Calibração do medidor de clorofila Minolta SPAD-502 para avaliação do conteúdo de nitrogênio do milho

Calibration of a Minolta SPAD-502 chlorophyll meter for evaluation of the nitrogen nutrition of maize

NOTAS CIENTÍFICAS

Calibração do medidor de clorofila Minolta SPAD-502 para avaliação do conteúdo de nitrogênio do milho

Calibration of a Minolta SPAD-502 chlorophyll meter for evaluation of the nitrogen nutrition of maize

Lincoln Zotarelli^I; Eduardo Garcia Cardoso^I; Jorge Luiz Piccinin^I; Segundo Urquiaga^II; Robert Michael Boddey^II; Eleno Torres^I; Bruno José Rodrigues Alves^II

^IEmbrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Soja, Caixa Postal 231, CEP 86001-970 Londrina, PR. E-mail: [e-mail], [e-mail], [e-mail], [e-mail]

^IIEmbrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Agrobiologia, BR 465, Km 47 CEP 23890-000 Seropédica, RJ. Bolsista do CNPq. E-mail: [e-mail], [e-mail], [e-mail]

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi calibrar o medidor de clorofila Minolta SPAD-502 para avaliação da nutrição nitrogenada das plantas de milho, baseando-se na prévia comparação das leituras de clorofila com os teores obtidos pelos extratores N,N-dimetilformamida (DMF) e acetona 80%. No campo, foram avaliados os teores de clorofila em folhas de milho cultivado sob plantio direto após a cultura de aveia-preta e após a de tremoço-branco, por duas safras consecutivas. A extração da clorofila com a solução DMF, por 72 horas, foi a mais indicada para a calibração do medidor de clorofila SPAD502 na cultura do milho. O ajuste do modelo linear expressou melhor a relação entre o conteúdo de clorofila e as leituras do SPAD na cultura do milho, e seu uso produziu resultados coerentes com o estado nutricional da cultura.

Termos para indexação:Avena strigosa, Lupinus albus, adubo verde, estado nutricional.

ABSTRACT

The subject of this study was the calibration of a Minolta SPAD-502 chlorophyll meter for evaluation of the N nutrition of maize, firstly comparing the chlorophyll readings to the contents obtained from either 80% acetone or N,N-dimethylformamide (DMF) chlorophyll extrators. The chlorophyll of the maize leaves cultivated under zerotillage after oat and lupin for two consecutive harvests was evaluated in a field experiment. The chlorophyll extraction after 72 hours in DMF solution, was the most suitable for the calibration of the SPAD502 chlorophyll meter for maize and its use was coherent with the nutritional status of the crop.

Index terms: Avena strigosa, Lupinus albus, green manures, nutritional status.

A determinação da clorofila é tradicionalmente realizada pela extração dos solutos foliares e posterior determinação espectrofotométrica, utilizando comprimentos de onda na região do vermelho do espectro de luz visível. A atividade fotossintética, o conteúdo de proteínas solúveis, de N, macronutrientes e micronutrientes existentes nas folhas são variáveis e podem ser correlacionadas com o conteúdo de clorofila no tecido foliar (Rajcan et al., 1999). Por isso, o medidor de clorofila Minolta SPAD-502 tem sido investigado como instrumento para rápido diagnóstico do estado nutricional de diversas culturas em relação ao conteúdo de N, agregando vantagens como a simplicidade no uso, além de possibilitar uma avaliação não-destrutiva do tecido foliar (Argenta et al., 2001).

Em plantas de milho, a concentração de N, de clorofila e as leituras fornecidas pelo SPAD-502 estão positivamente correlacionadas (Castelli et al., 1996; Argenta et al., 2001), exceto nos estádios iniciais de desenvolvimento em que a leitura realizada com o SPAD tem sua precisão reduzida (Argenta et al, 2001). Em situações em que a disponibilidade de N é grande, as leituras do SPAD-502 e o conteúdo de clorofila são pouco correlacionados, porque o potencial do sistema fotossintético já se encontra estabelecido e atuante na conversão de energia luminosa em energia química, e o excedente de N se encontra na forma de outros compostos de reserva (Argenta et al., 2001).

