Produtividade de milho na presença de doses de N e de inoculação de Herbaspirillum seropedicae

Productivity of maize in the presence of nitrogen levels and inoculation with Herbaspirillum seropedicae

Resumo:

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de nitrogênio e da inoculação de Herbaspirillum seropedicae sobre a produtividade de milho (Zea mays) e os teores de nutrientes nos grãos. Os híbridos simples BRS 1030 e BRS 1060 receberam inoculação da estirpe BR 11417, na presença ou não de doses de adubação nitrogenada, em Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico, durante os períodos de entressafra (plantio em maio de 2012) e safra (plantio em outubro de 2012). Em cada época, os seguintes tratamentos foram avaliados: controle absoluto, sem adubação nitrogenada nem inoculação; controle com inoculação; doses de 50 e 100 kg ha^-1 de N, sem inoculação; e dose de 50 kg ha^-1 de N mais inoculação. BRS 1030 produziu 1.157 kg ha^-1 a mais de grãos que BRS 1060, na análise conjunta dos dois cultivos. Para o primeiro genótipo, a dose de 50 kg ha^-1 de N, com inoculação, incrementou em 2% a produtividade na entressafra e em 4,5% na safra. A inoculação de H. seropedicae, estirpe BR 11417, favorece o acúmulo de P nos grãos, mas tem efeito positivo sobre a produtividade somente em combinação com doses de N mineral, o que indica que seu efeito é mais destacado na promoção do crescimento do milho do que na fixação biológica de N.

Termos para indexação:
Zea mays; fixação biológica de nitrogênio; inoculação de gramíneas; promoção do crescimento.

Abstract:

The objective of this work was to evaluate the effect of nitrogen and inoculation with Herbaspirullum seropedicae on maize (Zea mays) yield and nutrient contents in grains. The BRS 1030 and BRS 1060 simple hybrids received inoculation with the BR 11417 strain in the presence or absence of nitrogen-fertilizer levels in a Typic Hapladult, during the periods of off-season (sowing in May 2012) and season (sowing in October 2012). In each season, the following treatments were evaluated: absolute control, without nitrogen fertilization or inoculation; inoculated control; doses of 50 and 100 kg ha^-1 N, without inoculation; and dose of 50 kg ha^-1 N plus inoculation. BRS 1030 produced 1,157 kg ha^-1 more grains than BRS 1060, in the joint analysis of both crop seasons. For the first genotype, the dose of 50 kg ha^-1 N with inoculation increased crop productivity by 2% in the off-season and by 4.5% in the season. The inoculation with H. seropedicae, BR 11417 strain, favors P accumulation in grains, but it has positive effect on yield only in combination with mineral N levels, which indicates that its effect is more important for maize growth promotion than for biological N fixation.

Index terms:
Zea mays; nitrogen biological fixation; inoculation of grasses; growth promotion.

Introdução

A cultura do milho (Zea mays L.) é bastante exigente quanto à fertilidade do solo, especialmente quanto à disponibilidade de nitrogênio. A deficiência deste macronutriente pode reduzir o rendimento de grãos entre 10 e 22% (Subedi & Ma, 2009). No Brasil, a cultura do milho tem-se caracterizado pela divisão da produção em duas épocas de plantio: plantio de verão ou safra, no final do verão; e safrinha ou segunda safra, no início do inverno.

As bactérias diazotróficas e promotoras do crescimento promovem a fixação biológica de nitrogênio (FBN), a produção de reguladores de crescimento e de sideróforos e a solubilização de fosfatos, entre outros benefícios para as plantas (Bhattacharyya & Jha, 2012). Portanto, há inoculantes comerciais para gramíneas, com essas bactérias, em todo o mundo. No entanto, esses produtos somente usam bactérias do gênero Azospirillum spp. Hungria et al. (2010), por exemplo, avaliaram a eficiência agronômica de Azospirillum brasilense, em campo, em 18 ensaios, e selecionaram as estirpes Ab-V5 e Ab-V6 para produção de inoculantes para a cultura do milho. Essas estirpes proporcionaram incrementos de 662 a 823 kg ha^-1 na produtividade de grãos, ou de 24 a 30%, em relação ao controle não inoculado. O maior obstáculo para a utilização dessa tecnologia, contudo, reside na inconsistência das respostas à inoculação, que normalmente está ligada às condições edafoclimáticas dos experimentos, a interações com a biota do solo, à estirpe utilizada e à qualidade dos inoculantes (Reis, 2006).

