Airborne cameras for natural grassland classification in the Pampa biome / Câmeras aerotransportadas para classificação da vegetação em pastagem natural no bioma Pampa

ABSTRACT: The extension of the area occupied by the inter tussock stratum and tussock stratum in natural pastures is essential for the productive performance of grazing animals. Images obtained from unmanned remote sensors can provide useful information, especially because they have a high spatial resolution. Thus, this study evaluated the performance of the supervised adaptive classification applied to aerial images obtained from an onboard drone camera to map the area covered by tussocks in a natural pasture of the Pampa biome. The study was carried out in a natural pasture area managed since 1986 under different forage allowances, considering treatments of 8, 12, and 16 kg of dry matter per 100 kg live weight (% LW). An aerial image from September 2017, obtained with a Canon S100 camera onboard a drone at an altitude of 120 m, with a spatial resolution of 5 cm, was used. The random forest and support vector machine classifiers were tested associated with specific classification rules. False-color images showed considerable visual similarity in the large patterns of the vegetation distribution and the validation performed with independent samples when compared to the classified images. The tested classifiers were able to measure the area covered by the tussock stratum, which could be an indicator of the quality vegetation in a natural grassland of the Pampa biome.

RESUMO: A quantidade de área ocupada por estrato inferior e superior em pastagens naturais tem grande importância sobre o desempenho produtivo dos animais em pastejo. Imagens obtidas de sensores remotos não tripulados podem fornecer informações úteis, especialmente por possuírem alta resolução espacial. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho de classificação supervisionada adaptativa aplicada a imagem aérea obtida por câmera a bordo de drone, no mapeamento da área coberta por touceiras em pastagem natural do bioma Pampa. O estudo foi realizado em área de pastagem natural, manejada desde 1986 sob diferentes ofertas de forragem, tendo sido considerados os tratamentos 8, 12 e 16 kg de matéria seca por 100 kg de peso vivo (% PV). Foi utilizada uma imagem aérea, de setembro de 2017, obtida com uma câmera Canon S100, a bordo de um drone a 120 m de altitude, correspondendo a resolução espacial de 5 cm. Foram testados dois classificadores, Random Forest e Support Vector Machine associados a regras específicas de classificação. As imagens de falsa cor, quando comparadas às imagens classificadas, apresentaram considerável semelhança visual nos grandes padrões de distribuição da vegetação, bem como na validação feita com amostras independentes. Os classificadores testados foram capazes de mensurar a área coberta por estrato superior, podendo ser um indicador da qualidade da vegetação, em pastagem natural do bioma Pampa.

Airborne cameras for natural grassland classification in the Pampa biome / Câmeras aerotransportadas para classificação da vegetação em pastagem natural no bioma Pampa

The extension of the area occupied by the inter tussock stratum and tussock stratum in natural pastures is essential for the productive performance of grazing animals. Images obtained from unmanned remote sensors can provide useful information, especially because they have a high spatial resolution. Thus, this study evaluated the performance of the supervised adaptive classification applied to aerial images obtained from an onboard drone camera to map the area covered by tussocks in a natural pasture of the Pampa biome. The study was carried out in a natural pasture area managed since 1986 under different forage allowances, considering treatments of 8, 12, and 16 kg of dry matter per 100 kg live weight (% LW). An aerial image from September 2017, obtained with a Canon S100 camera onboard a drone at an altitude of 120 m, with a spatial resolution of 5 cm, was used. The random forest and support vector machine classifiers were tested associated with specific classification rules. False-color images showed considerable visual similarity in the large patterns of the vegetation distribution and the validation performed with independent samples when compared to the classified images. The tested classifiers were able to measure the area covered by the tussock stratum, which could be an indicator of the quality vegetation in a natural grassland of the Pampa biome.

