Lime and phosphogypsum in long-term no-till: soil quality improving crop physiology and 15N-fertilizer recovery in the soil-plant system

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Data

2022-06-28

Orientador

Crusciol, Carlos Alexandre Costa
Costa, Nídia Raquel

Coorientador

Pós-graduação

Agronomia (Agricultura) - FCA

Curso de graduação

Título da Revista

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Título de Volume

Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Tipo

Tese de doutorado

Direito de acesso

Acesso restrito

Resumo

Resumo (inglês)

The present study is part of a long-term experiment, started in 2002, at Fazenda Experimental Lageado, belonging to the College of Agricultural Sciences (UNESP/FCA), in Botucatu (SP). Continuing the experiment, which is likely to be the only one in the State of São Paulo with such a duration (19 years), the present Thesis aimed to understand the effect of long-term surface application of lime and phosphogypsum on the soil chemical and biological attributes, root growth, plant nutrition, carbon e antioxidant metabolism, 15N-fertilizer recovery in the soil-plant system, and yield of maize intercropped with ruzigrass and soybean in succession. The field part of this study has been carried out since October 2016, when lime and/or phosphogypsum were last applied. Therefore, here we tested the following treatments: i) control (no soil amendments applied), ii) phosphogypsum alone, iii) lime alone and, iv) lime and phosphogypsum combination. Soybean sowing occurred between November and December of each year, whereas maize intercropped with ruzigrass was sown in March of each year. Our results suggested that the combination of lime and phosphogypsum proved to be effective in improving soil fertility up to 1 m depth, reflecting ideal conditions for root growth of soybean and maize intercropped with ruzigrass. As a result of these changes, crop nutrition was also improved, ensuring high photosynthetic metabolism even when periods of water scarcity occurred. In the combined application of lime and phosphogypsum, antioxidant metabolism based on free radical-consuming enzymes also increased, reducing lipid peroxidation of leaf cells. This cascading effect was reflected in the increase in grain yield of both crops. Deepening the understanding of tropical agricultural systems altered by the application of lime and phosphogypsum, our microbiological studies revealed that the joint application of lime and phosphogypsum altered the soil chemical properties in a no-till intercropped system, increasing the relative abundance of total prokaryotes (archaea and bacteria), modulating genes related to the nitrogen cycle. Finally, our results also revealed that the combined application of these inputs increases the recovery of 15N fertilizer [(15NH4)2SO4] by maize and ruzigrass in intercropping, and soybean cultivated in crop rotation, which reduced N losses to the environment. Our study highlighted the importance of using soil amendments in tropical agricultural systems, mainly in exploring the synergistic effect of lime with phosphogypsum, aiming to improve the soil chemical and microbiological quality, the nitrogen fertilizer recovery, the photosynthetic and antioxidant metabolism of plants and, consequently, the grain yield of the crops.

Resumo (português)

O presente estudo faz parte de um experimento de longa duração, instalado no ano de 2002, na Fazenda Experimental Lageado, pertencente à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, em Botucatu (SP). Dando continuidade ao experimento, que provavelmente deve ser o único do Estado de São Paulo com tamanha duração (19 anos), a presente tese objetivou entender o efeito da aplicação superficial de calcário e gesso à longo prazo sobre os atributos químicos e biológicos do solo, crescimento radicular, nutrição das plantas, metabolismos do carbono e antioxidante, recuperaçao do 15N-fertilizante no sistema solo-planta, e produtividade de milho consorciado com Urochloa ruziziensis e a soja em sucessão. A parte de campo deste estudo vem sendo conduzida desde outubro de 2016, momento em que foi aplicada pela última vez o calcário e/ou gesso. Portanto, aqui testamos os seguintes tratamentos: i) controle (sem aplicação de corretivos do solo), ii) gesso, iii) calcário e, iv) combinação de calcário e gesso. As semeaduras da soja ocorreram entre novembro e dezembro de cada ano, enquanto que o milho consorciado com Urochloa ruziziensis foi semeado no mês de março de cada ano. Nossos resultados sugeriram que a combinação de calcário e gesso foi eficaz em melhorar a fertilidade do solo até 1 m de profundidade, refletindo condições ideais para o crescimento radicular de soja e milho consorciados com U. ruziziensis. Como resultado dessas mudanças, a nutrição das culturas também foi melhorada, garantindo alto metabolismo fotossintético mesmo quando ocorreram períodos de escassez hídrica. Na aplicação combinada de calcário e gesso, o metabolismo antioxidante baseado em enzimas consumidoras de radicais livres também aumentou, reduzindo a peroxidação lipídica das células foliares. Esse efeito cascata refletiu-se no aumento da produtividade de grãos de ambas as culturas. Aprofundando a compreensão dos sistemas agrícolas tropicais alterados pela aplicação de calcário e gesso, nossos estudos microbiológicos revelaram que a aplicação conjunta destes insumos alterou as propriedades químicas do solo em um sistema de plantio direto consorciado, aumentando a abundância relativa de procariontes totais (archaea e bactérias), modulando genes relacionados ao ciclo do nitrogênio. Por fim, nossos resultados também revelaram que a aplicação combinada desses insumos aumenta a recuperação do 15N fertilizante [(15NH4)2SO4] pelo milho e U. ruziziensis cultivados em consórcio, e da soja cultivada sucessão, o que reduziu fortemente as perdas de N para o meio ambiente. Nosso estudo destacou a importância do uso de corretivos do solo em sistemas agrícolas tropicais, principalmente na exploração do efeito sinérgico do calcário com o gesso, visando melhorar a qualidade química e microbiológica do solo, a recuperação de fertilizantes nitrogenados, o metabolismo fotossintético e antioxidante das plantas e, consequentemente, a produtividade de grãos das lavouras.

Descrição

Idioma

Inglês

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