Decision-making on the optimum timing for nitrogen fertilization on sugarcane ratoon

Low efficiency of nitrogen from fertilizers is a major concern worldwide, threatening the sustainability of sugarcane production. The N use efficiency (NUE) by sugarcane can be improved by adopting better fertilizing management practices, reducing environmental impacts. This work evaluated the effects of varying N rates and time of application on stalks and sugar yield in ratoon harvested early in the crop season. The experimental design was a randomized block in a 2 × 4 factorial design and a control (no N) with five replications, including two application times (45 or 90 DAH – days after harvest) and four N rates (50, 100, 150, or 200 kg N ha–1). The time of N fertilizer application promoted differences in stalk yield, as the cumulative yield of two harvests was increased by 8 % (15 Mg ha–1) at 45 DAH when compared to the application at 90 DAH. The application performed at 45 DAH augmented sugar yield by 10 % (2.8 Mg ha–1 of sugar) in relation to 90 DAH. The N rates that promoted the highest sugarcane yield were, respectively, 122 and 144 kg N ha–1 in the first and second crop cycles. The average economical rates obtained for the first and second agricultural cycles were, respectively, 104 and 127 kg N ha–1, demonstrating that the gains by applying high amounts of fertilizers (rates above 150 kg N ha–1) may not cover the investment

Damages caused by the borer‑rot complex to the productivity and quality of sugarcane fertigated with nitrogen doses

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da fertirrigação nitrogenada sobre os danos causados pelo complexo broca‑podridão à produtividade e à qualidade da cana‑de‑açúcar. O experimento foi realizado em campo, em delineamento de blocos ao acaso, com quatro repetições e cinco doses de N (0, 50, 100, 150 e 200 kg ha-1), aplicadas por irrigação por gotejamento. Quantificaram-se as seguintes variáveis: número de orifícios causados por Diatraea saccharalis (Lepidoptera: Crambidae); número de internódios infectados com a podridão‑vermelha; percentagem de incidência de podridão‑vermelha; produtividade de colmos; e teor de açúcar. Em laboratório, foram avaliados a atratividade e o consumo de fragmentos de colmos por lagartas de quarto instar, em testes com ou sem chance de escolha. A irrigação nitrogenada aumentou a incidência de D. saccharalis e de podridão‑vermelha. O número de orifícios causados pelas lagartas correlacionou-se à ocorrência de podridão‑vermelha. A percentagem de açúcar diminuiu com o aumento do número de internódios danificados pela podridão‑vermelha. As doses de N não afetaram a atratividade dos fragmentos de colmos de cana‑de‑açúcar; no entanto, maiores doses de N fertilizante aumentaram o consumo destes fragmentos por lagartas de D. saccharalis. Apesar dos danos à qualidade, a adubação nitrogenada aumentou expressivamente a produtividade de colmos e de açúcar.The objective of this work was to evaluate the effect of nitrogen‑fertigation on the damage caused by the borer‑rot complex to the productivity and quality of fertigated sugarcane. The experiment was carried out in field, using a randomized complete block design, with four replicates and five N doses (0, 50 100, 150, and 200 kg ha-1) applied through drip irrigation. The following variables were determined: number of holes caused by Diatraea saccharalis (Lepidoptera: Crambidae); number of internodes infected with red rot; incidence percentage of red rot; stalk productivity; and sugar content. In laboratory, the attractiveness and the consumption of culm fragments by fourth instar caterpillars, in trials with or without choice, were evaluated. Nitrogen fertigation increased the incidence of D. saccharalis and red rot. The number of holes produced by the larvae was correlated with the occurrence of red rot. Sugar percentage reduced with the increase in the number of red rot affected internodes. Nitrogen doses did not affect the attractiveness of sugarcane culm fragments; however, higher N doses increased the consumption of these fragments by D. saccharalis caterpillars. Despite the damages to quality, nitrogen fertilization expressively enhanced the productivity of stalks and sugar

Interaction between nitrogen and water availability over isotopic discrimination of 13C and ratoon sugarcane production

