS DE SOJA E MILHO

PARA UMA MAIOR SUSTENTABILIDADE DE SISTEMAS AGRÍCOLAS

Coordenador do projeto: Prof. Dr. José Laércio Favarin – ESALQ/USP

Orientador: Prof. Dr. Klaus Reichardt – CENA-ESALQ/USP

M.Sc. Eng. Agrª. Jackellyne Bruna Sousa – ESALQ/USP

Piracicaba, SP

Agosto de 2018

http://www.esalq.usp.br/departamentos/lpv

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VIGÊNCIA DO PROJETO: FASE DE FINALIZAÇÃO DOS EXPERIMENTOS

EM CAMPO

1. INTRODUÇÃO

O bom desempenho de uma cultura é decorrente de vários fatores, tais como o

desenvolvimento de tecnologias próprias adaptadas à região tropical, como, por

exemplo, genótipos melhorados; o uso do manejo integrado de pragas, doenças e plantas

daninhas, a adequação de técnicas de aplicação e utilização de produtos seletivos; a

agricultura de precisão, conectada a técnicas de colheita, logística de armazenamento e

transporte. Todos esses fatores somados fizeram do Brasil, em pouco mais de 30 anos,

uma potência na área, permitindo vislumbrar a perspectiva de, em 2020, chegar a

produzir perto de 105 milhões de toneladas de grãos, ocupando uma área adicional de

oito milhões de hectares – resultado do avanço tecnológico da cultura de forma

integrada à pecuária (PARRA, 2006).

Na agricultura moderna, a soja tem se constituído como uma espécie estratégica

para a viabilização do aumento da produtividade e da produção agrícola no território

brasileiro. Segundo o MINISTÉRIO DA AGRICULTURA, o crescimento do cultivo da

soja no Brasil nas últimas quatro décadas não é decorrente tanto pela expansão da área de

produção, mas mais pelo aumento da produtividade no campo, resultante do uso intensivo

de tecnologias mais eficientes.

A cultura de milho (Zea mays L.), por sua vez, também ocupa lugar de destaque

na agricultura brasileira. A importância econômica do milho é caracterizada pelas

diversas formas de sua utilização que vão desde a alimentação animal até a indústria de

alta tecnologia. É uma cultura de grande e diversificada utilização e um dos produtos

agrícolas de mais ampla distribuição mundial, tanto na produção quanto no consumo.

A adubação e a nutrição das plantas de milho, bem como a época de semeadura e

a escolha do genótipo constituem-se em importantes fatores de produção, determinando

a produtividade final da cultura e, consequentemente maximizando os lucros

(FANCELLI; DOURADO NETO, 2004).

São poucos os estudos de absorção e partição de nutrientes para os modernos

híbridos de milho e novos cultivares de soja utilizados no Brasil (VON PINHO et al.,

2009). Os trabalhos mais recentes sobre a absorção e partição dos nutrientes em ambas as

culturas têm sido realizados principalmente nos Estados Unidos (CIAMPITTI; VYN,

2011; CIAMPITTI et al., 2013). As recomendações de calagem e adubação estão

3

baseadas em estudos realizados há muitos anos e estão organizadas em manuais e tabelas,

como por exemplo: Recomendações de Adubação e Calagem para o Estado de São Paulo

– Boletim Técnico 100 (RAIJ et al., 1996).

É importante ressaltar que mesmo com o crescente desenvolvimento da

agricultura, as recomendações oficiais de adubação para as culturas de milho e de soja no

Brasil ainda estão baseadas no teor crítico do nutriente no solo, o qual apresenta um

enfoque estático e não é específico do sistema de cultivo. O sistema de produção também

se modificou, atualmente se observa lavouras com maior densidade de plantas, semeadura

em espaçamento reduzido, utilização de agroquímicos para a proteção das culturas e

utilização de genótipos transgênicos (BENDER et al., 2013). O aprimoramento das

práticas agronômicas, e a utilização cada vez mais crescente de alta tecnologia nas

lavouras, pode ter alterado a dinâmica de absorção e partição dos nutrientes nas culturas.

Além dos problemas supracitados, um dos principais fatores que afetam a

produtividade potencial de um cultivar de certa espécie é a condição climática do local

de plantio, principalmente a radiação solar disponível e, consequentemente a temperatura

do ar. Em estudos de conversão de radiação solar em massa de matéria seca

(produtividade) é necessário o conhecimento de vários fatores que entram no cálculo

dessa conversão. No presente momento, são utilizados fatores “importados” de estudos

realizados no exterior (PENNING DE VRIES, 1989) a mais de 25 anos, o que limita em

muito a validade dos resultados obtidos. Neste sentido, urge a necessidade de estudos

sobre a avalição desses fatores aqui no Brasil, utilizando nossas condições climáticas e

nossos cultivares, no caso, de milho e de soja.

O conhecimento da eficiência de conversão da radiação fotossinteticamente ativa

(energia solar) em energia química (fotossíntese e respiração) para os genótipos utilizados

atualmente, em função da composição da matéria seca (lipídio, lignina, proteína,

carboidrato, ácido orgânico e minerais) e da partição de carboidrato, norteará a definição

do híbrido de milho, ou cultivar de soja. Também auxiliará na escolha da época de

semeadura mais adequada ao ambiente de produção no intuito de otimizar o uso dos

recursos naturais, tais como luz (radiação solar), temperatura, dióxido de carbono, água e

nutrientes (N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni e Zn). Além disso serão de

grande valor para melhoristas de cultivares dessas duas culturas.

