RESSALVA Atendendo solicitação do autor , o texto completo desta dissertação será disponibilizado somente a partir de 26/01/2020. ADOLFO BERGAMO ARLANCH FRACIONAMENTO ISOTÓPICO DE 13C E A PRODUTIVIDADE DE CANA-DE- AÇÚCAR NOS MANEJOS DE SEQUEIRO E IRRIGADO POR GOTEJAMENTO BOTUCATU 2018 ADOLFO BERGAMO ARLANCH FRACIONAMENTO ISOTÓPICO DE 13C E A PRODUTIVIDADE DE CANA-DE- AÇÚCAR NOS MANEJOS DE SEQUEIRO E IRRIGADO POR GOTEJAMENTO Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP – Campus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Agronomia (Irrigação e Drenagem) Orientador: Prof. Dr. Glauber José de Castro Gava BOTUCATU 2018 FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA SEÇÃO TÉCNICA DE AQUISIÇÃO E TRATAMEN- TO DA INFORMAÇÃO – DIRETORIA TÉCNICA DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - UNESP – FCA – LAGEADO – BOTUCATU (SP) Arlanch, Adolfo Bergamo, 1990- A723f Fracionamento isotópico de 13C e a produtividade de cana-de-açúcar nos manejos de sequeiro e irrigado por go- tejamento / Adolfo Bergamo Arlanch. – Botucatu: [s.n.], 2018 103 p.: il., color., grafs., tabs Dissertação (Mestrado)- Universidade Estadual Paulista Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu, 2018 Orientador: Glauber José de Castro Gava Inclui bibliografia 1. Cana-de-açúcar - Irrigação. 2. Cana-de-açúcar – Produtividade. 3. Irrigação - Manejo. I. Gava, Glauber José de Castro. II. Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (Câmpus de Botucatu). Faculdade de Ciências Agronômicas. III. Título. Elaborada por Ana Lucia G. Kempinas – CRB-8:7310 “Permitida a cópia total ou parcial deste documento, desde que citada a fonte” À minha família, por acreditarem e investirem em mim. Jussara Bergamo Arlanch, seu cuidado e dedicação foi que deram, em alguns momentos, a esperança para seguir. André Luiz Arlanch, sua presença significou segurança e certeza de que não estou sozinho nessa caminhada. DEDICO E OFEREÇO AGRADECIMENTOS A Deus que é a inteligência suprema do universo e causa primária de todas as coisas; À minha Família, por ser uma base sólida em minha vida, pelo apoio em todos os momentos; À meu tio e grande amigo Aldo Arlanch Junior, por ser umas das pessoas mais inteligentes e integras que conheço, pois sem ele não estaria onde estou hoje; Agradeço muito o Prof. Dr. Glauber José de Castro Gava, resumi-lo como meu orientador é muito pouco e tenho certeza que ele sente a importância que teve não só na condução do trabalho, mas também em minha vida profissional. Não levo só os ensinamentos, mas também uma boa amizade; À minha namorada Maria Laura Rufatto e sua família pelo apoio e ajuda na reta final deste projeto; À UNESP /FCA, pela oportunidade de realizar o mestrado; Secretaria de Agricultura e Abastecimento do Estado de São Paulo, Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios (APTA-Jaú); À CAPES, pela concessão da bolsa; Aos Funcionários da UNESP/FCA, aos professores excelentes profissionais, as secretarias sem prestativas, ao pessoal da biblioteca interessados em ajudar e aos funcionários da limpeza sempre simpáticos e deixando os ambientes sempre organizados; Aos amigos que fiz ao longo dessa jornada, que me apoiaram, incentivaram e ajudaram no desenvolvimento deste trabalho, no grupo na APTA: William, Gisele, Melissa, Carlos, Francine, Fernanda também pelos momentos de descontração, no mestrado: Enrique, Pedro, Paulo e Luz maria pelos momentos de aprendizados, de descontração e alguns apuros ao longo dos anos, mas sempre superados; Ao Dr. Fábio Vale Scarpare pelo incentivo e colaboração ao longo do projeto; Aos amigos que a vida já tinha me presenteado só fortaleci ainda mais os laços de amizade, só tenho a agradecer a eles por todo apoio que me deram e sempre com palavras de incentivo, sendo eles: Pedro, Angelo, Rafael, Bruno (nosso futuro juiz), Carol, Marcos, Diego, Adelcio, Yuri e João; Aos funcionários e amigos da APTA, por toda a ajuda na execução deste trabalho: seu Geraldo, Valdir, João, Valmira, Silmara, Fábio, Edílson, Adilson, Fabinho; Aos pesquisadores da APTA, Dra. Elisangela Marques Jeronimo Torres; Dra. Gabriela Aferri; Dr. Gianmarco Silva David, Mário Pércio Campana; por me receberem tão bem, pela amizade e sempre procurarem ajudar com ideias e palavras de incentivo; À Associação dos Plantadores de Cana da Região de Jaú (Associcana), pela realização das análises tecnológicas da cana-de-açúcar; A todos que contribuíram direta ou indiretamente ao longo deste caminho, e minhas sinceras desculpas se esqueci o nome de alguém, mas agradeço a todos. RESUMO A cana-de-açúcar tem grande importância nas regiões tropicais e subtropicais do mundo. O Brasil destaca-se na produção mundial, sendo um dos maiores produtores de etanol e açúcar, no mundo. Entretanto, a produtividade da cultura ainda é baixa em muitas regiões do país, principalmente devido à deficiência hídrica. Uma maneira de aumentar o potencial de produtividade desta cultura seria: identificar genótipos de cana-de-açúcar, tolerantes a deficiência hídrica, procurando uma estratégia de convivência com ambientes mais restritivos. Outra forma seria realizar a fenotipagem de genótipos, de elevado potencial de produtividade, para ambientes de baixa deficiência hídrica (ambientes com tecnologia de irrigação). Assim esse trabalho teve como objetivo avaliar possíveis índices fisiológicos e nutricionais para realizar esta seleção (fenotipagem). O presente trabalho foi desenvolvido no município de Jaú, no Estado de São Paulo, nas coordenadas geográficas de: 22°17’S 48°34’O, em Latossolo Vermelho. