Nome do Projeto
Interações solo, água e planta no cultivo do arroz irrigado: nutrição, produtividade e emissão de gases de efeito estufa
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/10/2022 - 30/09/2025
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
O cultivo do arroz irrigado no Rio Grande do Sul é caracterizado pelo alagamento do solo durante a maior parte do ciclo da cultura, o que apresenta uma série de vantagens nutricionais para a planta, pois a condição de anaerobiose estabelecida pela lâmina de água promove alterações microbianas e químicas que aumentam a disponibilidade da maior parte dos nutrientes. Porém, alguns aspectos negativos do ponto de vista ambiental são observados no sistema de irrigação com lâmina de água contínua como, por exemplo, a fermentação da matéria orgânica que promove a liberação de metano que constitui parte dos gases de efeito estufa. Assim o presente projeto tem por objetivo geral avaliar os efeitos do manejo do solo, da água e das cultivares na nutrição e produtividade dos cultivos e na emissão de gases de efeito estufa em solos de terras baixas. O projeto está dividido em dois estudos: Cultivares de arroz e manejo de água em terras baixas; Manejo do solo e da água em terras baixas. O estudo 1 engloba dois experimentos de campo. No primeiro experimento será avaliado o potencial de emissão de GEE de cultivares de arroz em cultivo irrigado por inundação contínua e intermitente, sendo realizado em duas safras agrícolas consecutivas. No primeiro ano, serão avaliadas quatro cultivares comerciais de arroz, incluindo materiais convencional e híbrido. No segunda ano, serão avaliadas quatro cultivares e/ou linhagens elites de arroz, selecionadas com base em aspectos morfométricos de robustez do sistema radicular. O estudo 2 será desenvolvido a partir de dois experimentos de campo conduzidos em duas safras agrícolas em uma área experimental de cultivo de soja com a infraestrutura de sulcos e camalhões estabelecida inicialmente para esta cultura de sequeiro. Os tratamentos se constituirão em um fatorial 3X3: Fator A: porção do sulco, estabelecido em 3 níveis, superior, intermediário e inferior; Fator B: adubação nitrogenada estabelecida em 3 níveis, testemunha sem N, ureia normal e ureia tratada com inibidores de urease – NBPT. Em ambos os estudos serão analisados os fluxos e emissões de CH4 e N2O, bem com o potencial de aquecimento global parcial, além de análises relacionadas ao crescimento de plantas e produtividade do arroz.

Objetivo Geral

Avaliar a produtividade do arroz e a emissão de gases de efeito estufa de cultivares de arroz sob diferentes condições de manejo de solo e água: com manejo d'água contínuo e intermitente, e em irrigação por sulcos em sucessão ao cultivo de soja.