1.1 Importância das culturas de soja e de milho

O último levantamento feito pela CONAB (2016) da safra brasileira de grãos

destacou que a estimativa da área semeada no país alcance 58 milhões de hectares na safra

4

2016/2017. A cultura de soja, responsável por 57% da área cultivada do país, permanece

como principal responsável pelo aumento de área. A estimativa é de crescimento de 3,4%,

passando de 32.093 mil hectares cultivados em 2014/15, para 33.177 milhões na atual

safra. O milho é considerado na atualidade a principal cultura de safrinha do país. A

expectativa é de aumento de área de 7,6% (629 mil hectares), totalizando cerca de 10

milhões de hectares no ano de 2016.

Os aumentos de produtividade das culturas se devem à necessidade do

desenvolvimento de tecnologias na agricultura, melhorando níveis de produção e

qualidade dos grãos. Várias são as práticas agrícolas utilizadas pelos produtores, entre

elas o controle de plantas daninhas, controle de pragas e doenças, nutrição das plantas,

melhoramento genético das plantas e as práticas de manejo, como a correção e fertilização

dos solos (CIAMPITTI et al., 2013; BENDER et al., 2013). Stewart et al. (2005) relataram

que 57% do aumento de produtividade em grandes culturas pode ser atribuída as

aplicações de corretivos e fertilizantes.

A soja (Glycine max L.) como principal commodity agrícola do Brasil nos últimos

anos, contabilizando mais de 96 milhões de toneladas produzidas na última safra, segundo

CONAB. Neste cenário positivo, o Rio Grande do Sul atingiu o volume recorde de mais

de 15 milhões de toneladas (IRGA, 2015). Esse incremento na produtividade ocorreu

devido a uma associação de fatores como: temperaturas adequadas com boa distribuição

de chuvas ao longo do desenvolvimento das lavouras e aumento da área cultivada

(CONAB, 2015).

O milho (Zea mays L.) por sua vez é o cereal mais cultivado no mundo. Sua

importância econômica é caracterizada pelas diversas formas de sua utilização que vão

desde a alimentação humana e animal, até a indústria de alta tecnologia. É alimento básico

para a população em muitos países, utilizado na ração de animais devido ao elevado valor

nutricional e energético, cada vez mais importante em muitos países para aplicações

industriais e farmacêuticas, podendo ainda ser empregado na produção de amido, etanol,

plástico e como base para a produção de antibióticos (EDWARDS, 2009).

1.2 Fenologia

A caracterização dos estádios de desenvolvimento das culturas permite o

estabelecimento de estratégias de manejo e de tomadas de decisão, objetivando a obtenção

de rendimentos mais satisfatórios e lucrativos (FANCELLI; DOURADO NETO, 2004).

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No entanto, para facilitar o estudo e a caracterização dos estádios fenológicos, o

ciclo da cultura do milho e da soja serão divididos em alguns em estádios diferentes de

desenvolvimento (Tabelas 1 e 2). A metodologia mais utilizada divide o ciclo de

crescimento de ambas as culturas em dois estádios, o de desenvolvimento vegetativo

(representado pela letra V) e o estádio de desenvolvimento reprodutivo (representado pela

letra R) (RITCHIE; HANWAY; BENSON, 1996).

1.3 Produtividade potencial

A produtividade potencial de uma cultura para um dado local é a massa seca (MS)

produzida por uma cultura padrão, cobrindo totalmente o terreno, tendo a radiação solar,

o fotoperíodo e a temperatura como fatores limitantes. É determinada por vários fatores,

entre os quais se destacam os genéticos (variedade), o grau de adaptação ao ambiente (o

que abre a possibilidade de variar o número de plantas por hectare), disponibilidade de

água e nutrientes, controle de pragas e doenças, levando-se em consideração todos os

períodos de desenvolvimento até o amadurecimento da cultura.

Segundo Camargo (1984) e colaboradores, entende-se por produtividade

potencial a maior produtividade esperada para determinado cultivar ou híbrido na região,

em condição de cultivo comercial, desde que não ocorra nenhuma restrição hídrica.

Depende, portanto, da região, do híbrido ou cultivar, da época de semeadura, do solo,

temperatura, radiação fotossinteticamente ativa, dióxido de carbono e fotoperíodo.

Fixando dessa forma essas variáveis, considerando sempre alto nível tecnológico (sem

limitação de água e nutrientes e sem ocorrência de plantas daninhas, pragas e doenças), é

possível estimar a produtividade potencial de um genótipo a partir de uma série de

cultivos, em função apenas dos mencionados elementos do clima.

1.4 Produtividade atingível

É determinada como a máxima produtividade de uma cultura em dada região a ser

pesquisada, neste caso, é influenciada pelos seguintes fatores limitantes: disponibilidade

de água e nutrientes no solo.

1.5 Fatores de conversão de energia solar em massa de matéria seca

As exigências nutricionais das culturas variam ao longo do ciclo da cultura,

apresentando picos de máxima e mínima absorção de nutrientes. Desta forma, é

importante para o manejo das culturas de milho e soja estudar a marcha de absorção da

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matéria seca e dos nutrientes em função dos estágios fenológicos das plantas. Conhecer

o acúmulo de nutrientes nos mesmos estágios para definir a quantidade e as épocas de

adubações, para reposição eficiente dos nutrientes retirados e, assim, manter o equilíbrio

nutricional do sistema produtivo (SOUZA, 2006; VON PINHO et al., 2009).

O potencial produtivo das espécies cultivadas está relacionado aos fatores

genéticos, climáticos e nutricionais das culturas (FANCELLI, 2013). Altas

produtividades serão alcançadas através de plantas altamente produtivas, no entanto,

estratégias de manejo que minimizam os estresses a que a planta pode ser submetida,

poderão proporcionar melhor aproveitamento do potencial genético da cultura (SOUZA,

2006).

