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Práticas de preparo, adubação e conservação do solo para melhorar a produtividade, a qualidade e a sustentabilidade do café no Brasil
No full textCoffee cultivation in Brazil occurs under a wide range of edaphoclimatic and topographic conditions, necessitating site-specific soil management strategies to ensure sustainable productivity. This doctoral thesis aimed to evaluate the effects of deep soil tillage, organic and mineral fertilization, and land-shaping practices on soil fertility, nutrient dynamics, root development, nutrient export, and coffee productivity (Coffea arabica and Coffea canephora) in different cultivars under contrasting environmental conditions. The first chapter investigated the influence of deep tillage, combined with organic and mineral fertilization, on root development, carbon dynamics, and biological activity in a cohesive soil under Coffea canephora cultivation. The results showed that deep tillage significantly promoted root system expansion, especially in deeper soil layers, increased carbon stocks, and enhanced biological activity throughout the soil profile, contributing to a more resilient rhizosphere environment. The second chapter focused on a Coffea arabica production system under both irrigated and rainfed conditions. It was observed that deep tillage, in combination with organic and mineral inputs, improved nutrient availability, enhanced soil fertility throughout the soil profile, and increased coffee yield. These findings reinforce the importance of integrating physical and nutritional soil management regardless of water availability. In the third chapter, nutrient export via harvested beans was quantified in different Coffea arabica cultivars grown in the Cerrado Mineiro. It was found that nutrient export by coffee fruits in this region is more strongly influenced by yield levels than by genotypic differences among cultivars. The final chapter presents a technical bulletin on the use of bench terraces for coffee cultivation in mountainous areas. It outlines the principles of topographic surveying, terrace design, and construction, with a focus on soil conservation practices and practical recommendations for the sustainable implementation of this technique in sloped landscapes. Taken together, the results of this thesis demonstrate that the adoption of integrated soil management practices, including deep tillage, the use of organic inputs, mineral fertilization, and conservation-oriented terracing, contributes to improved soil fertility, enhanced root performance, greater nutrient use efficiency, and sustained coffee productivity across diverse agricultural zones in Brazil.Keywords: Coffea arabica, Coffea canephora, terracing, cattle manure, nutrient extractionA cafeicultura no Brasil ocorre em uma ampla variedade de condições edafoclimáticas e topográficas, o que demanda estratégias de manejo do solo específicas para cada ambiente, visando à sustentabilidade da produtividade. Esta tese de doutorado teve como objetivo avaliar os efeitos do preparo profundo do solo, da adubação orgânica e mineral e das práticas de adequação do relevo sobre a fertilidade do solo, a dinâmica de nutrientes, o desenvolvimento radicular, a exportação de nutrientes em diferentes cultivares de café arábica e na produtividade do cafeeiro (Coffea arabica e Coffea canephora) em diferentes condições ambientais. O primeiro capítulo avaliou a influência do preparo profundo do solo, associado à adubação orgânica e mineral, sobre o desenvolvimento radicular, a dinâmica do carbono e atividade biológica em um solo coeso na cultura de Coffea canephora. Os resultados demonstraram que o preparo profundo favoreceu significativamente a expansão do sistema radicular, especialmente em camadas mais profundas do solo, aumentando os estoques de carbono e melhorando a atividade biológica do solo ao longo do perfil, contribuindo para um ambiente rizosférico mais resiliente. O segundo capítulo abordou um sistema de produção de Coffea arabica sob condições irrigadas e de sequeiro. Observou-se que o preparo profundo, em combinação com insumos orgânicos e minerais, promoveu maior disponibilidade de nutrientes, melhoria na fertilidade do solo ao longo do perfil do solo e aumento da produtividade do cafeeiro. Esses achados reforçam a importância da integração entre o manejo físico e nutricional do solo, independentemente da disponibilidade hídrica. No terceiro capítulo, quantificou-se a exportação de nutrientes pelos grãos colhidos em diferentes cultivares de Coffea arabica cultivadas no Cerrado Mineiro. Observou-se que A exportação de nutrientes pelos frutos do café no Cerrado Mineiro é mais fortemente influenciada pelos níveis de rendimento do que pelas diferenças genotípicas entre as cultivares. O último capítulo apresenta um boletim técnico sobre o terraceamento do tipo patamar para o cultivo de café em áreas montanhosas. São descritos os princípios para o levantamento topográfico, o traçado e a construção dos terraços, com enfoque em práticas conservacionistas do solo e recomendações práticas para a implementação sustentável dessa técnica em relevo acidentado. De forma integrada, os resultados desta tesedemonstram que a adoção de práticas de manejo integrado do solo, incluindo o preparo profundo, o uso de insumos orgânicos, a adubação mineral e o terraceamento conservacionista, contribui para a melhoria da fertilidade do solo, o desempenho radicular, a eficiência no uso de nutrientes e a manutenção da produtividade do cafeeiro em diferentes zonas agrícolas do Brasil. Palavras-chave: Coffea arabica, Coffea canephora, terraceamento, cama de frango, esterco bovino, extração de nutrientes.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - (CNPQ)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG
Deep soil preparation and fertilization for planting conilon coffee
No full textNo Estado de Espírito Santo o café conilon “Coffea canephora” apresenta grande importância econômica, sendo este o maior produtor no Brasil, responsável por 75% da produção nacional. Durante a realização do levantamento exploratório de solos do estado de Espírito Santo o termo solo "coeso" foi inicialmente empregado, para distinguir horizontes minerais subsuperficiais de solos que apresentavam consistência no mínimo dura, quando secos, e friável a firme, quando úmidos. Os cafeeiros são plantas perenes que necessitam de desenvolvimento radicular adequado para que atinjam boas produtividades. As limitações físicas do solo em subsuperfície, ocasionado pelo adensamento natural, dificultam o desenvolvimento radicular limitando acesso a nutrientes e água. Neste sentido, o preparo profundo do solo, juntamente com adubação mineral e orgânica podem reduzir ou eliminar as restrições ao crescimento das raízes em camadas profundas. O objetivo do trabalho foi avaliar os efeitos, do preparo profundo do solo, e da adubação mineral e orgânica na produtividade do café. O experimento foi conduzido no município de São Gabriel da Palha-ES, região que apresenta solos tipicamente coesos. O experimento foi montado num arranjo simples, com cinco tratamentos combinando preparo do solo e adubação, em blocos casualizados, com quatro repetições, sendo: T1: Preparo de solo a 60 cm, adubação padrão; T2: Preparo de solo a 60 cm, adubação mineral, cama de frango e biocarvão; T3: Preparo profundo de solo a 150 cm, adubação mineral; T4: Preparo Profundo de solo a 150 cm, adubação mineral e cama de frango; T5: Preparo profundo de solo a 150 cm, adubação mineral, cama de frango e biocarvão. Os resultados mostraram aumento de produtividade de até 26% com o preparo profundo do solo, com adubação mineral e orgânica em relação ao controle produtor. A presença do carvão não influenciou a produtividade ou estado nutricional do cafeeiro. A avaliação do estado nutricional das plantas mostrou similaridades entre os tratamentos, não havendo, portanto, limitações nutricionais para a produtividade. Os resultados mostraram que a redução das restrições químicas, e melhoramento da fertilidade em profundidade nos solos coesos é uma pratica importante para ganhos de produtividade do café conilon.Palavras-chave: Coffea canephora. Solos coesos. Subsolo.In the State of Espírito Santo the conilon coffee “Coffea canephora” has great economic importance, being this the biggest