Justificativa

Os solos de terras baixas do Rio Grande do Sul ocupam uma área de aproximadamente 4,4 milhões de hectares, sendo que destes aproximadamente 1,0 milhões são cultivados anualmente com a cultura do arroz irrigado. A utilização de novas cultivares de arroz com alto potencial de produtividade e a adoção de práticas de manejo adequadas, tem proporcionado aumentos no rendimento médio da cultura no estado, que atingiu 9.000 kg/ha na safra de 2020/2021.
O cultivo do arroz irrigado no Rio Grande do Sul é caracterizado pelo alagamento do solo durante a maior parte do ciclo da cultura, o que apresenta uma série de vantagens nutricionais para a planta, pois a condição de anaerobiose estabelecida pela lâmina de água promove alterações microbianas e químicas que aumentam a disponibilidade da maior parte dos nutrientes. Porém, alguns aspectos negativos do ponto de vista ambiental são observados no sistema de irrigação com lâmina de água contínua como, por exemplo, a fermentação da matéria orgânica que promove a liberação de metano que constitui parte dos gases de efeito estufa (GEE).
Ressalta-se que, apesar do cultivo de arroz ser, por muitas vezes, considerado com alto potencial poluidor devido a elevada quantidade de água utilizada e às altas emissões de GEE, ele se apresenta como uma atividade econômica e socialmente importante ao Estado do Rio Grande do Sul e ao País, sendo fundamental para a segurança alimentar.
As cultivares de arroz podem influenciar as emissões de GEE, principalmente de CH4. É por meio dos exsudatos radiculares, da decomposição de raízes, da ciclagem de material vegetal e da capacidade de transporte de gases que as plantas de arroz fornecem carbono ao solo, que são substrato para as bactérias metanogênicas produzirem CH4 (LIMA et al., 2013; MITRA et al., 1999; MOSCÔSO, 2018).
O potencial de emissão de CH4 de cultivares de arroz está associado, também, à variação na estrutura da planta, tamanho, número de perfilhos, metabolismo, potencial de transporte do gás CH4 e à exsudação radicular, entre outros fatores (AULAKH; WASSMANN; RENNENBERG, 2001; ISLAM et al., 2018a). Menores emissões geralmente ocorrem em plantas de porte baixo, de ciclo curto e com alta produtividade de grãos (GROHS et al., 2020). Cultivares híbridas, de forma geral, apresentam maior biomassa, quando comparadas com cultivares convencionais e, por essa razão, aportam ao meio de cultivo maior quantidade de carbono lábil, que é o substrato para a produção de metano; porém, por outro lado, apresentam maior volume de parte aérea e superfície radicular, podendo transportar maior quantidade de O2 ao solo, favorecendo a atividade de metanotróficos, promovendo a oxidação do CH4 (BHATTACHARYYA et al., 2019; MA; QIU; LU, 2010; MA et al., 2012). Assim, aspectos relacionados as cultivares de arroz e sua capacidade de difundir os gases de efeito estufa para a atmosfera ainda precisam ser mais bem esclarecidos, principalmente em relação as cultivares de arroz utilizadas no RS.
O sistema de irrigação por sulco/camalhão foi introduzido em áreas de terras baixas a partir da adoção da rotação de culturas de sequeiro com o arroz irrigado. Este sistema facilita as operações de irrigação e drenagem para as culturas de sequeiro, mas dificulta o retorno das áreas com a cultura do arroz, pois sulcos e camalhões necessitam serem desmanchados, o que demanda alto custo com preparo do solo. Uma forma de otimizar o uso dos mesmos é realizar o plantio direto do arroz sobre a resteva das culturas da soja, milho ou das pastagens de inverno como cobertura do solo. Todavia isto demandaria a realização da irrigação do arroz também por sulcos.
A variabilidade das condições de oxirredução ao longo do sulco, além de afetar a eficiência de uso do N, contribui também para impactar as emissões de gases de efeito estufa, especialmente óxido nitroso e metano. As emissões de óxido nitroso estão relacionadas principalmente ao aporte de nitrogênio, via adubação e a sistemas agrícolas aeróbios, e são intensificados quando são alternadas as condições de oxidação e redução do solo. As emissões de metano decorrem, preponderantemente, do alagamento do solo, requerendo condições estritamente anaeróbias. Assim, as emissões desses gases são diferentes nas porções superior, intermediária e final dos sulcos, em decorrência da variação nas condições de oxirredução. Todavia ainda são incipientes os trabalhos desenvolvidos nesta temática no Brasil, pois o sistema de alagamento por sulcos em arroz irrigado ainda é uma tecnologia em desenvolvimento, e nas propriedades agrícolas predomina a irrigação por alagamento contínuo, com lâmina de água permanente.

