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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
André Fróes de Borja Reis
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2017
Orientador
Banca examinadora
Favarin, José Laercio (Presidente)
Crusciol, Carlos Alexandre Costa
Marin, Fábio Ricardo
Stone, Luis Fernando
Trivelin, Paulo Cesar Ocheuze
Título em inglês
Rice performance, water and nitrogen efficiency in different irrigation regimes in tropical lowland
Palavras-chave em inglês
Oryza sativa L.
Aerobic rice
Alternate wet and dry
Evapotranspiration
Nitrogen isotopic efficiency
Ultisol
Resumo em inglês
Rice (Oryza sativa L.) crop has an important role to attend the food demand of a growing world population, and the production increment will come not just from increasing efficiency in the current cropland, but also from expansion to new areas. The tropical lowland plains of northern Brazil are already being converted to rice production, although the lack of scientific knowledge and agricultural practices suited local conditions. This region presents soils with weathered clays with distinct properties from those grown in traditional rice regions, and deploying agricultural practices developed to others agroecosystem lead to instable crop yield inadequate uses of agricultural inputs. Water is the greatest resource that rice crop relies on, and worldwide continuous flooding is broadly used. Alternative irrigations regimes with purpose to save water have been proposed due the threatens of water scarcity, and promising results stimulate this approach, despite grain yield penalties due drought stress and/or decrease of soil N availability. The soil moisture and oxygen amount interfere on nitrogen dynamics, thus can enhance loss process and change crop response to N fertilizer. In tropical lowland region of Brazil water and nitrogen are limited and continuous flooding irrigation is not sustainable due huge water amount used associated to low grain yields. Therefore, this research was performed aiming an integrated assessment of irrigation regimes, nitrogen use and crop performance in rice crop in Brazilian tropical lowland. The field experiment was done during three years in a Plinthaquults soil at Tocantins. The first stage was aimed to identify the irrigation regime which provides the best water use efficiency (WUE), nitrogen use efficiency (NUE) and crop performance with indigenous N soil supply and nitrogen fertilizer. The second stage compared the best observed irrigation regime to continuous flooding, and the nitrogen relationship to crop components along their development and harvest. The first experiment was a split-plot design with 5 irrigation regime (IR) in main plot: alternate wet and dry in short cycle (AWDS); alternate wet and dry in long cycle (AWDL); Continuous flooding (CF); Non-flooding aerobic (NF); saturated soil without ponding water (SS). And subplot was N fertilizer rate: 0 and 150 kg ha-1 of N. Crop performance was affected by IR and N level. In the average of three years nitrogen uptake (NU) was 32% higher in NF than any other irrigation regime. Grain yield across N level was 7.2, 8.8 and 7.5 Mg ha-1 in NF and in CF were 5.6, 8.2 and 6.9 Mg ha-1, respectively in 2014, 2015 and 2016. The isotopic NUE showed total recovery of 81.5 % of 15N in NF and 62, 61, 56, 56% in SS, AWDS, AWDL, CF respectively. The average WUE of delivered water was 0.7 kg grain m-3 in NF, and 0.47, 0.40, 0.35, 0.32 kg grain m-3 water in SS, AWDS, AWDL and CF, respectively. The second experiment was a split-plot design with: continuous flooding (CF) and non- flooding aerobic (NF) in the main plot and fertilizer nitrogen (0, 50, 150 and 250 kg ha-1) in the subplot during the 2014, 2015 and 2016. Biomass (AGB) nitrogen uptake (NU) and leaf area index (LAI) were observed along crop development in the 0 and 150 subplots in 2015 and 2016 growing seasons. As was the relationship between AGB, NU, panicle density (PD), spikelet number (NS) and grain yield (GY) at physiological maturity. The aerobic rice provided higher NU throughout rice development and LAI equal or superior to CF. At harvesting, NU and PD had different relationships to N rates among CF and NF, with NF showing 18% higher NU as 27% PD higher than CF across years and N rate. The grain GY relationship to N rates was also distinct in 2014 and 2015, and GY across N rates in NF was 20% and 12% higher than CF for 2014 and 2015, respectively. This research concludes for such agroecosystem, as long there is no drought stress, rice crop in non-flooding aerobic irrigation regime performs higher efficiency of water and N use, and moreover presents better overall crop performance with less need to nitrogen fertilizer than traditional continuous flooding or any other water saving irrigation regime.
Título em português
Performance do arroz, eficiência de água e nitrogênio em diferentes regimes de irrigação em planícies de inundação tropical
Palavras-chave em português
Oryza sativa L.