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso com quatro genótipos de cana-de-açúcar em dois sistemas de manejos: irrigado e sequeiro. Os genótipos utilizados de cana-de-açúcar foram: RB867515; SP80-1842; CTC6 e RB92579. O experimento teve duração 393 dias e durante o ciclo de desenvolvimento da cultura foram realizadas avaliações fisiológicas: condutância estomática, temperatura foliar, estimativa do conteúdo de clorofila aparente (índice SPAD) e o fracionamento isotópico de 13C nas folhas de cana-de-açúcar. Foram realizadas também, curvas de acúmulo de matéria seca e nutrientes: N, P, K, Ca e Mg. Na colheita final, aos 393 dias após o corte (DAC), foram realizadas as análises tecnológicas e determinou-se a produtividade de colmos (TCH) e de açúcar (TPH). As avaliações fisiológicas de: condutância estomática, temperatura foliar e o fracionamento isotópico de 13C nas folhas, foram os parâmetros que demonstraram maiores diferenças significativas para a fenotipagem. Ocorreram diferenças no acúmulo de matéria seca e dos nutrientes nos dois manejos para todos os genótipos estudados. Os genótipos RB867515 e SP80-1842, foram mais tolerantes a deficiência hídrica e os genótipos CTC6 e RB92579, foram mais responsivas à manejo com maior disponibilidade hídrica (ambiente irrigado). Palavras-chave: Saccharum spp.; condutância estomática; temperatura foliar; acúmulo de matéria seca; acúmulo de macronutrientes; análise do crescimento. ABSTRACT Sugarcane is of great importance in the tropical and subtropical regions of the world. Brazil stands out in the world production, being one of the largest producers of ethanol and sugar, in the world. However, crop productivity is still low in many regions of the country, mainly due to water deficiency. One way to reach elevations in the productivity potential of this crop would be to: identify sugarcane genotypes, tolerant to water deficiency, seeking a strategy of coexistence with arid environments. Another way would be to genotype phenotyping, with high productivity potential, for environments with low water deficiency (environments with irrigation technology). Thus, the objective of this study was to evaluate possible physiological and nutritional indexes for this selection (phenotyping). The present work was developed in the city of Jaú, in the State of São Paulo, in the geographic coordinates of: 22 ° 17'S 48 ° 34'O, in Red Latosol. The experimental design was a randomized block design with four sugarcane genotypes in two management systems: irrigated and dry. The genotypes used for sugarcane were: RB867515; SP80-1842; CTC6 and RB92579. The experiment lasted 393 days and during the development cycle of the crop, physiological evaluations were performed: stomatal conductance, leaf temperature, estimated chlorophyll content (SPAD index) and isotopic fractionation of 13C in sugarcane leaves. Curves of accumulation of dry matter and nutrients were also performed: N, P, K, Ca and Mg. At the final harvest, at 393 days after the cut (DAC), the technological analyzes were carried out and the yield of stalks (TCH) and sugar (TPH) were determined. The physiological evaluations of stomatal conductance, leaf temperature and the isotopic fractionation of 13C in leaves were the parameters that showed the greatest significant differences for phenotyping. There were differences in the accumulation of dry matter and nutrients in the two treatments for all the genotypes studied. The genotypes RB867515 and SP80-1842, were more tolerant to water deficit and the genotypes CTC6 and RB92579, were more responsive to environments with higher water availability (irrigated environment). Keywords: Saccharum spp; stomatal conductance; leaf temperature; accumulation of dry matter; macronutrient accumulation; analysis of growth. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Resumo dos principais efeitos da deficiência hídrica das folhas de plantas de ciclo C4 ............................................................................................. 28 Figura 2 – Representação esquemática do fracionamento isotópico de carbono na fotossíntese em plantas de ciclo C3 e C4............................................... 29 Figura 3 – Porcentagem de aplicação dos fertilizantes durante o experimento (2015/2016), nos manejos de sequeiro e irrigado por gotejamento (fertirrigação) ......................................................................................... 35 Figura 4 – (A) Casa de abrigo do conjunto moto bomba, registros e tanque de água, equipamentos já existentes no local. (B) Tambores para diluição do fertilizante utilizado na fertirrigação ....................................................... 