Agronomic and physiological responses, and silage chemical indicators of corn in crop-livestock-forestry systems

RESUMO

DOMICIANO, L. F. Características agronômicas e fisiológicas e indicadores químicos da silagem de milho em sistemas lavoura-pecuária-floresta. 2020, 112f. Tese (Doutor em Ciência Animal), Programa de Pós-Graduação em Ciência Animal, Faculdade de Agronomia e Zootecnia, Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, 2020. O milho é uma cultura muito importante em todo o mundo como um dos principais alimentos para a segurança alimentar, especialmente nos países em desenvolvimento. No entanto, a crescente demanda por alimentos e recursos de energia renovável tem sido tratada em estudos sobre interações de competitividade e complementaridade entre árvores, culturas e animais. Assim, os sistemas integrados, em suas diversas combinações, devem promover uma relação sinérgica entre os componentes, o que pode resultar em maior produção pelas culturas, animais e silvicultura. Em revisão de literatura (capítulo I), chegou-se às conclusões que o aumento do carbono orgânico do solo em sistemas integrados melhora as suas propriedades físicas, químicas e biológicas. Maior rendimento de milho e economia de recursos são possíveis com o uso de inoculantes microbianos. No milho, a ação dos inoculantes é potencializada quando associada a fertilizantes e/ou biocarvão, pois o biocarvão atua no condicionamento do solo, aumentando a absorção e a retenção de água e nutrientes no solo. O milho cultivado entre as linhas das árvores pode se adaptar à sombra moderada, mas reduz a produtividade. A produção de silagem de milho com grande valor nutritivo em sistemas integrados é uma alternativa à produção de grãos. Com base nestas conclusões, identificou-se a necessidade de pesquisas nas áreas de melhoramento genético para a produção de milho menos suscetíveis a sombreamento, manejo do sistema integrado para minimizar a competição, quantificação do perfil de luz XIII estratificado por componente do sistema (árvore, milho e capim) e modelos matemáticos mais complexos e precisos para prever as possibilidades de sucesso dos sistemas integrados. Além disso, desenvolveu-se dois experimentos com o objetivo de comparar as características produtivas e fisiológicas do milho (Zea mays L.) (capítulo II) e as perdas, perfil fermentativo e valor nutritivo da silagem (capítulo III) em milho consorciado com capim-marandu [Brachiaria (syn. Urochloa) brizantha (Hochst. ex A. Rich.) R. D. Webster] cultivados a pleno sol (PS), ou em lavoura- pecuária-floresta com renques de linhas simples (LPFs) e linhas triplas (LPFt) com eucalipto (Eucalyptus urograndis clone H13). As linhas de árvores (renques) foram espaçadas na entre-linhas, entre-árvores e entre-renques com 3,5 × 3,0 × 30 m, atualmente (após desbaste) com 135 árvores ha1 para LPFt e 37 × 3.0 m (entre- linhas e entre-árvores) com 90 árvores ha1 para LPFs. Na lavoura-pecuária- floresta, a amostragem ocorreu a 7 e 13 m ao sul, central, 13 e 7 m ao norte, na área não-arborizada, a partir da linha central das árvores em um renque. No capítulo II, observou-se que a massa de forragem (milho + capim-marandu) e a produtividade de milho por área do sistema diminuíram de acordo com a transmissão da luz e a razão vermelho vermelho distante, com massa de forragem de 10,9, 9,5 e 6,2 Mg MS ha1 em 2017 e 28,9, 21,5 e 14,0 Mg MS ha1 em 2018 para os sistemas PS, LPFs e LPFt, respectivamente, e produtividade de grãos foi de 3,38, 3,34 e 1,66 Mg MS ha1 em 2017 e 7,90, 4,66 e 2,55 Mg MS ha1 em 2018 para PS, LPFs e LPFt. Observou-se que uma redução de até 13% na transmissão da luz não afetou a produtividade de grãos. A massa de forragem (10,1 e 23,9 Mg MS ha1 em 2017 e 2018) e a produtividade de grãos (3,3 e 5,0 Mg MS ha1 em 2017 e 2018) nas distâncias central e 13 m norte foram maiores que nos 7 m norte e sul, distâncias com menos transmissão de radiação fotossinteticamente ativa e XIV razão vermelho vermelho distante. Os menores valores de massa de forragem e produção de milho nas distâncias próximas às árvores foram devidos às menores taxas dos processos fisiológicos, reduzindo a altura, a massa de forragem e a produtividade do milho. No capítulo III, observou-se que as perdas de compostos orgânicos voláteis (63,3 g kg1 MS) e efluentes (4,62 g kg1 de forragem) e o teor de N-amoniacal (64,3 g kg1do N total) no LPFt foram maiores que os LPFs, o que pode estar associado ao menor teor de matéria seca deste sistema. O teor de cinzas e proteínas brutas, além de fibra em detergente neutro e ácido no LPFs, foi semelhante ao PS, mas menor que o LPFt. O menor teor de fibra resultou em maior digestibilidade da silagem de milho no LPFs (594 g kg1 MS) do que nos sistemas LPFt e PS (550 g kg1 MS). Assim, conclui-se que a massa de forragem e produtividade do milho em lavoura-pecuária-floresta é afetada pela transmissão da radiação através árvores e essa redução reduz as atividades fisiológicas do milho. Essas mudanças morfofisiológicas, impulsionadas pela transmissão da luz e redução da razão vermelho vermelho distante, impactam nas propriedades fermentativas e nutritivas da silagem de milho, aumentando o teor de proteína bruta, mas aumentando as perdas fermentativas e o teor de fibra da parede celular, reduzindo a digestibilidade da silagem de milho.