A quantidade de área ocupada por estrato inferior e superior em pastagens naturais tem grande importância sobre o desempenho produtivo dos animais em pastejo. Imagens obtidas de sensores remotos não tripulados podem fornecer informações úteis, especialmente por possuírem alta resolução espacial. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho de classificação supervisionada adaptativa aplicada a imagem aérea obtida por câmera a bordo de drone, no mapeamento da área coberta por touceiras em pastagem natural do bioma Pampa. O estudo foi realizado em área de pastagem natural, manejada desde 1986 sob diferentes ofertas de forragem, tendo sido considerados os tratamentos 8, 12 e 16 kg de matéria seca por 100 kg de peso vivo (% PV). Foi utilizada uma imagem aérea, de setembro de 2017, obtida com uma câmera Canon S100, a bordo de um drone a 120 m de altitude, correspondendo a resolução espacial de 5 cm. Foram testados dois classificadores, Random Forest e Support Vector Machine associados a regras específicas de classificação. As imagens de falsa cor, quando comparadas às imagens classificadas, apresentaram considerável semelhança visual nos grandes padrões de distribuição da vegetação, bem como na validação feita com amostras independentes. Os classificadores testados foram capazes de mensurar a área coberta por estrato superior, podendo ser um indicador da qualidade da vegetação, em pastagem natural do bioma Pampa.

Nitrogen management in wheat based on the normalized difference vegetation index (NDVI)

ABSTRACT: Biomass production and nitrogen (N) accumulated in wheat shoots may be used for quantifying optimal topdressing nitrogen doses. The objective of this study was to develop and validate models for estimating the amount of biomass and nitrogen accumulated in shoots and the N topdressing dose of maximum technical efficiency in wheat using the normalized difference vegetation index (NDVI) measured by an active optical canopy sensor. Field experiments were carried out in two years and treatments consisted of N doses applied at plant emergence and as topdressing. NDVI, shoot biomass and N accumulated in shoots at the growth stage of six fully expanded leaves and grain yield were evaluated, being determined the topdressing N dose of maximum technical efficiency (DMTE). The NDVI was positively correlated to shoot biomass and N content in shoots and models for the relationship between these variables were developed and validated. The DMTE was negatively correlated with the NDVI value evaluated at the moment of N topdressing application. Thus, NDVI evaluation by an active optical canopy sensor can be used for nitrogen fertilization in variable rate, allowing the adjustment of applied N doses in different areas within a field.

RESUMO: A produção de biomassa e o conteúdo de nitrogênio (N) acumulado na parte aérea de trigo podem ser utilizados na quantificação da dose ótima de N em cobertura. O objetivo deste estudo foi desenvolver e validar modelos para a estimativa das quantidades de biomassa e nitrogênio acumulado na parte aérea e a dose de máxima eficiência técnica de N em cobertura em trigo utilizando o Índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI) medido por sensor óptico ativo de dossel. Experimentos foram conduzidos a campo, em dois anos, e os tratamentos constaram de doses de N aplicadas na emergência das plantas e em cobertura. Foram avaliados o NDVI, a biomassa e a quantidade de N acumulada na parte aérea no estádio de seis folhas completamente expandidas e o rendimento de grãos, sendo determinada a dose de máxima eficiência técnica de N em cobertura (DMET). O NDVI apresentou correlação positiva com a biomassa e quantidade de N acumulada na parte aérea e modelos para as relações entre estas variáveis foram propostos e validados. A DMET correlacionou-se negativamente com o valor de NDVI avaliado no momento da aplicação de nitrogênio em cobertura. Assim, a avaliação do NDVI por sensor óptico ativo de dossel pode ser utilizada para a adubação nitrogenada em taxa variável, permitindo o ajuste da dose de N aplicada em diferentes locais da lavoura.