35 Figura 5 – Temperatura mínima, máxima e media durante a realização do experimento .......................................................................................... 36 Figura 6 – Balanço hidrico durante a realiazação do experimento out15/nov16 para o manejo irrigado ..................................................................................... 37 Figura 7 – Balanço Hídrico durante a realização do experimento out15/nov16 para o manejo sem irrigação (sequeiro) ........................................................... 38 Figura 8 – Clorofilômetro, SPAD-502, leitura em folha +3 de cana-de-açúcar ........ 39 Figura 9 – Porômetro, leitura em folha +1 de cana-de-açúcar ................................ 40 Figura 10 – Espectrômetro de massas, modelo ANCA-SL Hydra 20-20 SERCON ............................................................................................................ ..42 Figura 11 – (A) Amostragem sequencial de colmos, folhas secas e ponteiros (folhas verdes e palmitos). (B) determinação da massa fresca das amostras .. 43 Figura 12 – (C) Amostras de colmos, folhas secas e ponteiros sendo trituradas para a homogeneização do material. (D) Subamostras de material fresco sendo encaminhados para estufa de ventilação forçada à 65 oC para a determinação da matéria seca .............................................................. 44 Figura 13 – (E) Moagem das subamostras de colmos, folhas secas e ponteiros. (F) acondicionamento das subamostras moídas de material seco nos frascos de acrílico para a determinação do teor de nutrientes: N; P; K; Ca; Mg 44 Figura 14 – Evolução do teor relativo de clorofila aparente (SPAD), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos; nos quatro diferentes genótipos ............................................ 48 Figura 15 – Evolução do índice de área foliar (IAF), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos; nos quatro diferentes genótipos .............................................................................. 51 Figura 16 – Evolução da condutância estomática (gs), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos; nos quatro diferentes genótipos ............................................................ 53 Figura 17 – Evolução da temperatura foliar (ºC), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos; nos quatro diferentes genótipos .............................................................................. 56 Figura 18 – Fracionamento isotópico (∆13C ‰), do genótipo RB867515; nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos ................................................................................................ 60 Figura 19 – Fracionamento isotópico (∆13C ‰), do genótipo SP80-1842; nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos ................................................................................................ 61 Figura 20 – Fracionamento isotópico (∆13C ‰), do genótipo CTC6; nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos ................................................................................................ 62 Figura 21 – Fracionamento isotópico (∆13C ‰), do genótipo RB92579; nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos ................................................................................................ 63 Figura 22 – Acúmulo de matéria seca da parte aérea (Mg ha-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos .............................................................................................................. 65 Figura 23 – Taxa de acúmulo de matéria seca (g m-2 dia-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos .............................................................................................................. 67 Figura 24 – Acúmulo de nitrogênio na parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos .............................................................................. 70 Figura 25 – Taxa de acúmulo de nitrogênio na parte aérea da cana-de-açúcar (g ha- 1 dia-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos ............................................................ 72 Figura 26 – Acúmulo de fósforo na parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos .............................................................................. 74 Figura 27 – Taxa de acúmulo de fósforo na parte aérea da cana-de-açúcar (g ha-1 dia-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos ................................................................... 76 Figura 28 – Acúmulo de potássio na parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos .............................................................................. 78 Figura 29 – Taxa de acúmulo de potássio na parte aérea da cana-de-açúcar (g ha-1 dia-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos ................................................................... 80 Figura 30 – Acúmulo de cálcio na parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos .............................................................................. 