Internal drainage and nitrate leaching in a typic hapludox under a maize-brachiaria-maize succession at different nitrogen fertilizer rates

A adubação nitrogenada ideal deve ser definida para satisfazer a necessidade da cultura, mas com o mínimo de risco ao ambiente. Para isso, é necessário que a recomendação da adubação nitrogenada seja a mais exata possível. O presente trabalho foi desenvolvido em um solo de textura areno-argilosa, com o objetivo de avaliar a drenagem interna e a lixiviação de NO3- à profundidade de 0,80 m com o tempo, em uma sucessão de culturas sob plantio direto, utilizando-se sulfato de amônio marcado com o isótopo estável 15N, em diferentes doses. As avaliações foram feitas em dois cultivos de milho safrinha, o primeiro no ano agrícola de 2006 e o segundo em 2007, e em um de braquiária na entressafra. Os tratamentos consistiram de doses de N de 60, 120 e 180 kg ha-1, na forma de sulfato de amônio marcado (15N), e um tratamento testemunha, sem aplicação de N. O adubo marcado foi aplicado em subparcelas previamente definidas, apenas no primeiro cultivo do milho (safra 2006). A drenagem interna foi obtida a partir da densidade de fluxo de água calculada pela equação de Darcy-Buckingham, na qual a condutividade hidráulica e o gradiente de potencial total foram estimados a partir de leituras diárias de tensiômetros de mercúrio, instalados nas profundidades de 0,70, 0,80 e 0,90 m. A condutividade hidráulica em função do potencial mátrico na profundidade de 0,80 m foi determinada, no campo, pelo método do perfil instantâneo, usando tensiômetros e curvas de retenção. A densidade de fluxo de água foi também usada, juntamente com a concentração de NO3- e a porcentagem de átomos de 15N da solução no solo, para estimar a lixiviação do NO3-total e daquele derivado do fertilizante. A solução no solo foi coletada por meio de extratores com cápsula porosa, instalados na profundidade de 0,80 m. A drenagem interna diminuiu com o aumento das doses de N aplicadas para a sucessão de culturas estudada, variando de 31,5 a 73,4 % da precipitação pluvial total (97 mm) durante o primeiro cultivo de milho, de 26,1 a 58,1 % da precipitação pluvial total (695 mm) no cultivo da braquiária e pousio e de 56,6 a 87,4 % do total de 419 mm de precipitação pluvial no segundo cultivo de milho. A lixiviação de NO3-total (do fertilizante e outras fontes) foi muito baixa no primeiro cultivo de milho em todas as doses de N e significativa para as doses de 120 e 180 kg ha-1 nos períodos da cultura de braquiária mais pousio (26,16 kg ha-1 para a dose de 120 e 39,8 kg ha-1 para a de 180 kg ha-1) e da segunda cultura de milho (aproximadamente 23 kg ha-1 para ambas as doses). A lixiviação de NO3-proveniente do fertilizante foi praticamente nula no primeiro cultivo de milho e, em geral, baixa durante o cultivo de braquiária e o segundo cultivo de milho.The ideal N fertilization should be defined to satisfy the crop needs, but with minimum environmental risk. For this purpose, N fertilizer recommendations must be as accurate as possible. This study was carried out in a sand-clay soil (22 º 42 ' 30 '' S; 47 º 38 ' 00 '' W; 546 m asl) and the objective was to evaluate the internal drainage and nitrate leaching during the cycles of three crops in succession under no-tillage at a soil depth of 0.80 m, using different doses of 15N -labeled ammonium sulphate. The crop succession consisted of: maize in 2006 followed by brachiaria plus fallow and finally maize in 2007. Labeled N fertilizer rates of 60, 120 and 180 kg ha-1 and a control (no N) were tested. The labeled fertilizer was applied to previously defined subplots, only to maize in 2006. Internal drainage was derived from the soil-water flux density calculated by the Darcy-Buckingham equation in which the hydraulic conductivity and total water potential gradient were estimated based on daily readings of Hg tensiometers at depths of 0.70, 0.80 and 0.90 m. The hydraulic conductivity was determined in the field as a function of soil-water matric potential at a depth of 0.80 m, by the instantaneous profile method, using tensiometers and soil-water retention curves. The soil-water flux density was also used, together with nitrate concentration and the 15N atom % in soil solution, to estimate nitrate leaching of both total and fertilizer nitrate. Internal drainage decreased with the increase of applied N levels to the crop succession, changing from 31.5 to 73.4 % of the total rainfall (97 mm) in the first maize, from 26.1 to 58.1 % of the total rainfall (695 mm) in brachiaria + fallow, and from 56.6 to 87.4 % of the 419 mm of total rainfall in the second maize crop. The leaching of total nitrate (from fertilizer and other sources) was very low in the first maize crop for all applied N levels and significant for the rates of 120 and 180 kg ha-1 in the periods of brachiaria plus fallow (26.16 for 120 kg ha-1 and 39.8 for 180 kg ha-1) and of the second maize crop (approximately 23 kg ha-1 for both levels). There was no N leaching from fertilizer in the first maize crop and N leaching was very low in the brachiaria and second maize crop.FAPES