Metodologia

Estudo 1: Cultivares de arroz e manejo de água em terras baixas
Serão realizados dois experimentos sob condições de campo, na Estação Experimental Terras Baixas (ETB) da Embrapa Clima Temperado, localizada no munícipio do Capão do Leão, RS. O solo da área experimental é classificado como Planossolo Háplico (STRECK et al., 2018). Os experimentos serão realizados nas safras agrícolas 2022/2023 e 2023/2024. No primeiro ano, avaliar-se-á o potencial de emissão de CH4 e N2O de cultivares de arroz em sistemas irrigado por inundação contínua e intermitente. Na safra seguinte, o estudo será realizado utilizando-se cultivares e/ou linhagens elite de arroz, selecionadas com base em aspectos morfométricos de robustez do sistema radicular.
No primeiro ano, os tratamentos incluirão as combinações de quatro cultivares comerciais de arroz irrigado (XP 117, BRS Pampeira, BRS Pampa CL e BRS A705) e dois sistemas de irrigação (inundação contínua e intermitente). No segundo ano, o experimento contará com quatro cultivares e/ou linhagens elite do Programa de Melhoramento Genético de Arroz da Embrapa, selecionadas com base em aspectos morfométricos de robustez do sistema radicular, visando correlacioná-los com o potencial de emissão de GEE dos genótipos de arroz sob irrigação por inundação contínua e inundação intermitente.
Nos dois anos os tratamentos serão dispostos em delineamento de blocos ao acaso em parcelas subdivididas com quatro repetições. Nas parcelas principais serão alocados os níveis do fator sistema de irrigação e nas subparcelas, os níveis do fator genótipo de arroz. No sistema com irrigação por inundação contínua, as parcelas serão inundadas no estádio de quatro folhas (V4), mantendo-se uma lâmina de água contínua de cerca de 7 cm até a maturação de colheita (R9). Por sua vez na irrigação por inundação intermitente, haverá fase aerada limitada pela tensão de água no solo de 20 kPa. A fase aerada será implementada nas fases vegetativa (entre os estádios V4+10 dias e a iniciação da panícula (R0)) e reprodutiva (entre os estádios R1+5 dias e R7). Para garantir a avaliação do efeito da intermitência da irrigação sobre as emissões de GEE das cultivares de arroz, a aeração do solo será obtida mediante a drenagem das parcelas, mantendo-se a tensão de água no solo entre 0 e 20 kPa. Nos demais períodos do ciclo de irrigação, as parcelas serão mantidas com lâmina de água média de 7 cm. Visando obter dados reais da água utilizada pelo arroz, no manejo por inundação intermitente, será inserida uma parcela adicional, onde o volume de água utilizado para a irrigação da cultura do arroz será avaliado sem a drenagem, ou seja, as fases de aeração serão atingidas naturalmente. A medição do uso da água pelas cultivares de arroz em ambos os sistemas de irrigação será feita utilizando-se a metodologia descria por Ávila et al. (2015).
Anteriormente à instalação dos experimentos, proceder-se-á a amostragem e análise química do solo da área experimental para avaliação da fertilidade do solo. A cultura do arroz será implantada em sistema convencional de preparo do solo. A recomendação de adubação para a cultura será estabelecida de acordo com os resultados da análise de solo e considerando uma expectativa de resposta alta à adubação (SOSBAI, 2018). A dose integral dos fertilizantes fosfatado e potássico e 15% da dose recomendada de nitrogênio para a cultura serão aplicados de forma localizada no sulco de semeadura. A quantidade restante de nitrogênio será aplicada de forma parcelada em cobertura, nos estádios de quatro folhas e iniciação da panícula. A primeira cobertura com nitrogênio será realizada em solo seco, imediatamente antes do início da irrigação por inundação do solo do arroz, e a segunda, sobre uma lâmina de água não circulante. A estimativa dos estádios de desenvolvimento das cultivares de arroz será realizada utilizando-se o método de graus-dia (STEINMETZ et al., 2013). A partir dessa informação serão aplicadas as práticas de manejo para a cultura. O controle de plantas daninhas e demais tratos culturais seguirão as indicações técnicas da pesquisa para a cultura de arroz irrigado na região Sul (SOSBAI, 2018).
Em cada tratamento será instalado um sistema coletor de GEE, do tipo câmara estática fechada (MOSIER, 1989). As coletas de ar para análise do CH4 e do N2O serão realizadas ao longo de todo o ciclo de cultivo do arroz, com intervalos regulares de 7 dias, exceção feita para as semanas em que serão realizadas adubação nitrogenada em cobertura para o arroz, quando a frequência de amostragem será aumentada para a cada dois dias. Três sistemas coletores de amostras de GEE serão instalados nas seções superior, intermediária e inferior dos sulcos de irrigação do arroz, exclusivamente das parcelas relativas aos tratamentos testemunha e com aplicação da dose recomendada de N para a cultura do arroz.
As amostragens serão realizadas sempre no período da manhã, entre as 9 e 12 horas, horário este em que as emissões representam a média do dia (COSTA et al., 2008). Para as coletas, câmaras de alumínio serão dispostas sobre as bases, formando um sistema hermeticamente fechado por meio da presença de água na canaleta disposta na parte superior das bases onde as câmaras são apoiadas (GOMES et al., 2009). As amostras de ar do interior das câmaras serão tomadas manualmente com auxílio de seringas de polipropileno (20 mL), equipadas com válvulas do tipo Luer Look, nos tempos 0; 5; 10; e 20 minutos após seu fechamento. O ar no interior das câmaras será homogeneizado durante 30 segundos antes de cada amostragem, por meio de ventiladores presentes na parte superior das câmaras, e a temperatura interna monitorada com auxílio de termômetro digital de haste com display externo. Imediatamente após as amostragens, as amostras serão transferidas para frascos evacuados.
As concentrações de CH4 e N2O nas amostras serão determinadas por cromatografia gasosa (cromatógrafo Shimadzu GC-2014, modelo “Greenhouse”) e as taxas de emissão calculadas utilizando-se a equação:
f = (∆C/∆t).(ṀPV/RT).(1/A)
onde: f é o fluxo de CH4 ou N2O (μg m-2 h-1), ∆C/∆t corresponde a mudança na concentração de CH4 ou N2O (μmol mol-1) no intervalo de tempo t (min), Ṁ é a massa molar do gás (μg mol-1), P é a pressão atmosférica (atm) no interior da câmara (assumida como 1,0 atm), V é o volume da câmara (L), R é a constante dos gases ideais (0,08205 atm L mol-1 K-1), T é a temperatura dentro da câmara no momento da amostragem (K) e A é a área da base da câmara (m2).
A taxa de aumento do gás no interior da câmara será determinada pelo coeficiente angular da equação da reta ajustada entre a concentração dos gases e o tempo. As emissões sazonais de CH4 e N2O serão calculadas pela integração da área sob a curva obtida pela interpolação dos valores diários de emissão de N2O e de CH4 do solo (GOMES et al., 2009). Com base nas emissões acumulada de CH4 e de N2O, será calculado o potencial de aquecimento global parcial (PAGp), convertendo-se as emissões de CH4 e de N2O para CO2 equivalente por meio da seguinte equação:
PAGp = (CH4 x 34) + (N2O x 298)
onde: PAGp é o potencial de aquecimento global parcial (kg CO2 equiv. ha-1), CH4 e N2O são as emissões acumuladas de cada gás durante a safra (kg ha-1), 34 e 298 são os valores de PAG para o CH4 e o N2O, respectivamente, considerando-se um tempo de permanência na atmosfera de 100 anos (IPCC, 2013).