82 Figura 31 – Taxa de acúmulo de cálcio na parte aérea da cana-de-açúcar (g ha-1 dia- 1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos ................................................................... 84 Figura 32 – Acúmulo de magnésio na parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos .............................................................................. 87 Figura 33 – Taxa de acúmulo de magnésio na parte aérea da cana-de-açúcar (g ha- 1 dia-1), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347 e 393 DAC; nos quatro diferentes genótipos ............................................................ 89 Figura 34 – (A) Evolução das variável Fibra (%) e (B) teor de sacarose aparente (PCC), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos; nos quatro diferentes genótipos ......... 91 Figura 35 – (A) Produtividade de colmos (TCH) e (B) produtividade de açúcar (TPH), nos manejos irrigado e sequeiro; aos 117, 236, 347, 393 DAC e na média de todos os períodos; nos quatro diferentes genótipos ......................... 92 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Análise química de macronutrientes do solo da área experimental, nas profundidades de 0-20, 20-40 e 40-60 cm ............................................ 33 Tabela 2 - Análises químicas de micronutrientes do solo da área experimental, nas profundidades de 0-20, 20-40 e 40-60 cm. ........................................... 33 Tabela 3 - Análise física do solo da área experimental, nas profundidades de 0-20, 20-40 e 40-60 cm .................................................................................. 34 Tabela 4 - Análise do teor relativo de clorofila aparente (SPAD), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura ............................................... 47 Tabela 5 - Índice de área foliar (IAF), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura ................................................................................................... 50 Tabela 6 - Condutância estomática (gs), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura .............................................................................................. 52 Tabela 7 - Temperatura foliar (oC), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura ................................................................................................... 55 Tabela 8 - Fracionamento isotópico de carbono (∆13C), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura ................................................................... 58 Tabela 9 - Acúmulo de matéria seca da parte aérea (Mg há-1), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura .............................................................. 64 Tabela 10 - Modelo sigmoidal do acúmulo de matéria seca da parte aérea da cana- de-açúcar dos diferentes tratamentos ................................................. 66 Tabela 11 - Acúmulo de nitrogênio da parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura ............................. 69 Tabela 12 - Modelo sigmoidal do acúmulo de nitrogênio da parte aérea da cana-de- açúcar dos diferentes tratamentos ...................................................... 71 Tabela 13 - Acúmulo de fósforo da parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura ............................. 73 Tabela 14 - Modelo sigmoidal do acúmulo de fósforo da parte aérea da cana-de- açúcar dos diferentes tratamentos ...................................................... 75 Tabela 15 - Acúmulo de potássio da parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura ............................. 77 Tabela 16 - Modelo sigmoidal do acúmulo de potássio a da parte aérea da cana-de- açúcar dos diferentes tratamentos ...................................................... 79 Tabela 17 - Acúmulo de cálcio da parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura ............................. 81 Tabela 18 - Modelo sigmoidal do acúmulo de cálcio a da parte aérea da cana-de- açúcar dos diferentes tratamentos ...................................................... 83 Tabela 19 - Acúmulo de magnésio da parte aérea da cana-de-açúcar (kg ha-1), em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura ............................. 86 Tabela 20 - Modelo sigmoidal do acúmulo de cálcio a da parte aérea da cana-de- açúcar dos diferentes tratamentos ...................................................... 88 Tabela 21 - Qualidade da matéria-prima (Fibra; PCC e ATR); e produtividade de colmos (TCH) e de açúcar (TPH) ........................................................ 90 Sumário 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 21 2. REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................... 25 2.1 Importância econômica da cana-de-açúcar ....................................................... 25 2.2 Análise quantitativa do crescimento da cana-de-açúcar .................................... 25 2.3 Deficiência hídrica na cultura da cana-de-açúcar .............................................. 