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Fixação biológica de nitrogênio em culturas energéticas O que podemos fazer para produzir mais por unidade de energia investida? Veronica Massena Reis.

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Apresentação em tema: "Fixação biológica de nitrogênio em culturas energéticas O que podemos fazer para produzir mais por unidade de energia investida? Veronica Massena Reis."— Transcrição da apresentação:

1 Fixação biológica de nitrogênio em culturas energéticas O que podemos fazer para produzir mais por unidade de energia investida? Veronica Massena Reis - Embrapa Agrobiologia Seropédica, Rio de Janeiro E-mail: veronica@cnpab.embrapa.br

2 Cenário da cana de açúcar no Brasil – Safra 2012/2013 Área plantada: 9,6 milhões de ha Produtividade média: 71,8 toneladas por ha Produção estimada: 657 milhões de toneladas IBGE-SIDRA, (Agosto de 2012) Consumo de N na cana de açúcar – safra 2012/2013 576 mil toneladas – Soqueiras 21,5 % de N aplicado na agricultura brasileira Total = 672 mil toneladas 96 mil toneladas – Cana planta

3 Modelo Balanço energético da produção de etanol a partir de cana *Source: Boddey et al., 2008, Bio-ethanol production in Brazil. Chapter 13, In: Pimentel, D., (ed.), Biofuels, Solar and Wind as Renewable Energy Systems: Benefits and Risks. Springer, New York pp 321-356. Modelo teórico Dentro da porteira

4 Balanço de energia da produção de cana de açúcar no Estado de São Paulo Impacto da adubação nitrogenada Hectare / ano 65 kg N0 kg N200 kg N Produção (peso colmos frescos) 84,0 Mg 100,0 Mg Produção de etanol7224 L 8157 L Entrada energia fóssilGJ 1. Colheita e transporte até a usina3.53 4.15 2. Maquinária agrícola2.20 3. Fertilizantes e herbicidas6.133.07 10.80 4. Construções e maquinas0.40 0.48 5. Consumo na fáfrica*0.62 0.74 TOTAL 12.88 GJ9.82 GJ18.37 Produção energia do etanol134.7 GJ 160.4 GJ Balanço = Energia no bio-etanol/ energia fóssil investida 10.513.78.7 * Produtos quimicos da industria de processamento como lubrificantes, etc

5 Contribuição para a absorção de radiação infravermelho por três gases da atmosfera CO 2 = 1 CH 4 = 21 N 2 O = 320 Atividade específica Proporção em relação ao impacto total entre 1980 a 2050 CO 2 = 65 % CH 4 = 20 % N 2 O = 14 % De 1980 a 2050 o IPCC estima que a temperature da atmosfera irá aumentar entre 1,5 a 4,7 o C Gases como o CO 2, N 2 O, CH 4 e cloro-fluoro-carbonatos (CFCs) absorvem a radiação infravermelha sendo esta energia convertida em calor = gases de efeito estufa

6 Cenário que apresenta a substituição de parte da gasolina com etanol (5, 10% e 20%) Mundo: demanda potencial por etanol (bilhões de litros / ano) Área demandada para cana 34,4 milhões de ha (mistura de 20%) Demanda mundial por etanol nos 3 cenários (em bilhões de litros por ano): 60,1 120,2 e 240,5. Fontes: IEA, CONAB, IBGE e GV Agro

7 Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola 2 NH 4 + 3 O 2 = 2 NO 2 + 2 H 2 O + 4 H + 2 NO 2 + O 2 = 2 NO 3 Produção de N 2 O no solo Fatores que aumentam as emissões de N 2 O no solo: 1. Adição de fertilizantes em excesso e não assimilados pelas plantas; 2. Chuvas – aumento atividade microbiológica principalmente em anaerobiose – aceptor de elétrons

8 Mas para reduzir nitrogênio fertilizante no ciclo de vida da cultura temos que utilizar melhor o N-aplicado = aumento de eficiência e /ou utilizar o processo biológico de fixar nitrogênio atmosférico. Nitrogênio na cana-de-açúcar

9 RB72454 Milho

10 Utilização de N por uma variedade típica plantada em São Paulo (Produção de 84 ton/ha) N Total (kg N /ha/ano) em: Colmos……..………………………………42 kg Palha……………………………………… 52 kg Folha bandeira (fica no campo) ………....62 kg Total parte aérea…………..……………156 kg Removido pela queima e exportado para a usina … 94 kg Adicionado como fertilizante………….. 65 kg N/ha Balanço = menos 29 kg N ha (não contando com lixiviação, volatilização e erosão) N recebido por chuvas - estimada para Piracicaba <9 kg N ha