Variabilidade espacial da produtividade de milho irrigado e sua correlação com variáveis explicativas de planta / Spatial variability of grain yield of irrigated corn and its correlation with explanatory plant variables

Em decorrência da instabilidade da produtividade das principais culturas associada ao déficit hídrico, tem se tornado cada vez mais frequente a necessidade do uso de tecnologias como a irrigação e a agricultura de precisão (AP). O presente trabalho objetivou avaliar a variabilidade espacial da produtividade de grãos de milho e sua correlação com variáveis explicativas de planta em área irrigada. O estudo foi conduzido nas safras agrícolas 2010/2011 e 2011/2012, em área de 35ha, manejada em sistema plantio direto e irrigação por pivô central. Os componentes de produtividade e a produtividade de grãos foram avaliados seguindo uma malha amostral de 100x100m. A produtividade de grãos e a maior parte dos componentes de produtividade apresentaram baixa dispersão dos dados, condicionando a normalidade dos dados. A produtividade de grãos, mesmo com a irrigação, apresentou elevada variabilidade espacial. Na análise de trilha, verificaram-se altos coeficientes de determinação dos componentes de produtividade com a produtividade de grãos.(AU)

Due to yield instability of main crops associated to drought, the use of technologies such irrigation and precision agriculture (PA) have been recently adopted in large scale. This study had the objective to assess the spatial variability of corn yield and its correlation with explanatory plant variables in an irrigated field. The study was carried out during the growing seasons 2010/2011 and 2011/2012, in an area of 35ha managed under no-till and center-pivot irrigation. Corn yield and yield components were evaluated following a sampling grid of 100x100m. Grain yield and most yield components showed low dispersion data, resulting in data normality. Even under irrigation, corn yield showed high spatial variability. In path analysis, it was found high determination coefficients of corn yield with yield components.(AU)

Estimativa do potencial produtivo em trigo utilizando sensor óptico ativo para adubação nitrogenada em taxa variável

Nitrogen fertilization in spring wheat is based on yield potential, soil organic matter content and previous crop. Yield potential definition is difficult, since it is affected by weather conditions. The objective of this research was to evaluate the relationship between Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) measured by an active sensor and grain yield of four wheat cultivars. The experiment was carried out at field conditions in 2009. NDVI in different growth stages and grain yield were evaluated. NDVI measured was efficient to detect growth variability generated by N availability and correlated well with grain yield for all cultivars tested, indicating that yield potential can be estimated by NDVI evaluations during crop ontogeny. One single model for the relationship between NDVI and yield potential can be used considering cultivars used in this research.

A adubação nitrogenada em trigo é baseada no potencial produtivo da cultura, teor de matéria orgânica do solo e cultura antecessora. A definição do potencial produtivo é complexa, pois este varia com as condições meteorológicas de cada ano específico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a relação entre o índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), medido por sensor óptico ativo e o rendimento de grãos em quatro cultivares de trigo, visando a desenvolver procedimentos para a adubação nitrogenada em cobertura em taxa variável. O experimento foi realizado em campo em 2009. Foram avaliados o NDVI em diferentes estádios de desenvolvimento e o rendimento de grãos. As leituras do NDVI ao longo do ciclo ativo foram eficientes em identificar variações de produtividade do trigo. Assim, o potencial de produtividade pode ser estimado através de medições desse índice durante a ontogenia da planta. Pode-se adotar um modelo único para descrever a relação entre NDVI e potencial produtivo para as cultivares testadas neste trabalho.

Estimativa do potencial produtivo em trigo utilizando sensor óptico ativo para adubação nitrogenada em taxa variável

Nitrogen fertilization in spring wheat is based on yield potential, soil organic matter content and previous crop. Yield potential definition is difficult, since it is affected by weather conditions. The objective of this research was to evaluate the relationship between Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) measured by an active sensor and grain yield of four wheat cultivars. The experiment was carried out at field conditions in 2009. NDVI in different growth stages and grain yield were evaluated. NDVI measured was efficient to detect growth variability generated by N availability and correlated well with grain yield for all cultivars tested, indicating that yield potential can be estimated by NDVI evaluations during crop ontogeny. One single model for the relationship between NDVI and yield potential can be used considering cultivars used in this research.