A cana-de-açúcar tem significativa importância nas regiões tropicais e subtropicais do mundo. O Brasil tem importância mundial como maior produtor de cana-de-açúcar, etanol e açúcar, no entanto, a produtividade da cultura ainda é baixa em muitas regiões do país, principalmente devido à deficiência hídrica e de nitrogênio. Estimar as perdas de produtividade causada por estresse hídrico e de N com métodos de experimentação convencionais nem sempre apresentam resultados satisfatórios. Este trabalho teve como objetivos quantificar em cana-de-açúcar fertirrigada com doses crescentes de N-fertilizante e duas disponibilidades hídricas contrastantes, os estresses a N (deficiência ou excesso) e o déficit hídrico por meio do fracionamento isotópico de carbono (\'delta\'13C) e da produtividade de cana-de-açúcar, assim como, correlacionar o \'delta\'13C com o acúmulo de massa seca de colmos nos tratamentos com e sem aplicação de N e em duas disponibilidades de água no solo (regime irrigado e de sequeiro); quantificar acúmulo de matéria seca em três compartimentos da planta (folha seca, ponteiro e colmo), correlacionando os resultados obtidos com avaliações fisiológicas como índice SPAD, IAF e biométricas como altura, diâmetro, perfilhos ao longo do ciclo de desenvolvimento da cultura. O estudo foi desenvolvido no município de Jaú, no Estado de São Paulo, nas coordenadas geográficas de: 22°17\'S 48°34\'O, em Latossolo Vermelho. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados com quatro repetições. O cultivar de cana-de-açúcar foi o SP80-3280. Utilizou-se quatro doses de N, 50, 100, 150 e 200 kg ha-1, aplicadas por fertirrigação subsuperficial e mais um tratamento controle sem N, para estimar acúmulo de fitomassa e de N na parte aérea de cana-de-açúcar. Para quantificar as perdas de produtividade causadas por deficiência hídrica e de N foram usados os tratamentos: T1-sequeiro não fertilizado com N; T2-irrigado não fertilizado com N; T3-sequeiro e fertilizado com N; e T4-irrigado e fertilizado com N. Foi verificada resposta linear das variáveis fisiológicas, morfológicas e da produção de biomassa da cultura em função das doses de N. O teor de N e índice Spad da folha +1 ajustaram-se ao modelo linear decrescente. A elevação da dose de N de 100 para 200 kg ha-1 N aumentou o acúmulo de matéria seca da parte aérea em 20 Mg ha-1, e de N em 95 kg ha-1, incrementos também observados nas taxas de produção matéria seca e taxas de acúmulo de N. O \'delta\'13C (\'por mil\') apresentou correlação negativa com a produtividade de colmos (R2= 0,69, p<0,05) e a MSPA (R2= 0,69, p<0,05) nas diferentes doses de N aplicadas. Verificou-se aumento linear na produtividade de colmos e de açúcar com um incremento respectivamente de 60 e 8 Mg ha-1 em função das doses de N aplicadas junto à irrigação. Os maiores valores de fracionamento dos isótopos de carbono (\'delta\'13C) foram obtidos para o tratamento com deficiência de N e elevado déficit hídrico (T1), enquanto que para o tratamento T4 (adubação com N e baixo déficit hídrico) foram verificados valores de \'delta\'13C inferiores. A medida do fracionamento isotópico de carbono mostrou-se eficiente na avaliação de estresse da cana-de-açúcar, podendo ser utilizado como um indicador de déficit hídrico e deficiência de N nessa culturaThe sugarcane crop has an important contribution in sub tropical and tropical regions around the world, which Brazil the major producer of sugarcane crop, sugar and ethanol. However, the sugarcane yield is still very low in many regions of this country, mainly due to water stress and nitrogen supply. Understand the loss sugarcane production related with water and nitrogen stress using experimental classical methodology not always has obtained conclusive results. This work has evaluated the impact of water and nitrogen (N) stress by discrimination of 13C (\'delta\'13C) and sugarcane production in a ratoon over fertirrigation system, where 2 water supply and 5 N level were applied. The results of isotopic technique (\'delta\'13C) were correlated with a several parameters like sugarcane production, biomass accumulation (tops, stalks and dry leaves), and, others physiologic parameters (SPAD index, foliar area, diameter, tillering and height) evaluated throughout crop cycle. The research was performed in Jaú county, São Paulo State, Brazil (22°17\'S 48°34\'O), over Rhodic Eutrudox condition. The randomized block design was used with 4 replication per treatment. The sugarcane cultivar SP80-3280 was submitted a 5 N rates (0, 50, 100, 150 e 200 kg ha-1 N) which were applied by fertirrigation system. Further, 4 treatments were used to estimate the N and water stress, such as: T1- without water irrigation and N application; T2 - water irrigation without N supply; T3 - without water irrigation but with N application; T4 - with water irrigation and N fertilization. The results showed linear increase in physiologic, morphologic parameters and biomass production related N rates applied. The N content and SPAD index of leaf +1 correlated a linear decreasing model. The elevation of dose of 100 to 200 kg N ha-1 no increased dry matter accumulation of aboveground in 20 Mg ha-1, and N in 95 kg ha-1, increments also observed in dry matter production rates and rates of accumulation of N. The data of 13C (\'delta\'13C) had a negative correlation between sugarcane production (R2= 0.69, p<0.05) and biomass (R2= 0.69, p<0.05) and N rates. Verified an increase linear in productivity of stalks and sugar with an increment respectively of 60 and 8 Mg ha-1 as a function of applied doses of N along the irrigation. The higher value of 13C (\'delta\'13C) were observed when took place N and water stress (T1), whilst the treatment with N application and water irrigation (T4) showed the lowest value of 13C discrimination (\'delta\'13C). The 13C discrimination (\'delta\'13C) was efficient to evaluate stress in sugarcane crop, can be used as an indicator of water deficit and deficiency of N to in this cultur

