Eficiência da adubação nitrogenada associada à inoculação com rizobactérias na sucessão soja-híbrido de milheto granífero em plantio direto: Ciclagem de nutrientes, fixação biológica e recuperação do nitrogênio com uso da técnica isotópica de 15N - Silva, Edson Cabral da (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
O nitrogênio (N) é o nutriente exigido em maior quantidade, o de manejo mais complexo e que consiste em um dos custos mais elevados dos sistemas produtivos de alta produtividade de gramíneas como híbridos de milheto granífero. Não obstante, a cultura da soja requer grandes quantidades de N para a obtenção de altas produtividades, em razão do teor elevado de proteína dos grãos, apesar de grande parte do N na soja ser oriundo da fixação biológica de nitrogênio (FBN), pela simbiose entre bactérias do gênero Bradyrhizobium e a planta. A utilização de microrganismos benéficos na agricultura tem se configurado como grande potencial para intensificar e diversificar de maneira sustentável a produção agrícola, em conjunto com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS). O milheto granífero (Pennisetum glaucum L.) é cultivado em diversas partes do mundo, cujos grãos são utilizados para a alimentação humana ou animal. Na atualidade, é o sexto cereal mais consumido no mundo, e vem ganhando espaço em meio às lavouras brasileiras, em especial na região de Cerrado, pois apresenta baixo custo de produção, sendo uma alternativa de diversificação de plantio em áreas de risco de semeadura do milho fora da sua época ideal, graças à sua característica de maior tolerância à seca. Contudo, são escassos estudos sobre a recomendação de nitrogênio (N) para o milheto granífero, assim como respostas à inoculação de rizobactérias. Neste aspecto, estabeleceu-se as hipóteses de que a inoculação combinada de duas rizobactérias promove efeitos aditivos de benefícios individuais, que otimizam a FBN e a eficiência de uso dos nutrientes, que refletem positivamente na nutrição, no desempenho vegetativo e produtivo da planta e, com isso, reduz a necessidade de uso de fertilizantes no sistema de sucessão soja-milheto granífero na segunda safra ('safrinha'). Ainda, que o uso de 15N-ureia permite mensurar com precisão o aproveitamento do N pela planta e estimar o N derivado de outras fontes (N “nativo” do solo, FBN). Os principais objetivos foram avaliar os efeitos da inoculação com Bradyrhizobium japonicum e de Bradyrhizobium japonicum coinoculado com Azospirillum brasilense, via sementes, em cultivo de soja com e sem adubação nitrogenada, sobre o desempenho agronômico e extração de nutrientes pela cultura; estimar a contribuição da FBN na soja, aplicando-se a técnica de diluição isotópica de 15N, com uso de plantas controles; avaliar os efeitos da inoculação, via sementes, com Azospirillum brasilense aplicada isoladamente e associada à Bacillus subtilis no desenvolvimento, na nutrição, na produtividade de grãos do milheto granífero (híbrido) combinadas a doses de N (15N-ureia); e avaliar a eficiência de uso de nitrogênio do fertilizante (EUN) pelas duas culturas cultivadas em sucessão (soja-milheto), além de estimar as frações de N derivadas do N-fertilizante, do solo (“N-nativo”) e da FBN, aplicando-se a técnica de diluição isotópica de 15N. Avaliar o efeito residual da adubação nitrogenada (15N) e dos restos culturais da soja no milheto granífero cultivado em sucessão, assim como mensurar o aproveitamento do N residual do fertilizante aplicado ao milheto pelo ciclo subsequente de soja. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, em esquema fatorial 3x5, com quatro repetições, para ambos ensaios (soja e milheto). Para a soja, os tratamentos foram a combinação de: i) controle sem inoculação; ii) inoculação isolada com Bradyrhizobium japonicum; e iii) coinoculação de Bradyrhizobium japonicum + Azospirillum brasilense, com cinco doses de N: 0, 10, 20, 40 e 80 kg ha-1, na forma de 15N-ureia. No caso, a adubação nitrogenada na soja teve como principal finalidade possibilitar mensurar a influência no aumento da disponibilidade de N-fertilizante (mineral) no processo de FBN na leguminosa, assim como possibilitar quantificar com precisão o aporte de N pelos restos culturais (marcado com 15N) dessa leguminosa à cultura sucessora. Para o híbrido de milheto granífero em sucessão à soja, os tratamentos foram: i) controle sem inoculação; ii) inoculação de Azospirillum brasilense; e iii) coinoculação de Azospirillum brasilense + Bacillus subtilis, combinados com cinco doses de N (0; 30; 60; 120 e 180 kg ha-1), na forma de 15N-ureia, em cobertura. As análises químicas de solo e plantas foram realizadas nos laboratórios da UNESP (Instituição sede), enquanto as determinações isotópicas de 15N, no Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA/USP – Instituição Parceira), em Piracicaba, SP, visto que foi empregada a técnica da diluição isotópica de 15N para quantificar a EUN e a FBN. Também, foram realizadas análises do estado nutricional da soja e do milheto no florescimento; avaliações biométricas de crescimento; componentes de produção; produtividade de grãos; extração (planta inteira), exportação (grãos) e retorno de macronutrientes e micronutrientes ao solo (palhada - restos culturais), além de a relação C/N e a produção de palhada restituída para a cobertura do solo. As curvas de resposta e as quantidades acumuladas de N pelas culturas de soja