A adubação nitrogenada em trigo é baseada no potencial produtivo da cultura, teor de matéria orgânica do solo e cultura antecessora. A definição do potencial produtivo é complexa, pois este varia com as condições meteorológicas de cada ano específico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a relação entre o índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), medido por sensor óptico ativo e o rendimento de grãos em quatro cultivares de trigo, visando a desenvolver procedimentos para a adubação nitrogenada em cobertura em taxa variável. O experimento foi realizado em campo em 2009. Foram avaliados o NDVI em diferentes estádios de desenvolvimento e o rendimento de grãos. As leituras do NDVI ao longo do ciclo ativo foram eficientes em identificar variações de produtividade do trigo. Assim, o potencial de produtividade pode ser estimado através de medições desse índice durante a ontogenia da planta. Pode-se adotar um modelo único para descrever a relação entre NDVI e potencial produtivo para as cultivares testadas neste trabalho.

Estimativa do potencial produtivo em trigo utilizando sensor óptico ativo para adubação nitrogenada em taxa variável

Nitrogen fertilization in spring wheat is based on yield potential, soil organic matter content and previous crop. Yield potential definition is difficult, since it is affected by weather conditions. The objective of this research was to evaluate the relationship between Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) measured by an active sensor and grain yield of four wheat cultivars. The experiment was carried out at field conditions in 2009. NDVI in different growth stages and grain yield were evaluated. NDVI measured was efficient to detect growth variability generated by N availability and correlated well with grain yield for all cultivars tested, indicating that yield potential can be estimated by NDVI evaluations during crop ontogeny. One single model for the relationship between NDVI and yield potential can be used considering cultivars used in this research.

A adubação nitrogenada em trigo é baseada no potencial produtivo da cultura, teor de matéria orgânica do solo e cultura antecessora. A definição do potencial produtivo é complexa, pois este varia com as condições meteorológicas de cada ano específico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a relação entre o índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), medido por sensor óptico ativo e o rendimento de grãos em quatro cultivares de trigo, visando a desenvolver procedimentos para a adubação nitrogenada em cobertura em taxa variável. O experimento foi realizado em campo em 2009. Foram avaliados o NDVI em diferentes estádios de desenvolvimento e o rendimento de grãos. As leituras do NDVI ao longo do ciclo ativo foram eficientes em identificar variações de produtividade do trigo. Assim, o potencial de produtividade pode ser estimado através de medições desse índice durante a ontogenia da planta. Pode-se adotar um modelo único para descrever a relação entre NDVI e potencial produtivo para as cultivares testadas neste trabalho.

Densidade de plantas de milho híbrido em semeadura precoce no Rio Grande do Sul

The choice of plant density and sowing date are important management practices to determine maize grain yield. The objective of this study was to evaluate the effect of plant density on grain yield and its components for two maize hybrids at early sowing date (August) in the State of Rio Grande do Sul, Southern Brazil. The experiment was carried out in Eldorado do Sul (RS), during the 2006/07 growing season. Treatments consisted of four plant densities (5.5, 7.3, 9.1 and 11pl m-2) and two hybrids with contrasting leaf architecture, Dow 2B587 (decumbent leaves) and NB 4214 (erect leaves). The sowing date was August 22, 2006. Grain yield for the decumbent leaf hybrid increased linearly with the increment in plant density from 5.5 up to 11pl m-2, reaching 16t ha-1. Grain yield of the erect leaf hybrid, in turn, was maximized at 9.4pl m-2. The number of ears per square meter was the yield component that better explained maize productivity increase with increasing plant density. The use of plant populations higher than 9pl m-2 was an effective strategy to improve maize grain yield grown under high management level, at early sowing date (August) in Southern Brazil.

