A alta disponibilidade de N diminui a absorção e o rendimento de N sob disponibilidade limitada de água no milho

Apr 13, 2024

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14269 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

A água e o nitrogênio (N) são os fatores mais limitantes para a produtividade das plantas em todo o mundo, mas falta-nos uma compreensão crítica de como a disponibilidade de água impacta a dinâmica do N nos sistemas agrícolas. As necessidades de N das plantas são particularmente incertas quando a água é limitada devido ao efeito interativo da água e do N no crescimento das plantas, na demanda de N e na absorção pelas plantas. Nós investigamos os impactos da aplicação de N e da disponibilidade de água no crescimento das plantas e na movimentação de N, incluindo crescimento acima e abaixo do solo, produtividade da água, produtividade de N, absorção de N, recuperação de N e emissões de gases de efeito estufa em um sistema semiárido no nordeste do Colorado, EUA. A disponibilidade moderadamente alta de N no solo deprimiu o rendimento de grãos e o crescimento de brotos sob disponibilidade limitada e total de água, apesar de não haver indicação de toxicidade física, e trouxe risco adicional de perdas deletérias de N. Sob baixa disponibilidade de N, as concentrações de N nas plantas nos tecidos acima do solo mostraram maior recuperação de N do que a aplicada nos tratamentos com baixo teor de N, tanto sob disponibilidade total quanto limitada de água. Esta recuperação melhorada sublinha a necessidade de compreender melhor tanto a alimentação vegetal no solo como os processos que regem a disponibilidade de recursos nestas condições. Finalmente, a disponibilidade limitada de água reduziu a absorção de N em todos os tratamentos de N e deixou 30% mais nitrato do solo (NO3-) nas profundezas do perfil do solo no final da estação do que sob disponibilidade total de água. Nossos resultados mostram que as necessidades de N das plantas não estão linearmente relacionadas ao uso da água e enfatizam a necessidade de uma compreensão integrada das interações entre água e N, o forrageamento das plantas por esses recursos e a dinâmica dos processos que disponibilizam o N para as plantas.

A diminuição da disponibilidade de água agrícola combinada com o aumento da procura de alimentos sugere uma necessidade crítica de melhorar a eficiência do uso agrícola da água1. Existe uma necessidade simultânea de optimizar as entradas de N devido aos elevados custos dos fertilizantes e aos múltiplos impactos ambientais negativos, incluindo a degradação da qualidade da água e as emissões de gases com efeito de estufa2. O milho (Zea mays) é uma cultura globalmente importante que é frequentemente limitada pelo fornecimento de água e N. No leste do Colorado, o milho é a cultura irrigada dominante. No entanto, o esgotamento das águas subterrâneas, a acumulação variável de neve e o aumento da procura de água urbana e industrial estão a sobrecarregar o abastecimento de água em toda a região3,4,5,6. Uma vez que os desafios de gestão da água e do N ocorrem frequentemente simultaneamente, os estudos que consideram estes factores simultaneamente oferecem uma grande promessa para melhorar a eficiência da utilização dos recursos e reduzir os impactos ambientais.

O momento da disponibilidade de água afecta a produtividade da água das plantas (rendimento das plantas por unidade de água utilizada pela cultura) porque a reprodução das plantas é frequentemente mais sensível às limitações de água em fases específicas de crescimento, tais como na polinização e na produção de sementes7,8,9,10. Por outro lado, verifica-se que os rendimentos de grãos de milho são menos afectados quando ocorrem limitações de água durante as fases vegetativas, especialmente durante a fase vegetativa tardia após o estabelecimento da planta e o crescimento inicial é seguro7, 8. No entanto, as limitações de água e o seu momento também afectam o desenvolvimento da parte aérea e do sistema radicular. , o que por sua vez pode afetar as necessidades de N da planta.

As necessidades de N das plantas são incertas quando a água é limitada devido aos efeitos interativos da água e do N no crescimento das plantas, na demanda de N pelas plantas e na absorção pelas plantas. Por exemplo, as plantas cultivadas sob disponibilidade limitada de água geralmente têm biomassa vegetativa menor, especialmente em proporção ao sistema radicular, porque a expansão celular nos brotos é mais sensível às limitações de água do que nas raízes11. Esta mudança resultante na alocação raiz:parte aérea pode, inversamente, reduzir a demanda das plantas por N, ao mesmo tempo que aumenta a procura de recursos do solo. Ao mesmo tempo, a capacidade das raízes de absorver N depende da disponibilidade de água12, pelo que a menor humidade do solo pode potencialmente dificultar a absorção de N. Esforços significativos têm sido feitos para optimizar a gestão de N do milho com limitação de água13,14,15,16,17, e determinar a redução de N que pode atingir o máximo crescimento e rendimento sob limitação de água. No entanto, determinar a redução ideal na aplicação de N para o milho sob limitação hídrica não é simples, pois alguns estudos sugerem que N adicional aplicado durante a limitação hídrica pode aumentar o rendimento de grãos de milho e a eficiência do uso da água14, 18,19,20.