Apesar da relação entre o teor de N e o conteúdo de clorofila ter sido demonstrada, os modelos que descrevem esta relação variam entre as culturas e para uma mesma cultura, pois os métodos empregados na calibração do medidor, e as características do próprio medidor, exigem calibrações independentes (Markwell et al., 1995). No processo de extração da clorofila, por exemplo, diferentes solventes têm sido utilizados, porém, a maioria deles necessita da moagem e centrifugação do material vegetal com ou sem aquecimento. Os extratores de clorofila N,N-dimetilformamida (DMF) e acetona na concentração de 80% (v/v), têm sido utilizados para dispensar os processos de moagem, centrifugação ou aquecimento do material (Porra et al., 1989), porém não se sabe qual deles é mais eficiente.

O objetivo deste estudo foi calibrar o medidor de clorofila Minolta SPAD-502 para avaliação da nutrição nitrogenada das plantas de milho, considerando-se a prévia comparação do teor de clorofila obtido por dois extratores diferentes com as leituras do medidor.

No campo experimental da Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Soja, Londrina, PR, durante a safra de verão 2000/2001, foi cultivado no campo, sob sistema de plantio direto, o híbrido de milho Cargill 3023, sucedendo a cultura de aveia-preta (Avena strigosa) e de tremoço-branco (Lupinus albus). Todas as parcelas de milho receberam 44 kg ha^-1 de P₂O₅ e K₂O na época de semeadura, pela fórmula NPK 0-20-20. Somente na seqüência aveia-preta/milho foi aplicada a dose de 80 kg ha^-1 de N, na forma de uréia, em que metade da dose foi aplicada na semeadura e a outra metade em cobertura aos 25 dias após a emergência das plantas. O ensaio foi repetido na safra 2001/2002, nas mesmas condições do anterior, porém, a aplicação de N foi excluída dos tratamentos e o híbrido de milho utilizado foi o Pionner 3041. A partir do estádio de florescimento, selecionaram-se cinco plantas de milho representativas de cada parcela. O conteúdo de clorofila foi avaliado pelo SPAD-502, quinzenalmente, nas folhas da espiga. Ao final do ciclo da cultura, a produção de grãos e de palha foi avaliada.

Durante o período de enchimento de grãos, além das medições do conteúdo de clorofila pelo SPAD, foi avaliado o conteúdo de N total no tecido foliar através do método semi-micro Kjeldhal.

Para a calibração do medidor de clorofila Minolta SPAD-502 com o conteúdo de clorofila total das plantas, foram coletadas 80 folhas de plantas de milho crescidas na safra 2000/2001, cujas tonalidades de verde variavam de verdeamarelado a verdeescuro intenso. Com o auxílio de um vazador circular de área equivalente a 346 mm² foram retirados círculos de tecido vegetal do terço médio das folhas. Imediatamente, foram realizadas as leituras em cada círculo com o SPAD-502. O valor da leitura de cada círculo foi composto pela média aritmética de seis repetições. Em seguida, em todos os círculos foram determinados os teores de clorofila das folhas, utilizando-se os solventes acetona 80% e N,N-dimetilformamida sem diluição. Para isso, os discos foram acondicionados em frascos protegidos da luz e imersos individualmente em 25 mL de cada extrator. As amostras em acetona foram mantidas sob refrigeração (8ºC), enquanto as amostras em DMF foram mantidas em temperatura ambiente. As absorbâncias dos extratos foram analisadas em espectrofotômetro nos comprimentos de onda de 647 (A₆₄₇) e 663 nm (A₆₆₃), após 72 e 104 horas do início da extração. No cálculo das quantidades de clorofila a, b e total (C_a, C_b e C_t, respectivamente), foram utilizadas as equações descritas por Porra et al. (1989) para as amostras extraídas com acetona 80%: C_a = 12,7A₆₆₃ - 2,7A₆₄₇; C_b = 4,7A₆₆₃ + 22,9A₆₄₇; C_t = 8,02A₆₆₃ + 20,2A₆₄₇. As equações de Moran (1982) foram utilizadas para as amostras extraídas com DMF: C_a = 12,64A₆₆₃ - 2,99A₆₄₇; C_b = 5,6 A₆₆₃ + 23,26A₆₄₇; C_t = 7,04A₆₆₃ + 20,27A₆₄₇.

