Fixação biológica de nitrogênio em culturas energéticas

Apresentação em tema: "Fixação biológica de nitrogênio em culturas energéticas"— 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

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

3 Balanço energético da produção de etanol a partir de cana
Modelo Balanço energético da produção de etanol a partir de cana Dentro da porteira Modelo teórico *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

4 Impacto da adubação nitrogenada
Balanço de energia da produção de cana de açúcar no Estado de São Paulo Impacto da adubação nitrogenada Hectare / ano 65 kg N 0 kg N 200 kg N Produção (peso colmos frescos) 84,0 Mg 100,0 Mg Produção de etanol 7224 L 8157 L Entrada energia fóssil GJ 1. Colheita e transporte até a usina 3.53 4.15 2. Maquinária agrícola 2.20 3. Fertilizantes e herbicidas 6.13 3.07 10.80 4. Construções e maquinas 0.40 0.48 5. Consumo na fáfrica* 0.62 0.74 TOTAL 12.88 GJ 9.82 GJ 18.37 Produção energia do etanol 134.7 GJ 160.4 GJ Balanço = Energia no bio-etanol/ energia fóssil investida 10.5 13.7 8.7 * Produtos quimicos da industria de processamento como lubrificantes, etc

5 Proporção em relação ao impacto total entre 1980 a 2050
Contribuição para a absorção de radiação infravermelho por três gases da atmosfera Atividade específica CO2 = 1 CH4 = 21 N2O = 320 Gases como o CO2, N2O, CH4 e cloro-fluoro-carbonatos (CFCs) absorvem a radiação infravermelha sendo esta energia convertida em calor = gases de efeito estufa Proporção em relação ao impacto total entre 1980 a 2050 CO2 = 65 % CH4 = 20 % N2O = 14 % De 1980 a 2050 o IPCC estima que a temperature da atmosfera irá aumentar entre 1,5 a 4,7oC

6 Área demandada para cana 34,4 milhões de ha (mistura de 20%)
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, ,2 e ,5. Fontes: IEA, CONAB, IBGE e GV Agro

7 2 NH4 + 3 O2 = 2 NO2 + 2 H2O + 4 H+ 2 NO2 + O2 = 2 NO3 Produção de N2O no solo Fatores que aumentam as emissões de N2O no solo: 1. Adição de fertilizantes em excesso e não assimilados pelas plantas; 2. Chuvas – aumento atividade microbiológica principalmente em anaerobiose – aceptor de elétrons Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola

8 Nitrogênio na cana-de-açúcar
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.

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) ……… 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 15N e balanço de N * *Fonte: Urquiaga, Cruz & Boddey, 1992, Soil Sci. Soc. Am. J. 56:

12 O início da pesquisa sobre Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN) em gramíneas….
Johanna Döbereiner 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

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: Seleção de cultivares Seleção de estirpes 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
Hoje a pesquisa mostra que: Interação planta-microrganismo Simbioses Endófitos obrigatórios Endófitos facultativos rizoplano rizosfera

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

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

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?
Controle Inoculado

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 Experimentos de inoculação
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 Polímero líquido (IPC 0,8) 137,2 b 139,7 a Polímero gel (IPC 2,2)
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. Tratamentos RB 72454 RB kg ha Controle 120,3 b 131,3 a Polímero líquido (IPC 0,8) 137,2 b 139,7 a Polímero gel (IPC 2,2) 189,4 a 139,3 a 120 kg ha-1 de N 161,0 ab 148,2 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
Cana planta 2008 1a soca 2009 2a soca 2010 Controle inoculado Experimentos RB867515 95,9 106,1 88,7 88,5 93,1 95,7 Usina Cruangi – Fazenda maravilha – PE/ Usina Cruangi – Timbaúba – PE/ Usina Olho D`Água – PE/ Usina Agroindustrial Japungu – PB/ Usina Coruripe - AL RB72454 90,8 93,7 67,6 76,7 89,1 109,0 RB863129 91,1 92,9 84,1 85,8 104,0 108,1 SP 94,3 98,6 72,7 67,1 84,0 88,2 RB931011 86,4 89,6 - RB92579 121,7 133,6 89,9 101,7 89,3 83,5 IAC 81,8 RB98710 120,7 81,9 82,5 RB93509 141,7 145,9