Nitrogen use efficiency by sugarcane: genotypic differences, ammonium preference and N2O emission

O uso ineficiente do nitrogênio (N) é um problema global, que pode diminuir a sustentabilidade da produção agrícola da cana-de-açúcar para fins energéticos devido às emissões de N2O oriundas da fertilização nitrogenada. A eficiência de utilização de nitrogênio (EUN) tem sido pouco estudada em genótipos de cana-de-açúcar, o que pode ser preocupante devido a importância da cultura para o país. O objetivo desse estudo foi avaliar a EUN de genótipos de cana-de-açúcar, verificando se genótipos contrastantes tem preferência de absorção por amônio ao invés de nitrato, e checar se extratos radiculares de Brachiaria humidicola e Saccharum spontaneum aumentam a eficiência de utilização de N pela cultura. Para isso três experimentos foram desenvolvidos em condições controladas em casa-de-vegetação e câmara de crescimento. No primeiro deles, 18 genótipos foram submetidos a dois níveis de N: limitante (baixo N) e suficiente (alto N). Posteriormente, quatro genótipos selecionados quanto a EUN do primeiro experimento, foram cultivados em câmara de crescimento por 69 dias, onde receberam quantidades conhecidas de N-fertilizante marcado ou no 15NH4+ ou no 15NO3-, sendo avaliados 24 e 72 horas após a aplicação do fertilizante marcado. Um terceiro ensaio foi realizado, em que extratos radiculares de Brachiaria humidicola (BCH) e Saccharum spontaneum (SCS) foram aplicados ao solo com o intuito de verificar seu potencial como inibidor da nitrificação, comparando-os com a dicianodiamida (DCD), e seu efeito para o aumento do aproveitamento do N pela cana-de-açúcar. No experimento de EUN verificou-se grande variação entre os genótipos. Dos 18 genótipos avaliados, seis foram classificados como responsivos a N e eficientes na utilização de N, três foram não eficientes e responsivos; dois foram eficientes e não responsivos, e sete não eficientes e não responsivos. Esse resultado comprova que a recomendação da adubação nitrogenada pode realmente estar pouco precisa, pois não leva em consideração a EUN de cada genótipo, sendo realizada uma aplicação genérica. As medições de fotossíntese mostraram que os genótipos mais eficientes na utilização do N, não necessariamente possuem as taxas fotossintéticas mais elevadas, estando a EUN diretamente relacionada à quantidade de raízes das plantas. No segundo trabalho, verificou-se que o N na planta proveniente do fertilizante (NPPF), 72 horas após a aplicação do N, foi 36% menor quando a fonte marcada foi NO3-, atestando que a cana-de-açúcar tem preferência de absorção por amônio em relação ao nitrato nos primeiros dias após a adubação nitrogenada. Por fim, os resultados do terceiro ensaio mostraram que a aplicação de sulfato de amônio (SA), associado ao inibidor sintético DCD, manteve os valores de N-NO3- baixos ao longo de todo período de avaliação (durante 60 dias), enquanto que com SA, SA+BCH e SA+SCS houve um aumento na concentração de nitrato no solo já a partir de 15 dia após a fertilização. O uso de DCD reduziu o fluxo médio de N2O durante o período de avaliação em relação ao uso isolado do fertilizante, o que não foi observado com o uso de extratos de raízes de Brachiaria humidicola e Saccharum spontaneumLow effectiveness of nitrogen (N) from fertilizers is a worldwide concern, which can threaten the sustainability of sugarcane production for energy purposes, due to N2O emissions from nitrogen fertilization. The nitrogen use efficiency (NUE) has been few studied in sugarcane genotypes, which can be an important issue due the importance of crop for Brazil. The aim of this study was to evaluate the NUE of sugarcane genotypes, checking if contrasting genotypes relating to NUE have preference by ammonium absorption instead of nitrate; and testing if root extracts of Brachiaria humidicola and Saccharum spontaneum have potential to increase NUE by sugarcane. For this, three experiments were performed under controlled conditions (glasshouse and growth chambers). In the first trial 18 genotypes were subjected to N rates: limiting (low N) and sufficient (high N). Further, four genotypes were selected regarding to NUE being grown for 69 days at growth chamber, when it received N fertilizer labeled whether 15NH4+ or 15NO3-. After that, the plants were assessed at 0, 24 and 72 hours after N application. The third experiment was carried out to evaluated if root extracts of Brachiaria humidicola (BCH) and Saccharum spontaneum (SCS) have potential as nitrification inhibitor compared to dicyandiamide (DCD) aiming to increase NUE by sugarcane. In the first trial there was great variation of NUE among genotypes. The results of NUE permitted to classify the genotypes relating to NUE as responsive to N and efficient to use N (six genotypes); not efficient and responsive to N (three genotypes); efficient and not responsive to N (two genotypes); not efficient and not responsive to N (seven genotypes). This result showed that recommendation of nitrogen fertilization currently used in Brazil is quite imprecision, because it not consider NUE of each genotype. The photosynthesis index not showed good correlation to NUE. The best NUE was obtained in genotypes with very well root growth (biomass). The second experiment was verified that sugarcane genotypes has preference by ammonium few days after 15N-fertilizer application (72h). The plants fertilized with 15N-nitrate uptake 36% less N than those plants fertilized with 15N-ammonium. The results of third experiment showed that the use of ammonium sulfate (AS) plus DCD kept low the NO3--N content in the soil for whole time of experiment (60 days), whereas with AS, AS + BCH and AS + SCS there was an increase in the nitrate content in the soil after 15 days of fertilization. The use of DCD together to AS reduced the N2O emission compared to plants fertilized with only with AS or with AS and others potential natural inhibitors of nitrification (root extracts of Brachiaria humidicola and Saccharum spontaneum