Nesse contexto, as bactérias da espécie Herbaspirillum seropedicae têm contribuído nos estudos das associações de microrganismos com as plantas, por apresentarem maior especificidade de interação, uma vez que são endófitos obrigatórios com baixa sobrevivência no solo (Baldani et al., 1986). Entretanto, sua aplicação como inoculante na cultura de milho ainda é escassa. Alves et al. (2015) observaram que a estirpe BR 11417 foi superior a outras 20 estirpes do gênero, e a selecionaram para avaliações em campo quanto à produtividade e à contribuição da FBN para a nutrição nitrogenada. Já Dartora et al. (2013) compararam H. seropedicae com A. brasilense, estirpe Ab-V5, na presença de doses crescentes de N, de 0 a 160 kg ha^-1, e relataram que a inoculação combinada das espécies aumentou em até 7% a produtividade de grãos.

Outro aspecto que aumenta o interesse pelo estudo de gramíneas associadas a H. seropedicae está no fato de que este microrganismo é capaz de solubilizar o fósforo inorgânico e atuar sobre o crescimento de raízes (Estrada et al., 2013), com possíveis implicações para a nutrição fosfatada das plantas.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de nitrogênio e da inoculação de Herbaspirillum seropedicae sobre a produtividade de milho (Zea mays) e os teores de nutrientes nos grãos.

Material e Métodos

Foram conduzidos dois experimentos na área experimental da Embrapa Agrobiologia, em Seropédica, RJ (22º45'S, 43º41'W, a 33 m de altitude). O clima da região é do tipo Aw, de acordo com a classificação de Köppen, com inverno seco e verão quente e chuvoso, e com temperatura média anual de 24°C. O solo da área é classificado como Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico. O primeiro experimento foi plantado em maio de 2012, no período da entressafra, com temperatura média entre 21,1 e 21,8^oC, e precipitação de 31,4 a 103 mm (plantio de inverno). O segundo experimento foi plantado em outubro de 2012, na safra, com temperatura entre 23,4 e 27,8^oC, e precipitação de 101,2 a 363,3 mm (plantio de verão).

Em ambos os experimentos, foram avaliados dois híbridos simples de milho: BRS 1030 e BRS 1060. Utilizou-se o delineamento de blocos ao acaso, com cinco tratamentos e cinco repetições, no total de 25 parcelas. Cada parcela foi constituída de cinco linhas de 5,0 m, o que totalizou 25 m². As duas linhas externas de cada parcela foram consideradas como bordadura, e as parcelas foram espaçadas em 1,0 m entre si. O plantio foi realizado no espaçamento de 1,0x0,2 m, para uma população de 50.000 plantas por hectare.

Os tratamentos avaliados foram: controle absoluto, sem adubação nitrogenada nem inoculação; controle com inoculação; doses de 50 e 100 kg ha^-1 de N, sem inoculação; e dose de 50 kg ha^-1 de N mais inoculação. Os dois ensaios foram conduzidos na mesma área, tendo-se sorteado as parcelas a cada novo plantio.

