Absorção e eficiência de uso de nitrogênio por cultivares de café submetidas a déficit hídrico

Abstract

As mudanças climáticas e a ampliação da fronteira agrícola para solos de baixa fertilidade têm motivado pesquisas para entender os efeitos dos déficits abióticos sobre a performance dos genótipos de café, visando identificar materiais com algum grau de tolerância. Neste trabalho objetivou-se foi avaliar as diferenças entre cultivares relacionadas a eficiência nutricional, trocas gasosas e fluorescência da clorofila em condições contrastantes de disponibilidade de nitrogênio e hídrica (experimento 1), assim como estimar os parâmetros cinéticos de absorção de nitrato em diferentes fases fenológicas do cafeeiro (experimento 2). No experimento 1, realizado em sistema hidropônico, em casa de vegetação, foram avaliadas as respostas de 4 genótipos de café arábica de 6 meses de idade (Mundo Novo - MN, Catuaí Amarelo - CA, Catuaí Vermelho - CV e Acauã - A) ao déficit hídrico e doses alta e baixa de nitrogênio. Foi utilizado um esquema fatorial (4x2x4) em delineamento de blocos casualizados com 3 repetições, sendo os fatores: 4 cultivares, 2 doses de nitrogênio alta (7 μmol/L - NA) e baixa (2,8 μmol/L - NB) e 4 níveis de déficit hídricos na solução nutritiva (0, -0,4, -0,8 e -1,6 MPa) estabelecidos via adição de PEG (Polietileno glicol). As plantas foram coletadas para estimar matéria seca e teores de nitrogênio total na folha, caule e raízes e assim calcular os índices de eficiência nutricional. Medições de fotossíntese (A), eficiência de carboxilacão (EC) e eficiência do uso da água (EUA) e do parâmetro Fv/Fm da fluorescência da clorofila foram avaliados. As regressões em função do aumento dos déficits hídricos, mostraram que a eficiência de absorção no NA, aumentou para MN e CV, e para CA e A diminuiu. No NB as eficiências foram menores em relação a NA e aumentaram para MN, CA e A, não variando para CV. Para eficiência de utilização no NA, CV, CA e MN mostraram reduções conforme aumentaram os déficits hídricos, Acauã não variou. No NB as cultivares mostraram tendência de diminuição, exceto para MN que não variou. Pode-se concluir que MN foi a variedade que mostrou melhor desempenho quanto as eficiências de absorção e utilização tanto em adequada quanto em reduzida disponibilidade de nitrogênio, portanto, apresenta-se como adequada para esses ambientes. Em relação as trocas gasosas na dose NA a cultivar CV mostrou as menores reduções da A, EC e maiores valores de EUA em resposta ao déficit hídrico de -0,8 MPa. O parâmetro Fv/Fm nas cultivares não foi afetado pela imposição do déficit hídrico indicando que não houve queda da eficiência fotoquímica, e que suplementação de nitrogênio não interferiu nesta resposta. Na dose de NB a cultivar Acauã mostrou menores reduções A, EC e EUA em resposta ao déficit hídrico de -0,4 e -1,6 MPa. Fv/Fm das cultivares também não foi afetado pelos déficits hídricos. Se conclui que CV na dose NA exibiu melhor desempenho das trocas gasosas e, Acauã foi menos impactada pelo déficit hídrico e baixa disponibilidade de nitrogênio. No experimento 2 foram utilizadas arvores de 5 anos de idade em condições de campo, nas fases fenológicas de chumbinho (Ch), expansão rápida (ER), granação (G) e maturação (M). Foram cavadas trincheiras e selecionadas raízes laterais para induzir produção de novas raízes finas, mediante instalação de câmara de crescimento com vermiculita, sendo esta retirada após um período de crescimento radicular e as raízes lavadas sem ser destacadas das plantas, para então iniciarem-se os ensaios de exaustão do nitrato; utilizando solução de exaustão com 90 μmol L -1 de NO 3- e volume conhecido. Os ensaios de exaustão foram iniciados três horas após o nascer do sol e foram encerrados por volta de 17 h. Nesse intervalo tomaram-se, a cada hora, amostras da solução de exaustão, para acompanhar a depleção de NO 3- . Com os dados de transpiração, matéria fresca das raízes/planta e concentração de nitrato nas amostras foram calculados os parâmetros cinéticos de absorção Vmax, Km e a taxa de absorção de NO 3- . Foram utilizadas analises descritivas para apresentar os resultados. Os valores de Vmax foram maiores na fase de (Ch) e (M). A taxa de absorção de nitrato foi maior na fase (ER) até 20 μmol L -1 , com maior taxa de absorção na fase (M) acima dessa concentração e, com menor taxa na fase de (G). Vmax só na fase (ER) teve correlação positiva com produção de frutos. Km mostrou menor valor na fase de (ER) impactando positivamente taxa de absorção, com maiores valores na fase de (G) e ainda mais na (M). Conclui-se que as taxas de absorção de nitrato mostraram dependência das fases fenológicas, indicando que os mecanismos de absorção podem modular os parâmetros cinéticos em função das demandas diferenciais em cada fase. Palavras-chave: Déficit hídrico. Nitrogênio. Eficiência nutricional. Fotossíntese.