As grandes culturas em sua maioria exigem durante o seu ciclo vegetativo,

adequada disponibilidade de água e favorável temperatura e radiação solar para

desenvolver e manifestar o seu potencial produtivo (FANCELLI; DOURADO NETO,

2004). O manejo de nutrientes de acordo com o crescimento e desenvolvimento da cultura

contribui para a manutenção da área foliar, e consequentemente interfere nos

componentes de produção, no caso do milho: número de espigas, número de grãos,

enchimento de grãos e qualidade de grãos e sementes (FANCELLI, 2013).

Durante o ciclo de desenvolvimento da planta de milho, Fancelli (2013) relata que

algumas etapas requerem maior cautela, sendo elas: (i) crescimento e desenvolvimento

radicular (período entre os estádios V0 e V7), (ii) definição do potencial produtivo

(período entre os estádios V4 e V6), (iii) confirmação do número de fileiras na espiga

(período entre os estádios V7 e V9), (iv) definição do número e tamanho da espiga

(período entre os estádios V12 e V14) e (v) enchimento efetivo de grãos (período entre os

estádios R1 e R2). A mesma atenção merece ao ciclo vegetativo e reprodutivo da soja.

1.6 Taxa de crescimento das culturas de soja e de milho

Conhecer a fenologia e o desenvolvimento da cultura é uma ferramenta que

poderá auxiliar os produtores no manejo da safra e safrinha agrícolas. O estudo da taxa

de crescimento, em função dos estádios fenológicos das culturas de soja e milho, é

importante na definição de estratégias de manejo, como por exemplo, o controle de

plantas daninhas, pragas e doenças, bem como das quantidades e das épocas de realização

de adubações.

Além disso, as pesquisas realizadas sobre o crescimento e o desenvolvimento de

ambas as culturas estão ultrapassadas, tendo sido realizadas há muitos anos, e com o

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avanço das técnicas de melhoramento genético, híbridos cada vez mais produtivos e

precoces vêm sendo disponibilizados no mercado (VON PINHO et al., 2009).

Para melhor se entender o efeito nutrição mineral das grandes culturas, é

importante conhecer a taxa de crescimento da planta em diferentes órgãos. Análises de

crescimento são úteis para verificar adaptações fisiológicas da planta, quanto à partição

de carboidratos para folhas e outros órgãos como caule e grãos. Sendo assim, novos

estudos sobre a taxa de crescimento de soja e milho, auxiliarão na compreensão do

desempenho das plantas e no desenvolvimento de tecnologias que sejam capazes de

melhorar os níveis de produtividade e a qualidade dos grãos, bem como de reduzir os

custos de produção e minimizar os impactos ambientais.

2. OBJETIVO GERAL

A conversão de energia solar em massa de matéria seca (produtividade) de uma

cultura é hoje feita utilizando fatores de conversão dos diferentes órgãos da planta (como

por exemplo, g de matéria seca de folha/g de glicose) para seu cálculo, podendo dessa

forma levar a agrossistemas mais produtivos e mais sustentáveis. O presente projeto visa

determinar diretamente esses parâmetros para a culturas de soja (Glycine max) e de milho

(Zea mays), a partir da marcha de produção e composição da matéria seca e de sua

partição nos diferentes órgãos da planta, cujos fatores são obtidos empiricamente em

pesquisas realizadas no exterior

2.1 Objetivos específicos

- Caracterizar a marcha de produção de matéria seca total e composição dos diferentes

órgãos (raiz, caule, folha e órgãos reprodutivos) em híbridos de milho no sistema safrinha

de semeadura e de uma variedade de soja no sistema safra, para explorar a possibilidade

de aumentar a sua eficiência;

- Avaliar os teores de carboidrato, lignina, proteína e óleo na matéria seca de ambas as

culturas;

- Avaliar a área foliar nas culturas de soja e milho;

- Avaliar a biometria, produtividade e seus componentes nas culturas de soja e de milho

após a colheita; e

- Determinar os fatores de conversão;

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3. MATERIAL E MÉTODOS

NOTA: O trabalho da parte de metodologia sofreu alterações consideráveis.

Anteriormente, a pesquisa era composta por experimentos de safra com as culturas de

milho e soja, logo em seguida experimento de safrinha com milho em 2018 e finalizaria

com um último ensaio de safra com soja no ano de 2018. Em decorrência do prazo de

depósito e escrita de tese, fizemos algumas alterações essenciais no cronograma para que

todos os prazos sejam concluídos sem pendências. Segue abaixo a discriminação da

metodologia que está sendo seguida.

3.1 Plano de trabalho

Na época de safra foram conduzidos dois ensaios: um de soja e outro de milho,

cuja semeadura de ambos foi realizada concomitantemente no dia 10 de outubro de 2017.

Enquanto na safrinha foi semeado um segundo ensaio da cultura do milho, cuja

semeadura foi realizada no início do mês de abril de 2018.

3.2 Descrição dos experimentos

Os experimentos estão sendo conduzidos na área experimental do Departamento

de Produção Vegetal, no Campus da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”,

Universidade de São Paulo (Esalq/USP), no município de Piracicaba-SP, sob um sistema

de pivô central para garantir água disponível para as culturas. A área está localizada nas

seguintes coordenadas geográficas: 22° 41’ 30” de latitude Sul e 47° 38’ 30” de longitude

Oeste e 546 m de altitude.

O solo da área é classificado como Latossolo Vermelho distrófico argiloso b nítico

(HEIFFIG, 2002). O clima da região, segundo a classificação de Köppen é Cwa, com

verão chuvoso e estiagem de inverno e temperatura média anual em torno de 21,4°C. A

precipitação média anual é de 1257 mm (SENTELHAS; PEREIRA, 2000).

Antes do preparo do solo, foram coletadas amostras de solo na profundidade de 0

a 20 cm para caracterização física e química. O preparo periódico do solo foi efetuado

por meio de uma gradagem e uma subsolagem a laser para descompactar o solo entre as

linhas, melhorando a expansão do sistema radicular da plantas e infiltração das águas da

chuva e irrigação.