producer in Brazil, responsible for 75% of the national production. During the exploratory survey of soils in the state of Espírito Santo, the term "cohesive" soil was initially used to distinguish subsurface mineral horizons from soils that were at least hard, when dry, and friable to firm, when wet. Coffee trees are perennial plants that need adequate root development to reach good yields. The physical limitations of the subsurface soil, caused by natural densification, hinder root development, limiting access to nutrients and water. Thus, deep soil preparation, together with mineral and organic fertilization, may reduce or eliminate restrictions on root growth in deep soil layers. The objective of this work was to evaluate the effects of deep soil preparation and mineral and organic fertilization on coffee productivity and quality. The experiment was carried out in the municipality of São Gabriel da Palha-ES, a region with typically cohesive soils. The experiment was carried in a simple arrangement, with five treatments combining soil preparation and fertilization, in a randomized block design, with four replications, where: T1: soil preparation at 60 cm, standard fertilization; T2: soil preparation at 60 cm, mineral fertilizer, chicken litter and biochar; T3: 150 cm deep soil preparation, mineral fertilization; T4: Deep soil preparation at 150 cm, mineral fertilizer and chicken litter; T5: 150 cm deep soil preparation, mineral fertilizer, chicken litter and biochar. The results show an increase in productivity of up to 30% with the deep preparation of the soil, with mineral and organic fertilization in relation to the producer control. The evaluation of the nutritional status of the plants showed similarities between treatments, with no nutritional limitations for yield. The results show that the reduction or elimination of chemical restrictions of cohesive soils is an important practice for conilon coffee yields. Keywords: Coffea canephora. Cohesive soils. Subsoil
Nutritional status and physiological and anatomical aspects in maize under cationic micronutrient Omission
No full textCom o objetivo de caracterizar e diagnosticar a deficiência de micronutrientes catiônicos, foram realizados quatro ensaios independentes, cultivando plantas de milho em soluções nutritivas com restrições de ferro, cobre, manganês ou zinco. Foram avaliados aspectos fisiológicos, anatômicos e teores foliares nas plantas em diferentes tempos de omissão desses micronutrientes. No estudo fisiológico foram quantificadas as trocas gasosas e a fluorescência da clorofila. O estudo anatômico foi feito na região mediana da lâmina foliar, montando-se lâminas a partir de material incluído em historresina ou com impressão da epiderme com cola instantânea. Foi evidenciada a produção de amido na bainha do feixe vascular e, como coloração de contraste, foi utilizado o azul-de-toluidina. Foram obtidas imagens digitalizadas por meio de fotomicroscópio, sendo a proporção dos diferentes tecidos quantificada pelo software Image Pro- Plus. O mesmo software foi utilizado para quantificar a produção de amido. Os teores foliares de ferro, cobre, manganês e zinco foram determinados por meio de espectrofotômetro de emissão óptica com plasma acoplado por indução. Todas as características foram avaliadas na segunda folha acima da última com lígula visível. Os sintomas visuais da deficiência nutricional surgiram aos 5, 12 e 16 dias, nos ensaios com ferro, manganês e zinco, respectivamente. No ensaio com cobre não foram observados sintomas visuais de deficiência até o vigésimo segundo dia. A deficiência de ferro, cobre, manganês e zinco promoveu redução na taxa de assimilação de CO 2 e na produção de amido, porém apenas a deficiência de manganês e de zinco afetou o crescimento da planta. A deficiência de ferro afetou etapas iniciais da fase fotoquímica, principalmente a absorção e transferência de energia pelo complexo coletor. O estudo anatômico mostrou que as deficiências de manganês e zinco foram as que promoveram maiores alterações nas proporções dos tecidos, com menor efeito para o ensaio com ferro e cobre. Em todos os ensaios, os teores foliares apresentaram reduções com o tempo de omissão; no entanto, no ensaio com ferro, houve tendência de estabilidade com o tempo de omissão, principalmente após o aparecimento dos sintomas visuais. A indução da deficiência levou à diminuição dos teores foliares na ordem de cobre > zinco ≅ manganês > ferro. O teor de ferro na folha do milho mostrou-se ineficiente no diagnóstico do estado nutricional deste nutriente. Mesmo com reduções acentuadas nos teores de cobre, não foi verificado efeito sobre o crescimento da planta ou estresse nutricional.In order to characterize and diagnose the deficiency of cationic micronutrients, four independent experiments were carried out with maize plants cultivated in nutritive solutions with iron, copper, manganese or zinc omission. Physiological and anatomical aspects and leaf micronutrient content were evaluated at different times of omission of these nutrients. In the physiological study, gaseous exchanges and chlorophyll fluorescence were quantified. The anatomical study was conducted in the median region of the leaf blade, with glass slides being assembled from material embedded in Historesin or epidermis print with instant glue. Starch production was determined in the sheath of the vascular bundle with toluidine blue being used as contrast dye. Digital images were obtained with a photomicroscope, with the proportion of the different tissues being quantified with the software Image Pro-Plus, which xwas also used to estimate starch production. iron, copper, manganese and zinc leaf contents were determined in a optical emission inductive- coupled plasma spectrophotometer (ICP-OES). All the characteristics evaluated were studied in the second leaf above the last with visible ligule. The visual symptoms of nutritional deficiency were observed on days 5, 12 and 16, in the iron, manganese, and zinc experiments, respectively. No visual symptoms of deficiency were observed in the copper experiment until day 22. Iron, copper, manganese and zinc deficiency decreased the CO 2 assimilation rate and starch production, but only manganese and zinc deficiency affected plant growth. Fe deficiency affected the initial stages of the photochemical phase, mainly the absorption and transference of energy. The anatomical study showed that manganese and zinc deficiencies promoted the highest alterations in the tissue proportions, with a smaller effect being observed on the iron and copper experiments. In all the experiments, the leaf content of micronutrient decreased along the omission time; however, in the iron experiment there was a tendency for stabilization with omission time, mainly after the appearance of deficiency symptoms. Induced deficiency led to a decrease in the leaf contents in the following order: copper > zinc ≅ manganese > iron. Iron content in maize leaf was shown to be inefficient in diagnosing the nutritional status of this nutrient. Even with pronounced copper content reductions, no effect on plant growth or nutritional stress was verified.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio
Transport in soil, absorption and translocation of boron by clones of eucalyptus