A escolha da densidade de plantas e a sua adequação à época de semeadura são práticas de manejo importantes na determinação do rendimento de grãos de milho. Este trabalho foi realizado a fim de avaliar os efeitos da densidade de plantas sobre o rendimento de grãos e seus componentes em dois híbridos cultivados em semeadura precoce (agosto) no Rio Grande do Sul. O experimento foi conduzido em Eldorado do Sul, em 2006/07. Os tratamentos consistiram de quatro densidades de plantas (5,5; 7,3; 9,1 e 11pl m-2) e dois híbridos, um de folhas decumbentes (Dow 2B587) e outro de folhas eretas (NB 4214). A semeadura foi realizada em 22 de agosto de 2006. O rendimento de grãos do híbrido de folhas decumbentes aumentou linearmente com o incremento na densidade de 5,5 até 11pl m-2, alcançando 16t ha-1. Já no híbrido de folhas eretas, o rendimento aumentou de forma quadrática, sendo maximizado na densidade de 9,4pl m-2. O número de espigas por metro quadrado foi o componente que melhor explicou o aumento da produtividade com o incremento na densidade de plantas. O uso de densidades superiores a 9pl m-2 é uma estratégia efetiva para aumentar o rendimento de grãos sob alto nível de manejo em semeadura precoce (agosto).

Densidade de plantas de milho híbrido em semeadura precoce no Rio Grande do Sul

The choice of plant density and sowing date are important management practices to determine maize grain yield. The objective of this study was to evaluate the effect of plant density on grain yield and its components for two maize hybrids at early sowing date (August) in the State of Rio Grande do Sul, Southern Brazil. The experiment was carried out in Eldorado do Sul (RS), during the 2006/07 growing season. Treatments consisted of four plant densities (5.5, 7.3, 9.1 and 11pl m-2) and two hybrids with contrasting leaf architecture, Dow 2B587 (decumbent leaves) and NB 4214 (erect leaves). The sowing date was August 22, 2006. Grain yield for the decumbent leaf hybrid increased linearly with the increment in plant density from 5.5 up to 11pl m-2, reaching 16t ha-1. Grain yield of the erect leaf hybrid, in turn, was maximized at 9.4pl m-2. The number of ears per square meter was the yield component that better explained maize productivity increase with increasing plant density. The use of plant populations higher than 9pl m-2 was an effective strategy to improve maize grain yield grown under high management level, at early sowing date (August) in Southern Brazil.

A escolha da densidade de plantas e a sua adequação à época de semeadura são práticas de manejo importantes na determinação do rendimento de grãos de milho. Este trabalho foi realizado a fim de avaliar os efeitos da densidade de plantas sobre o rendimento de grãos e seus componentes em dois híbridos cultivados em semeadura precoce (agosto) no Rio Grande do Sul. O experimento foi conduzido em Eldorado do Sul, em 2006/07. Os tratamentos consistiram de quatro densidades de plantas (5,5; 7,3; 9,1 e 11pl m-2) e dois híbridos, um de folhas decumbentes (Dow 2B587) e outro de folhas eretas (NB 4214). A semeadura foi realizada em 22 de agosto de 2006. O rendimento de grãos do híbrido de folhas decumbentes aumentou linearmente com o incremento na densidade de 5,5 até 11pl m-2, alcançando 16t ha-1. Já no híbrido de folhas eretas, o rendimento aumentou de forma quadrática, sendo maximizado na densidade de 9,4pl m-2. O número de espigas por metro quadrado foi o componente que melhor explicou o aumento da produtividade com o incremento na densidade de plantas. O uso de densidades superiores a 9pl m-2 é uma estratégia efetiva para aumentar o rendimento de grãos sob alto nível de manejo em semeadura precoce (agosto).

Densidade de plantas de milho híbrido em semeadura precoce no Rio Grande do Sul

The choice of plant density and sowing date are important management practices to determine maize grain yield. The objective of this study was to evaluate the effect of plant density on grain yield and its components for two maize hybrids at early sowing date (August) in the State of Rio Grande do Sul, Southern Brazil. The experiment was carried out in Eldorado do Sul (RS), during the 2006/07 growing season. Treatments consisted of four plant densities (5.5, 7.3, 9.1 and 11pl m-2) and two hybrids with contrasting leaf architecture, Dow 2B587 (decumbent leaves) and NB 4214 (erect leaves). The sowing date was August 22, 2006. Grain yield for the decumbent leaf hybrid increased linearly with the increment in plant density from 5.5 up to 11pl m-2, reaching 16t ha-1. Grain yield of the erect leaf hybrid, in turn, was maximized at 9.4pl m-2. The number of ears per square meter was the yield component that better explained maize productivity increase with increasing plant density. The use of plant populations higher than 9pl m-2 was an effective strategy to improve maize grain yield grown under high management level, at early sowing date (August) in Southern Brazil.