Como os experimentos se tratam de medidas diretas dos parâmetros relacionados

à conversão de energia solar em massa de matéria seca, as culturas de soja e milho

semeadas na safra receberam um padrão diferente da safrinha, elas foram semeadas em

áreas extensas para formação de um dossel homogêneo, dentro das quais foram

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delimitadas 60 parcelas para coleta de plantas ao longo do ciclo. Para a obtenção da curva

de acúmulo de matéria seca, a amostragem das plantas (soja e milho) foi realizada com

base na fenologia de cada cultura (Tabelas 3 e 4), até sua maturidade fisiológica. Cada

amostragem foi constituída da retirada de 3 plantas na parte central de cada parcela

experimental, sendo que em cada dia de avaliação foram coletadas 18 plantas, três em

cada uma das 6 parcelas diferentes escolhidas ao acaso dentro das 60 parcelas do dossel.

Assim, foram feitas aproximadamente 10 coletas (cerca de 140 dias), abrangendo o ciclo

completo das culturas, constituídas de 18 plantas (cada avaliação), consideradas

repetições.

Os experimentos de safra foram semeados no dia 10 de outubro, com sementes

altamente produtivas, enquanto que o experimento de milho foi semeado no mês de abril

de 2018 no período denominado de safrinha (segunda safra). Foi utilizado o híbrido da

Sementes Biomatrix BM 812 PRO2, considerado altamente produtivo para a região. A

semeaduras foram realizadas por meio de semeadora acoplada a um trator mecanizado.

As parcelas da safrinha tiveram duas diferentes populações, a 65.000

plantas/hectare e 80.000 plantas/hectare em dois tipos de espaçamentos, 0,45cm e

0,90cm. Dessa forma, todas as populações foram semeadas em diferentes espaçamentos.

As parcelas experimentais da safrinha possuíam 14 linhas de milho de 10 m de

comprimento.

Figura 1. Croqui do experimento de milho safrinha.

10

Portanto, o Tratamento 1 foi 0,45cm de espaçamento com 65.000 plantas/hectare,

Tratamento 2 foi 0,90cm de espaçamento com 80.000 plantas/hectare, Tratamento 3 foi

0,90cm de espaçamento com 65.000 plantas/hectare e o Tratamento 4 foi 0,90cm de

espaçamento com 80.000 plantas/hectare (Figura 1).

A área útil de cada unidade experimental da safra (soja e milho) foi constituída

por três linhas centrais de 5 metros de comprimento, desprezando-se as bordaduras, e, no

centro, como dito, foram coletadas três plantas ao longo dos diferentes estádios de

desenvolvimento da planta no do ciclo de cada cultura. Enquanto que na safrinha (milho)

a área útil de cada unidade experimental foi constituída por três linhas centrais de 10

metros de comprimento, desprezando-se as bordaduras, e, no centro, foi coletada uma

planta de cada unidade experimental ao longo dos diferentes estádios de desenvolvimento

da planta no do ciclo do milho. Desta forma, cada parcela só perderá poucas plantas, para

não afetar significativamente a homogeneidade do dossel e a produção final.

No laboratório cada planta será dissecada em seus órgãos: raiz, folha, caule e

órgãos reprodutores, para determinações de fitomassa seca. Subamostras passadas por

moinho de facas com peneiras 0,2 mesh serão empregadas para análises químicas de

elementos, nutrientes e compostos, a serem realizadas no laboratório de análise foliar do

Departamento de Ciência do Solo da ESALQ/USP e também para o laboratório de análise

foliar Laborfort Análises Químicas para a determinação através dos métodos descritos

por Silva (2009). Dada a dificuldade da coleta de raízes, sua amostragem será parcial. A

cada avaliação realizada, está sendo coletada apenas uma parte do sistema radicular,

utilizada apenas para as análises químicas, que desta forma serão completas. Em quatro

momentos equidistantes do ciclo de cada cultura será amostrado o sistema radicular

completo, com 3 repetições, para determinação da fitomassa seca de raiz, pelo método da

trincheira, com lavagem posterior do solo coletado. As trincheiras serão abertas em

parcelas que já foram amostradas, de tal forma que uma trincheira de até 60 cm de

profundidade não atrapalhe o experimento. Após ajuste dos 4 dados de sistema radicular

em modelo sigmoidal, será estimada a curva completa de fitomassa de raiz.

A condução das culturas se dará de forma igual, com correção, maximizando a

adubação do solo para a produtividade potencial e irrigação aplicada de forma homogênea

e baseada em balanço hídrico climatológico, com o intuito de oferecer condições ótimas

de desenvolvimento sob as condições climáticas reinantes nas duas épocas.

11

3.3 Avaliações dos experimentos

3.3.1 Fenologia

Para a caracterização de cada estádio de desenvolvimento, as observações

fenológicas serão feitas a cada dois dias durante o ciclo de cada cultura de acordo com a

escala fenológica apresentadas nas Tabelas 3 e 4.

3.3.2 Elementos do clima

O Clima será caracterizado pela radiação solar, temperatura e umidade do ar,

fotoperíodo e vento, cujas variações do tempo no ciclo da cultura serão medidas em

termos relativos (Desenvolvimento relativo Dr) que utiliza o conceito de graus-dia. O

experimento contará com o sistema de irrigação por pivô. Os dados de radiação solar,

temperatura e precipitação (pluvial e da irrigação) serão medidos no local (pluviômetro)

e no Posto Meteorológico de Piracicaba, localizado no Departamento de Engenharia de

Biossistemas, da Esalq/USP.