Efeitos da fertirrigação sobre a ocorrência e danos de Mahanarva fimbriolata (Stål) (Hemiptera: Cercopidae) em cana-de-açúcar

Brazil stands out as the world's largest producer of sugarcane and its productivity is closely related to the availability of water and nitrogen during its development and also to the incidence of pest insects. Among the species most harmful to the sugarcane in Brazil, Mahanarva fimbriolata stands out, which has seriously endangered the yields. In this context, the present study aimed to evaluate the effect of the nitrogen fertirrigation on the incidence and damage caused by M. fimbriolata in sugarcane. The experiment was composed of five treatments and four replications in a randomized block design (RBD). The treatments were composed of four doses of N-fertilizer and control (0, 50, 100, 150, 200 kg.ha-1) in drip irrigation system. The parameters evaluated were: number of nymphs in the roots, stalk productivity, sugar content, percentage of sugar, total recoverable sugar and the agricultural contribution margin. It was observed that the fertirrigation increases the productivity of stalks and sugar with the increase of nitrogen fertilization by irrigation. The use of 200 kg.ha-1 of N-fertilizer increased the incidence of M. fimbriolata up to the control and economic damage levels. The biggest financial yield was obtained with the dose of 150 kg.ha-1 of N-fertilizer.O Brasil se destaca como o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e sua produtividade está intimamente relacionada à disponibilidade de água e nitrogênio durante seu desenvolvimento e também à incidência de insetos-praga. Dentre as espécies mais nocivas à cana-de-açúcar no Brasil, destaca-se Mahanarva fimbriolata, a qual tem comprometido seriamente sua produtividade. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da fertirrigação nitrogenada sobre a incidência e os danos ocasionados por M. fimbriolata em cana-de-açúcar. O experimento foi composto por cinco tratamentos e quatro repetições em delineamento de blocos casualizados (DBC). Os tratamentos foram constituídos por quatro doses de N-fertilizante e controle (0, 50, 100, 150 e 200 kg.ha-1) em sistema de irrigação por gotejamento. Os parâmetros avaliados foram: número de ninfas nas raízes, produtividade de colmos (TCH), produtividade de açúcar (TPH), açúcar total recuperável (ATR), pol de cana corrigido (PCC) e margem de contribuição agrícola. Foi observado que a produtividade de colmos e de açúcar aumentou com a adubação nitrogenada por meio da irrigação. O uso de 200 kg.ha-1 de N-fertilizante elevou a incidência de M. fimbriolata até os níveis de controle e dano econômico. O maior rendimento financeiro foi obtido com a dose de 150 kg.ha-1 de N-fertilizante