MAIZE NITROGEN RECOVERY FOR DIFFERENT APPLICATION LEVELS AND SPLITS OF NITROGEN FERTILIZER

The objective of this work was to analyze the nitrogen recovery of maize crops growing in the soil under the no-tillage management system, using different levels and splits of N. The experiment was carried out in a sandy-loam soil, located in the ESALQ/USP campus and consisted of two maize croppings (2003/04 and 2004/05) and one black oat cropping grown in the interval between 2003/04 and 2004/05. The experimental design was randomized blocks with four replications, in an incomplete factorial (3x2) scheme + 1 (control: 0 kg ha-1 of N). Three levels (60, 120 and 180 kg ha-1) and two splits (30 or 60 kg ha-1 at sowing and the balance in cover) of N were used. The 15N-labelled fertilizer application, performed in order to use the isotope method, was carried out in the level of 120 kg ha-1 in subplots only in the first maize cropping. The following were evaluated: amount of N in plants, 15N abundance fertilizer recovering by plants of the three croppings using both methods of the difference and isotope. The nitrogen recovery, by the difference method, after all croppings of maize, did not decrease with the increase of the applied nitrogen level and, for the level of 120 and 180 kg ha-1 of N, the applications of 60 kg ha-1 at sowing showed the highest N recovery by the plants. For the level of 120 kg ha-1 of N, the plant N recovery (in percent) obtained by the method of the difference, after the first maize cropping, was 78,5% (in average) overestimated in comparison with the value found by the isotope method. The difference method should not be used in residual effect studies

Internal drainage and nitrate leaching in a corn-black oat-corn succession with two split nitrogen applications