A semeadura do milho foi feita no sistema convencional, com uma aração e duas gradagens, além de capinas manuais para controle de invasoras. A análise química do solo, na camada de 0-20 cm de profundidade, apresentou os seguintes resultados: pH em H₂O de 5,38; Al não detectado; 3,47 cmol_c dm^-3 de Ca+Mg; 2,56 cmol_c dm^-3 de Ca; 0,91 cmol_c dm^-3 de Mg; 5,14 mg dm^-3 de P (Mehlich-1); e 55 mg dm^-3 de K. A adubação com 80 kg ha^-1 de P₂O₅, na forma de superfosfato simples, e de 20 kg ha^-1 de K₂O, na forma de cloreto de potássio, foi aplicada na cova de plantio. Posteriormente, em cada cova, foram plantadas, manualmente, duas sementes a 3,0 cm de profundidade, e, aos 15 dias após a emergência, foi realizado o desbaste para deixar uma planta por cova. O N foi aplicado em duas doses: 50% no estádio V4 e 50% no V6, com ureia (45% de N). Na entressafra, as plantas foram irrigadas por aspersão, quando necessário, e o inseticida biológico Dipel (Bacillus thuringiensis) foi aplicado para controle da lagarta-do-cartucho (Spodoptera frugiperda).

Utilizou-se a estirpe BR 11417 (também denominada de ZAE94) de H. seropedicae, adquirida da Coleção de Bactérias Diazotróficas da Embrapa Agrobiologia. A estirpe foi inicialmente crescida em placa com meio de cultura sólido JNFb (Baldani et al., 2014), para verificação da pureza. Para a obtenção do inoculante, colônias puras foram inoculadas no meio de cultura DYGS (Baldani et al., 2014) e multiplicadas por 24 horas, a 30ºC, em mesa agitadora a 175 rpm. Após crescimento, 75 mL da suspensão celular com 10⁹ células mL^-1 foram misturados a 175 g de turfa moída, neutralizada e esterilizada, e, em seguida, homogeneizada. As sementes foram cobertas com solução de polvilho, a 10%, e misturadas à turfa na proporção de 250 g de inoculante para 10 kg de semente. Cada semente recebeu uma dose estimada de 10⁶ células.

Por ocasião da colheita dos grãos, foram avaliados: produtividade (kg ha^-1); peso de 1.000 grãos; e conteúdo e acúmulo de nitrogênio, fósforo e potássio nos grãos. Como não houve diferença no número de plantas por parcela, a produtividade foi obtida pela amostragem de 25 plantas colhidas aleatoriamente na parcela útil. Após debulhar as espigas, a massa total de grãos foi pesada, tendo-se retirado uma subamostra de peso médio de 300 g. Essa subamostra foi levada para estufa de circulação forçada, a 65ºC, até peso constante, para determinação do teor de umidade dos grãos. Posteriormente, corrigiu-se a produtividade para umidade padrão de 13%.

Os teores de N nos grãos foram obtidos de acordo com Carmo et al. (2000), tendo-se analisado os extratos obtidos na digestão sulfúrica, por meio da determinação de amônio com o método semimicro Kjeldahl (Bremner & Mulvaney, 1978). Os teores de P e K foram avaliados como em Nogueira & Souza (2005), tendo-se utilizado os valores de produtividade e os teores de N, P e K para determinar o total acumulado nos grãos de milho (kg ha^-1).

Os experimentos foram avaliados separadamente e com análise conjunta. As diferenças entre os híbridos foram estimadas com a análise dos experimentos separadamente. Já as estimativas quanto à época de plantio foram avaliadas por meio da análise conjunta, tendo-se considerado épocas, genótipos e tratamentos (2x2x5).

As análises estatísticas foram realizadas com o programa Sisvar, versão 5.3 (Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, Brasil), exceto o teste de homogeneidade das variâncias (teste de Cochran & Bartlett), que foi realizado com o programa Saeg, versão 8.0 (Euclydes, 1983). Os dados foram analisados quanto à normalidade pelo teste de Shapiro-Wilk, e as pressuposições necessárias para a avaliação dos dados por testes paramétricos foram todas atendidas. Os dados foram submetidos à analise de variância, e, quando significativa, os tratamentos foram submetidos a testes de média ou à análise de regressão, a 5% de probabilidade.