11 Contribuição do N fixado biologicamente para variedades de cana-de- açúcar e determinada com diluição isotópica de 15 N e balanço de N * *Fonte: Urquiaga, Cruz & Boddey, 1992, Soil Sci. Soc. Am. J. 56:105-114

12 O início da pesquisa sobre Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN) em gramíneas…. Paspalum notatum – a diferença entre cultivares Döbereiner, J. Azotobacter paspali sp. n. um bactéria fixadora de nitrogênio na rizosfera de Paspalum. PAB v.1, 1966 Johanna Döbereiner

13 Termo inoculante ou biofertilizante o produto refere-se à utilização de microrganismos vivos, capazes de promover o crescimento vegetal de forma direta ou indireta, através de diferentes mecanismos, tais como: fixação biológica de nitrogênio, produção de fito-hormônios, solubilizadores de fosfato, biocontrole, entre outros.

14 A TECNOLOGIA CONSAGRADA RIZÓBIO PARA A SOJA: USO DE INOCULANTE CONTENDO BACTÉRIA DIAZOTRÓFICA Sucesso devido à: 1.Seleção de cultivares 2.Seleção de estirpes 3.Testes de eficiência da interação planta- bactéria

15 Bactérias diazotróficas... Todas as bactérias diazotróficas tem em comum o complexo enzimático nitrogenase; Não só o rizóbio interage com o hospedeiro e forma nódulos; Nódulos são estruturas especializadas, mas nem todo nódulo está fixando nitrogênio – leg-hemoglobina; Da mesma forma, nem todo diazotrófo forma nódulo. Mas todos promovem o crescimento do hospedeiro, desde que a melhor interação entre os dois parceiros funcione neste direção.

16 As diferentes comunidades diazotróficas de uma planta rizosfera rizoplano Endófitos facultativos Endófitos obrigatórios Simbioses Interação planta-microrganismo Hoje a pesquisa mostra que:

17 O caso da cana de açúcar: o grande desafio Propagada por pedaços de colmos – plantio clonal Plantada em todo território nacional Novas variedades pouco estudadas são clonadas Baixa resposta a nitrogênio no campo

18 Meio de cultivo usado no isolamento. sem adição de nitrogênio. semi-sólido A base da seleção da microbiota associada à planta Coleção de bactérias diazotróficas: Embrapa Agrobiologia Amostras de raízes, colmos folhas, isolamento estirpes Foto: Ivo Baldani - Agrobiologia Foto: Rosa Pitard - Agrobiologia

19 Cana de açúcar e maneiras e aplicar bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico Plantas micropropagadas Imersão colmos plantio Aplicação nas soqueiras Diferentes, climas, variedades

20 Inovação Inoculante misto: cinco bactérias isoladas de cana- de-açúcar, não patogênicas e que foram descritas em nosso laboratório – bactérias brasileiras; Misturadas no momento da aplicação; Re-inocular após cada corte; Aplicadas vivas – suporte pode ser um polímero (chamado de veículo) Veículo miscível em água – pulverização direto dos colmos imediatamente após o corte;

21 Aplicar na cultura as bactérias selecionadas

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23 Como selecionar a melhor estirpe? Inoculado Controle

24 Fase de germinação:

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28 Avaliações: seis coletas mensais com intervalo de aproximadamente 30 dias

29 Produtivida de Colmo fresco RB92579 Comparação dentro do Bloco – Kg m -1 212 Dias após plantio

30 Inoculação usando cana-de-açúcar micropropagada 1. Processo de micropropagação – inoculação in vitro (Reis et al., 1999) 2. Aclimatização das plantas 3. Transplante para o campo ( Oliveira et al., 2006)