39 Médias de rendimentos de colmos (Mg ha-1) das variedades dos experimentos da região nordeste
Cana planta 2008 1ª soca 2009 2ª soca 2010 Controle inoculado 120 N controle RB867515 95,9 106,1 122,0 88,7 88,5 104,3 93,3 93,5 92,8 RB72454 90,8 93,7 102,6 67,6 76,7 86,9 89,1 109,0 92,3 RB92579 121,7 133,6 105,6 - ICA 81,8 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
Cana planta 2009 1a soca 2010 Controle inoculado Experimentos RB867515 111,6 109,5 115,3 112,2 Usina Cruz Alta – Grupo Guarani - SP/ Usina Univalem – Grupo COSAN - SP RB72454 102,8 115,7 100,4 103,0 RB935744 123,9 132,7 135,6 139,4 SP 117,7 121,9 91,4 104,1 RB92579 127,3 128,5 118,2 RB855453 97,7 94,6 107,3 105,8 CTC2 - 139,2 149,3 CTC4 128,2 144,6 CTC15 132,4 133,6

41 Usina Cruz Alta – Grupo Guarani / Usina Univalem – Grupo COSAN
Médias de rendimentos de colmos (Mg ha-1) dos experimentos de São Paulo Variedade Cana planta 2008 1ª soca 2009 Experimentos Controle inoculado 120 N 120 kg Usina Cruz Alta – Grupo Guarani / Usina Univalem – Grupo COSAN RB867515 111,6 109,5 109,9 115,3 112,2 105,0 RB72454 102,8 115,7 110,6 100,4 103,0 116,5

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 Ensaio com soqueira Variedade: SP80-3280 Tratamentos Área experimental
Controles 2 doses do inoculante (1: 1x105 e 2: 1x106 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 m2

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48 Produtividade de colmos
Segunda soqueira (2008/2009) CV parcela: 11% CV sub-parcela: 8,7% Sem inoc: y = 66,49 + 0,1177x - R2 = 0,99*** Inoc 1: y = 73,07 + 0,0844x R2 = 0,85*** Inoc 2: y = 69,34 + 0,10215x - R2 = 0,80***

49 Produtividade de colmos
Terceira soqueira (2009/2010) Sem inoc: y = 83,93 + 0,0678x - R2 = 0,69** Inoc 1: não significativo Inoc 2: y = 85,45 + 0,2654x - 0,0020x2 - R2 = 0,89**

50 Margem de contribuição agrícola (MCA)
Safra 2008/2009 Tratamentos TCH ATR TAH 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 65,85 153,55 10.111 3.531 1.396 2.135 1 71,07 153,24 10.891 3.803 1.507 50 1.557 2.246 2 66,30 156,68 10.389 3.628 1.406 100 1.506 2.122 73,36 156,81 11.504 4.017 1.555 103,5 1.659 2.358 79,36 159,46 12.654 4.419 1.682 153,5 1.836 2.583 78,32 154,99 12.139 4.239 1.660 203,5 1.864 2.375 78,25 158,02 12.365 4.318 207 1.866 2.452 83,36 156,80 13.071 4.565 1.767 257 2.024 2.540 80,92 156,72 12.682 4.429 1.716 307 2.023 2.406 150 83,85 157,98 13.246 4.626 1.778 310,5 2.088 2.538 83,80 156,06 13.079 4.567 1.777 360,5 2.137 2.430 82,46 157,82 13.014 4.544 1.748 410,5 2.159 2.386

51 Margem de Contribuição Agrícola

52 Margem de contribuição agrícola (MCA)
Safra 2009/2010 Tratamentos TCH ATR TAH 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 82,45 149,70 12.343 4.648 1747,87 0,0 2783,82 1 87,10 153,07 13.332 5.021 1846,53 50,0 1896,53 3113,43 2 84,62 154,45 13.070 4.922 1794,00 100,0 1894,00 3019,99 50 91,04 155,59 14.165 5.335 1930,03 103,5 2033,53 3301,04 92,10 153,20 14.110 5.314 1952,53 153,5 2106,03 3210,11 96,12 155,11 14.910 5.615 2037,81 203,5 2241,31 3371,07 100 87,78 152,85 13.417 5.053 1860,86 207,0 2067,86 2986,77 90,98 153,85 13.998 5.272 1928,81 257,0 2185,81 3080,59 89,16 156,48 13.951 5.254 1890,09 307,0 2197,09 3056,13 150 94,84 153,54 14.562 5.484 2010,57 310,5 2321,07 3157,40 91,62 150,93 13.828 5.208 1942,36 360,5 2302,86 2898,66 85,30 152,09 12.974 4.886 1702,43 410,5 2112,93 2494,56

53 Margem de Contribuição Agrícola

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

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