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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-14082020-114741
Documento
Autor
Nombre completo
Henrique Bauab Brunetti
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Piracicaba, 2020
Director
Tribunal
Santos, Patricia Menezes (Presidente)
Barioni, Luis Gustavo
Gomide, Carlos Augusto de Miranda
Título en inglés
Biomass partitioning in Guineagrass: underlying mechanisms and prediction using the CROPGRO Perennial Forage Model
Palabras clave en inglés
Panicum maximum
Developmental stage
DSSAT system
Grassland
Photosynthate partitioning
Pseudostem length
R/FR ratio
Stem elongation
Tropical grasses
Warm-season grasses
Resumen en inglés
In pasture-based livestock systems, biomass partitioning affects the quality of forage offered to animals and the subsequent regrowth cycles. The objectives of this study were (i) to investigate the effects of the R/ FR ratio and of the developmental stage on stem elongation of guineagrass tillers, (ii) to investigate the effects of stem elongation on the tillers' leaf appearance and elongation and (iii) to investigate and improve the ability of the CROPGRO Perennial Forage Model to simulate growth and biomass partitioning of guineagrass. For the objectives (i) and (ii), tiller-level data were collected in an irrigated Panicum maximum cv. Mombaça field evaluated during two vegetative cycles (summers 1 and 2) and one reproductive cycle (autumn). The R/FR ratio data was acquired with the aid of an Ocean Optics USB2000+ spectrometer. For each regrowth cycle, two to five times per week from 10 to 11h, five to ten measurements beneath the sward were recorded for each sample. For measurement of the true stem and pseudostem lengths, 10-25 representative tillers were weekly clipped and cut longitudinally. The developmental stage was visually observed with the aid of a Coleman XTB Stereoscope Microscope. Ten tillers/regrowth cycle were tagged for leaf appearance and elongation measurements. The variables were plotted against the accumulated growing degree-days (gdd) and models were fitted using the NLIN procedure of SAS 9.2. The true stem data were fitted in segmented (constant - linear increase) curves (adj-R2=0.95 and 0.99 for the summers 1 and 2, respectively). The elongation was not primarily related to R/FR ratio beneath the sward, but was satisfactorily explained by gdd (with a difference of only 35 gdd between the breakpoints of the summers 1 and 2). The true stem elongation did not shorten the pseudostem. During the reproductive cycle, the true stem elongation occurred concurrently with the appearance of flowers primordia (11.7h of daylength) and shortened the pseudostem. In the vegetative tillers, as opposed to the reproductive tillers, the true stem elongation did not shorten the final leaf length nor increased the leaf appearance rate. For the objective (iii), data from two experiments were used. One experiment was conducted with cultivar Tanzânia and the other with Mombaça, and they had contrasting harvest management and field conditions. Parameterization was done manually, targeting improvement in d-statistic and root mean square error (RMSE) averaged over both cultivars for aboveground biomass accumulation, leaf biomass, stem biomass, leaf area index (LAI), and leaf proportion on aboveground biomass. The major improvement in model performance was achieved by modifying the vegetative partitioning parameters between leaf and stem (increasing partitioning to leaf during early regrowth while increasing to stem during late regrowth). Productivity during cool, short daylength months was decreased by making photosynthesis and leaf area expansion more sensitive to lower temperatures and increasing the partitioning to storage organs during short days. Productivity under warm-season conditions was increased by decreasing leaf and stem senescence and reducing the nitrogen stress effect on leaf area expansion. The overall d-statistic averaged over the two cultivars increased from 0.86 to 0.93 and the RMSE values averaged over the two cultivars decreased from 2261 to 1768 kg ha-1 for aboveground biomass, from 1620 to 874 kg ha-1 for stem biomass, from 11.41 to 7.27% for leaf percentage, from 1.91 to 1.68 for LAI, but increased slightly from 1114 to 1172 kg ha-1 for leaf biomass. The improved model performance for both short and long harvest cycles will facilitate further use for evaluating various management strategies for these grasses.