No full textFatores ambientais, como falta ou má distribuição de chuvas, e deficiências nutricionais têm sido importantes redutores da produção de florestas plantadas no Brasil. O boro (B) é, entre os micronutrientes, aquele que mais freqüentemente se apresenta deficiente no solo, o que leva a freqüentes adubações com esse elemento. Para avaliar o transporte no solo, a absorção e a translocação de B por clones de eucalipto, foram realizados três ensaios em casa de vegetação. No primeiro ensaio, a contribuição do fluxo de massa e da difusão para o transporte de B até as raízes de eucalipto, em resposta ao potencial de água do solo e às doses do nutriente, foi determinada utilizando amostras de um Latossolo Vermelho-Amarelo. Os tratamentos corresponderam a dois potenciais de água do solo (-10 e 40 kPa) e seis doses de B (0, 0,5, 1, 2, 3 e 5 mg dm-3 de B). O controle do potencial da água do solo foi efetuado pelo uso de um tensiômetro por vaso e o ajuste, por acréscimo de água destilada. A máxima produção de matéria seca de raízes foi obtida nas doses correspondentes a 0,98 e 2,38 mg dm-3 de B, nos potenciais de água de -10 kPa e -40 kPa, respectivamente. A máxima produção de matéria seca de parte aérea foi obtida nas doses correspondentes a 0,96 e 1,82 mg dm-3 de B, nos potenciais de água de -10 kPa e -40 kPa, respectivamente. Foram observadas relações positivas e significativas entre o B aplicada, o B extraível com água quente, o B na solução do solo e o conteúdo de B na planta, para ambos os potenciais matriciais. O fluxo de massa foi o mecanismo predominante no transporte de B, chegando a suprir 100 % das necessidades das plantas nas doses mais elevadas. A difusão foi um mecanismo complementar importante naquelas condições de baixo teor de B no solo e sob déficit hídrico. No segundo ensaio, oito clones de eucalipto cresceram em soluções nutritivas com 0, 10, 20, 50 e 100 μmol L-1 de B, durante 70 dias. Na finalização do ensaio, foram determinadas características fisiológicas, produção de matéria seca, teor e conteúdo de B. Houve resposta diferenciada dos clones à concentração de B na solução nutritiva, com máxima produção de matéria seca entre 24 e 69 μmol L-1 de B. Os clones apresentaram distinção na eficiência de utilização de B. Sob deficiência, foi observada inversão do gradiente de concentração entre as folhas jovens e maduras, evidenciando redistruição de B no floema do eucalipto. No terceiro ensaio, a translocação de B foi avaliada em dois clones de eucalipto (68 e 129), por meio de aplicação foliar do traçador isotópico 10B, em uma única folha madura de plantas com e sem deficiência de B. Amostras de tecidos jovens (folhas jovens e ápices caulinares), folhas maduras e raízes foram coletadas nos tempos de 0, 1, 5, 12 e 17 dias após a imersão da folha em solução contendo 10B. A razão isotópica 10B:11B foi determinada por meio de espectrômetro de massa de alta resolução com fonte de plasma ativado indutivamente (HR-ICP-MS). Os principais carboidratos solúveis no exsudato xilemático e nas folhas foram avaliados por meio de cromatografia iônica. As plantas que estavam deficientes em B retomaram o crescimento após a aplicação de B. Os resultados da razão isotópica mostraram que houve translocação de B no eucalipto. O clone 129 apresentou maior translocação de B para os tecidos jovens, folhas maduras e raízes do que o clone 68, mostrando ser mais eficiente na translocação do nutriente. As plantas com suprimento adequado de B não apresentaram translocação do elemento, evidenciando que a translocação de B em eucalipto pode ser um mecanismo indutivo. O sorbitol foi o principal poliálcool presente nas folhas do eucalipto.Environmental factors, such as limited rainfall and nutritional deficiencies, have been important drawbacks for forest plantations in Brazil. Among the micronutrients, deficiency of boron (B) is the most frequently encountered in the field, requiring constant application. In order to evaluate the transport in soil, absorption and translocation of B by clones of eucalyptus, three experiments were carried out under greenhouse conditions. In the first one, the contributions of mass flow and diffusion in the transport of B to eucalyptus roots were evaluated in response to water potential and doses of B. The experiment consisted of one soil, one clone of eucalyptus, two water potentials (-10 and -40 kPa) and six application rates of B (0, 0.5, 1, 2, 3 and 5 mg dm-3). The water potential was controlled using a tensiometer in each pot. The maximum root dry weight was attained at 0.98 and 2.38 mg dm-3 of B for potential -10 kPa and -40 kPa, respectively. The maximum shoot dry weight was reached at 0.96 and 1.82 mg dm-3 of B for the -10 kPa and -40 kPa potential, respectively. Positive and significative relationships were observed between B application rate, extractable B, B in soil solution and plant B content for both water potentials. Mass flow was the predominant mechanism for B transport in the soil, reaching 100 % when high doses of B were applied. Diffusion was more important under conditions of low B in soil and under water deficit. In the second experiment, eight clones of eucalyptus were grown in nutrient solutions at B concentrations of 0, 10, 20, 50 and 100 μmol L-1 for 70 days, after which, the physiological variables, dry matter production and B content were determined. There was a differential response of the eucalyptus clones to the concentration of B in nutrient solution, with maximum dry matter production occurring between 24 and 69 μmol L-1 of B in nutrient solution. The genotypes differed in B use efficiency. Under B deficiency, the B concentration gradient between younger leaves and older leaves was reversed in comparison to those under normal B conditions, providing evidence of B mobility. In the third experiment, B translocation was evaluated with two clones (68 and 129) of eucalyptus using the 10B stable isotope as a tracer. 10B was applied once to only one mature leaf of seedlings with and without B deficiency. Samples of young tissue, mature leaves and roots were taken at 0, 1, 5, 12 and 17 days after the 10B application. 10B:11B isotopic ratio was determined with a high resolution-inductively coupled plasma mass spectrometer (HR-ICP-MS). Samples of xylem sap and leaves from seedlings were taken for soluble carbohydrate analyses by ion chromatography. In the deficient plants, new branchs were observed after B application. The results showed that B was translocated from mature leaf to young tissues. The clone 129 translocated more B from the treated leaf to young tissue, other mature leaves and roots than the clone 68. The plants grown under sufficient B supply showed no B translocation, providing evidence that B translocation may be an inductive mechanism. Sorbitol was the main polyol found in the leaves of eucalyptus.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic
Recommendation of nutrients for the production of coffee seedlings by the application supplies
No full textA dose de um fertilizante a ser recomendado para uma cultura pode ser determinada com base no balanço de perdas e ganhos dos nutrientes no sistema agrícola. Essas idéias constituíram a base conceitual que nortearam os trabalhos de modelagem do grupo de professores do Departamento de Solos da Universidade Federal de Viçosa para recomendação de corretivos e fertilizantes para eucalipto, NUTRICALC (Barros et al., 1995) e outras culturas como FERTICALC (Novais & Smyth, 1999); abacaxizeiro, algodoeiro, arroz, bananeira, cafeeiro arábica, cana de açúcar, coqueiro, milho, pastagens, soja, tomate, meloeiro; laranjeira e teca FERTI-UFV Teca. Na modelagem dos FERTICALC são considerados os módulos planta (Módulo Requerimento), que permite obter a demanda e o Requerimento dos nutrientes para definida produtividade e o módulo solo (Módulo Suprimento), que permite obter o suprimento de nutrientes do solo a ser cultivado. Assim, objetivou-se nesse trabalho, gerar curva de crescimento de mudas de cafeeiro em resposta as doses do fertilizante multinutriente (FMN), determinado na primeira fase do experimento, definir as taxas de recuperação dos nutrientes pelas plantas e pelos extratores, determinar a dose recomendada e a composição do fertilizante multinutriente na segunda fase do experimento, a fim de chegar a uma recomendação de adubação que representará uma primeira aproximação de adubação para a produção de mudas de cafeeiro arábica em países com características edafoclimáticas semelhantes ao Brasil, como Angola. Os tratamentos consistiram em dois conjuntos distintos, sendo oito doses crescentes do fertilizante multinutriente (FMN) e oito tratamentos do fertilizante multinutriente completo e com elementos faltantes, assim foi constituído um fatorial 8 + 8. A unidade experimental foi formada por sete saquinhos, com 500 cm 3 de substrato e uma muda de cafeeiro. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados com cinco repetições. Os tratamentos foram aplicados em forma de adubo fluido a cada 15 d após germinação totalizando 15 aplicações durante o tempo determinado para formação de mudas do cafeeiro. A irrigação foi feita nos saquinhos das mudas, de acordo com a necessidade da planta, ou seja, quando a parte superior do substrato estivesse seca, de modo a não permitir excesso de umidade. Uma vez por semana era feita a lavagem das folhas a fim xde prevenir ataque algumas pragas. Após a formação das mudas sob efeito dos tratamentos foram determinados a produção de matéria seca de caule (mMS_Cau), da folha (mMS_Flh), da parte aérea (mMS_PA), os teores totais dos nutrientes na folha (ttNui_Flh), no caule (ttNui_Cau) e conteúdo dos nutrientes na folha (cNui_Flh), no caule (cNui_Cau), a fim de obter a demanda de nutrientes da planta (dNui_Pla) que corrigida pelas taxas de recuperação dos nutrientes pela planta (trNui_Pla) foi determinado o requerimento dos nutrientes pela planta (rNui_Pla). Os teores totais de N tanto na folha como no caule foram determinados pelo método semi-micro Kjeldahl, os demais macronutrientes e micronutrientes foram determinados por digestão nítrico- perclórica e dosados por espectrometria de emissão ótica em plasma induzido (ICP- OES). Foram retiradas as amostras dos substratos de todas as unidades experimentais sob efeito dos tratamentos, para determinação dos teores de macro e micronutrientes disponíveis no solo (tdNui_Sol) para calcular os níveis críticos dos teores dos nutrientes disponíveis no solo e as taxas de recuperação dos nutrientes pelos extratores. Os teores de N disponível no solo foram determinados pelo método semi-micro Kjeldahl, o P, K, Cu, Zn, Mn, e Fe, foram determinados pelo extrator Mehlich-1, o Ca e o Mg, foram determinados pelo extrator KCl 1 mol/L, o B foi determinado por água quente. Com os teores disponíveis de um solo representativo da República de Angola, que foram determinados pelos mesmos extratores, corrigido pelas taxas de recuperação dos nutrientes pelos extratores, foi determinado o suprimento do solo (suNui_Sol). Determinado o requerimento dos nutrientes pela planta (rNui_Pla) e o suprimento dos nutrientes pelo solo (suNui_Sol) foi feito o balanço Requerimento – Suprimento para determinar a dose recomendável do fertilizante multinutriente (drFMN = 1FMN) e os teores dos nutrientes no FMN (tNui_FMN, %). Com a dose recomendável do fertilizante multinutriente e os teores dos nutrientes foi gerado uma recomendação de adubação para a produção de mudas de cafeeiro para a República de Angola. A dose 1,4 do FMN foi a que proporcionou maior acúmulo de matéria seca das mudas de cafeeiro, a maior limitação nutricional a produção de mudas de cafeeiro é a deficiência de N, as maiores taxas de recuperação de nutrientes pelas plantas e pelos extratores foram as de N e K. A dose recomendável do FMN para a produção de mudas de cafeeiro pelo Método Requerimento - Suprimento para a República de Angola, foi de 1 321,037 mg/Pla, com os teores de N 10 %; P 2 O 5 2,83 %; S 1,19 %; K 2 O 23,7 %, Ca 9,92 %; Mg 0,90 %; B 0,20 %; Fe 1,33 %; Mn 0,00 %; Zn 0,07 % e Cu 0,02 %.The dose of a fertilizer to be recommended for a crop can be determined based on the balance of losses and gains of the nutrients in the agricultural system. These ideas formed the conceptual basis for the modeling of the teachers' group of the Department of Soils of the Federal University of Viçosa to recommend corrective and fertilizer for eucalyptus, NUTRICALC (Barros et al., 1995) and other crops such as FERTICALC & Smyth, 1999); Pineapple, cotton, rice, banana, arabic coffee, sugar cane, coconut, corn, pasture, soybean, tomato, melon; Orange and teak FERTI-UFV Teak. In the modeling of the FERTICALC, the plant modules (Application Module) are considered, which allows to obtain the demand and the nutrients requirement for defined productivity and the soil module (Supply Module), which allows to obtain the nutrient supply of the soil to be cultivated. The objective of this work was to generate a growth curve of coffee seedlings in response to the doses of the multinutrient fertilizer (FMN), determined in the first phase of the experiment, to determine the recovery rates of nutrients by plants and extractors, to determine the dose and the composition of the multinutrient fertilizer in the second phase of the experiment, in order to arrive at a fertilization recommendation that will represent a first approximation of fertilization for the production of arabica coffee seedlings in countries with soil-climatic characteristics similar to Brazil, such as Angola. The treatments consisted of two distinct sets, eight growing doses of the multinutrient fertilizer (FMN) and eight treatments of the complete multinutrient fertilizer and with missing elements, thus a factorial 8 + 8 was constituted. The experimental unit was formed by seven sachets, with 500 cm 3 of substrate and a seedling of coffee. The experimental design was a randomized block with five replicates. The treatments were applied in the form of fluid fertilizer every 15 d after germination totaling 15 applications during the time determined for seedling formation of the coffee tree. Irrigation was done in the seedling bags, according to the need of the plant, ie when the top of the substrate was dry, so as not to allow excess moisture. Once a week the leaves were washed to prevent some pests and diseases. After the formation of the seedlings under the effect of the treatments were determined the dry matter of stem (mMS_Cau), leaf (mMS_Flh), aerial part (mMS_PA), total nutrient contents in the leaf (ttNui_Flh), in the stem (ttNui_Cau ) and nutrient content in xiithe leaf (cNui_Flh), in the stem (cNui_Cau), in order to obtain the nutrient demand of the plant (dNui_Pla) that corrected for the nutrient recovery rates by the plant (trNui_Pla) determined the nutrient requirement by plant (rNui_Pla). The total N contents in both leaf and stem were determined by the Kjeldahl semi-micro method, the other macronutrients and micronutrients were determined by nitric-perchloric digestion and dosed by induced plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). Samples of the substrates of all the experimental units under the effect of the treatments were determined to determine the levels of macro and micronutrients available in the soil (tdNui_Sol) to calculate the critical levels of nutrient contents available in the soil and the nutrient recovery rates Extractors. The values of N available in the soil were determined by the Kjeldahl semi-micro method, the P, K, Cu, Zn, Mn and Fe were determined by the Mehlich-1 extractor, Ca and Mg were determined by the KCl extractor, B was determined by hot water. With the available levels of a representative soil of the Republic of Angola, which were determined by the same extractors, corrected for the nutrient recovery rates by the extractors, the soil supply was determined (suNui_Sol). The nutrient requirement of the plant (rNui_Pla) and nutrient supply by the soil (suNui_Sol) was determined by the requirement - supply to determine the recommended dose of the multinutrient fertilizer (drFMN=1 FMN) and the nutrient contents in the FMN (tNui_FMN, %) . With the recommended dose of the multinutrient fertilizer and the nutrient contents, a fertilization recommendation for the production of coffee seedlings for the Republic of Angola was generated. The FMN dose was the one that provided the greatest accumulation of dry matter of the coffee plants, the greatest nutritional limitation was the N deficiency, the highest rates of nutrient recovery by the plants and the extractors were the recommended dose of FMN for the production of coffee seedlings by the supply - demand method for the Republic of Angola was 1 321.037 mg/Pla, with the contents of N 10 %; P 2 O 5 2.83 %; S 1.19 %; K 2 O 23.7 %, Ca 9.92 %; Mg 0.90 %; B 0.20 %; Fe 1.33 %; Mn 0.00 %; Zn 0.07 % and Cu 0.02 %
Carbon nanomaterials in NPK fertilizers with sulfur