A escolha da densidade de plantas e a sua adequação à época de semeadura são práticas de manejo importantes na determinação do rendimento de grãos de milho. Este trabalho foi realizado a fim de avaliar os efeitos da densidade de plantas sobre o rendimento de grãos e seus componentes em dois híbridos cultivados em semeadura precoce (agosto) no Rio Grande do Sul. O experimento foi conduzido em Eldorado do Sul, em 2006/07. Os tratamentos consistiram de quatro densidades de plantas (5,5; 7,3; 9,1 e 11pl m-2) e dois híbridos, um de folhas decumbentes (Dow 2B587) e outro de folhas eretas (NB 4214). A semeadura foi realizada em 22 de agosto de 2006. O rendimento de grãos do híbrido de folhas decumbentes aumentou linearmente com o incremento na densidade de 5,5 até 11pl m-2, alcançando 16t ha-1. Já no híbrido de folhas eretas, o rendimento aumentou de forma quadrática, sendo maximizado na densidade de 9,4pl m-2. O número de espigas por metro quadrado foi o componente que melhor explicou o aumento da produtividade com o incremento na densidade de plantas. O uso de densidades superiores a 9pl m-2 é uma estratégia efetiva para aumentar o rendimento de grãos sob alto nível de manejo em semeadura precoce (agosto).

DISPONIBILIDADE DE NITROGÊNIO E SUA RELAÇÃO COM O AFILHAMENTO E O RENDIMENTO DE GRÃOS DE AVEIA

Nitrogen shows a strong influence on oat growth and development, mainly on early stages of plant cycle. Oat tiller number and survival and grain yield as affected by nitrogen supply was studied in five field experiments at Estação Experimental Agronômica/UFRGS (Eldorado do Sul, RS), from 1993 through 1998, with cultivars UFRGS 10 and UFRGS 15. Treatments consisted in applying N in different plant stages (emergence to booting) or in different levels at plant emergence. In all situations, treatments received or not an extra N-supply at the 7th leaf stage. Tillering was stimulated mainly by N applied at plant emergence for tiller emission and by N applied at the 7th leaf stage which reduced tiller mortality and mantained synchrony between main stem and tiller development. The best grain yields were obtained when N was available from emergence up to 7th leaf stage. Late N application (booting stage) resulted in no yield increase. When soil nitrogen supply is restricted, N should be applied at sowing and 7th leaf emission.

O nitrogênio tem forte influência no crescimento e desenvolvimento de aveia, nos estádios iniciais. Os afilhos, em especial, a sua produção e sobrevivência, têm relação com o rendimento de grãos e esses aspectos foram avaliados em relação à disponibilidade de N, em cinco experimentos conduzidos na Estação Experimental Agronômica/UFRGS (Eldorado do Sul, RS), no período de 1993 a 1998, com as cultivares UFRGS 10 e UFRGS 15. Os tratamentos consistiram na aplicação de N em: a) diferentes estádios de desenvolvimento (emergência ao emborrachamento) e b) diferentes doses na emergência das plantas. Em todas situações, esses tratamentos foram seguidos ou não pela aplicação de N no final do afilhamento (emissão da 7ª folha do colmo principal). O afilhamento foi estimulado, especialmente, pelo N aplicado no momento da emergência, devido à emissão de maior número de afilhos, e pelo N aplicado na emissão da 7ª folha, que foi importante para reduzir a mortalidade e manter a sincronia de desenvolvimento entre colmo principal e afilhos. Os melhores rendimentos de grãos foram obtidos quando a disponibilidade de N foi elevada no período que engloba as épocas de emergência e final de afilhamento. A aplicação tardia de N (emborrachamento) não resultou em aumento no rendimento de grãos. Na falta de suficiente suprimento de N pelo solo, é necessária a aplicação combinada de nitrogênio na semeadura e por volta da emissão da 7ª folha do colmo principal.