Arroz aeróbico
Eficiência isotópica de nitrogênio
Evapotranspiração
Molhamento e secagem alternados
Plintossolo
Resumo em português
A cultura do arroz (Oryza sativa L.) tem importante papel em fornecer alimento à crescente população mundial, e o incremento da produção virá não só do ganho de eficiência de áreas em uso, mas também da incorporação de novas áreas. As planícies tropicais do norte do Brasil já estão sendo convertidas para cultivo de arroz, apesar da falta de conhecimento científico e práticas agrícolas apropriadas às condições locais. Essa região apresenta solos com minerais de argila intemperizados e propriedades distintas daqueles de regiões tradicionais de cultivo, e a transferência das práticas agrícolas desenvolvidas para outros agroecossistemas têm resultado em produtividades variáveis e uso inadequado de insumos. A água é principal recurso no cultivo do arroz, e a irrigação com inundação constante é largamente disseminada pelo mundo. Regimes alternativos de irrigação a fim de economizar agua tem sido propostos em razão da ameaça de escassez de água, e resultados promissores estimulam a disseminação dessa técnica, apesar de prejuízos à produtividade em razão do estresse por seca e/ou menor disponibilidade de nitrogênio (N) do solo. A umidade do solo e a quantidade de oxigênio interferem na dinâmica de N e podem favorecer processos de perdas e alterar a resposta do cultivo à adubação nitrogenada. Nas planícies tropicais do Brasil a disponibilidade de água e N são limitadas, e a inundação contínua não é sustentável em razão da quantidade de agua requerida associada a baixa produtividade da cultura. Portanto, esta pesquisa foi realizada com o objetivo de estudar de forma integrada o regime de irrigação e o uso de N, e performance da cultura em várzea tropical. O experimento foi realizado durante três anos em Plintossolo no estado do Tocantins. Na primeira etapa da pesquisa procurou-se identificar o regime de irrigação que proporciona maior eficiência de uso da água (WUE), eficiência de uso de nitrogênio (NUE) e performance de cultivo com N nativo do solo e quando aplicado N fertilizante. Na segunda fase comparou-se o regime de irrigação que proporcionou melhores índices de eficiência de água e N ao regime de lâmina contínua com a hipótese que a relação entre aplicação de fertilizante N e componentes de produção seriam diferentes entre os regimes. Na primeira fase adotou-se delineamento de parcela subdividida com 5 regimes de irrigação (IR): lâmina alternada de inundação e drenagem em ciclo curto (AWDS); lâmina alternada de inundação e drenagem em ciclo longo (AWDL); lâmina contínua (CF); sem formação de lâmina e solo aeróbico (NF); e sem formação de lâmina e solo saturado (SS). Nas subparcelas avaliou-se as doses de N fertilizante: 0 e 150 kg ha-1. A performance de cultivo foi afetada pelo IR e dose de N. Na média dos 3 anos, o acúmulo de nitrogênio na parte aérea (NU) foi 32% maior em NF do que em todos os outros regimes de irrigação. A produtividade de grãos média entre as duas doses de N foi 7,2, 8,8 e 7,5 Mg ha-1 em NF e 5,6, 8,2, 6,9 Mg ha-1 in CF, respectivamente em 2014, 2015 e 2016. A NUE foi de 81,5% de recuperação de 15N em NF e 62, 61, 56 e 26% em SS, AWDS, AWDL e CF, respectivamente. A média de WUE em relação a água aplicada foi 0,7 kg grão m-3 em NF e 0,47, 0,40, 0,35, 0,32 kg grão m-3 água em SS, AWDS, AWDL e CF, respectivamente. Na segunda fase adotou-se o delineamento experimental de parcelas subdivididas com inundação contínua (CF) e sem formação de lâmina e solo aeróbico (NF) na parcela principal e aplicação de N fertilizante (0, 50, 150, 250 kg ha-1) nas safras 2014, 2015, 2016. Biomassa (AGB) acúmulo de nitrogênio (NU) e índice de área foliar (LAI) foram avaliados ao longo do desenvolvimento da cultura nas doses de 0 e 150 kg ha-1 nas safras de 2015 e 2016. Assim como a relação entre AGB, NU densidade de panícula (PD), número de espiguetas (NS) e produtividade de grãos (GY) na maturidade fisiológica A condição aeróbica proporcionou maior NU ao longo do desenvolvimento e LAI maior ou igual a CF. Na colheita, NU e PD tiveram diferentes repostas ao nitrogênio fertilizante quando em NF ou CF, mostrando NU 18% maior em NF assim como PD 27%maior em NF do que em CF na média de anos e dose de N. A resposta da GY ao nitrogênio fertilizante também foi diferente quando em NF ou CF, e na médias de dose de N fertilizante, NF proporcionou produtividade 20% e 12% maior do que CF em 2014 e 2015, respectivamente. Conclui-se nessa pesquisa que nesse agroecossistema, desde de que que não ocorra estresse por seca, o arroz cultivado em sistema de irrigação sem formação de lâmina e solo aeróbico é mais eficiente no uso de água e nitrogênio. E ainda, com melhor desempenho de produtividade e menor dependência de N fertilizante em comparação ao cultivado em lâmina contínua ou qualquer outro regime alternativo que economize água.
 
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Data de Publicação
2017-10-10
 
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