Excessive nitrate leaching represents a potential groundwater contamination. This study was carried out in an experiment area located in the city of Piracicaba/SP- Brazil, on a sandy-clayey loam soil. The objective was to evaluate internal drainage and nitrate leaching at the depth of 0.80 m in a crop succession, using 15N-labeled ammonium sulfate, in two split N applications. Evaluations were based on two corn crops, the first grown during the 2003/2004 cropping season, and the second in the 2004/2005 season, and on a black oat crop grown during the off-season. Treatments consisted of a single 120 kg N ha-1 rate, in the form of labeled (15N) ammonium sulfate, and two split N applications at 30-90 and 60-60 kg N ha-1. The fertilizer was applied in previously-defined subplots, in the first corn cultivation only (2003/04 cropping season). Evaluations included: soil physical and water content characterization; water flux density in the soil, and nitrate leaching at a 0.80 m depth; nitrogen in the soil solution derived from the fertilizer and 15N recovery by the soil solution at the end of the corn and black oat crop cycles. Loss by leaching in the 1st corn cultivation was approximately 96 and 68 kg ha-1 nitrate, for treatments with 60 kg ha-1 and 30 kg N ha-1 applied at seeding, respectively, of which only 3 and 1 kg ha-1 were from the nitrogen fertilizer.A lixiviação excessiva de nitrato pode ocasionar a contaminação de corpos d'água. O presente trabalho foi desenvolvido em área experimental no município de Piracicaba/SP - Brasil, em um solo de textura areno-argilosa. O experimento teve como objetivo avaliar a drenagem interna e a lixiviação de nitrato à profundidade de 0,80 m com o tempo em uma sucessão de culturas, utilizando-se sulfato de amônio marcado com 15N, com dois parcelamentos de N. As avaliações foram feitas em dois cultivos de milho, o primeiro no ano agrícola 2003/2004, o segundo em 2004/2005, e um de aveia-preta na entressafra. Os tratamentos consistiram de uma dose única de 120 kg ha-1 de N, na forma de sulfato de amônio marcado (15N) e os dois parcelamentos de N foram 30-90 e 60-60 kg N ha-1. O adubo foi aplicado em subparcelas, previamente definidas, apenas no primeiro cultivo do milho (safra 2003/04). Foram avaliados: caracterização físico-hídrica do solo; densidade de fluxo de água no solo e lixiviação de nitrato na profundidade de 0,80 m; nitrogênio na solução do solo proveniente do fertilizante e recuperação de 15N pela solução do solo na profundidade de 0,80 m no final do ciclo das culturas de milho e aveia preta. A perda por lixiviação, a 0,80 m de profundidade, no 1º cultivo de milho, foi de aproximadamente 96 e 68 kg ha-1 de nitrato, para os tratamentos com 60 kg ha-1 e 30 kg ha-1 de N aplicado na semeadura, respectivamente, dos quais apenas 3 e 1 kg ha-1 foram provenientes do fertilizante nitrogenado

Doses de nitrogênio e componentes do balanço hídrico em fases fenológicas do milho

Determining the intensity of the water balance components in the control volume of a soil, and consequently defining the most likely periods of occurrence of a water deficit in a crop, is an exercise that requires knowledge about soil, climate and plant factors. This research aimed to evaluate soil water balance components at phenological stages of corn (Zea mays L.) under no-till system, when fertilized with 60, 120, and 180 kg ha-1 of nitrogen. The field experiment was carried out in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, on a Typic Hapludox. Evaluations were made in the 2004/2005 and 2005/2006 corn cropping seasons, divided over three stages according to the plant's phenology. Runoff was not taken into account. Measurements were made for precipitation (P), internal drainage (D) (or capillary rise) at a 0.8 m depth, and water storage variation (Δh) in the soil layer from 0.0-0.80 m; actual evapotranspiration (ET) was considered the unknown quantity of the equation. Corn grain yield was evaluated as well. In general, the soil water balance components were modified by N doses, because the soil had been relatively smaller Δh in treatments involving N application than in the treatment without N, resulting in smaller D values in those treatments, which resulted in greater absorption by the plants and greater ET. As expected, the plant developmental stage II had a higher ET value.Determinar a intensidade dos componentes do balanço de água no solo num certo volume de controle de solo e, por conseguinte, a definição dos períodos mais prováveis de déficit hídrico para a cultura, está relacionada ao conhecimento de fatores do solo, do clima e da planta. Avaliaram-se componentes da equação do balanço de água no solo para fases fenológicas do milho (Zea mays L.), sob sistema de plantio direto, adubado com 60, 120 e 180 kg ha-1 de nitrogênio. O experimento foi conduzido em Piracicaba, SP, num Latossolo Vermelho-Amarelo. A avaliação foi feita nas safras 2004/2005 e 2005/2006 de milho dividindo-as em três fases de acordo com a fenologia da planta. O deflúvio superficial foi desconsiderado, e foram medidas a precipitação pluvial (P), a drenagem interna (D) (ou ascensão capilar) na profundidade de 0,8 m, a variação da armazenagem (Δh) na camada de solo de 0,0-0,80 m, e a evapotranspiração real (ET) foi considerada como incógnita da equação. Também, avaliou-se o rendimento de grãos de milho. De forma geral, os componentes da equação do balanço foram alterados pelas doses de N, uma vez que nos tratamentos com aplicação de N, o solo mostrou uma Δh relativamente menor que o tratamento sem N, refletindo em menor valor de D nesses tratamentos, sendo traduzido em maior absorção pelas plantas bem como maior ET. A fase II de desenvolvimento das plantas apresentou maior ET como esperado