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33 Usina Japungu - Santa Rita-PB Usina Olho D'água - Timbaúba-PE Usina Coruripe - Coruripe-AL Usina Cruangi - Goiana-PE Usina Pinheiro - Laranjeira-SE Usina Agrovale - Juazeiro-BA Usina Comvap - União-PI Usina Univalem/COSAN - Valparaíso-SP Usina Santa Elisa - Orlândia-SP Usina Cruz Alta/Guarani - Olímpia-SP Usina Santa Elisa - Ribeirão Preto-SP Usina Santa Helena/COSAN - Piracicaba-SP Usina Diamante/COSAN - Jaú-SP Usina Da Barra/COSAN - Barra Bonita-SP Usina Goiasa - Bom Jesus de Goiás-GO Campo Experimental UFSM - Santa Maria-RS Usina Sapucaia - Campos-RJ Usina Santa Cruz - Campos-RJ 20 Experimentos 10 Estados 17 Usinas

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35 Produtividade de colmos de cana-de-açúcar, variedade RB867515, ao longo de quatro colheitas submetida à adubação nitrogenada, inoculação e o controle experimental, cultivada em Cambissolo na usina Santa Cruz - Campos dos Goytacazes - RJ. Teste t (LSD) a 5% de probabilidade.

36 Produtividade de colmos de cana-de-açúcar, na variedade RB867515, ao longo de quatro colheitas, submetida à adubação nitrogenada, inoculação e o controle experimental, cultivada em Argissolo Amarelo na usina Sapucaia - Campos dos Goytacazes – RJ. Teste t (LSD) a 5% de probabilidade.

37 Acúmulo de N total na parte aérea de cana planta submetida à adubação nitrogenada, inoculação e o controle experimental, cultivadas em um Planossolo Háplico no campo experimental da Embrapa Agrobiologia – RJ. TratamentosRB 72454RB 867515 -------------------------------kg ha -1 ---------------------------------- Controle120,3 b131,3 a Polímero líquido (IPC 0,8)137,2 b139,7 a Polímero gel (IPC 2,2)189,4 a139,3 a 120 kg ha -1 de N 161,0 ab148,2 a C.V. (%)19,6 Médias oriundas de 4 repetições. Valores seguidos das mesmas letras nas colunas não diferem entre si. C.V. = coeficiente de variação. Teste t (LSD) a 5% de probabilidade.

38 Médias de rendimentos de colmos (Mg ha -1 ) das variedades dos experimentos da região nordeste Variedade Cana planta 2008 1 a soca 2009 2 a soca 2010 ControleinoculadoControleinoculadoControleinoculadoExperimentos RB86751595,9106,188,788,593,195,7 Usina Cruangi – Fazenda maravilha – PE/ Usina Cruangi – Timbaúba – PE/ Usina Olho D`Água – PE/ Usina Agroindustrial Japungu – PB/ Usina Coruripe - AL RB7245490,893,767,676,789,1109,0 RB86312991,192,984,185,8104,0108,1 SP81-325094,398,672,767,184,088,2 RB93101186,489,6---- RB92579121,7133,689,9101,789,383,5 IAC94-400481,8 ---- RB98710120,7133,681,982,5-- RB93509141,7145,9----

39 Médias de rendimentos de colmos (Mg ha -1 ) das variedades dos experimentos da região nordeste Variedade Cana planta 2008 1ª soca 2009 2ª soca 2010 Controleinoculado120 NControleinoculado120 Ncontroleinoculado120 N RB86751595,9106,1122,088,788,5104,393,393,592,8 RB7245490,893,7102,667,676,786,989,1109,092,3 RB92579121,7133,6105,6----- ICA94-400481,8 99,0------ Experimentos: Usina Cruangi – Fazenda maravilha – PE/ Usina Cruangi – Timbaúba – PE/ Usina Olho D`Água – PE/ Usina Agroindustrial Japungu – PB/ Usina Coruripe - AL

40 Médias de rendimentos de colmos das variedades na região noroeste do estado de São Paulo Variedades Cana planta 2009 1 a soca 2010 ControleinoculadoControleinoculadoExperimentos RB867515111,6109,5115,3112,2 Usina Cruz Alta – Grupo Guarani - SP/ Usina Univalem – Grupo COSAN - SP RB72454102,8115,7100,4103,0 RB935744123,9132,7135,6139,4 SP81-3250117,7121,991,4104,1 RB92579127,3128,5118,2132,7 RB85545397,794,6107,3105,8 CTC2--139,2149,3 CTC4--128,2144,6 CTC15--132,4133,6

41 Médias de rendimentos de colmos (Mg ha -1 ) dos experimentos de São Paulo Variedade Cana planta 2008 1ª soca 2009 Experimentos Controleinoculado120 NControleinoculado120 kg Usina Cruz Alta – Grupo Guarani / Usina Univalem – Grupo COSAN RB867515111,6109,5109,9115,3112,2105,0 RB72454102,8115,7110,6100,4103,0116,5