Com os dados coletados, serão calculados: (a) graus-dia (GD, oC d), com base no

método proposto por Arnold (1959):

TbTT

GD

2

minmax

Em que Tmax se refere à temperatura do ar máxima diária (ºC); Tmin à

temperatura do ar mínima diária (ºC) e Tb à temperatura basal inferior, que será

pesquisada na literatura e introduzida no modelo de forma variável. Os GD serão

acumulados diariamente até o final de cada cultura com o intuito de calcular o

desenvolvimento relativo:

3.3.3 Massa de matéria seca

Como já descrito acima, o material vegetal colhido em cada parcela com base no

estádio fenológico da soja e do milho, será separado nos diversos órgãos, dependendo da

época, em raiz, colmo, folha, pendão, “cabelo”, palha, sabugo e grãos para o caso dos

experimentos de milho, enquanto que para o de soja será separado em: raiz, haste, folhas,

M

i

j

GD

TbTjDr

1

)(

12

vagens e grãos. Posteriormente, as partes vegetais serão lavadas e secadas em estufa de

circulação forçada, a 65 °C, até peso constante.

As análises químicas para a determinação dos teores de nutrientes presentes nas

plantas serão realizadas em extratos obtidos pela digestão sulfúrica (nitrogênio),

nitroperclórica (fósforo, potássio, cálcio, magnésio, enxofre, cobre, ferro, manganês e

zinco) e por via seca (boro) (SARRUGE; HAAG, 1974). Também será feita análise dos

constituintes da matéria seca, a saber: lignina, carboidrato, proteína e lipídeos, no

Departamento de Produção Animal da ESALQ/USP.

3.3.4 Área foliar

A área foliar nos diferentes estádios será avaliada por intermédio de um sensor

comercial da marca LI-COR®, modelo Li-3100C. Todas as folhas de cada planta serão

removidas e passadas pelo equipamento, uma a uma obtendo-se o valor da área foliar de

cada amostra.

3.3.5 Balanço hídrico

Será elaborado o balanço hídrico (BH) da cultura, sendo a evapotranspiração

potencial de referência (ETo, mm d-1), calculada com base no método de Penman-

Monteith (ALLEN et al., 1998). O balanço hídrico propriamente dito será calculado com

base no método de Thornthwaite e Mather (1955), que também estima a

evapotranspiração real (ETr, mm d-1) e a deficiência hídrica.

3.3.6 Produtividade das culturas

A colheita dos experimentos será realizada quando as culturas atingirem o ponto

de maturidade fisiológica, feita nas últimas 6 parcelas coletadas, amostrando todas as

plantas de uma área útil de soja como também do milho.

3.3.7 Massa de 1000 grãos

Após colheita de cada parcela, os grãos serão secos à umidade ajustada de 13% e

também será realizada a pesagem de 1000 grãos escolhidos aleatoriamente.

3.3.8 Eficiência de conversão da energia solar em massa de matéria seca

A radiação global (Rg, MJ.ha-1.h-1) será obtida dos registros da estação agro

meteorológica da Esalq/ USP, a qual será integrada para cada dia do ciclo das culturas,

13

que, por exemplo, para um dia médio em Piracicaba (SP) poderia ser 150 MJ.ha-1.dia-1

(Figura 1).

Esta radiação inclui o espectro solar inteiro, desde o ultravioleta (UV, λ ≤ 400 nm)

até o infravermelho (IV, λ > 700 nm).

Como a fotossíntese se utiliza de parte da porção visível, que pode ser aproximada

em 50% de Rg, resulta a PAR (Photosynthetically Active Radiation), ou em português a

radiação fotossinteticamente ativa - 400 nm < λ ≤ 700 nm), que para o dia do exemplo da

Figura 1 resulta em 75 GJ.ha-1.dia-1.

Chamando esse fluxo PAR de radiação incidente I0, que atinge o dossel, parte dele

é refletido (Ir) (principalmente o verde), que em média pode ser considerado 20% da PAR;

outra parte é transmitida (It) através do dossel e que por isso depende da área foliar e de

um fator k, denominado de coeficiente de extinção da radiação que define o formato da

curva que descreve a diminuição da radiação transmitida em função da área foliar; e o

restante do fluxo de radiação é absorvido (Ia) dentro do sistema, e que consiste na parte

principal em relação à fotossíntese. A conversão da energia radiante (Ia) em energia

química tem uma eficiência que depende da intensidade de Ia e da espécie vegetal

(inclusive variedade ou híbrido), a qual pode possuir um dos tipos de metabolismo

fotossintético, C3, C4 ou MAC (Figura 1).

Além do uso de dados da Estação meteorológica de ESALQ, as medidas da PAR,

de Ir, It e de Ia também serão medidas com radiômetros constituídos de Sensor Quântico

Linear para medida da PAR (400-700 nm) instalados diretamente no dossel das culturas.

Com a diferença das leituras de dois radiômetros situados acima do dossel, um voltado

para cima (I0) e outro voltado para baixo (Ir) é obtido o fluxo de radiação líquida que

penetra no dossel, sendo parcialmente absorvido pela planta e o restante chegando à

superfície do solo (It). A diferença entre o que chega (I0 – Ir) e o transmitido (It) é a

estimativa da radiação efetivamente absorvida pela planta (Ia). Estes dados representarão

a realidade do balanço de radiação no dossel. Será também utilizada alternativa de estimar

Ia utilizando o IAF e o coeficiente de extinção de radiação k (Figura 1).

A partir da radiação absorvida pela planta e da assimilação de CO2, pode-se

estimar a eficiência do processo. A assimilação de carbono [kgCO2.ha-1.dia-1] também

será medida, alternativamente, com o instrumento IRGA (modelo LI64xt) e através do

uso de modelos encontrados na literatura. O IRGA é um instrumento caro, de difícil

manuseio e calibração no campo. Seu uso será feito em colaboração com o Laboratório

de Fisiologia Vegetal da ESALQ, sob a coordenação do Prof. Dr. Ricardo Sanches de

14

Oliveira, que colocará à nossa disposição um técnico especializado nestas medidas. Em

cada horário de medida serão avaliadas várias folhas para que os resultados obtidos em

áreas de aproximadamente 6 cm2 possam ser extrapolados com segurança para um hectare

(ha) de cultura. Os resultados médios obtidos, em gramas de CO2 assimilados por cm2

de folha, serão transformados em kg de matéria seca por ha, pelo emprego da área foliar.