Estudo 2: Manejo do solo e da água em terras baixas
O estudo será realizado sob condições de campo, na Estação Experimental da Embrapa Clima Temperado, Capão do Leão, RS, em duas safras agrícolas 2023/2024 e 2024/25, aproveitando a infraestrutura de sulcos e camalhões estabelecida para o cultivo de soja na safra 2022/2023. O experimento será delineado em faixas, constituídas por 25 linhas de plantas, espaçadas entre si em 17,5 cm, com cerca de 200 m de comprimento. Os tratamentos se constituirão em um fatorial 3X3:
Fator A: porção do sulco, estabelecido em 3 níveis, superior, intermediário e inferior.
Fator B: adubação nitrogenada estabelecida em 3 níveis, testemunha sem N, ureia normal e ureia tratada com inibidores de urease – NBPT.
Nas porções superior, intermediária e inferior das 15 linhas centrais de cada faixa (parcela útil) serão distribuídas, ao acaso, cinco repetições dos tratamentos, com 10 m de comprimento. Anualmente, serão avaliadas uma testemunha sem N e as combinações de duas fontes de N (ureia e ureia tratada com inibidores de urease – NBPT (N-(n-butil) tiofosfórico triamida)) e de nitrificação – DCD (dicianodiamida)), utilizando-se a dose recomendada de N (DRN), considerando expectativa alta de resposta da cultura à adubação (SOSBAI, 2018)). A dose 1 DRN será parcelada em duas aplicações nos estádios V3 (60%) e R0 (40%). Para evitar contaminação, os tratamentos de adubação nitrogenada serão aplicados manualmente e as parcelas úteis (15 linhas centrais) serão separadas entre si por bordaduras constituídas por cinco linhas de plantas em cada lateral. Os tratamentos serão avaliados pelo nível de N na folha, medido nos estádios V8; R1 e R4; pelo desempenho agronômico e produtivo e pela eficiência de uso do N dos fertilizantes pela cultura. Os dados serão submetidos à análise de variância e, quando significativa, as médias serão comparadas pelo teste de Tukey ao nível de 5%.
A avaliação das emissões dos gases de efeito estufa CH4 e N2O será realizada utilizando-se o método da câmara fechada estática (MOSIER, 1989), de forma semelhante a descrita no Estudo 1.
Os fluxos diários de CH4 e de N2O e as emissões sazonais desses gases serão analisadas de forma descritiva (média ± desvio padrão). Por sua vez, as emissões sazonais desses gases e o potencial de aquecimento global parcial e o índice PAGp em escala de rendimento de grãos serão submetidos à análise de variância e, quando significativa, as médias dos tratamentos serão comparadas pelo teste de Tukey ao nível de 5%.

Indicadores, Metas e Resultados

- Determinação de pelo menos uma cultivar de arroz capaz de reduzir as emissões de GEE;
- Recomendação das melhores fontes de adubação nitrogenada para o arroz irrigado por sulco após soja, nos terços superior, intermediário e inferior dos sulcos de irrigação em um Planossolo.
- Determinação do efeito residual da adubação da soja sobre a nutrição e resposta do arroz irrigado por sulco.
- Determinação das emissões de CH4 e N2O associadas ao cultivo de arroz irrigado por sulco.
- Contribuir para o inventário das emissões de metano e óxido nitroso realizados pela rede de estudo de gases de efeito estufa;
- Treinamento e qualificação de dois alunos de Pós-graduação, de Mestrado e Doutorado, e dois alunos de graduação bolsistas de iniciação científica;
- Qualificação da produção científica dos membros da equipe e aumento da participação em congressos e reuniões técnicas;

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
FILIPE SELAU CARLOS3
GIOVANA TAVARES SILVA
JULIANA BRITO DA SILVA TEIXEIRA8
LINCON SOARES DOS SANTOS
NATHAN ROSCHILDT
Pablo Abelaira de Souza
ROGERIO OLIVEIRA DE SOUSA4
SAMUEL PIEPER GRIEP
VICTORIA DA COSTA DIAS
Walkyria Bueno Scivittaro

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