42 Detalhes ensaio implantado em São Paulo

43 TAH (Mg ha -1 ) Dados gerais Somatório sem a CTC 15

44 Pol (%)

45 ATR (kg t -1 )

46 Variedade: SP80-3280 Tratamentos Controles 2 doses do inoculante (1: 1x10 5 e 2: 1x10 6 cel mL -1 ) 3 doses de N (50, 100 e 150 kg ha -1 )- Nitrato de amônio Total: 12 tratamentos Área experimental Parcelas: 6 linhas de 80 metros – Doses do inoculante Sub-parcelas: 6 linhas de 20 metros – Doses de N Espaçamento: 1,40 m Delineamento Blocos ao acaso com 5 repetições – parcelas subdivididas Área total do experimento: 11,088 m 2 Ensaio com soqueira

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48 Sem inoc: y = 66,49 + 0,1177x - R 2 = 0,99*** Inoc 1: y = 73,07 + 0,0844x - R 2 = 0,85*** Inoc 2: y = 69,34 + 0,10215x - R 2 = 0,80*** Produtividade de colmos Segunda soqueira (2008/2009) CV parcela: 11% CV sub-parcela: 8,7%

49 Produtividade de colmos Terceira soqueira (2009/2010) Sem inoc: y = 83,93 + 0,0678x - R 2 = 0,69** Inoc 1: não significativo Inoc 2: y = 85,45 + 0,2654x - 0,0020x 2 - R 2 = 0,89**

50 TratamentosTCHATRTAH Receita bruta Custo CCT Custo do tratamento Custo total MCA N (kg ha -1 ) Inoculante (Dose)* t ha -1 Kg t -1 Kg ha -1 R$ ha -1 00 65,85 153,55 10.1113.531 1.3960 2.135 01 71,07 153,24 10.8913.803 1.507501.557 2.246 02 66,30 156,68 10.3893.628 1.4061001.506 2.122 500 73,36 156,81 11.5044.017 1.555103,51.659 2.358 501 79,36 159,46 12.6544.419 1.682153,51.836 2.583 502 78,32 154,99 12.1394.239 1.660203,51.864 2.375 1000 78,25 158,02 12.3654.318 1.6592071.866 2.452 1001 83,36 156,80 13.0714.565 1.7672572.024 2.540 1002 80,92 156,72 12.6824.429 1.7163072.023 2.406 1500 83,85 157,98 13.2464.626 1.778310,52.088 2.538 1501 83,80 156,06 13.0794.567 1.777360,52.137 2.430 1502 82,46 157,82 13.0144.544 1.748410,52.159 2.386 Margem de contribuição agrícola (MCA) Safra 2008/2009

51 Margem de Contribuição Agrícola

52 TratamentosTCHATRTAH Receita bruta Custo CCT Custo do tratamento Custo total MCA N (kg ha -1 ) Inoculante (Dose)* t ha -1 Kg t -1 Kg ha -1 R$ ha -1 0082,45149,7012.3434.6481747,870,01747,872783,82 0187,10153,0713.3325.0211846,5350,01896,533113,43 0284,62154,4513.0704.9221794,00100,01894,003019,99 50091,04155,5914.1655.3351930,03103,52033,533301,04 50192,10153,2014.1105.3141952,53153,52106,033210,11 50296,12155,1114.9105.6152037,81203,52241,313371,07 100087,78152,8513.4175.0531860,86207,02067,862986,77 100190,98153,8513.9985.2721928,81257,02185,813080,59 100289,16156,4813.9515.2541890,09307,02197,093056,13 150094,84153,5414.5625.4842010,57310,52321,073157,40 150191,62150,9313.8285.2081942,36360,52302,862898,66 150285,30152,0912.9744.8861702,43410,52112,932494,56 Margem de contribuição agrícola (MCA) Safra 2009/2010

53 Margem de Contribuição Agrícola

54 Novos produtos que podem vir a atender a demanda de uso de inoculantes

55 Manejo Variedades mais eficientes no uso de N Novas tecnologias em fertilizantes Utilização de microrganismos promotores de crescimento vegetal Alternativas para a redução da adubação nitrogenada na cana-de-açúcar


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