Esta extrapolação, apesar de complexa, nos trará resultados que servirão para comparação

com nossos valores medidos de matéria seca. Estas medidas serão repetidas nos estádios

de maior importância das duas culturas. A comparação dos resultados da fotossíntese

medida com o IRGA e aqueles calculados com a equação para cálculo de fotossíntese

líquida (FLi) a partir da fitomassa, está discutida logo abaixo no fluxograma da página

19.

Nos cálculos de conversão de energia, os valores de eficiência não são conhecidos

para os novos genótipos de soja e milho que são objeto deste estudo. Em nosso exemplo

representado pela Figura 1, se considerarmos assimilados 500 kg [CO2].ha-1.dia-1, o que

equivale a 341 kg [CH2O].ha-1.dia-1 (carboidratos), precisamos descontar as quantidades

de CH2O utilizadas na respiração de manutenção e de crescimento da planta, e restariam

290 kg[CH2O].ha-1.dia-1 que correspondem a 200kg [MS].ha-1.dia-1. Essa quantidade é

repartida entre os diferentes órgãos da planta. Nestes cálculos entram fatores de conversão

de carboidrato em lignina, lipídeos (óleo), proteína, ácidos orgânicos e minerais, que

geralmente são tirados da literatura, mais especificamente de Penning De Vries (1989),

como indicado na Tabela 1.

Como a composição (%) da MS dos diferentes órgãos é diferente, em termos de

lipídeos (óleo), lignina, proteína, carboidrato, ácidos orgânicos e minerais, os fatores de

conversão (FC, g [MS].g-1 [CH2O]) referentes aos custos da biossíntese e do transporte

são diferentes, e que ainda variam de órgão para órgão. Esses fatores de conversão

também são objeto deste estudo.

15

Tabela 1. Eficiência de converter carboidrato em massa de matéria seca total (MST) (raiz,

folha, haste e órgão reprodutivo) de planta de soja e milho em função da

composição da MST e da eficiência bioquímica de converter carboidrato em

lipídio (óleo), lignina, proteína, carboidrato, ácido orgânico e minerais (K, Ca,

P e S) (PENNING DE VRIES, 1989).

Componente c

A

Custo da

biossíntese

(CBc)

B

Custo do

transporte

(CTc)

C = A + B

Custo de

conversão

D = 1/C

Eficiência de

conversão bioquímica

Lipídio (óleo) 3,030 0,159 3,189 0,31

Lignina 2,119 0,112 2,231 0,45

Proteína 1,824 0,096 1,920 0,52

Carboidrato 1,211 0,064 1,275 0,78

Ácido orgânico 0,906 0,048 0,954 1,05

Minerais 0,000 0,120 0,120 8,3 A, B e C: G [glicose].g-1[componente]. D: G [componente].g-1[glicose]. Minerais (K, Ca, P e S).

3.3.9 Metodologia proposta

Esta pesquisa pretende estabelecer uma nova metodologia para derivar a curva de

assimilação de carbono a partir da análise de crescimento e assim determinar os fatores

de conversão de energia luminosa em fitomassa. O fluxograma da Figura 2 descreve de

forma simplificada os passos desta metodologia a partir de medidas de fitomassa seca

(FS) de Raiz (R); Folha (F); Caule (C) e Órgãos reprodutores (Or), realizadas nos dias (i)

do ciclo da cultura, que vão estimar a fotossíntese líquida FL em cada órgão (o) e a

eficiência de uso de carbono e luz (EUCL).

16

Figura 1: Fluxo de energia solar até a formação de matéria seca (MS). Símbolos estão

no texto do estudo (Fonte: Reichardt, 2017).

17

Figura 2: Fluxograma da nova metodologia proposta para a avaliação da assimilação de carbono a partir da caracterização da variação temporal

da massa de matéria seca. Os símbolos desta figura estão na Tabela 2.

18

Tabela 2. Significados das abreviaturas utilizadas no novo fluxograma da nova metodologia proposta

para avaliação da assimilação de carbono a partir da caracterização da variação temporal

da massa de matéria seca.

Abreviatura Significado

i Dia Juliano

IAF Índice de área foliar

FS Fitomassa seca de R= raiz; F= folha; C= caule; OR= órgão reprodutivo;

pC Partição de carbono de R, F, C, OR

α Latitude

γ Declinação

Tb Temperatura base

GDM Somatória graus-dias do ciclo

T Temperatura do ar

b0, b1, c0, c1, c2 Coeficientes de ajuste

PAR Radiação fotossinteticamente ativa

tRc Teor de carbono na raiz

tFc Teor de carbono na folha

tCc Teor de carbono no caule

tORc Teor de carbono no órgão reprodutivo

CTc Custo de transporte de carbono

CBc Custo biológico de síntese de composto

k Coeficiente de extinção de luz

eR Eficiência de conversão de carboidratos em raiz

eF Eficiência de conversão de carboidratos em folha

eC Eficiência de conversão de carboidratos em caule

eOR Eficiência de conversão de carboidratos em órgão reprodutivo

Dr Desenvolvimento relativo

FL Fotossíntese líquida

H Duração do dia

CRmc Coeficiente de respiração, manutenção e crescimento

CRs Coeficiente de interceptação de radiação solar

Adc Acumulação de dióxido de carbono

EUCL Eficiência de uso de carbono e luz

p1, p2, p3, p4, p5 Fatores de conversão

A primeira linha (em verde) de equações do fluxograma corresponde aos cálculos das

eficiências de conversão de carboidrato em massa de matéria seca de raiz (eR), folha (eF), caule (eC)

e órgãos reprodutivos (eOr) utilizando os dados da Tabela 1. Serão medidos os teores dos diferentes

componentes c (lipídio, lignina, proteína, carboidrato e minerais) da matéria seca de raiz (tRc), folha

19

(tFc), caule (tCc) e órgãos reprodutivos (tOrc) (Figura 2) para novos híbridos de milho e cultivares de

soja.