27 2.4 Fracionamento isotópico de 13C em plantas de ciclo C4 ..................................... 28 2.5 Tecnologia de irrigação em cana-de-açúcar e produtividade ............................. 31 2.6 Fenotipagem de genótipos de cana-de-açúcar tolerantes a deficiência e responsivas a irrigação ............................................................................................ 31 3 MATERIAL E MÉTODOS ..................................................................................... 33 3.1 Caracterização da área, tratamentos e delineamento experimental .................. 33 3.2 condições ambientais e manejo da irrigação ..................................................... 36 3.3 Características do material genético utilizado .................................................... 38 3.4 Análises .............................................................................................................. 39 3.4.1 Análises fisiológicas ........................................................................................ 39 3.4.1.1 Teor relativo de clorofila aparente (SPAD) ................................................... 39 3.4.1.2 Índice de área foliar (IAF) ............................................................................. 40 3.4.1.3 Condutância estomática ............................................................................... 40 3.4.1.4 Temperatura foliar ........................................................................................ 41 3.4.1.5 Determinação do fracionamento isotópico de 13C ........................................ 41 3.5 Acúmulo de matéria seca e de nutrientes .......................................................... 43 3.6 Produtividade final e qualidade da matéria prima............................................... 45 3.7 Análise estatística dos resultados ...................................................................... 46 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................... 47 4.1 Avaliações fisiológicas ....................................................................................... 47 4.1.1 Teor relativo de clorofila aparente (SPAD) ...................................................... 47 4.1.2 Índice de área foliar (IAF) ................................................................................ 49 4.1.3 Condutância estomática .................................................................................. 52 4.1.4 Temperatura foliar ........................................................................................... 54 4.1.5 Fracionamento isotópico de carbono .............................................................. 57 4.2 Acúmulo de matéria seca ................................................................................... 63 4.3 Acúmulo de nutrientes ........................................................................................ 68 4.3.1 Nitrogênio ........................................................................................................ 68 4.3.2 Fósforo ............................................................................................................ 72 4.3.3 Potássio .......................................................................................................... 77 4.3.4 Cálcio .............................................................................................................. 81 4.3.5 Magnésio ......................................................................................................... 85 4.4 Produtividade e qualidade da matéria-prima ...................................................... 90 5 CONCLUSÕES ..................................................................................................... 95 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 97 95 5 CONCLUSÕES Os parâmetros fisiológicos utilizados neste trabalho e o fracionamento isotópico de 13C, podem ser utilizados na fenotipagem de genótipos de cana-de-açúcar mais tolerantes a deficiência hídrica e ou mais responsivos às tecnologias de irrigação. A duração das fases e a taxa de acúmulo de matéria seca e nutrientes variaram em função da disponibilidade hídrica, entretanto não se alteraram nos diferentes genótipos estudados. A necessidades nutricionais da cana-de-açúcar em ambientes com elevada disponibilidade hídrica (tecnologia de irrigação) foram maiores do que em ambientes de sequeiro (menor disponibilidade hídrica). De acordo com esta pesquisa, os genótipos RB867515 e SP80-1842 foram mais tolerantes a deficiência hídrica em comparação com os genótipos CTC6 e RB92579. Os genótipos CTC6 e RB92579 foram mais responsivos com a elevação da disponibilidade hídrica no ambiente por meio da tecnologia de irrigação por gotejamento. 97 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALFONSI, R. R. et al. Condições climáticas para cana-de-açúcar. In: PARANHOS, S. B. (Coord.). Cana-de-açúcar: cultivo e utilização. Campinas: Fundação Cargill, v. 1, p. 42-55, 1987. ALVAREZ, I.A. 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