No full textA utilização de nanomateriais de carbono (NC) é recente na agricultura, porém, vem se mostrando uma tecnologia muito promissora no sentido de promover melhoria na eficiência de uso dos fertilizantes e estabilidade de misturas. Neste trabalho objetivou- se avaliar o uso de NC em formulações NPK com enxofre (S), visando a melhoria de suas propriedades físicas, físico-químicas, e índice de eficiência agronômica relativa (iEAR) na sucessão de culturas (milho e milheto). As formulações NPK com S foram preparadas com a mistura homogênea de DAP e KCl com as fontes de S Poly4®, CaSO4, CaSO4 + S0 e (NH4)2SO4, onde DAP e KCl quando somados equivalem a 75% e as fontes de S a 25% da formulação (massa massa-1). Os NC (Inerte, CBx e Arbolina) foram adicionados na proporção de 0,5 % massa massa -1. As caracterizações de dureza e higroscopicidade dos grânulos dos fertilizantes foram avaliadas em laboratório. Para avaliar o iEAR e efeito residual dos fertilizantes foi realizado um experimento em casa de vegetação, com cultivo sucessivo milho- milheto. Um solo com baixa disponibilidade de S foi coletado na camada de 0-20 cm. Amostras de 7 dm3 de solo foram acondicionadas em sacos plásticos e incubadas com CaCO3 e MgCO3 (proporção 3:1), por 30 dias. A calagem foi feita pelo método da neutralização do Al3+ e elevação dos teores de Ca2+ e Mg2+. Após o período de incubação, as amostras foram secas e colocadas em vasos plástico do tipo jardineira com capacidade de 8,45 dm3. O experimento foi montado em esquema fatorial 4 x 3 + 1, sendo quatro fontes de enxofre (Poly4®, CaSO4, S0 e (NH4)2SO4), três NC (aditivos) (Inerte, Carbon Black x (CBx) e Arbolina) e um tratamento controle, sem aplicação de S. O delineamento foi em blocos casualizados com quatro repetições. Os fertilizantes foram aplicados em sulco de plantio, utilizando uma dose de referência de P de 43 kg ha-1. Foi feita a semeadura de nove sementes do milho vaso-1, e, após a germinação, manteve-se cinco plantas. As plantas foram cultivadas por 35 dias após germinação e então cortadas e secas em estufa de circulação de ar forçada à 65ºC. Na sequência foi semeado o milheto, utilizando 20 sementes vaso-1, e após a emergência, mantidas 10 plantas. As plantas de milheto foram cultivas por dois ciclos sucessivos, com intervalo de 30 dias entre eles. As plantas de milheto foram secas em estufa de circulação de ar forçada à 65ºC. As amostras de plantas foram pesadas para quantificar a massa de matéria seca de parte aérea e moídas para determinação do teor foliar de S. O teor de S foi determinado pelo método Turbidimétrico, após digestão seca e diluição em HNO3 1 mol L-1. Conteúdo, taxa de recuperação de S e o iREA foram obtidos a partir do teor de S e mMSPA das plantas de milho e milheto. Os resultados foram submetidos a análise de variância, e as médias comparadas pelo teste de Tukey a 0,05 de significância. As fontes de S adicionadas ao NPK foram igualmente eficientes para suprir esse nutriente para as plantas de milho e milheto, mostrando além disso, o efeito não deletério dos nanomateriais de C nas mesmas. A dureza dos grânulos das misturas de DAP e KCl com as fontes de S foram altas e adequadas para garantir sua qualidade física ( 5,8 kgf cm-2). A adição dos nanomateriais de C promoveu melhora significativa na dureza dos grânulos, porém, não propiciou melhoria na higroscopicidade e a estabilidade da mistura se deu, em geral, até 20 dias após seu preparo. Os resultados obtidos a partir da utilização de CaSO4 mostraram o quão promissora essa fonte é para a produção de misturas granuladas multinutrientes (NPK + S), se tornando ainda mais interessante se for considerada a oferta do produto no mercado e seu baixo preço aquisição. Palavras-chave: Dureza. Estabilidade de formulação. Fertilizantes multinutrientes. Higroscopicidade.The use of carbon nanomaterials (CN) is recent in agriculture, however, it has shown to be a very promising technology to promote improvement in the efficiency of fertilizer use and mixture stability. The objective of this study was to evaluate the use of CN in NPK formulations with sulfur (S), aiming the improvement of its physical, physicochemical properties, and relative agronomic efficiency index (RAEi) in succession crops (corn and millet). The NPK formulations with S were prepared with the homogeneous mixture of DAP and KCl with the S sources Poly4 ®, CaSO4, CaSO4 + S0 and (NH4)2SO4, where DAP and KCl when added equal 75% and the S sources 25% of the formulation (mass mass-1). The CN’s (Inert, CBx and Arbolina) were added in the proportion of 0.5 % mass mass-1. Characterizations of hardness and hygroscopicity of the fertilizer granules were evaluated in the laboratory. To evaluate the RAEi and residual effect of the fertilizers, a greenhouse experiment was conducted with successive maize-millet cultivation. A soil with low S availability was collected in the 0-20 cm layer. Samples of 7 dm3 of soil were packed in plastic bags and incubated with CaCO3 and MgCO3 (3:1 ratio) for 30 days. Liming was done by the method of neutralization of Al3+ and elevation of Ca2+ and Mg2+ contents. After the incubation period, the samples were dried and placed in 8,45 dm3 plastic pots. The experiment was set up in a 4 x 3 + 1 factorial scheme, with four S sources (Poly4®, CaSO4, S0 and (NH4)2SO4), three NC (additives) (Inert, Carbon Black x (CBx) and Arbolina) and a control treatment, without S application. The design was randomized block design with four repetitions. Fertilizers were applied in the planting furrow, using a reference dose of P of 43 kg ha-1. Nine corn seeds were sown vase-1 and, after germination, five plants were maintained. The plants were grown for 35 days after germination and then cut and dried in a forced air circulation oven at 65 ºC. Next, the millet was sown, using 20 seeds vase-1, and after emergence, 10 plants were kept. The millet plants were grown for two successive cycles, with a 30 day interval between them. The millet plants were dried in a forced air circulation oven at 65 ºC. The plant samples were weighed to quantify the dry matter mass of the aerial part (mMMAP) and milled to determine the foliar S content. The S content was determined by the Turbidimetric method, after dry digestion and dilution in HNO3 1 mol L-1. Content S, S recovery rate and RAEi were obtained from the S content and mMMAP of corn and millet plants. The results were submitted to analysis of variance, and the means were compared by Tukey's test at 0.05 significance level. The sources of S added to NPK were equally efficient in supplying this nutrient to corn and millet plants, further showing the non deleterious effect of CN’s on them. The granule hardness of the mixtures of DAP and KCl with the S sources were high and adequate to ensure their physical quality (5.8 kgf cm-2). The addition of CN’s promoted significant improvement in the hardness of the granules (8.54 kgf cm-2), however, it did not provide improvement in the hygroscopicity and the stability of the mixture was, in general, until 20 days after its preparation. The results obtained from the use of CaSO4 showed how promising this source is for the production of granulated multinutrient mixtures (NPK + S), becoming even more interesting if the supply of the product in the market and its low purchase price are considered. Keywords: Hardness. Multi-nutrient fertilizers. Formulation Stability. Hygroscopicity.Coordenação de Aperfeiçoamento aos Profissionais do Ensino Superior (CAPES
Production and evaluation of phosphate fertilizers enriched with Trichoderma harzianum: effects on the initial growth of corn plants
No full textO fósforo (P) é um dos nutrientes mais limitantes ao crescimento de plantas em solos tropicais. A aplicação de fertilizantes fosfatados é uma prática fundamental para a reposição de P ao solo visando aumentar sua disponibilidade para as culturas agrícolas. Esforços contínuos para melhorar a eficiência de uso de fertilizantes fosfatados são também essenciais para garantir a sustentabilidade da produção de alimentos, fibras, madeira e energia nessas áreas. Uma estratégia promissora para o aumento da eficiência da adubação fosfatada é o uso de microrganismos solubilizadores de fosfato (MSF). Muitos desses organismos podem ser utilizados para aumentar a disponibilidade de P no solo, bem como sua aquisição pelas plantas, dentre outros efeitos benéficos. No presente estudo foram produzidos fertilizantes fosfatados enriquecidos ou não com o fungo Trichoderma harzianum. No primeiro capítulo, diferentes concentrações do fungo foram adicionadas ao Fosfato Natural Reativo de Marrocos. No segundo capítulo, o fungo foi adicionado ao superfosfato triplo, com a presença e ausência de revestimento. A planta teste utilizada para avaliar as respostas dos fertilizantes produzidos foi o milho (Zea mays) cultivado em casa de vegetação. Ao fim dos experimentos, as plantas de milho foram avaliadas quanto ao seu crescimento (parte aérea e raízes) e conteúdo de P. Além disso, foram realizadas determinações de pH e da atividade de fosfatases (ácida e alcalina) no solo. O enriquecimento do fosfato natural reativo de Marrocos