Calcular-se-á a fotossíntese líquida Fli, a duração teórica do i-ésimo dia Hi, o índice de área

foliar IAFi em função do desenvolvimento relativo Dri, assim como os coeficientes de respiração de

manutenção e crescimento CRmci e o de interceptação de radiação solar fotossinteticamente ativa CRsi

(através do IAF e do coeficiente de extinção de luz, por regressão logarítmica). Em seguida,

simultaneamente, calcular-se-ão a eficiência de uso de carbono e de luz EUCL e a assimilação de

dióxido de carbono Adci, com base nos valores de FLi, Hi, IAFi, CRmci e CRsi (primeira equação

apresentada para o cálculo de Adci).

Na segunda equação apresentada para o cálculo de Adci, serão estimados, por intermédio de

análise de regressão não linear, os parâmetros empíricos p1, p2, p3, p4 e p5, que pretendemos

determinar neste estudo, com base nos valores de Adci (assimilação de dióxido de carbono - primeira

equação apresentada), PARi (radiação fotossinteticamente ativa) e Ti (temperatura do ar),

minimizando a soma dos quadrados dos erros utilizando o método iterativo generalizado de Newton-

Raphson.

3.4 Instalação dos experimentos

3.4.1 Experimentos de milho: fatores e conversão da energia solar em massa de matéria

seca em híbrido atual de milho

Foram realizados dois ensaios de milho: o primeiro na época de safra cuja semeadura foi

realizada no mês de outubro de 2017, e o segundo semeado no mês de abril de 2018 em safrinha. Foi

utilizado um híbrido altamente produtivo para a região. A semeadura dos ensaios foi realizada por

meio de semeadora acoplada a um trator mecanizado cuja população é determinada conforme

exigência do híbrido.

As parcelas experimentais da safra constituíram de 5 linhas de milho de 5 m, espaçadas com

0,90 m totalizando uma área de 22,5 m2, com uma população da ordem de 65.000 plantas por ha.

Como foram delimitadas 60 parcelas, a área útil de cada experimento será 3 linhas centrais de 5 m de

comprimento desprezando-se a bordadura, possuindo cerca de 11 m2 de área. Na última amostragem

(últimas 6 parcelas da maturação) foram coletadas uma área com mesmo tamanho da unidade

experimental para medir a produtividade de grãos.

As parcelas da safrinha tiveram duas diferentes populações, a 65.000 plantas/hectare e 80.000

plantas/hectare em dois tipos de espaçamentos, 0,45cm e 0,90cm. Dessa forma, todas as populações

foram semeadas em diferentes espaçamentos. As parcelas experimentais da safrinha possuíam 14

linhas de milho de 10 m de comprimento.

20

Tratamento 2 foi 0,90cm de espaçamento com 80.000 plantas/hectare, Tratamento 3 foi

0,90cm de espaçamento com 65.000 plantas/hectare e o Tratamento 4 foi 0,90cm de espaçamento

com 80.000 plantas/hectare (Figura 1).

A área útil de cada unidade experimental da safra (soja e milho) foi constituída por três linhas

centrais de 5 metros de comprimento, desprezando-se as bordaduras, e, no centro, como dito, foram

coletadas três plantas ao longo dos diferentes estádios de desenvolvimento da planta no do ciclo de

cada cultura. Enquanto que na safrinha (milho) a área útil de cada unidade experimental foi

constituída por três linhas centrais de 10 metros de comprimento, desprezando-se as bordaduras, e,

no centro, foi coletada uma planta de cada unidade experimental ao longo dos diferentes estádios de

desenvolvimento da planta no do ciclo do milho. Desta forma, cada parcela só perderá poucas plantas,

para não afetar significativamente a homogeneidade do dossel e a produção final.

A adubação de semeadura (adubação de base) e adubação de cobertura (estádio V4 -momento

em que a 4ª. folha está completamente desenvolvida em 50% das plantas da população - Tabela 3)

serão feitas conforme as exigências das condições químicas e físicas do solo após os resultados das

análises feitas em laboratório, e elas serão baseadas do “Boletim 100”.

Tabela 3. Descrição resumida dos estádios fenológicos da cultura de milho.

Fase Estádio Descrição de cada estádio

V0 Momento referente à emergência

V2 2ª. folha está completamente desenvolvida em 50% das plantas da população




V12 12ª. folha está completamente desenvolvida em 50% das plantas da

população

V14 14ª. folha está completamente desenvolvida em 50% das plantas da

população

VT

Momento em que há emissão do pendão e abertura das flores masculinas em

50% das plantas da população

R1 50% das plantas da população apresentam florescimento pleno

R2 50% das plantas da população apresentam grãos pastosos

R3 50% das plantas da população apresentam grãos leitosos

R4 50% das plantas da população apresentam grãos farináceos

R5 50% das plantas da população apresentam grãos farináceos duros

R6 Ponto de maturidade fisiológica

R

E

P

R

O

D

U

T

I

V

A

V

E

G

E

T

A

T

I

V

A

21

3.4.2 Experimento na cultura da soja: fatores e conversão da energia solar em massa de

matéria seca em genótipo de soja

O ensaio de safra foi semeado no mês de outubro de 2017, utilizando-se como cultura a soja,

cujo genótipo a ser utilizado com uma com alta capacidade produtiva na região de instalação da

pesquisa. A semeadura do ensaio foi realizada por meio de semeadora acoplada a um trator

mecanizado cuja população foi de aproximadamente 320.000 plantas/hectare. As parcelas

experimentais constituiram de 5 linhas de soja de 4 m de comprimento espaçadas de 0,45 m

entrelinhas, totalizando em 9 m2 de área. Como foram delimitadas 60 parcelas, a área útil do

experimento possui 3 linhas centrais de 4 m de comprimento desprezando-se a bordadura, possuindo

cerca de 5,4 m2 de área. Na última amostragem (últimas 6 parcelas da maturação) será coletada uma

área com mesmo tamanho da unidade experimental para medir a produtividade de grãos.