Nitrogen fertilizer leaching in an Oxisol cultivated with sugarcane

Nitrogen (N) leaching below the crop-rooting zone represents not only a valuable loss of nutrients for the plant, but also a potential pollution source of groundwater. The objective of this work was to quantify leaching losses of native N and that derived from fertilizer in an Oxisol that was cultivated with sugarcane (Saccharum officinarum) during the crop plant cycle. The sugarcane was planted and fertilized with urea in the planting furrow, with 120 kg ha-1 of N. In order to determine the fate of the fertilizer - N, four microplots with 15N enriched fertilizer were installed. Input and output of N at the depth of 0.9 m were quantified from the flux density of water and the N concentration in soil solution. During the evaluation period the rainfall was 141 mm less than the historical average (1,315 mm), and the climate was drier than normal in January. The average concentration of mineral N in soil solution was 1.8 mg L-1. The abundance of 15N was very high at the beginning (first week) of the assessment period and remained approximately constant (0.453 atom% of 15N) until the end of the period. The internal drainage was 91 mm of water and the N leaching loss was 1.1 kg ha-1 of N, with only 54 g ha-1 derived from fertilizer. Therefore, under high demand of N by the crop in a system without burning before planting, the leaching of N was not considerable, mainly because the surplus of water between the months of December and March was lower than expected and also because the extraction of nitrogen by the crop was high.A lixiviação de nitrogênio (N) abaixo da zona radicular representa uma valiosa perda do nutriente para as plantas e uma fonte potencial de poluição do lençol freático. Quantificaram-se as perdas de N por lixiviação num Latossolo Vermelho Amarelo cultivado com cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) durante o ciclo agrícola de cana-planta. A cultura foi implantada e fertilizada no sulco com 120 kg ha-1 de N-uréia. Para conhecer o destino do fertilizante, foram instaladas quatro microparcelas onde o fertilizante era marcado com o isótopo 15N. As entradas e saídas de N a 0,9 m de profundidade foram quantificadas diariamente pela densidade de fluxo de água e a concentração de N da solução no solo. No período de avaliação, a precipitação pluvial foi 141 mm menor que a média histórica (1.315 mm) sendo janeiro mais seco que o normal. A concentração de N mineral média foi 1,8 mg L-1. A abundância de 15N foi superior à abundância natural do isótopo, especialmente no início do período de avaliação, permanecendo logo constante (0,453% de 15N). A drenagem interna foi de 91 mm de água e a perda por lixiviação foi 1,1 kg ha-1 de N com apenas 54 g ha-1 derivados do fertilizante. Portanto, com elevada demanda de nutrientes e elevada incorporação de restos culturais, não foram registradas perdas apreciáveis de N por lixiviação devido ao fato de o excedente de água entre os meses de dezembro e março ter sido menor que o esperado e pela elevada extração de N pela cana-de-açúcar

Deficiência hídrica, vermiculita e cultivares I. Efeito na produtividade do arroz