Nos procedimentos estatísticos de regressão e análise de variância foi utilizado o Software Sigma Plot 2.0, e os ajustes das curvas foram realizados pela função linear e quadrática.

Não foram observadas diferenças significativas nos conteúdos de clorofila extraídas após o período de 72 e 104 horas, em ambos extratores. Observou-se que os discos do limbo foliar tratados com DMF, após 72 horas, apresentavam-se totalmente despigmentados, enquanto os discos tratados com acetona, mesmo após 104 horas, ainda apresentavam pontos com pigmentação verde, visíveis a olho nu, indicando uma menor eficiência de extração com acetona. A relação entre o total de clorofila a e clorofila b variou significativamente nos dois extratores utilizados. Em acetona, a relação entre clorofila a e clorofila b foi de 2,23±0,26, ao passo que em DMF, a relação foi de 3,78±0,36, sugerindo maior eficiência do último na extração das clorofilas, cuja relação obtida foi característica das plantas C₄, o que não foi evidenciado na extração com acetona, cuja relação ficou próxima da encontrada em plantas C₃.

Os valores de clorofila total foram melhor ajustados aos modelos lineares de primeira e de segunda ordem quando utilizou-se o extrator DMF, do que com acetona (Tabela 1). Os valores dos coeficientes de determinação foram muito próximos nos dois modelos utilizados, discordando dos relatos encontrados na literatura que indicam que a correlação entre a clorofila foliar e as leituras do SPAD-502 no milho não é linear (Castelli et al., 1996). Apesar da semelhança dos coeficientes de determinação entre os modelos testados, os parâmetros da equação ajustada não foram significativos em ambos os extratores (Tabela 1).

O conteúdo de clorofila foliar nas plantas de milho foi similar entre os tratamentos até o período de formação das espigas (60 e 70 dias após plantio). Com o avanço do período reprodutivo, fase que se caracteriza pela redistribuição de nutrientes e enchimento de grãos, ocorreu um progressivo amarelecimento das folhas inferiores das plantas. Esta situação apresentou-se mais expressiva na rotação envolvendo aveia-preta/milho, ao passo que o milho cultivado após tremoço-branco manteve-se com as folhas mais esverdeadas por maior tempo, como ficou demonstrado pelos maiores conteúdos de N na folha no momento da colheita (Tabela 2). No sistema tremoço- branco/milho, a concentração máxima de clorofila nas folhas, determinada pela derivada primeira das equações quadráticas ajustadas aos teores de clorofila durante o desenvolvimento das plantas de milho, foi detectada aos 79 e 84 dias após o plantio, respectivamente nas safras 2000/2001 e 2001/2002, enquanto na rotação aveia-preta/milho, a máxima concentração de clorofila nas folhas somente foi observada aos 68 e 69 dias após o plantio, nas respectivas safras.

Este comportamento está associado à disponibilidade de N do solo para o milho, uma vez que foi plantado sobre a palhada de tremoço-branco, de baixa relação C:N, que acumulava mais de 200 kg ha^-1 de N na ocasião do manejo (Zotarelli, 2000). O tremoço-branco é uma leguminosa que pode acumular significativa quantidade de matéria seca (4 a 6 Mg ha^-1) e introduzir N no solo proveniente da fixação biológica do N₂ atmosférico (Zotarelli, 2000). Por outro lado, a cultura da aveia-preta, amplamente difundida no manejo de sistemas de plantio direto por sua excelente capacidade de cobertura do solo, que pode chegar a 8 Mg ha^-1, possui alta relação C:N, o que pode ocasionar, em determinadas situações, a imobilização de N mineral do solo em sistema de plantio direto (Sá, 1993). Comparando-se as produtividades e a acumulação de N nos sistemas de rotação (Tabela 2), verifica-se que a contribuição do tremoço-branco foi superior a 80 kg ha^-1 de nitrogênio.

No ano seguinte, a suspensão da adubação nitrogenada na seqüência aveia-preta/milho reduziu o rendimento de grãos em 2,4 Mg ha^-1; a acumulação final de N nos tecidos também foi comprometida em torno de 50%; nesta situação os teores de N nos grãos e palha foram significativamente inferiores na rotação com presença da aveia-preta (Tabela 2), ficando evidente a situação de deficiência de N no sistema.