A adubação de semeadura (adubação de base) e adubação de cobertura (estádio vegetativo -

Tabela 4) foram feitas conforme as exigências das condições químicas e físicas do solo após os

resultados das análises feitas em laboratório, e elas serão baseadas do Boletim 100.

Tabela 4. Descrição resumida dos estádios fenológicos da cultura de soja.

Fase Estádio Descrição de cada estádio

Vegetativa

VE Da emergência a cotilédones abertos

V1 Primeiro nó, folhas uni folioladas abertas

V2

V3

Segundo nó, primeira folha tri foliolada aberta

Terceiro nó, segundo folha tri foliolada aberta

Reprodutiva

Vn Enésimo nó com folha tri foliolada aberta, antes da floração

R1 Início da floração: até 50% das plantas com uma flor

R2 Floração plena: maioria dos racemos com flores abertas

R3 Final da floração: vagens com até 1,5 cm

R4 Maioria de vagens do terço superior com 2,0 a 4,0 cm

R5.1 Grãos com início de formação a 10% da granação

R5.2 Maioria das vagens com granação de 10 - 25%

R5.3 Maioria das vagens entre 25 e 50% de granação



R6 Maioria das vagens com granação de 100% e folhas verdes

R7.1 Início a 50% de amarelecimento de folhas e vagens

R7.2 Entre 51 e 75% de folhas e vagens amarelas

R7.3 Mais de 75% de folhas e vagens amarelas

R8.1 Início a 50% de desfolha

R8.2 Mais de 50% de desfolha à pré-colheita

R9 Maturidade de campo (Ponto de colheita)

22

3.5 Condução dos experimentos

Está sendo realizado acompanhamento diário dos experimentos a fim de verificar ataque de

pragas e doenças, bem como a presença de plantas daninhas. Assim, na medida do necessário serão

realizadas as aplicações de inseticidas, fungicidas e herbicidas de pré e pós-emergência conforme a

recomendação e exigência de cada cultura.

3.6 Análise dos resultados

A estatística dos experimentos será baseada em uma parcela simples e homogênea, com 6

repetições casuais, utilizando valores médios e desvios padrão. Os valores de matéria seca serão

ajustados a um modelo sigmoidal para posteriores avaliações. O fluxograma da Figura 2 será

executado em planilha Excel em função do tempo, desde a época de semeadura (i = 1) até a

maturidade fisiológica.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

As amostras das avaliações estão sendo moídas para futuras realizações de análises

laboratoriais. Em decorrência disso, ainda não existem resultados preliminares, estamos na faze de

coleta de dados para futura discussão.

Os resultados que serão obtidos nesta pesquisa contribuirão para a comunidade científica em

estudos de modelagem para obtenção da produtividade máxima atingível das culturas de soja e milho.

A obtenção dos fatores de conversão de energia solar em matéria seca, incluindo sua partição

nos diferentes órgãos da planta, é um fato inédito para as condições específicas de cultivo de ambas

as culturas. Como já dito, até o momento pesquisas dessa natureza fazem uso de parâmetros e fatores

de conversão retirados da literatura internacional.

Espera-se que ao término do projeto, os resultados sejam publicados em revistas indexadas e

de alto fator de impacto, contribuindo assim para o avanço do manejo dessas duas culturas.

5. CONCLUSÕES

A parte bibliográfica está toda finalizada. O momento que o trabalho se encontra é de

experimentos no campo: a safra de soja e milho estão em fase de finalização, já foram realizadas oito

avaliações na cultura da soja e nove no milho. Restam poucas avaliações de campo, à medida que

todos os ensaios forem colhidos, será realizado a preparação da área para a safrinha de milho em

2018.

23

IMPORTANTE: No relatório parcial anterior, a responsável do projeto Jackellyne Bruna Sousa,

juntamente com seu orientador descreveram uma nota importante sobre o interesse da aluna ir fazer

doutorado sanduíche no exterior, em Kentucky, EUA. Por causa desse propósito, o projeto Agrisus

foi modificado para que antecipassem as experimentações no Brasil. De fato, a candidata foi

contemplada com a bolsa intercâmbio, e em decorrência disso em outubro ela viaja por 6 meses para

estudos em Kentucky. O projeto de campo será finalizado no mês de agosto de 2018, e os meses

seguintes serão dedicados a análises dos dados das amostras, bem como a redação da sua Tese até

sua defesa em 2019.

6. DESCRIÇÃO DAS DIFICULDADES E MEDIDAS CORRETIVAS

Todo o cronograma anterior quando submetido para pedido do recurso sofreu alterações

necessárias. Um novo cronograma de atividades foi desenvolvido para que nenhum prazo fosse

extrapolado e, tudo está sendo seguido conforme o planejamento, sem maiores dificuldades ou

empecilhos na realização dos experimentos. Única medida corretiva foi na antecipação dos

experimentos para melhor condução da tese de doutorado.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Piracicaba-SP, 13 de agosto de 2018.

___________________________________________________

Jackellyne Bruna Sousa

Responsável relatório e recursos Agrisus

De acordo,

___________________________________________________

José Laércio Favarin

Coordenador do Projeto n° PA 2067-17

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