Regulação da absorção e assimilação do nitrogênio nas plantas

Nitrogen is absorbed as NO3- ou NH4+ and assimilated into aminoacids both in roots and shoots. Root absortion (rate and total amount) at each plant developmental stage depends on specific plasma membrane carriers, enzyme activity for reduction and assimilation and energy availability for both processes. Several research groups are trying to identify bottlenecks on nitrogen metabolism processes. The main limitations referred are: a) Carriers affinity for nitrate and amonium, b) Carbohydrate supply to roots, c) Phloem aminoacids level concentration, d) Nitrate reductase (NR), glutamine synthetase (GS) and glutamate synthase (GOGAT) enzyme activity, e) N source (NO3- ou NH4+) supplied, and f) Site of assimilation (root or shoot). These studies are showing that N metabolism is multi-regulated and integrated to plant general metabolism. The identification of specific metabolic steps that limit plant productivity is very complex. Cloning specific N carriers may help breeding programs in order to get more nitrogen efficient plants.

A presente revisão tem por objetivo discutir os mecanismos de regulação da absorção e assimilação do nitrogênio nas plantas, de modo que a eficiência de uso desse nutriente seja aumentada. O nitrogênio é absorvido nas raízes sob a forma de NO3- ou NH4+, sendo então incorporado em aminoácidos na própria raiz ou na parte aérea. A taxa e a quantidade de nitrogênio absorvido e assimilado durante o ciclo da planta dependem da presença de carregadores específicos na membrana plasmática, da atividade das enzimas envolvidas no seu ciclo, da disponibilidade de energia necessária para os processos de absorção e assimilação e do estádio de desenvolvimento da planta. Inúmeros grupos de pesquisa têm centrado esforços na identificação dos pontos mais limitantes do metabolismo do nitrogênio nas plantas. Os limitadores têm sido relacionados com: a) a afinidade dos carregadores pelo nitrato e amônio; b) o suprimento de carboidratos às raízes; c) o nível de aminoácidos no floema radicular; d) a atividade das enzimas redutase do nitrato (RN), sintetase da glutamina (GS) e sintase do glutamato (GOGAT); e) a fonte de N suprida às plantas (NO3- ou NH4+); f) o local de assimilação do N (raiz ou parte aérea). Esses estudos têm mostrado que o metabolismo do N é multiregulado e integrado ao metabolismo geral da planta. A identificação de pontos metabólicos específicos que são mais limitantes para o incremento da produtividade é complexa. A perspectiva é que a clonagem dos transportadores de N poderá auxiliar os programas de melhoramento genético na obtenção de plantas mais eficientes na absorção do nitrogênio.

Regulação da absorção e assimilação do nitrogênio nas plantas

Nitrogen is absorbed as NO3- ou NH4+ and assimilated into aminoacids both in roots and shoots. Root absortion (rate and total amount) at each plant developmental stage depends on specific plasma membrane carriers, enzyme activity for reduction and assimilation and energy availability for both processes. Several research groups are trying to identify bottlenecks on nitrogen metabolism processes. The main limitations referred are: a) Carriers affinity for nitrate and amonium, b) Carbohydrate supply to roots, c) Phloem aminoacids level concentration, d) Nitrate reductase (NR), glutamine synthetase (GS) and glutamate synthase (GOGAT) enzyme activity, e) N source (NO3- ou NH4+) supplied, and f) Site of assimilation (root or shoot). These studies are showing that N metabolism is multi-regulated and integrated to plant general metabolism. The identification of specific metabolic steps that limit plant productivity is very complex. Cloning specific N carriers may help breeding programs in order to get more nitrogen efficient plants.