Danos do complexo broca-podridão à produtividade e à qualidade da cana-de-açúcar fertirrigada com doses de nitrogênio

The objective of this work was to evaluate the effect of nitrogen-fertigation on the damage caused by the borer-rot complex to the productivity and quality of fertigated sugarcane. The experiment was carried out in field, using a randomized complete block design, with four replicates and five N doses (0, 50 100, 150, and 200 kg ha-1) applied through drip irrigation. The following variables were determined: number of holes caused by Diatraea saccharalis (Lepidoptera: Crambidae); number of internodes infected with red rot; incidence percentage of red rot; stalk productivity; and sugar content. In laboratory, the attractiveness and the consumption of culm fragments by fourth instar caterpillars, in trials with or without choice, were evaluated. Nitrogen fertigation increased the incidence of D. saccharalis and red rot. The number of holes produced by the larvae was correlated with the occurrence of red rot. Sugar percentage reduced with the increase in the number of red rot affected internodes. Nitrogen doses did not affect the attractiveness of sugarcane culm fragments; however, higher N doses increased the consumption of these fragments by D. saccharalis caterpillars. Despite the damages to quality, nitrogen fertilization expressively enhanced the productivity of stalks and sugar.O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da fertirrigação nitrogenada sobre os danos causados pelo complexo broca-podridão à produtividade e à qualidade da cana-de-açúcar. O experimento foi realizado em campo, em delineamento de blocos ao acaso, com quatro repetições e cinco doses de N (0, 50, 100, 150 e 200 kg ha-1), aplicadas por irrigação por gotejamento. Quantificaram-se as seguintes variáveis: número de orifícios causados por Diatraea saccharalis (Lepidoptera: Crambidae); número de internódios infectados com a podridão-vermelha; percentagem de incidência de podridão-vermelha; produtividade de colmos; e teor de açúcar. Em laboratório, foram avaliados a atratividade e o consumo de fragmentos de colmos por lagartas de quarto instar, em testes com ou sem chance de escolha. A irrigação nitrogenada aumentou a incidência de D. saccharalis e de podridão-vermelha. O número de orifícios causados pelas lagartas correlacionou-se à ocorrência de podridão-vermelha. A percentagem de açúcar diminuiu com o aumento do número de internódios danificados pela podridão-vermelha. As doses de N não afetaram a atratividade dos fragmentos de colmos de cana-de-açúcar; no entanto, maiores doses de N fertilizante aumentaram o consumo destes fragmentos por lagartas de D. saccharalis. Apesar dos danos à qualidade, a adubação nitrogenada aumentou expressivamente a produtividade de colmos e de açúcar

Decision-making on the optimum timing for nitrogen fertilization on sugarcane ratoon

ABSTRACT: Low efficiency of nitrogen from fertilizers is a major concern worldwide, threatening the sustainability of sugarcane production. The N use efficiency (NUE) by sugarcane can be improved by adopting better fertilizing management practices, reducing environmental impacts. This work evaluated the effects of varying N rates and time of application on stalks and sugar yield in ratoon harvested early in the crop season. The experimental design was a randomized block in a 2 × 4 factorial design and a control (no N) with five replications, including two application times (45 or 90 DAH – days after harvest) and four N rates (50, 100, 150, or 200 kg N ha−1). The time of N fertilizer application promoted differences in stalk yield, as the cumulative yield of two harvests was increased by 8 % (15 Mg ha−1) at 45 DAH when compared to the application at 90 DAH. The application performed at 45 DAH augmented sugar yield by 10 % (2.8 Mg ha−1 of sugar) in relation to 90 DAH. The N rates that promoted the highest sugarcane yield were, respectively, 122 and 144 kg N ha−1 in the first and second crop cycles. The average economical rates obtained for the first and second agricultural cycles were, respectively, 104 and 127 kg N ha−1, demonstrating that the gains by applying high amounts of fertilizers (rates above 150 kg N ha−1) may not cover the investment