Título en portugués
Partição de biomassa em Panicum maximum: mecanismos fundamentais e predição utilizando o modelo CROPGRO Perennial Forage Model
Palabras clave en portugués
Panicum maximum
Alongamento de colmo
Comprimento do pseudocolmo
Estágio de desenvolvimento
Gramíneas tropicais
Partição de fotoassimilados
Pastagem
Plataforma DSSAT
Razão V/VD
Resumen en portugués
Em sistemas de produção animal baseados em pastagens, a partição de biomassa afeta a qualidade da forragem oferecida aos animais e os ciclos subsequentes de rebrota da pastagem. Os objetivos deste estudo foram (i) investigar os efeitos da razão V/VD e do estágio de desenvolvimento no alongamento de colmo de perfilhos de Panicum maximum, (ii) investigar os efeitos do alongamento de colmo no aparecimento e alongamento de folha dos perfilhos e (iii) investigar e melhorar a capacidade do modelo CROPGRO Perennial Forage Model para simular o crescimento e a partição de biomassa de Panicum maximum. Para os objetivos (i) e (ii), dados de perfilhos de Panicum maximum cv. Mombaça foram coletados em um experimento irrigado avaliado durante dois ciclos vegetativos (verões 1 e 2) e um ciclo reprodutivo (outono). Os dados da razão V/VD foram medidos com o auxílio de um espectrômetro Ocean Optics USB2000 +. Em cada ciclo de rebrota, de duas a cinco vezes por semana, das 10 às 11h, foram registradas cinco a dez medidas abaixo do dossel para cada amostra. Para a medição dos comprimentos do colmo verdadeiro e do pseudocolmo, 10-25 perfilhos representativos foram coletados semanalmente e cortados na direção longitudinal. O estágio de desenvolvimento foi observado visualmente com o auxílio de um microscópio estereoscópio Coleman XTB. Dez perfilhos/ ciclo de rebrota foram marcados para as medidas de aparecimento e alongamento de folhas. As variáveis foram plotadas em relação aos graus-dia acumulados (gdd) e modelos foram ajustados usando o procedimento NLIN do SAS 9.2. Durante os ciclos vegetativos, o alongamento de colmo verdadeiro foi ajustado em modelos segmentados (constante - aumento linear) (R2-ajustado = 0,95 e 0,99 para os verões 1 e 2, respectivamente). O alongamento não foi primariamente relacionado à razão V/VD abaixo do dossel, mas foi explicado satisfatoriamente pelos gdd (com uma diferença de apenas 35 gdd entre os breakpoints dos verões 1 e 2). O alongamento de colmo verdadeiro não encurtou o pseudocolmo. Durante o ciclo reprodutivo, o alongamento de colmo verdadeiro ocorreu concomitantemente com o aparecimento dos primórdios florais (11,7h de fotoperíodo) e encurtou o pseudocolmo. Nos perfilhos vegetativos, ao contrário do que ocorreu com os perfilhos reprodutivos, o alongamento de colmo verdadeiro não encurtou o comprimento final das folhas, nem aumentou a taxa de aparecimento de folhas. Para o objetivo (iii), dados de acúmulo de matéria seca de dois experimentos, um com cultivar Tanzânia e outro com Mombaça, foram utilizados. Os experimentos apresentavam manejos da desfolha e condições de campo contrastantes. A parametrização foi feita manualmente, visando a melhoria do parâmetro estatístico d-Wilmott e da raiz do erro quadrado médio (RMSE), considerando a média dos dois experimentos para o acúmulo de biomassa da parte aérea, massa seca de folhas, massa seca de colmos, índice de área foliar (IAF) e porcentagem de folhas na biomassa da parte aérea. A principal melhoria no desempenho do modelo foi alcançada modificando os parâmetros de partição de fotoassimilados na fase vegetativa entre folha e colmo (aumentando para as folhas durante o início da rebrota e para o colmo em estágios avançados da rebrota). A produtividade durante meses de dias curtos e frios foi diminuída, tornando a fotossíntese e a expansão da área foliar mais sensíveis à baixa temperatura e aumentando a partição para órgãos de reserva durante dias curtos. Durante condições apropriadas de crescimento, a produtividade foi aumentada diminuindo a senescência de folhas e colmo e reduzindo o efeito do estresse de nitrogênio na expansão da área foliar. O d-Wilmott geral médio entre os dois cultivares aumentou de 0,86 para 0,93 e os valores de RMSE médio entre os dois cultivares diminuíram de 2261 para 1768 kg ha-1 para biomassa da parte aérea, de 1620 para 874 kg ha-1 para massa seca de colmos, de 11,41 para 7,27% para porcentagem de folhas, de 1,91 para 1,68 para IAF, mas aumentou ligeiramente de 1114 para 1172 kg ha-1 para massa seca de folhas. O desempenho aprimorado do modelo para ciclos curtos e longos facilitará seu uso para diversas estratégias de manejo de pastagens com esses capins.
 
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Fecha de Publicación
2020-08-17
 
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