A presente revisão tem por objetivo discutir os mecanismos de regulação da absorção e assimilação do nitrogênio nas plantas, de modo que a eficiência de uso desse nutriente seja aumentada. O nitrogênio é absorvido nas raízes sob a forma de NO3- ou NH4+, sendo então incorporado em aminoácidos na própria raiz ou na parte aérea. A taxa e a quantidade de nitrogênio absorvido e assimilado durante o ciclo da planta dependem da presença de carregadores específicos na membrana plasmática, da atividade das enzimas envolvidas no seu ciclo, da disponibilidade de energia necessária para os processos de absorção e assimilação e do estádio de desenvolvimento da planta. Inúmeros grupos de pesquisa têm centrado esforços na identificação dos pontos mais limitantes do metabolismo do nitrogênio nas plantas. Os limitadores têm sido relacionados com: a) a afinidade dos carregadores pelo nitrato e amônio; b) o suprimento de carboidratos às raízes; c) o nível de aminoácidos no floema radicular; d) a atividade das enzimas redutase do nitrato (RN), sintetase da glutamina (GS) e sintase do glutamato (GOGAT); e) a fonte de N suprida às plantas (NO3- ou NH4+); f) o local de assimilação do N (raiz ou parte aérea). Esses estudos têm mostrado que o metabolismo do N é multiregulado e integrado ao metabolismo geral da planta. A identificação de pontos metabólicos específicos que são mais limitantes para o incremento da produtividade é complexa. A perspectiva é que a clonagem dos transportadores de N poderá auxiliar os programas de melhoramento genético na obtenção de plantas mais eficientes na absorção do nitrogênio.

Disponibilidade de nitrogênio e sua relação com o afilhamento e o rendimento de grãos de aveia

Nitrogen shows a strong influence on oat growth and development, mainly on early stages of plant cycle. Oat tiller number and survival and grain yield as affected by nitrogen supply was studied in five field experiments at Estação Experimental Agronômica/UFRGS (Eldorado do Sul, RS), from 1993 through 1998, with cultivars UFRGS 10 and UFRGS 15. Treatments consisted in applying N in different plant stages (emergence to booting) or in different levels at plant emergence. In all situations, treatments received or not an extra N-supply at the 7th leaf stage. Tillering was stimulated mainly by N applied at plant emergence for tiller emission and by N applied at the 7th leaf stage which reduced tiller mortality and mantained synchrony between main stem and tiller development. The best grain yields were obtained when N was available from emergence up to 7th leaf stage. Late N application (booting stage) resulted in no yield increase. When soil nitrogen supply is restricted, N should be applied at sowing and 7th leaf emission.

O nitrogênio tem forte influência no crescimento e desenvolvimento de aveia, nos estádios iniciais. Os afilhos, em especial, a sua produção e sobrevivência, têm relação com o rendimento de grãos e esses aspectos foram avaliados em relação à disponibilidade de N, em cinco experimentos conduzidos na Estação Experimental Agronômica/UFRGS (Eldorado do Sul, RS), no período de 1993 a 1998, com as cultivares UFRGS 10 e UFRGS 15. Os tratamentos consistiram na aplicação de N em: a) diferentes estádios de desenvolvimento (emergência ao emborrachamento) e b) diferentes doses na emergência das plantas. Em todas situações, esses tratamentos foram seguidos ou não pela aplicação de N no final do afilhamento (emissão da 7ª folha do colmo principal). O afilhamento foi estimulado, especialmente, pelo N aplicado no momento da emergência, devido à emissão de maior número de afilhos, e pelo N aplicado na emissão da 7ª folha, que foi importante para reduzir a mortalidade e manter a sincronia de desenvolvimento entre colmo principal e afilhos. Os melhores rendimentos de grãos foram obtidos quando a disponibilidade de N foi elevada no período que engloba as épocas de emergência e final de afilhamento. A aplicação tardia de N (emborrachamento) não resultou em aumento no rendimento de grãos. Na falta de suficiente suprimento de N pelo solo, é necessária a aplicação combinada de nitrogênio na semeadura e por volta da emissão da 7ª folha do colmo principal.