Resultados e Discussão

A média de produtividade de grãos foi significativamente superior (41%) no plantio de inverno (entressafra/safrinha), quando comparado ao plantio de verão (safra), em que o plantio foi realizado em condições meteorológicas favoráveis (Tabela 1). A menor produção na safra possivelmente esteve associada a um verão nebuloso, com mais de 20 dias de chuvas, e ao acúmulo de precipitação superior a 350 mm no mês, o que repercutiu na produtividade média desse cereal de metabolismo C4. Já na safrinha, ocorreu o inverso, com dias de sol e sem limitação hídrica durante o crescimento da planta, o que inverteu os dados de produção esperados.

Tabela 1:
Produtividade de grãos e peso de mil grãos de dois genótipos de milho (Zea mays), na presença de doses crescentes de N e de inoculação da estirpe BR 11417 de Herbaspirillum seropedicae⁽¹⁾.

• ⁽¹⁾
  Médias seguidas de letras iguais, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem a 5% de probabilidade. As maiúsculas comparam médias de épocas e de genótipos entre si.
• ⁽²⁾
  Zero, controle absoluto, sem adição de fertilizante nitrogenado e sem inoculação; e Zero + I, controle mais inoculação da estirpe BR 11417 de H. seropedicae.
• ⁽³⁾
  Produtividade acumulada e média do peso de mil grãos, nos dois cultivos.

O híbrido BRS 1030 respondeu à adição de N, nas duas safras (Tabela 1), enquanto o BRS 1060 não respondeu à adubação na safrinha, mas comportou-se da mesma forma que o BRS 1030 na safra. O híbrido BRS 1030 apresentou produtividade cerca de 10% maior que o BRS 1060, no acumulado dos dois cultivos.

Em comparação ao controle absoluto, o tratamento 50 kg ha^-1 de N + inoculação aumentou a produtividade nas duas safras, com o genótipo BRS 1030. Já o genótipo BRS 1060 apresentou resposta somente na safra (Tabela 1).

Na safrinha, com a dose de 50 kg ha^-1, o genótipo BRS 1030 produziu 3,3% a mais que o controle sem N, e, no tratamento apenas com inoculação, 5,4% a mais. Na safra, esse comportamento se repetiu; porém, as respostas à adubação foram muito mais drásticas, com aumento na produtividade de 86,3 e 94,7%, na presença de adubação mineral e de inoculação, respectivamente.

Para o híbrido BRS 1060, os efeitos associados do N e da inoculação também foram marcantes, na safra, com aumento de 82,4%, na presença de adubação nitrogenada (50 e 100 kg ha^-1 de N), e de 70,9%, com 50 kg ha^-1 de N + inoculação.

Nos dados acumulados dos dois cultivos, o tratamento 50 kg ha^-1 de N + inoculação, no híbrido BRS 1030, permitiu que este alcançasse produtividade similar à obtida quando submetido à dose de 100 kg ha^-1 (Tabela 1). Apesar de não significativo estatisticamente, houve incremento de 422 kg ha^-1 na produtividade de grãos no tratamento 50 kg ha^-1 de N + inoculação, em comparação ao controle apenas com esta dose de N.

A resposta diferencial entre os genótipos à inoculação tem sido relatada na literatura, e normalmente está associada à diversidade e à atividade de microrganismos, à qualidade dos exudados radiculares e à capacidade diferencial de aquisição de nutrientes, entre outros fatores (Vacheron et al., 2013). Em trabalho com inoculação de A. brasilense em milho, Zemrany et al. (2006) observaram, durante 2 anos consecutivos, efeito da inoculação sobre o crescimento de raízes e o desenvolvimento de plantas, mas não houve efeito sobre a produtividade de grãos. Por sua vez, Hungria et al. (2010) relataram aumentos na produtividade de grãos de milho, quando as plantas foram inoculadas e receberam doses de 20-24 kg ha^-1 de N.