ABSTRACT

DOMICIANO, L. F. Agronomic and physiological responses, and silage chemical indicators of corn in crop-livestock-forestry systems. 2020, 112f. Thesis (Doctor in Animal Science), Graduate Program in Animal Science, Faculty of Agronomy and Animal Science, Federal University of Mato Grosso, Cuiabá, 2020. Corn is a very important crop around the world supporting food security, especially in developing countries. However, the increasing demand for food and renewable energy resources has been supported studies of competitiveness and complementarity interactions between trees, crops, and animals. Thus, the integrated systems, in its various combinations, should promote a synergic relationship between the components, which results in greater production of crops, animals, and forestry. We realized a literature review (chapter I) and reached the following conclusions. The increase in the soil organic carbon in integrated systems improves its physical, chemical, and biological properties. Great corn yield and resource savings are possible with the microbial inoculants use. In corn, the inoculants action is improved when associated with fertilizers and/or biochar. The biochar acts in soil conditioning, increasing the absorption and water and nutrients retention in the soil, favoring the corn developed. Corn grown between tree lines can adapt to moderate shade but reduces productivity. The corn silage production with great nutritive value in integrated systems is an alternative to grain production. Thus, we identified the need for research in the areas of maize genetic improvement less susceptible to shading, intercropped management to minimizes competition, quantification of the stratified light profile by system component (tree, corn, and grass) and more complex and accurate mathematical models for predicting the success possibilities of the integrated systems. In addition, we developed two X experiments with the objective of comparing the productive and physiological characteristics of maize (Zea mays L.) (chapter II), and losses, fermentative profile, and silage nutritive value (chapter III) in maize intercropped with Marandu palisadegrass [Brachiaria (syn. Urochloa) brizantha (Hochst. ex A. Rich.) R. D. Webster] growing in full sun (FS), or in crop-livestock-forestry with single-row (CLFs) and triple-row (CLFt) groves with eucalyptus (Eucalyptus urograndis; hybrid of Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden and Eucalyptus urophylla S. T. Blake). Trees rows (grove) were spaced in inter-row, intra-row, and inter-grove with 3.5×3.0×30 m, currently (after thinning) with 135 tree ha1 for CLFt and 37×3.0 m (inter- row×intra-row) with 90 tree ha1 for CLFs. In the crop-livestock-forestry, sampling occurred at 7 and 13 m south, central, 13 and 7 m north into the non-treed area from the central tree row in a grove. In chapter II we observed that the forage mass (maize + palisadegrass) and corn yield per system area decreased according to light transmission and red far-red ratio, with forage mass of 10.9, 9.5, and 6.2 Mg DM ha1 in 2017 and 28.9, 21.5, and 14.0 Mg DM ha1 in 2018 for the FS, CLFs and CLFt systems, respectively, while the grain yield was 3.38, 3.34, and 1.66 Mg DM ha1 in 2017 and 7.90, 4.66, and 2.55 Mg DM ha1 in 2018 for FS, CLFs and CLFt. It was observed that a reduction of up to 13% in light transmission did not affect grain yield. The forage mass (10.1 and 23.9 Mg DM ha1 in 2017 and 2018) and grain yield (3.3 and 5.0 Mg DM ha1 in 2017 and 2018) in the central and 13 m north distances were greater than in the 7 m north and south, distances with less light transmission and red far-red ratio. The maize with great productive potential is more sensitive to light variations, reducing the forage mass and grain yield. The less values of forage mass and corn yield in the distances near to the trees were due to the lesser physiological processes, reducing the height, forage mass and corn yield. XI In chapter III we observed that the volatile organic compounds (63.3 g kg1 DM) and effluents (46.2 g kg1 forage) losses and ammonia-N content (64.3 g kg1 total-N) in CLFt were greater than CLFs, which may be associated to the less dry matter content of silage in this system. The ash and crude protein contents, besides neutral and acid detergent fiber in the CLFs were similar to the FS but lesser than the CLFt. The less fiber content resulted in greater corn silage digestibility in the CLFs (594 g kg1 DM) than in the CLFt and FS systems (550 g kg1 DM). Thus, we concluded that forage mass and corn yield in crop-livestock-forestry systems is affected by incident light variations through trees and this reduction decreases the maize physiological activities. These morphophysiological changes, driven by the light transmission and red far-red ratio reduction, impact on the fermentative and nutritive properties of corn silage in integrated systems, increasing the crude protein content but increases fermentative losses and cell wall content, reducing the digestibility of corn silage.