The effect of four irrigation levels and two vermiculite treatments on the yield of three rice cultivars (Oryza sativa L.) (IAC 47, IRAT 13 and IET 1444) was studied in a greenhouse experiment. The treatments included the irrigation levels corresponding to 55, 70, 85 and 100% of maximum evapotranspiration with and without vermiculite incorporation in the soil at 10% concentration on volume basis. The incorporation of vermiculite into the soil increased the pH, CEC, exchangeable cation (Ca, Mg and K) concentration and decreased the exchangeable aluminium concentration. It did not affect the grain yield nor the water use efficiency (WUE). Under conditions of water stress the cultivar IRAT 13 exhibited greater grain yield stability, WUE, harvest index (HI) and root/shoot ratio as compared to the other cultivars, indicating that it possesses better adaptation to water stress. The water stress decreased the number of filled grains per panicle, grain weight, grain yield, total dry matter yield, plant height, HI, WUE and increased the percentage of unfilled grains, growth duration and root dry matter yield. Further, while the root/shoot ratio of the upland cultivars increased, it did not significantly affect that of the lowland cultivar.Os efeitos de quatro lâminas d'água, correspondentes a 55, 70, 85 e 100% da evapotranspiração máxima, e de dois tratamentos de vermiculita (sem e com adição de 10% em volume ao solo) na produtividade das cultivares de arroz (Oryza sativa L.) IAC 47, IRAT 13 e IET 1444, foram estudados em um experimento em vasos. A adição de vermiculita aumentou o pH, a CTC e os teores trocáveis de cálcio, magnésio e potássio, e diminuiu o teor de alumínio. Ela, entretanto, não afetou a produtividade do arroz nem a eficiência do uso da água (EUA). Em condições de deficiência hídrica, a cultivar IRAT 13 apresentou maior estabilidade de produção, maior EUA, maior índice de colheita (IC) e maior relação raiz/colmo do que as outras, indicando maior adaptação ao estresse hídrico. A deficiência hídrica reduziu o número de grãos cheios por panícula, o peso dos grãos, o rendimento de grãos e de matéria seca total, a altura total das plantas, o IC, a EUA e aumentou a percentagem de grãos vazios, a duração do ciclo e o rendimento de matéria seca das raízes. Ela aumentou a relação raiz/colmo das cultivares de sequeiro, mas não afetou a da cultivar de arroz irrigado

DISTRIBUTION OF NITROGEN AMMONIUM SULFATE (N-15) SOIL-PLANT SYSTEM IN A NO-TILLAGE CROP SUCCESSION

DISTRIBUTION OF NITROGEN AMMONIUM SULFATE (N-15) SOIL-PLANT SYSTEM IN A NO-TILLAGE CROP SUCCESSION The N use by maize (Zea mays, L.) is affected by N-fertilizer levels. This study was conducted using a sandy-clay texture soil (Hapludox) to evaluate the efficiency of N use by maize in a crop succession, based on N-15-labeled ammonium sulfate (5.5 atom %) at different rates, and to assess the residual fertilizer effect in two no-tillage succession crops (signalgrass and corn). Two maize crops were evaluated, the first in the growing season 2006, the second in 2007, and brachiaria in the second growing season. The treatments consisted of N rates of 60, 120 and 180 kg ha(-1) in the form of labeled N-15 ammonium sulfate. This fertilizer was applied in previously defined subplots, only to the first maize crop (growing season 2006). The variables total accumulated N; fertilizer-derived N in corn plants and pasture; fertilizer-derived N in the soil; and recovery of fertilizer-N by plants and soil were evaluated. The highest uptake of fertilizer N by corn was observed after application of 120 kg ha(-1) N and the residual effect of N fertilizer on subsequent corn and Brachiaria was highest after application of 180 kg ha(-1) N. After the crop succession, soil N recovery was 32, 23 and 27 % for the respective applications of 60, 120 and 180 kg ha(-1) N

Water stress, vermiculite and cultivars. II. Effect on nitrogen utilization by rice