e milheto foram usadas para estimar o aporte desse nutriente pelas rizobactérias, pelo fertilizante, FBN e pelo “N nativo” derivado do solo. A aplicação de N mineral até 40 kg por ha-1 na soja proporcionou aumento na altura da planta do índice SPAD, mas não afetou a produtividade de grãos. O acúmulo de massa seca na planta de soja até o estádio de florescimento aumentou de forma quadrática em resposta ao incremento das doses de N aplicadas, mas não afetou a produtividade da soja. A inoculação de forma isolada de Bradyrizobium japonicum e associada à coinoculação de Azospirillum brasilense proporcionou aumento na massa de 1000 grãos de soja, comparada à ausência dessa prática. As produtividades de grãos de soja por hectare foram de 5.004 kg com a coinoculação Bradyrizobium japonicum + Azospirillum brasilense, de 4722 kg com a inoculação isolada de Bradyrizobium japonicum, e 4564 kg na ausência de inoculação. A coinoculação de Azospirillum brasilense com Bradyrizobium japonicum proporcionou aumento de 9,64% (440,15 kg ha-1) na produtividade de grãos de soja em relação aos tratamentos sem inoculação. Houve considerável massa seca de nódulos nos tratamentos sem inoculação de Bradyrizobium japonicum, cujos dados ajustaram ao modelo quadrático em resposta ao incremento das doses de N, em que se atribui o fato ao histórico de cultivo desta leguminosa inoculada com esta espécie de bactéria na área experimental. Para o milheto: Independentemente da inoculação e coinoculação, as resposta para a maioria das variáveis biométricas, componentes produtivos e produtividade de grãos, situaram próximas a 100 kg de N por hectare. Com relação a resposta às doses de N, o dados ajustaram ao modelo quadrático de regressão, cujo ponto de máxima produtividade técnica (física) de grãos (4562 kg ha-1) foi atingido com a dose de 110,3 kg ha-1 de N. A produtividade média de grãos de milheto em função da inoculação isolada de brasilense (4431,3 kg ha-1) e coinoculação de A. brasilense + Bacillus subtilis (4359,6 kg ha-1) foi 17.4% (650.8 kg ha-1) superior à ausência de inoculação, equivale a mais de dez sacas de 60 kg de grãos por hectare. Não houve resposta significativa em produtividade de grãos decorrente de a coinoculação de Bacillus subtilis com Azospirillum A. brasilense, que não diferiram significativamente. Independentemente da inoculação e coinoculação, o acúmulo de massa seca palha do milheto (restos culturais - palhada) aumentou de forma linear em reposta ao incremento das dose de N, com média de 5,8 t ha-1 de massa seca, quantidade que confere boa cobertura do solo. A inoculação de sementes de milheto com Azospirillum brasilense se mostrou muito benéfica e contribuiu para um melhor desempenho agronômico deste cereal, com menor demanda de N mineral.

Abstract: Nitrogen (N) is the nutrient required in the largest quantity, the one with the most complex management, and constitutes one of the highest share costs in high-yielding grass production systems such as grain millet hybrids. Nevertheless, soybean cultivation requires large amounts of N to achieve high yields due to the high protein content of the grains, even though a significant portion of N in soybeans comes from biological nitrogen fixation (BNF) through the symbiosis between bacteria of the genus Bradyrhizobium and the plant. The use of beneficial microorganisms in agriculture has emerged as having great potential to sustainably intensify and diversify agricultural production, in line with the Sustainable Development Objectives. Grain millet (Pennisetum glaucum L.) is cultivated in various parts of the world, and its grains are used for human or animal consumption. Currently, it is the sixth most consumed cereal in the world and is gaining ground among Brazilian crops, especially in the Cerrado (savanna) region, as it has low production costs, providing an alternative for diversifying planting in areas at risk of corn sowing outside its ideal season, thanks to its greater drought tolerance. However, studies on nitrogen recommendations for grain millet, as well as responses to rhizobacteria inoculation, are scarce. In this regard, the hypotheses were established that the combined inoculation of two rhizobacteria promotes additive effects of individual benefits, optimizing biological nitrogen fixation (BNF) and nutrient use efficiency, which positively reflects on plant nutrition, vegetative and productive performance, and thus reduces the need for fertilizer use in the soybean–grain millet succession system in the second crop. Furthermore, the use of 15N-urea allows precise measurement of the plant's nitrogen utilization and estimation of nitrogen derived from other sources (soil “native” N, biological nitrogen fixation). The main objectives were to evaluate the effects of inoculation with Bradyrhizobium japonicum and Bradyrhizobium japonicum co-inoculated with Azospirillum brasilense, via seeds, in soybean cultivation with and without nitrogen fertilization, on agronomic performance and nutrient extraction by the crop; to estimate the contribution of biological nitrogen fixation in soybean, using the 15N isotopic dilution technique with control plants; to assess the effects of seed inoculation with Azospirillum brasilense applied alone and in combination with Bacillus subtilis on the development, nutrition, and grain yield of grain millet (hybrid) in combination with nitrogen rates (15N-urea); and to