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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS Fundação Agrisus The agricultural production system of Brazil and other countries is highly dependent on imports of phosphate fertilizers. The quantification and long-term impact of secondary P sources, such as residues from livestock production and the access to P reserves in agricultural soils by plants is of common interest and is an alternative to decrease the use of mineral phosphate fertilizers. This Thesis aimed to evaluate the long-term impact of different fertilizer sources and changes in soil P reserves and to investigate the strategies used by annual plants to access and increase P availability in the rhizosphere. To this end, we conducted three studies (Chapters I, II and III) in a long-term experiment, implemented in 2004, under an arhenic dystrophic red Argissolo Vermelho, in Santa Maria (RS). The treatments used were liquid swine manure, liquid bovine manure, overlapping pig litter mineral fertilizer and a control treatment, without the application of nutrients. In Chapter I, we determined the efficiency of the P balance in the system, by accounting the inputs, outputs and stock of this element in the soil over 12 years of cultivation. The accumulated P forms in the soil profile were determined by means of the sequential chemical P fractionation technique. In Chapter II, we selected 3 treatments (liquid swine manure, mineral fertilizer and control) and investigated changes in the root system of corn roots and their relationship with P uptake and utilization efficiency. For this, we installed acrylic minirizotron tubes and monitored, in situ, the root growth dynamics. Root morphological parameters were determined and correlated with physiological P utilization and crop productivity variables. Finally, in Chapter III, we subjected the treatments discussed in Chapter II to AMF inoculation with the species Rhizophagus intraradices (Rootella BR). In the soil were the contents of P, N and C contained in the microbial biomass and soil, as well as the activity of the enzyme acid phosphatase and β-glucosidase. These variables were related to the availability of P in the rhizosphere and its uptake by corn and oat plants. Animal waste applications, especially those of pigs, generate large reserves of P in soils. The large accumulation of P in these soils decreases the efficiency of the P mass balance. Plants grown in soils with P reserves built up with swine manure application showed lower values of root morphological variables. On the other hand, in the rhizospheric soil they presented higher P availability, enzyme activity and flux of C, N and P in biomass that are highly correlated with higher P uptake and biomass production by plants. Plants grown in soil with the application of mineral fertilizer showed higher values of morphological variables of roots but showed no difference in P availability between rhizospheric and bulk soil. The plants grown in the control soil presented morphological values close to those presented by the plants grown in the soil with application of mineral fertilizer. However, the biomass production of these plants was much lower. O sistema de produção agrícola brasileiro e de outros países são altamente dependentes das importações de fertilizantes fosfatados. A quantificação e o impacto a longo prazo de fontes secundárias de P, como resíduos da produção pecuária e o acesso as reservas de P nos solos agrícolas pelas plantas é de interesse comum e é uma alternativa para diminuir o uso dos fertilizantes fosfatados minerais. Esta Tese objetivou avaliar o impacto, a longo prazo, de diferentes fontes de adubação e alterações nas reservas de P no solo e investigar as estratégias utilizadas por plantas anuais em acessar e aumentar a disponibilidade de P na rizosfera. Para isso, conduzimos três estudos (Capítulos I, II e III) em um experimento de longa duração, implantado em 2004, sob um Argissolo Vermelho Distrófico arênico, em Santa Maria (RS). Os tratamentos utilizados foram dejetos líquidos de suínos, dejetos líquidos de bovinos, cama sobreposta de suínos fertilizante mineral e um tratamento controle, sem a aplicação de nutrientes. No Capítulo I, determinamos o Balanço de P no sistema, por meio da contabilidade das