com Tricoderma harzianum proporcionou aumento no conteúdo de P e na matéria seca total das plantas em 33 e 21%, respectivamente, em relação ao tratamento controle (sem adição do fungo). A adição de Trichoderma harzianum ao superfosfato triplo também aumentou o conteúdo de P e crescimento inicial das plantas. A matéria seca total das plantas e o seu conteúdo de P aumentaram 25 e 56%, respectivamente, no tratamento que o fertilizante foi enriquecido com Trichoderma harzianum, comparativamente ao tratamento controle.Palavras-chave: Microrganismos solubilizadores de fosfato. Eficiência de adubação. Fosfato natural reativo. Superfosfato triplo.Phosphorus (P) is one of the most limiting nutrients for plant growth in highly weathered tropical soils. The application of phosphate fertilizers is a fundamental practice for replacing P to the soil in order to increase its availability for agricultural crops. Ongoing efforts to improve the efficiency of phosphate fertilizer use are also essential to ensure the sustainability of food, fiber, wood and energy production in these areas. A promising strategy for increasing the efficiency of phosphate fertilization is the use of phosphate solubilizing microorganisms (PSM). The PSM helps to promote plant growth and phosphorus absorption. In the present study, we aimed to produce phosphate fertilizers enriched with the fungus Trichoderma harzianum. In the first chapter, different concentrations of the fungus were added to rock phosphate (Moroccan phosphate rock). In the second chapter, the fungus was added to triple superphosphate with and without a previous coating with Arabic gum. Corn plants (Zea mays) were used in the study as test plants. The enrichment of reactive Moroccan phosphate with Trichoderma harzianum provided an increase in phosphorus content and total plant dry matter of 33% and 21%, respectively, compared to the control treatment (without addition of any fungus). The addition of Trichoderma harzianum to triple superphosphate also increased plant growth and P uptake by plants. The total plant dry matter and phosphorus content increased by 25% and 56%, respectively. Keywords: Phosphate solubilizing microorganism. Fertilization efficiency. Reactive rock phosphate. Triple superphosphate.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio
Performance of sugarcane genotypes under contrasting soil silicon contents and prediction of the element by near-infrared spectroscopy
No full textO silício (Si) é reconhecido como um elemento benéfico para as plantas, especialmente sob condições de estresse biótico e abiótico. Na cana-de-açúcar, o Si tem se mostrado eficaz na mitigação desses estresses, além de contribuir para o aumento da produtividade. Evidências indicam ampla variabilidade genética entre genótipos de cana-de-açúcar quanto à capacidade de absorção e utilização do Si presente no solo, o que viabiliza a seleção de materiais mais eficientes. O primeiro capítulo deste trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho agronômico de 50 genótipos de cana-de-açúcar cultivados em solo com teores contrastantes de Si. Também buscou-se identificar genótipos eficientes e responsivos ao Si, além daqueles com maior teor do elemento na parte aérea. A maior disponibilidade de Si no solo promoveu aumentos de 28,6% no número de colmos por planta e de 32,7% na produção de matéria seca da parte aérea. Foram identificados três genótipos simultaneamente eficientes e responsivos, bem como dois materiais com elevado teor de Si na parte aérea. O segundo capítulo teve como objetivo desenvolver e validar modelos de regressão multivariada para predição do teor de Si em diferentes partes da cana-de-açúcar, utilizando espectroscopia no infravermelho próximo (NIR). A técnica, associada à regressão por mínimos quadrados parciais (PLS) e ao método de seleção dos preditores ordenados (OPS), apresentou desempenho preditivo satisfatório, com coeficientes de correlação da predição (RP) de 0,92 para folha TVD (Top Visible Dewlap), 0,96 para folhas totais, 0,97 para colmos e 0,92 para parte aérea. Os resultados obtidos neste trabalho fornecem importantes informações para futuras pesquisas sobre o Si no contexto do programa de melhoramento genético da cana-de-açúcar. A utilização da espectroscopia NIR otimiza o processo de seleção de genótipos, tornando-o mais rápido, econômico e eficiente. Palavras-chave: Saccharum spp.; multivariada; elemento benéfico melhoramento vegetal; NIR; regressão.Silicon (Si) is recognized as a beneficial element for plants, particularly under biotic and abiotic stress conditions. In sugarcane, Si has proven effective in mitigating these stresses and contributes to increased productivity. Evidence indicates considerable genetic variability among sugarcane genotypes in terms of their capacity to absorb and utilize Si from the soil, enabling the selection of more efficient materials. The first chapter of this study aimed to evaluate the agronomic performance of 50 sugarcane genotypes grown in soils with contrasting Si levels. Additionally, the study sought to identify genotypes that are both efficient and responsive to Si, as well as those exhibiting higher Si accumulation in the aerial parts. Greater Si availability in the soil promoted increases of 28.6% in the number of stalks per plant and 32.7% in aboveground dry matter production. Three genotypes were identified as both efficient and responsive, and two others showed high Si content in the aerial parts. The second chapter aimed to develop and validate multivariate regression models for predicting Si content in different sugarcane tissues using near-infrared (NIR) spectroscopy. The technique, combined with partial least squares (PLS) regression and ordered predictor selection (OPS), demonstrated satisfactory predictive performance, with prediction correlation coefficients (RP) of 0.92 for the top visible dewlap (TVD) leaf, 0.96 for total leaves, 0.97 for stalks, and 0.92 for the whole aboveground plant. The findings of this study provide valuable insights for future research on Si within the context of sugarcane breeding programs. The application of NIR spectroscopy streamlines genotype selection, making the process faster, more cost-effective, and efficient. Keywords: Saccharum spp.; plant breeding; NIR; multivariate regression; beneficial element.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de NívelSuperior – Brasil (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG
Ammonia emission, nitrogen retention and fertilizer value of poultry litter treated with chemical additives
No full textA mineralização de compostos orgânicos da cama de frango acarreta perda de N via volatilização de NH 3 e, consequentemente, reduz o valor deste resíduo para seu aproveitamento como fertilizante. Uma alternativa para minorar essa perda é tratar a cama com aditivos químicos que desfavoreçam os processos associados à decomposição do N. O objetivo da Tese foi compreender como os aditivos químicos aumentam a retenção de N na cama de frango e as implicações que a utilização desse material como fertilizante traz para o solo e para a planta. A Tese foi dividida em três capítulos. No primeiro capítulo foram selecionados aditivos químicos e doses de aplicação com base no potencial de retenção de N e, posteriormente, avaliado o efeito dos produtos em ambiente de produção comercial. Em experimento de incubação laboratorial, combinando cinco aditivos [Al 2 (SO 4 ) 3 , fosfogesso, CuSO 4 , FeSO 4 e ZnSO 4 ] e três doses, verificou-se que a acidificação é proporcional a quantidade de aditivo aplicada e que as maiores doses diminuíram a perda de NH 3 nas camas tratadas com CuSO 4 e FeSO 4 , enquanto aumentou naquela tratada com fosfogesso. Em ambiente de produção comercial, dois experimentos (1 – cama nova de maravalha e 2 - cama de frango reutilizada) foram montados conforme delineamento em blocos casualisados sob esquema fatorial 4 x 2 + 1 e dez repetições, onde se combinaram a aplicação de Al 2 (SO 4 ) 3 , CuSO 4 , FeSO 4 e ZnSO 4 à aplicação inicial ou reaplicação dos aditivos, acrescidos de uma testemunha (cama sem aditivo). A reaplicação de Al 2 (SO 4 ) 3 e de ZnSO 4 otimizou a retenção de N nas camas, enquanto a de CuSO 4 foi necessária para aumentar o teor de N. A reaplicação de FeSO 4 não alterou o teor de N na maravalha, mas foi necessária para aumentar