Sugarcane yield and root system development as related to soil nitrogen mineralization and nitrogen fertilization

A cana-de-açúcar têm despertado o interesse mundial como fonte alternativa de energia renovável. Para que a cultura se estabeleça globalmente como alternativa à produção de bioenergia, questões de sustentabilidade devem ser consideradas. Nesse sentido, a fertilização nitrogenada desempenha papel fundamental, pois influencia a produtividade do canavial e, por outro lado, pode ocasionar impactos ao ambiente se manejada inadequadamente. O objetivo deste estudo foi elucidar questões recentemente levantadas a respeito do manejo da cana-de-açúcar em áreas colhidas sem queima, tais como (i) a colheita mecanizada sucessiva poderá ocasionar degradação física do solo que comprometerá o desenvolvimento do sistema radicular da cultura? (ii) a aplicação de elevadas doses de N sobre a palha e sem o cultivo das soqueiras irá alterar a arquitetura radicular da cana-de-açúcar? e (iii) é possível desenvolver métodos diagnósticos de N do solo para dar suporte ao manejo da adubação nitrogenada da cana-de-açúcar? Três estudos foram desenvolvidos para elucidar as questões acima descritas. Do primeiro capítulo conclui-se que a colheita mecanizada sucessiva do canavial, sem o cultivo da soqueira, altera as propriedades físicas da camada superficial do solo, com efeito negativo na densidade radicular da cultura. Valores de resistência à penetração (RP) inferiores a 0,75 MPa não comprometem o crescimento radicular da cana, porém RP entre 0,75 a 2,0 MPa diminui a densidade radicular e, a partir de 2,0 MPa, há restrição severa ao crescimento radicular. O segundo capítulo apresentou a variação no crescimeno radicular da cana-de-açúcar no ciclo de primeira soqueira, em duas áreas (Usina Santa Adélia, USA e São Martinho, USM) e em função de doses de N aplicadas no plantio (0 ou 120 kg ha-1 N) e na soqueira (0 e 150 kg ha-1 N). O efeito da adubação nitrogenada no crescimento de raízes da cana-de-açúcar variou entre as áreas. Em ambos experimentos, a variação na biomassa de raízes durante o ciclo foi mais influenciada pelas propriedades dos solos do que pelas doses de N. Na área da USM a adubação nitrogenada de soqueira aumentou a densidade de raízes na camada superficial (0-0,2 m) e próximo às plantas (<0,3 m), enquanto que no experimento da USA nenhum efeito foi observado. Não houve efeito residual da adubação nitrogenada de plantio na biomassa e no acúmulo de N nas raízes e na parte aérea. A aplicação de altas doses de N na superfície do solo e sobre a palha não alterou significativamente a arquitetura do sistema radicular da cultura. O terceiro capítulo avaliou a resposta à adubação nitrogenada de soqueira em dez experimentos de campo no Estado de São Paulo. Os solos foram divididos em altamente responsivo, moderadamente responsivos e não responsivos. Estudos subsequentes em laboratório mostraram que os solos diferiram quanto à capacidade de fornecimento de N. A mineralização bruta separou adequadamente os solos quanto à responsividade ao N, enquanto o testes químicos Illinois Soil Nitrogen Test e Destilação a Vapor Direta apresentaram resultados promissores, podendo ser realizados em laboratórios de rotina de análise de solo em um dia de serviço. Estudos adicionais devem ser realizados para verificar a viabilidade de testes de N no solo para melhorar o manejo da adubação nitrogenada da cana-de-açúcar.Sugarcane has been a promissing crop for renewable energy production around the world. In order to establish sugarcane as a globally alternative for bioenergy production, sustainability issues should be considered. Synthetic nitrogen (N) fertilizers plays a key role in sugarcane production but, if used improperly, causes environmental threats. The goal of this study was to elucidate current questions about sugarcane management in unburned areas, as follows (i) the sucessive mechanical harvesting could decrease the soil physical quality and thus compromise root system development? (ii) applying high N rates over the sugarcane straw, without further cultivation would modify the sugarcane root architecture? and (iii) is it possible to use soil N mineralization indexes in order to improve the N management of sugarcane? Three studies were carried out in order to elucidate the aforementioned issues. The findings of the first study is that successive mechanical harvesting without further soil cultivation modify the physical properties of the superficial soil layer, with negative effects on root density. No limitations on root growth occurs when penetration resistance (PR) is lower than 0,75 MPa, but PR from 0,75 to 2,0 MPa decreases root density and PR higher than 2,0 MPa causes severe restriction to root growth. The second study shows the variation in sugarcane root growth over the first ratoon cycle in two trials (Santa Adelia Mill, USA and Sao Martinho Mill, USM) as related to N rates applied at planting (0 or 120 kg ha-1 N) and to the ratoon (0 and 150 kg ha-1N). The effect of N fertilizer addition in sugarcane rooting varied between sites. In both trials, the variation in root biomass was more influencied by soil properties than by N supply. At USM site, ratoon N fertilization increased root density in the superficial soil layer (0-0,2 m) and close to the plants (