entradas, saídas e estoque desse elemento no solo ao longo de 12 anos de cultivo. As formas de P acumuladas no perfil do solo foram determinadas por meio da técnica do fracionamento químico sequencial de P. No Capítulo II, selecionados 3 tratamentos (dejetos líquidos de suínos, fertilizante mineral e controle) e investigamos alteração do sistema radicular de raízes de milho e sua relação com a eficiência absorção e utilização de P. Para isso, instalamos tubos de minirrizotron acrílico e monitoramos, in situ, a dinâmica de crescimento radicular. Os parâmetros morfológicos de raízes foram determinados e correlacionados com as varáveis de aproveitamento fisiológico do P e produtividade das culturas. Por último, no Capítulo III, submetemos os tratamentos abordados no Capítulo II a inoculação de FMA com a espécie Rhizophagus intraradices (Rootella BR). No solo foram determinados os teores de P, N e C contidos na biomassa microbiana e no solo, bem como a atividade das enzimas fosfatase ácida e βglucosidade. Essas variáveis foram relacionadas à disponibilidade de P na rizosfera e sua absorção pelas plantas de milho e aveia. As aplicações de dejetos de animais, especialmente os de suínos, geram grandes reservas de P em solos. O grande acúmulo de P nesses solos diminuí a eficiência do balanço de massas de P. As plantas cultivadas em solos com reservas de P construídas com aplicação de dejetos de suínos apresentaram menores valores de variáveis morfológicas de raízes. Por outro lado, no solo rizosférico apresentaram maior disponibilidade de P, atividade enzimática e fluxo de C, N e P na biomassa que estão altamente correlacionados com a maior absorção de P e produção de biomassa pelas plantas. As plantas cultivadas em solo com a aplicação de fertilizante mineral apresentaram maiores valores de variáveis morfológicas de raízes, porém não apresentou diferença na disponibilidade de P entre o solo rizosférico e bulk. As plantas cultivadas no solo controle apresentaram valores morfológicos semelhantes aos apresentados pelas plantas cultivadas no solo com aplicações de fertilizante mineral. No entanto a produção de biomassa dessas plantas foi bem inferior.

Animal manures are frequently utilized in agriculture as a source of nutrients, especially nitrogen (N). The objective of this work was to evaluate how the application of manure from different animal breeding systems during twelve years and 19 applications interferes in the soil solution dynamics and forms, as well as in the physiological and physiological state of maize plants. The study was conducted in an experiment conducted from 2004 to 2017 in Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brazil. The treatments consisted in the application of swine slurry (DLS), cattle slurry (DLB), swine deep-litter bedding (CSS), mineral fertilization (NPK), Control, without application of nutrients. The determination of the concentrations of inorganic N (NID) (NO3 - +NH4 +) and organic N (NOD) dissolved in the soil solution was performed in situ by means of voltage lysimeters, prior to sowing and application of treatments (time 0) and at 5, 20, 35, 55, 80, 120 days after emergence of the culture (DAE). At these same times, plants were collected for evaluate the concentration of N in the tissue and the photosynthetic activity and the rate of transpiration were analyzed. N productivity and efficiency indexes for maize were also evaluated. The NID in the soil solution was the predominant N in all treatments, ranging from 53 to 80% of Total Dissolved Nitrogen (NDT). NPK was the only treatment that maintained high concentration of NO3 - in the soil solution up to 35 DAE and provided higher grain yield and physiological parameters favor and nutritional in maize plants. Among the organic sources, the use of DLB allowed greater grain yield and better indicators of physiological and nutritional parameters, but did not maintain availability of N in the solution of the soil adequate to the plants. Dejetos de animais são frequentemente utilizados na agricultura como fonte de nutrientes, especialmente de nitrogênio (N). O objetivo do trabalho foi avaliar como a aplicação de dejetos de diferentes sistemas de criação de animais, durante doze anos e 19 aplicações, interfere na dinâmica e nas formas de N na solução do solo, bem como na