Climate change and the expansion of the agricultural frontier to low fertility soils have motivated research to understand the effects of abiotic stresses on the performance of coffee genotypes to identify materials with some degree of tolerance. This research has as objective to evaluate the varietal differences related to nutritional efficiency, gas exchange and chlorophyll fluorescence parameters in contrasting conditions of nitrogen and water availability (experiment 1), as well as to estimate the kinetic parameters of nitrate absorption in different phenological phases of coffee berry development (experiment 2). The experiment 1 was done in green house, under hydroponic system. Four 6-month-old arabica coffee genotypes (Mundo Novo - MN, Catuaí Amarelo - CA, Catuaí Vermelho - CV and Acauã - A) were submitted to water stress levels and high (NA) and low (NB) nitrogen doses. Was used a factorial scheme in experimental design randomized block (4x2x4) with 3 replications. The factors were: 4 cultivars, 2 nitrogen doses (NA and NB) and 4 levels of water deficits of the nutrient solution (0, -0.4, - 0.8 and -1.6 MPa) established via the addition of PEG (Polyethylene glycol). Plants were harvested to estimate dry matter and total nitrogen levels in leaf, stem and roots to calculate efficiency indexes. Photosynthesis (A), carboxylation efficiency (EC), water use efficiency (EUA) and fluorescence parameter Fv / Fm were evaluated. Regressions due to the increase of water deficit showed that the absorption efficiency in NA increased to MN and CV, and decreased to CA and A. In NB the efficiencies were lower in relation to NA and increased with deficit for MN, CA and A, not varying for CV. In NB all varieties showed lower decreasing efficiencies, except for MN that did not vary. It can be concluded that MN was the variety that showed the best performance regarding absorption, translocation and utilization efficiencies in both adequate and low nitrogen availability, therefore, it is promising. Regarding gas exchange at NA dose, the CA cultivar showed the lowest reductions in A, EC and highest EUA values in response to water deficit of -0.8 MPa. The Fv / Fm parameter in the cultivars was not affected by the imposition of water deficit indicating that there was no decrease in photochemical efficiency, and that nitrogen supplementation did not interfere with this response. At NB dose the Acauã cultivar showed smaller reductions A, EC and EUA in response to water deficit of -0.4 and -1.6 MPa. Fv / Fm of the cultivars was not affected by the degree of water deficits imposed. It can be concluded that in NA dose, the CV showed better gas exchange performance and Acauã was less impacted by water deficit and low nitrogen availability. In experiment 2, 5-year-old trees were used under field conditions in the phenological phases of pin head fruit (PH), rapid expansion (RE), granation (G) and maturation (M). Trenches were dug and roots selected to induce production of new thin roots by installing a growth chamber with vermiculite, then removing and washing the roots, without detach them of the plant, to begin the nitrate exhaustion test; using 90 μmol L -1 solution of NO 3- and known volume. The exhaustion essays have began three hours after sun down and ended at about five PM. Along this time samples of the exhaustion solution were picked in an hour base. With transpiration data, the fresh weight of roots / plant, and nitrate concentration in the samples the absorption kinetic parameters Vmax, Km and NO 3- absorption rate were calculated. Descriptive analysis was used to present the results. Vmax values were higher at (PH) and (M) phase. Nitrate absorption rate was higher in phase (RE) up to 20 μmol L -1 , with higher absorption rate in phase (M) above this concentration and with lower rate in phase (G). Vmax only in the phase (RE) had a positive correlation with fruit production. Km showed lower value in (RE) phase positively affecting absorption rate, with higher values in (G) and even more in (M). It was concluded that nitrate absorption rates showed dependence on phenological phases, indicating that absorption mechanisms can modulate kinetic parameters as a function of differential demands in each phase. Keywords: Water déficit. Nitrogen. Nutritional efficiency. Photosynthesis.