a rentenção na cama reutilizada. Com o segundo capítulo da Tese objetivou-se avaliar a retenção de N em camas de frango tratadas com aditivos químicos e os efeitos da aplicação desses materiais sobre o solo e plantas de milho. Dois experimentos em frascos abertos (1 - cama de frango de primeiro e 2 - cama de frango de segundo lote) foram realizados sob delineamento inteiramente casualizado com dez repetições, avaliando-se cinco aditivos químicos e uma testemunha: Al 2 (SO 4 ) 3 , CuSO 4 , FeSO 4 , ZnSO 4 , NBPT e ausência de aditivos. Todos os aditivos aumentaram a retenção de N nas camas. As aplicações de Al 2 (SO 4 ) 3 , CuSO 4 , FeSO 4 e ZnSO 4 acidificaram as duas camas, enquanto a de NBPT apenas reduziu a atividade da urease. Dois experimentos com plantas em vasos com solo (1 - cama de frango de segundo lote e 2 - cama de frango de terceiro lote) foram montados conforme um delineamento em blocos casualizados com 10 repetições, onde se avaliaram as camas de frango enriquecidas com aditivos químicos [Al 2 (SO 4 ) 3 , FeSO 4 , ZnSO 4 e NBPT] e duas testemunhas (cama de frango sob ausência de aditivos químicos e ausência de adubação). As camas tratadas com Al 2 (SO 4 ) 3 aumentaram a acidez potencial e o teor de S no solo, além do acúmulo de biomassa, conteúdo N e de S e índice de balanço de N. As adubações com as camas tratadas com CuSO 4 , FeSO 4 e ZnSO 4 acidificaram o solo, aumentaram o acúmulo de biomassa e o conteúdo de N nas plantas, assim como o de Cu, Fe e Zn, repectivamente. As adubações com as camas tratadas com NBPT aumentaram o conteúdo de N nas plantas. No terceiro capítulo da Tese objetivou-se avaliar os processos associados à mineralização do N em cama de frango tratada com aditivos químicos. Quatro experimentos de incubação foram montados conforme um delineamento inteiramente casualizado com cinco repetições, avaliando-se nove aditivos químicos e uma testemunha: Al 2 (SO 4 ) 3 , fosfogesso, S 0 , H 3 BO 3 , ZnSO 4 , FeSO 4 , CuSO 4 , sais combinados (H 3 BO 3 + ZnSO 4 + FeSO 4 + CuSO 4 ), NBPT e ausência de aditivos. Nas camas tratadas com Al 2 (SO 4 ) 3 e FeSO 4 a acidificação diminuiu a emissão de NH 3 e, consequentemente, aumentou a retenção de N. O fosfogesso manteve os valores de respiração basal e de atividade da urease elevados ao longo do tempo e acarretou grande perda de NH 3 . O S 0 favoreceu a respiração microbiana e causou lenta acidificação da cama. As aplicações de H 3 BO 3 e ZnSO 4 diminuíram a respiração basal e a quantidade de NH 3 volatilizada. As aplicações de CuSO 4 e de sais combinados reduziram o pH, a respiração basal e a atividade da urease, resultando em baixa emissão de NH 3 . O NBPT inibiu a atividade da urease e acarretou grande acúmulo de ureia na cama, mas possibilitou perda gradual de NH 3 ao longo do tempo. O N mineralizado na cama de frango pode ser retido na estrutura dos minerais Tschermigita e Amôniojarosita. Palavras-chave: pH. Urease. Respiração microbiana. Volatilização de NH 3 .The mineralization of organic compounds from chicken litter can lead to N loss via NH 3 volatilization and, consequently, reduce the value of this residue for use as fertilizer. An alternative to mitigate this loss is to treat the litter with chemical additives that undermine the processes associated with the decomposition of N. The purpose of this Thesis was to understand how chemical additives increase N retention in chicken litter and what implications for the soil and the plant the use of this material as a fertilizer brings. The Thesis was divided into three parts. The first part selected chemical additives and application doses based on the potential for N retention and, later, evaluated the effect of the products in a commercial production environment. In a laboratory incubation test, combining five additives [Al 2 (SO 4 ) 3 , phosphogypsum, CuSO 4 , FeSO 4 e ZnSO 4 ] and three doses, it was found that acidification is proportional to the amount of additive applied and that the highest doses decreased the loss of NH 3 in the treated beds with CuSO 4 and FeSO 4 , while increasing in that treated with phosphogypsum. In a commercial production environment, two trials (1 - wood shavings and 2 - reused chicken litter) were set up according to a randomized block design under a factorial scheme 4 x 2 + 1 and ten repetitions, Where the application of Al 2 (SO 4 ) 3 , CuSO 4 , FeSO 4 e ZnSO 4 was combined with the initial application or reapplication of the additives, plus an absolute control. The reapplication of Al and Zn optimized the retention of N in the beds, while that of Cu was necessary to increase the N content. The reapplication of Al 2 (SO 4 ) 3 and ZnSO 4 optimized the retention of N in the poultry litter, while that of CuSO 4 was necessary to increase the N content. The reapplication of FeSO 4 did not change the N content in the wood shaving, but it was necessary to increase the yield in the reused poultry litter. The second part of the Thesis aimed to evaluate the N retention in poultry litter treated with chemical additives and the effects of the application of these materials on the soil and corn plants. Two testing on open flasks (1 - poutry litter first flock and 2 - poutry litter second flock) were carried out in a completely randomized design with ten replications, evaluating six chemical additives and one control: Al 2 (SO 4 ) 3 , CuSO 4 , FeSO 4 and ZnSO 4 , NBPT and absence additives. All additives increased N retention in the beds. The applications of Al 2 (SO 4 ) 3 , CuSO 4 , FeSO 4 and ZnSO 4 acidified the two poultry litter, while that of NBPT only reduced urease activity. Two experiments with plants in pots with soil (1 - poutry litter second flock and 2 - poutry litter third flock) were assembled according to a randomized block design with 10 repetitions, wheres poultry litters enriched with chemical additives were evaluated [Al 2 (SO 4 ) 3 , FeSO 4 , ZnSO 4 and NBPT] and two witnesses (poultry litter under absence of chemical additives and absence of fertilization). The poultry litter treated with Al 2 (SO 4 ) 3 increased the potential acidity and the S content in the soil, in addition to the accumulation of biomass, N and S content and N balance index. Fertilization with poultry litter treated with CuSO 4 , FeSO 4 and ZnSO 4 acidified the soil, increased the accumulation of biomass and the N content in plants, as well as that of Cu, Fe and Zn, respectively. Fertilization with NBPT treated litter increased the N content in the plants. The third part of the Thesis aimed to evaluate processes associated with the mineralization of N in poultry litter treated with chemical additives. Four incubation tests were carried out according to a completely randomized design with five replications, evaluating nine chemical additives and a control: Al 2 (SO 4 ) 3 , phosphogypsum, S 0 , H 3 BO 3 , ZnSO 4 , FeSO 4 , CuSO 4 , combined salts (H 3 BO 3 , ZnSO 4 , FeSO 4 and CuSO 4 ), NBPT and absence of additives. In litters treated with Al 2 (SO 4 ) 3 and FeSO 4 , acidification favored the emission of NH 3 and increased the retention of N. Phosphogypsum kept baseline respiration and urease activity values high over time and resulted in a large loss of NH 3 .The S 0 favored microbial respiration and caused slow acidification of the litter. The applications of H 3 BO 3 and ZnSO 4 decreased baseline respiration and the amount of volatilized NH 3 . The applications of CuSO 4 and combined salts reduced the pH, baseline respiration and urease activity, enabling low NH 3 emissions. The NBPT inhibited urease activity and caused a large accumulation of urea in the litter, but allowed for a gradual loss of NH 3 over time. The mineralized N in the poultry litter can be retained in the structure of the minerals Tschermigite and Ammoniumjarosite. Keywords: pH. Urease. Microbial respiration. Volatilization of NH 3
Process and feasibility of recovering ammonia released from poultry litter