produtividade e estado fisiológico das plantas de milho. O estudo foi realizado de 2004 a 2017 em Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil. Os tratamentos consistiram na aplicação de dejeto líquido de suínos (DLS); dejeto líquido de bovinos (DLB); cama sobreposta de suínos (CSS); fertilizante mineral (NPK) e controle, sem aplicação de nutrientes. A determinação das concentrações de N inorgânico dissolvido (NID) (NO3 - +NH4 +) e N orgânico dissolvido (NOD) na solução do solo foram realizadas in situ por meio de lisímetros de tensão, antes da semeadura e aplicação dos tratamentos (tempo 0) e aos 5, 20, 35, 55, 80, 120 dias após a emergência da cultura (DAE). Nestas mesmas ocasiões foram coletadas plantas para avaliação da concentração de N no tecido e foram analisadas a atividade fotossintética e taxa de transpiração. Também foram avaliadas a produtividade e os índices de eficiência e recuperação do N pelo milho. O NID na solução do solo foi a forma de N predominante em todos os tratamentos, variando de 53 a 80 % do Nitrogênio Dissolvido Total (NDT). O NPK foi o único tratamento que manteve uma concentração elevada NO3 – na solução do solo até 35 DAE e isso proporcionou maior produtividade de grãos e favoreceu parâmetros fisiológicos e nutricionais nas plantas de milho. Dentre as fontes orgânicas, o uso do DLB foi a que permitiu maior produtividade de grãos e melhores indicadores de parâmetros fisiológicos e nutricionais, mas não manteve uma disponibilidade de N na solução do solo adequada às plantas.

RESUMEN Los suelos arenosos de la región Campanha Gaúcha son naturalmente bajos en contenidos de fósforo (P) disponible, por lo que requiere una atención especial con la fertilización previo a la siembra. Sin embargo, aún no existen trabajos de investigación que permitan una calibración adecuada para determinar el contenido de P disponible en suelos para el cultivo de vides viníferas jóvenes. El objetivo de esta investigación fue evaluar la fertilización fosfatada en las variedades jóvenes de vid Chardonnay y Pinot Noir a fin de sugerir dosis a la recomendación de P, en suelos arenosos. En Octubre de 2011 fueron aplicadas seis dosis de P (0, 10, 20, 40, 60 y 100 kg P2O5 ha-1 año-1) en suelo y transplantadas las variedades Chardonnay (experimento 1) y Pinot Noir (experimento 2). El diseño experimental fue de bloques completos al azar, con tres repeticiones, y diez plantas. Fueron evaluados los contenidos de P en el suelo, en hojas, altura de plantas, diámetro del tallo y materia seca del material podado durante las cosechas del 2011/12 a 2014/15. La adición de dosis crecientes de P incrementó el contenido de P disponible en el suelo después de los tres años del establecimiento de los experimentos cuando las dosis fueron superiores de 40 y 60 de P2O5 ha-1 en las variedades Pinot Noir y Chardonnay, respectivamente. En todos los estados los contenidos en P en suelo, fueron suficientes, por lo tanto, el crecimiento y contenido de P en las Hojas, no fueron afectadas. ABSTRACT Sandy soils of the Campanha Gaúcha region have naturally low levels of available phosphorus (P), which is why special attention to pre-planting fertilization is important. However, there are no studies that enable a proper calibration method to determine P content available in soil for young grapevines. The study aimed to evaluate phosphorus fertilization for young grapevines of Chardonnay and Pinot Noir in order to provide support for the recommendation of P in sandy soils. In October, 2011 we applied six doses of P (0, 10, 20, 40, 60 and 100 kg P2O5 ha-1 yr-1) in soil and transplanted cultivars of Chardonnay (experiment 1) and Pinot Noir (ex-periment 2). The design of each experiment was randomized blocks with ten plants and three replications. We evaluated P content in the soil and leaves. We determined plant height, stem diameter and dry matter of the pruned material from crop seasons 2011/12 to 2014/15. The addition of increasing P doses elevated P content available in soil three years after implementing the experiments, but exclusively in doses above 40 and 60 kg P2O5 ha-1 in Pinot Noir and Chardonnay, respectively. However, P content in soil for every applied P dose remained below sufficiency level, and therefore growth parameters and leaf P content were virtually unaffected.