Na safrinha, as doses de N não tiveram efeito sobre o peso de mil grãos, nos dois genótipos (Tabela 1). Já a aplicação de N na safra teve efeito positivo sobre a variável, especialmente na dose de 50 kg ha^-1, e mostrou que o genótipo BRS 1030 foi responsivo à aplicação. Da mesma forma, esse genótipo também respondeu à aplicação de N associada à inoculação, com aumentos de 5,1 e 4,3% na variável, em comparação ao controle absoluto, na safrinha e na safra, respectivamente. Na média dos dois cultivos, o tratamento 50 kg ha^-1 de N + inoculação aumentou em 6,4 e 4% o peso de mil grãos, quando comparado ao controle com inoculação, nos genótipos BRS 1030 e BRS 1060, respectivamente.

Na comparação entre os genótipos, BRS 1030 apresentou grãos 21% mais pesados que BRS 1060, na média das duas safras.

Quadros et al. (2014) constataram resposta diferencial de genótipos de milho à inoculação de três estirpes de Azospirillum. Salomone & Döbereiner (1996) também reportaram resposta de vários genótipos de milho à inoculação de Azospirillum spp.

O teor de N nos grãos acompanhou os efeitos da aplicação do fertilizante, na safrinha. Na safra, somente foi observado efeito do tratamento com a maior dose de N (100 kg ha^-1), em ambos os genótipos (Tabela 2). A aplicação do inoculante na ausência do fertilizante aumentou significativamente o teor de N no genótipo BRS 1060, em comparação ao controle absoluto. Na safra, como os dois genótipos responderam à maior dose de N, isso se refletiu na média dos dois cultivos.

O teor de N na safra foi 11% maior que na safrinha, o que evidencia um possível efeito residual da adubação nesse período.

Tabela 2:
Teor de nitrogênio e nitrogênio total acumulado nos grãos de dois genótipos de milho (Zea mays), na presença de doses crescentes de N e de inoculação da estirpe BR 11417 de Herbaspirillum seropedicae⁽¹⁾.

• ⁽¹⁾
  Médias seguidas de letras iguais, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem a 5% de probabilidade. As maiúsculas comparam médias de épocas e de genótipos entre si.
• ⁽²⁾
  Zero, controle absoluto, sem adição de fertilizante nitrogenado e sem inoculação; e Zero + I, controle mais inoculação da estirpe BR 11417 de H. seropedicae.

A inoculação foi capaz de aumentar o acúmulo de N nos grãos, e igualou o tratamento 50 kg ha^-1 de N + inoculação ao 100 kg ha^-1 de N.

Quanto aos teores de fósforo, apenas o genótipo BRS 1060 respondeu significativamente aos tratamentos, com maiores valores no controle e no tratamento 100 kg ha^-1 de N (Tabela 3). Na média do plantio na safra, o teor de P foi maior nesses mesmos tratamentos.

Tabela 3:
Teor de fósforo e fósforo total acumulado nos grãos de dois genótipos de milho (Zea mays), na presença de doses crescentes de N e de inoculação da estirpe BR 11417 de Herbaspirillum seropedicae⁽¹⁾.

• ⁽¹⁾
  Médias seguidas de letras iguais, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem a 5% de probabilidade. As maiúsculas comparam médias de épocas e de genótipos entre si.
• ⁽²⁾
  Zero, controle absoluto, sem adição de fertilizante nitrogenado e sem inoculação; e Zero + I, controle mais inoculação da estirpe BR 11417 de H. seropedicae.

No genótipo BRS 1030, a inoculação promoveu maior acúmulo de P na dose de 50 kg ha^-1 de N, com aumento de 100% em comparação ao controle absoluto e de 13,2%, quando comparado ao tratamento 50 kg ha^-1 de N sem inoculação, além de acúmulos significativamente superiores aos observados no tratamento 100 kg ha^-1 de N. Já o híbrido BRS 1060 acumulou mais P no grão com a maior dose de N aplicada, e não foram observadas diferenças entre a inoculação e as doses de N.