Os efeitos de quatro lâminas d’água, correspondentes a 55, 70, 85 e 100% da evapotranspiração máxima, aplicadas diariamente do inicio da fase reprodutiva até a colheita, e de dois tratamentos de vermiculita (sem e com adição de 10% em volume ao solo), na utilização do nitrogênio por três cultivares de arroz (Oryza sativa L.) (IAC 47, IRAT 13 e IET 1444), foram estudados em um experimento em vasos, utilizando-se amostras da camada de 0 cm – 20 cm de um Latossolo Vermelho-Escuro. A adição de vermiculita ao solo reduziu o teor de nitrogênio nas plantas, a sua absorção de nitrogênio e a eficiência de utilização do fertilizante nitrogenado, provavelmente por causa da fixação de amônio. A deficiência hídrica também reduziu os dois últimos parâmetros; entretanto, o seu efeito sobre o teor de nitrogénio nas plantas variou em função da sua intensidade. As plantas de arroz absorveram o nitrogênio nativo e o proveniente do fertilizante aproximadamente na mesma proporção, independentemente do nível de estresse hídrico considerado. Entre as cultivares testadas, a IET 1444 apresentou maior teor de nitrogênio e, em condições de deficiência hídrica, menor redução na absorção deste elemento.The effect of four irrigation levels and two vermiculite treatments on the nitrogen utilization by three rice (Oryza sativa L.) cultivars (IAC 47, IRAT 13 and IET 1444) was studied in a greenhouse experiment using soil surface samples (0 cm -20 cm) of a Dark-Red Latosol (Haplustox). The treatments included the irrigation levels corresponding to 55, 70, 85 and 100% of maximum evapotranspiration with and without vermiculite incorporation in the soil at 10% concentration on volume basis. The irrigation treatments were administered daily from the beginning of the reproductive phase until harvesting. The incorporation of vermiculite into the soil reduced the plant nitrogen concentration, the nitrogen uptake and the nitrogen fertilizer utilization efficiency, probably due to ammonium fixation. Water stress also reduced the last two parameters. However, its effect on the plant nitrogen concentration varied with the stress intensity. Rice plants absorbed soil nitrogen in the same proportion as nitrogen derived from fertilizer, regardless of the water stress level. The cv. IET 1444 contained the highest nitrogen concentration and, under water stress conditions, showed the smallest reduction in the nitrogen uptake among the tested cultivars

Water stress, vermiculite and cultivars III. Effect on nitrogen balance in the soil-plant system in rice

Estudou-se, em experimento em vasos, o efeito de quatro lâminas d'água, de dois tratamentos de vermiculita (sem e com adição de 10% em volume ao solo) e de três cultivares de arroz (Oryza sativa L.) (IAC 47, IRAT 13 e IET 1444) sobre o balanço do nitrogênio no sistema solo-planta. As diferentes lâminas d'água corresponderam a 55%, 70%, 85% e 100% da evapotranspiração máxima. A deficiência hídrica reduziu a absorção do nitrogênio proveniente do fertilizante. A adição de vermiculita ao solo também reduziu a absorção, provavelmente por causa da fixação de amônio. Entre as cultivares estudadas, a IET 1444 foi a que absorveu mais nitrogênio. Do total do nitrogênio aplicado como fertilizante, 10% a 20% permaneceram no solo. A extração pelas plantas variou de 67% a 90%, e de 58% a 86%, na ausência e na presença de vermiculita, respectivamente. Com ouso do fertilizante nitrogenado marcado foi possível contabilizar de 78% a 100% do total do nitrogênio fornecido ao sistema solo-planta em estudo. A incorporação de vermiculita ao solo reduziu a quantidade de nitrogênio marcado recuperado, em virtude, provavelmente, da não-extração do nitrogênio fixado por ela quando da determinação do nitrogênio total do solo. A deficiência hídrica também reduziu esta quantidade, por favorecer as perdas por volatilização.The effect of four irrigation levels, two vermiculite treatments and three rice cultivars (Oryza sativa L.) (IAC 47, IRAT 13 and IET 1444) on the nitrogen balance in the soil-plant system was studied in a greenhouse experiment. The treatments included the irrigation levels corresponding to 55%, 70%, 85% and 100% of maximum evapotranspiration with and without vermiculite incorporation in the soil at 10% concentration on volume basis. Water stress decreased rice plant uptake of nitrogen derived from the fertilizer. The incorporation of vermiculite into the soil also decreased the uptake, probably due the ammonium fixation. The cv. IET 1444 absorbed more nitrogen than the other cultivars tested. About 10% to 20% of the nitrogen supplied as fertilizer remained in the soil. While the plant uptake corresponded to 67% to 9O% in the absence of vermiculite, it was reduced to 58% to 86% in its presence. The use of labelled nitrogen fertilizer permitted to estimate the recovery of 78 to 100% of the total nitrogen supplied to the soil-plant system. The incorporation of vermiculite in the soil decreased the amount of labelled nitrogen recovered, because the nitrogen fixed by vermiculite could not have been totally extracted in the determination of the soil total nitrogen. Water stress also decreased that amount by favoring the volatilization losses