No full textApesar de ser um dos principais players da produção mundial de alimentos, o Brasil importa entre 85 a 90 % dos fertilizantes que utiliza na agricultura. Portanto, o principal gargalo do mercado nacional de fertilizantes é a dependência das importações. Uma alternativa, para fertilizantes nitrogenados, é a recuperação da amônia (NH3) em sistemas industriais e agroindustriais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver processo para recuperar NH3 por meio de amonização de ácidos e avaliar viabilidade técnica e econômica de implantação de planta piloto de produção de fertilizantes na cidade de Viçosa-MG. No capítulo 1 foram descritos 2 experimentos, sendo que no primeiro experimento desenvolveu-se um sistema para produzir amônia pela destilação de (NH4)2SO4 com intuito de definir as concentrações das soluções de H3PO4, H2SO4 e mistura de H3PO4 + H2SO4 que variaram de 4,0 a 14,38 mol L-1. Maior viabilidade no processo de amonização, máxima captura de N-NH3, foi obtida com H3PO4 9,0 mol L-1; H2SO4 9,6 mol L-1 e H3PO4 + H2SO4 9,0 mol L-1 . No segundo experimento, desenvolveu-se um protótipo capaz de recuperar NH3 de resíduos industriais e agroindustriais. Utilizou-se como fonte de NH3 a cama de aviário, obtida de galpões do sistema dark house, acondicionada em reatores de amonificação. A amônia foi carreada por fluxo continuo de ar e borbulhada em recipientes contendo as soluções de H3PO4 9,0 mol L-1, H2SO4 9,6 mol L-1 e H2SO4b 1,19 mol L-1 (ácido sulfúrico biogênico, obtido pela oxidação de enxofre elementar por Acidithiobacillus thiooxidans), H3PO4 + H2SO4 (4,5 mol L-1 para ambos os ácidos), H3PO4 + H2SO4 (2,38 e 1,19 mol L-1, nesta ordem) e HNO3 4,0 mol L- 1. O protótipo apresentou eficiência de amonização de 93 a 100%, demonstrando aptidão para uso de resíduo sólido de agroindústrias e resíduo líquido de indústrias. Valores de pH, teores de N, P, S e picos característicos de fases minerais dos sais sintetizados, quando comparado aos reagentes analíticos NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, NH4SO4 e NH4NO3, confirmaram a formação dessas fases pela amonização. Os difratogramas de raios X da mistura de H3PO4 + H2SO4, indicaram a síntese de sal composto por NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, e (NH4)2SO4, e adicionalmente, confirma a hipótese da síntese dos sais Diamônio fosfato sulfato (DAFS), Triamônio fosfato sulfato (T3AFS) ou Tetramônio fosfato sulfato (T4AFS). No capítulo 2, realizou-se estudo de viabilidade técnica e econômica para implantação de uma planta piloto de recuperação de NH3 e produção de fertilizantes organominerais a partir de resíduos industriais e agroindustriais na cidade de Viçosa- MG. Para a produção, utilizou-se como resíduo fonte de amônia a cama de aviário, sendo processada em reatores de amonificação e ao final do processo, obtido fertilizantes fluidos e sólido (fertilizante organomineral). O estudo de validação de mercado identificou a potencial aceitação dos produtos para cultivos de café, milho e olerícolas na região de Viçosa-MG. Para tanto, foram entrevistados 17 produtores, dos quais 90% utilizam fertilizantes inorgânicos (N, P e K) e 50% utilizam fertilizantes orgânicos da própria propriedade. O fertilizante organomineral (FO) apresentou custo de produção de R kg-1 = 2,50, portanto com margem de lucro de 20%. O fertilizante líquido (FL) apresentou um custo de produção de R16,21 L-1 . Com processamento mensal médio no Ano 1 de 82 t do FO e 10 m³ do FL, estima-se faturamento de R 5,4 milhões e no Ano 3, com 129 t mês-1 de FO e 13,6 m³ mês-1 de Aqua projeta-se um faturamento de R206.045,39 que indicou o potencial ganho de investimento na fábrica e TRC (Breaken even/PayBack) de 1 ano e 11 mês. RBC%, obteve um resultado de 11%, onde a cada R1,11. A partir dos trabalhos desenvolvidos, conclui-se que é possível recuperar amônia volatilizada de diferentes sistemas, seja agroindustrial ou industrial. Neste mesmo sentido, é possível produzir sais de valor agronômico com diferentes garantias nutricionais que podem ser customizados e aplicados as diferentes culturas agrícolas. Da mesma forma conclui-se a potencialidade de escalonar economicamente o processo de recuperação e produzir fertilizantes organominerais e soluções para aplicação foliar. Palavras Chaves: Recuperação de amônia. Fertilizantes. Organomineral.Despite being one of the main players in global food production, Brazil imports between 85 and 90% of the fertilizers it uses in agriculture. Therefore, the main bottleneck in the national fertilizer market is dependence on imports. An alternative to nitrogen fertilizers is the recovery of ammonia (NH3) in industrial and agro-industrial systems. In this context, the objective of this work was to develop a process to recover NH3 through acid ammonization and evaluate the technical and economic feasibility of implementing a pilot fertilizer production plant in the city of Viçosa-MG. In chapter 1, 2 experiments were described, and in the first experiment a system was developed to produce ammonia through the distillation of (NH4)2SO4 with the aim of defining the concentrations of solutions of H3PO4, H2SO4 and a mixture of H3PO4 + H2SO4, which varied from 4 .0 to 14.38 mol L-1. Greater viability in the ammoniation process, maximum capture of N-NH3, was obtained with H3PO4 9.0 mol L-1; H2SO4 9.6 mol L-1 and H3PO4 + H2SO4 9.0 mol L-1. In the second experiment, a prototype capable of recovering NH3 from industrial and agro-industrial waste was developed. Poultry litter, obtained from dark house system sheds, stored in ammonification reactors, was used as a source of NH3. The ammonia was carried by a continuous air flow and bubbled into containers containing solutions of H3PO4 9.0 mol L-1, H2SO4 9.6 mol L-1 and H2SO4b 1.19 mol L-1 (biogenic sulfuric acid, obtained by oxidation of elemental sulfur by Acidithiobacillus thiooxidans), H3PO4 + H2SO4 (4.5 mol L-1 for both acids), H3PO4 + H2SO4 (2.38 and 1.19 mol L- , in that order) and HNO3 4.0 mol L-1. The prototype showed an ammoniation efficiency of 93 to 100%, demonstrating suitability for using solid waste from agro-industries and liquid waste from industries. pH values, N, P, S contents and characteristic peaks of mineral phases of the synthesized salts, when compared to the analytical reagents NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, NH4SO4 and NH4NO3, confirmed the formation of these phases by ammonization. The X-ray diffractograms of the mixture of H3PO4 + H2SO4 indicated the synthesis of a salt composed of NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, and (NH4)2SO4, and additionally confirms the hypothesis of the synthesis of the salts Diammonium phosphate sulfate (DAFS), Triammonium sulfate phosphate (T3AFS) or Tetrammonium sulfate phosphate (T4AFS). In chapter 2, a technical and economic feasibility study was carried out for the implementation of a pilot plant for the recovery of NH3 and the production of organomineral fertilizers from industrial and agro-industrial waste in the city of Viçosa-MG. For production, poultry litter was used as a source of ammonia, being processed in ammonification reactors and at the end of the process, fluid and solid fertilizers (organomineral fertilizer) were obtained. The market validation study identified the potential acceptance of products for coffee, corn and vegetable crops in the Viçosa-MG region. To this end, 17 producers were interviewed, of which 90% use inorganic fertilizers (N, P and K) and 50% use organic fertilizers from their own property. Organomineral fertilizer (FO) had a production cost of R kg- = 2.50, therefore with a profit margin of 20%. Liquid fertilizer (FL) had a production cost of R16.21 L-1. With average monthly processing in Year 1 of 82 t of FO and 10 m³ of FL, estimated revenues of R 5.4 million are estimated and in Year 3, with 129 t month-1 of FO and 13.6 m³ month-1 of Aqua revenue of R206,045.39, which indicated the potential gain from investment in the factory and TRC (Breaken Even/PayBack) of 1 year and 11 months. RBC%, obtained a result of 11%, where for every R1.11 is expected. From the work carried out, it is concluded that it is possible to recover volatilized ammonia from different systems, whether agro- industrial or industrial. In the same sense, it is possible to produce salts of agronomic value with different nutritional guarantees that can be customized and applied to different agricultural crops. Likewise, the potential to economically scale the recovery process and produce organomineral fertilizers and solutions for foliar application is concluded. Keywords: Ammonia recovery. Fertilizers. Organomineral.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNP
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