Paralelamente à redução do conteúdo de clorofila, foram observados decréscimos significativos do conteúdo de N no tecido foliar nos dois sistemas de produção, confirmando a relação entre as leituras do SPAD e a concentração de N e clorofila (Argenta et al., 2001).

Um segundo fator na comparação entre os dois anos agrícolas foi a adubação nitrogenada realizada no milho na rotação com aveia-preta apenas no primeiro ano de cultivo. Esse fator contribuiu para que o conteúdo de N nas folhas de milho, na safra 2000/2001, no sistema aveia-preta/milho, fosse relativamente maior do que no mesmo sistema na safra 2001/2002, o que refletiu no conteúdo de clorofila foliar, na produtividade e na acumulação de N nos grãos e na palha (Tabela 2). Na safra 2001/2002, foram observados, apenas na rotação aveia-preta/milho, sintomas da deficiência de N e K na fase de enchimento de grãos da espiga. Em 90% das espigas colhidas, foi possível observar má formação caracterizada pelo não preenchimento dos lócus que compunham a ponta da espiga, além do entortamento da ponta da espiga, caracterizado pelo desbalanço na relação N:K.

A extração da clorofila com a solução DMF, por 72 horas, é a mais indicada para a calibração do medidor de clorofila SPAD-502 na cultura do milho. O modelo linear expressa a relação entre o conteúdo de clorofila e as leituras do SPAD para a cultura do milho, e permite avaliar o estado nutricional da cultura pela estreita relação com o conteúdo de N foliar após a floração.

Agradecimentos

À equipe de laboratório, Donizete Loni, Mariluci da Silva Pires, Nelson Delattre e Iara Cintra Arruda; à equipe de apoio, João Ribeiro Macedo, Jorge Julio Azevedo e Paulo Volpato, pelo suporte técnico; à Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA), Capes-Faperj e Cnpq, pelo suporte financeiro.

Referências

ARGENTA, G.; SILVA, P. R. F. da; BARTOLINI, C. G.; FORSTHOFER, E. L.; STRIEDER, M. L. Relação da leitura do clorofilômetro com os teores de clorofila extraível e nitrogênio na folha de milho. Revista Brasileira de Fisiologia Vegetal, Lavras, v. 13, n. 2, p. 158-167, 2001.

CASTELLI, F.; CONTILLO, R.; MICELI, F. Non-destructive determination of leaf chlorophyll content in four crop species. Journal of Agronomy and Crop Science, Berlin, v. 177, p. 275-283, 1996.

MARKWELL, J.; OSTERMAN, J. C.; MITCHELL, J. L. Calibration of the Minolta SPAD-502 leaf chlorophyll meter. Photosynthesis Research, Dordrecht, v. 46, p. 467-472, 1995.

MORAN, R. Formulae for determination of chlorophyllous pigments extracted with N,N-dimetilformamide. Plant Physiology, Rockville, v. 69, p. 1376-1381, 1982.

PORRA, R. J.; THOMPSON, W. A.; KRIEDERMANN, P. E. Determination of accurate extinction coefficients and simultaneous equation for assaying chlorophylls a and b extracted with four different solvents: verification of the concentration of chlorophylls standards by atomic absorption spectroscopy. Biochimica et Biophysica Acta, New York, v. 975, p. 384-394, 1989.

RAJCAN, I.; DWYER, L.; TOLLENAAR, M. Note on relationship between leaf soluble carbohydrate and chlorophyll concentrations in maize during leaf senescence. Field Crops Research, Madison, v. 63, p. 13-17, 1999.

SÁ, J. C. M. Manejo da fertilidade do solo no plantio direto. Passo Fundo: Aldeia Norte, 1993. 96 p.

ZOTARELLI, L. Balanço de nitrogênio numa rotação em sistema de plantio direto e convencional na Região de Londrina-PR. 2000. 164 f. Dissertação (Mestrado em Ciência do Solo) - Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2000.

Aceito para publicação em 24 de julho de 2003

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  16 Fev 2004
• Data do Fascículo
  Set 2003

Histórico

• Aceito
  24 Jul 2003