evaluate the nitrogen use efficiency (NUE) of fertilizer by the two crops grown in succession (soybean-millet). In addition to estimating the fractions of N derived from N fertilizer, from the soil (“native N”), and from SOM, using the 15N isotopic dilution technique. Evaluate the residual effect of nitrogen fertilization (15N) and soybean crop residues on grain millet grown in succession, as well as measure the utilization of residual N from the fertilizer applied to millet by the subsequent soybean cycle. The experimental design used was randomized blocks, in a 3x5 factorial scheme, with four replications, for both trials (soybean and millet). For soybean, the treatments were the combination of: i) control without inoculation; ii) sole inoculation with Bradyrhizobium japonicum; and iii) coinoculation with Bradyrhizobium japonicum + Azospirillum brasilense, with five N rates: 0, 10, 20, 40, and 80 kg ha-1, as 15N-urea. In this case, nitrogen fertilization in soybean was primarily intended to allow the measurement of its influence on the increased availability of fertilizer N (mineral) in the BNF process in the legume, as well as to enable precise quantification of the N contribution from crop residues (labeled with 15N) of this legume to the succeeding crop. For the grain millet hybrid in succession to soybean, the treatments were: i) control without inoculation; ii) inoculation with Azospirillum brasilense; and iii) co-inoculation of Azospirillum brasilense + Bacillus subtilis, combined with five nitrogen rates (0; 30; 60; 120 and 180 kg ha-1), as 15N-urea, applied as topdressing. Soil and plant chemical analyses were conducted at the laboratories of UNESP (Host Institution), while 15N isotopic determinations were carried out at the Center for Nuclear Energy in Agriculture (CENA/USP – Partner Institution), in Piracicaba, Saa Paulo, as the 15N isotope dilution technique was used to quantify NUE and BNF. Additionally, analyses of the nutritional status of soybean and millet at flowering were performed; biometric growth evaluations; production components; grain yield. The extraction (above ground plant), export (grains) and return of macronutrients and micronutrients to the soil (straw - crop residues), as well as the C/N ratio and the production of straw returned for soil cover. Response curves and accumulated amounts of N by soybean and millet crops were used to estimate the contribution of this nutrient by rhizobacteria, fertilizer, BNF, and the "native N" derived from the soil. The application of mineral N up to 40 kg per ha-1 in soybean increased plant height and the SPAD index, but did not affect grain yield. The accumulation of dry matter in the soybean plant up to the flowering stage increased quadratically in response to the increasing doses of applied N, but did not affect soybean yield. The isolated inoculation of Bradyrhizobium japonicum and its co-inoculation with Azospirillum brasilense increased the 1000-seed weight of soybeans compared to the absence of this practice. Soybean grain yields per hectare were 5,004 kg with the co-inoculation of Bradyrhizobium japonicum + Azospirillum brasilense, 4,722 kg with the isolated inoculation of Bradyrhizobium japonicum, and 4,564 kg in the absence of inoculation. Co-inoculation of Azospirillum brasilense with Bradyrhizobium japonicum resulted in a 9.64% increase (440.15 kg ha-1) in soybean grain yield compared to treatments without inoculation. There was considerable dry mass of nodules in treatments without inoculation of Bradyrhizobium japonicum, whose data fit a quadratic model in response to increasing N doses, which is attributed to the cultivation history of this legume inoculated with this bacterial species in the experimental area. For millet: Regardless of inoculation or co-inoculation, the responses for most biometric variables, yield components, and grain yield were around 100 kg of N per hectare. Regarding the response to N doses, the data fit a quadratic regression model, with the point of maximum technical (physical) grain yield (4562 kg ha-1) being achieved with a dose of 110.3 kg ha-1 of N. The average grain yield of millet as a result of isolated inoculation with brasilense (4431.3 kg ha-1) and co-inoculation with A. brasilense + Bacillus subtilis (4359.6 kg ha-1) was 17.4% (650.8 kg ha-1) higher than without inoculation, equivalent to more than ten 60 kg bags of grain per hectare. There was no significant grain yield response from the co-inoculation of Bacillus subtilis with Azospirillum A. brasilense, which did not differ significantly. Regardless of inoculation or co-inoculation, the accumulation of millet straw dry matter (crop residues - stubble) increased linearly in response to the N dose increase, with an average of 5.8 t ha-1 of dry matter, a quantity that provides good soil coverage. Inoculation of millet seeds with Azospirillum brasilense proved to be very beneficial and contributed to better agronomic performance of this cereal, with a lower demand for mineral N.
Nitrogen fertilization efficiency combined with inoculation of rhizobacteria in the soybean-grain millet hybrid succession under no-tillage: Nutrient cycling, biological fixation, and nitrogen recovery using the 15N isotopic technique
Keywords: Glycine max L. (Merril); Pennisetum glaucum L.; Coinoculação; Fixação simbiótica de N; Bactérias promotoras de crescimento de plantas; Eficiência de Uso de nitrogênio