Os valores de P acumulado nos grãos, para os dois genótipos, tiveram comportamento inverso ao relatado por Coelho & França (1995), que observaram que maiores produtividades de grão resultaram em menores teores no nutriente. No presente trabalho, a safrinha, com maior produtividade, também apresentou menor acúmulo do nutriente nos grãos. Na safra, o genótipo BRS 1030 acumulou mais P no tratamento 50 kg ha^-1 + inoculação, 13,2% superior à mesma dose sem inoculação (Tabela 3). O fato de H. seropedicae atuar na solubilização de fosfato in vitro possivelmente teve implicações sobre esse resultado. Estrada et al. (2013) verificaram que diferentes estirpes do gênero são capazes de solubilizar fosfatos inorgânicos in vitro e de promover crescimento de plantas de arroz (Oryza sativa L.). O acumulado no ano refletiu esse maior acúmulo de massa no genótipo BRS 1030 e grãos 9,3% mais ricos em P no tratamento 50 kg ha^-1 de N + inoculação, em comparação a apenas 50 kg ha^-1 de N, que permitiu a extração de 60 kg ha^-1 de P a mais nos grãos.

Os teores de potássio também sofreram efeitos dos tratamentos, na safra (Tabela 4). De forma geral, o genótipo BRS 1030 extraiu mais K, nas duas épocas de plantio, e apresentou grãos mais enriquecidos no elemento. Para esse genótipo, os teores de K na safra foram superiores nos tratamentos 50 kg ha^-1 de N, com e sem inoculação. Para o genótipo BRS 1060, houve diferença nos teores de K apenas entre doses de N.

Tabela 4:
Teor de potássio e potássio total acumulado nos grãos de dois genótipos de milho (Zea mays), na presença de doses crescentes de N e de inoculação da estirpe BR 11417 de Herbaspirillum seropedicae⁽¹⁾.

• ⁽¹⁾
  Médias seguidas de letras iguais, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem a 5% de probabilidade. As maiúsculas comparam médias de épocas e de genótipos entre si.
• ⁽²⁾
  Zero, controle absoluto, sem adição de fertilizante nitrogenado e sem inoculação; e Zero + I, controle mais inoculação da estirpe BR 11417 de H. seropedicae.

No plantio de verão, o tratamento 50 kg ha^-1 de N + inoculação acumulou 126% a mais de K que o controle absoluto, no híbrido BRS 1030. No genótipo BRS 1060, os tratamentos com N refletiram maior acúmulo de K, em comparação ao controle absoluto, mas não diferiram na presença ou não do inoculante. Os valores de K acumulado nos grãos foram menores que os relatados por Coelho & França (1995). Vale ressaltar que, de maneira geral, houve efeito significativo da inoculação da estirpe BR 11417 de H. seropedicae na presença e na ausência de N fertilizante. Este comportamento mostra que a estirpe possivelmente atuou na promoção de crescimento (Pérez-Montaño et al., 2014), mas não como fixadora de nitrogênio. Outro mecanismo associado à maior absorção de nutrientes com a inoculação é a acidificação da rizosfera, pela produção de ácidos orgânicos ou pela estimulação da bomba de prótons (Pérez-Montaño et al., 2014).

Conclusão

A inoculação de Herbaspirillum seropedicae, estirpe BR 11417, favorece o acúmulo de P nos grãos, mas tem efeito positivo sobre a produtividade somente em combinação com doses de N mineral, o que indica que seu efeito é mais destacado na promoção do crescimento do que da fixação biológica de N.

Agradecimentos

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, processo 573828/ 2008-3) e à Embrapa (processo 01.09.01.001.04), pelo apoio financeiro; à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e ao CNPq, pelas bolsas de estudo e de produtividade concedidas; e à Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), pela capacitação recebida pelo primeiro autor.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  Jan 2016

Histórico

• Recebido
  20 Fev 2015
• Aceito
  23 Nov 2015