Agronomia da Produção Vegetal

Agronomia da produção vegetal

27 de Novembro de 2015| Instituto Superior de Agronomia Pedro Aguiar Pinto | Secção de Agricultura

1.  Produção vegetal 2.  Cultura 3.  Objectivos da produção 4.  Sistemas de produção 5.  Processo produtivo 6.  Progresso técnico-científico 7.  Procura de equilíbrio 8.  Produtos vegetais Sumário 2

1. Produção vegetal

2|3

1.  Produção vegetal –  Vegetal

• Vegetābilis – (lat.) capaz de viver e crescer

–  Produção

• Prōductiōn – (lat.) aumento de comprimento

–  Cultura

• Cultūra – (lat.) lavrar, terra que é lavrada

1. Produção vegetal 4

(depois de ter criado o homem e a mulher)…

Abençoando-os Deus disse-lhes: “Também vos dou todas as ervas com semente que existem sobre a superfície da terra, assim como todas as árvores de fruto com semente, para que vos sirvam de alimento. E a todos os animais da terra, a todas as aves dos céus e a todos os seres vivos que existem e se movem sobre a terra, igualmente dou por alimento toda a erva verde que a terra produzir” Deus vendo toda a sua obra considerou-a muito boa. Foi o sexto dia.

Gen 1, 29-31

Ervas com semente | 5

(depois da desobediência)…

Deus disse ao homem: …maldita seja a terra por tua causa. E dela só arrancarás alimento à custa de penoso trabalho, todos os dias da tua vida. Produzir-te-á espinhos e abrolhos, e comerás a erva dos campos. Comerás o pão com o suor do teu rosto,…. Gen 3, 17-19

Produção | 6

van Gogh, The End of the Day (after Millet), November 1889. Oil on canvas, 72 x 94 cm. Menard Art Museum, Komaki.

Trabalho | 7

Agricultura e Agronomia Agricultura

As culturas que se praticam e o modo como são cultivadas são decisões humanas, dependendo também da utilidade dos produtos, custos de produção e risco envolvido Objectivo principal:
 produção de alimentos e fibra

Agronomia

A produção de materiais orgânicos nos campos agrícolas depende das capacidades fisiológicas das plantas e animais e do ambiente em que crescem. Estas matérias são sujeito de análises ecológicas, baseadas em princípios biológicos, químicos e físicos.

Agricultura e Agronomia | 8

•  Ervas com semente

•  Árvores de fruto com semente

•  Erva verde

•  Grãos •  Cereais •  Leguminosas para grão •  Árvores de fruto com semente •  Pomóideas •  Citrinos •  Vinha •  Olival •  Hortaliças •  Forragens e pastagens Principais produções vegetais | 9

2.  Cultura

2 | 10

2.  Cultura

–  Propriedades

• Homogeneidade • Reduzida competição intra-específica • Elevada competição entre espécies • Risco

2. Cultura | 11

O modelo de cultura

(surge como conceito a partir da observação de herbáceas anuais

Conjunto de indivíduos idênticos - de uma única população - da mesma idade

determinadas)

e, portanto, com grande uniformidade,
 suportando um elevado grau de
 competição / interferência intraespecífica

O modelo de cultura | 12

O modelo de cultura | 13

A competição é adaptada aos recursos disponíveis

Texto Texto

Redução do risco em olival| 14

Texto Texto

Eliminação da competição| 15

Radiação solar

Ambiente aéreo

Metano

Reflexão

Produtos vegetais

Plantas Animais Produtos animais Dejecções

Senescência

Solo

Fluxo de energia num ecossistema natural | 16

Radiação solar

Ambiente aéreo Metano Reflexão

Combustível

Processamento

Produtos vegetais

Colheita

Máquinas

Conservação

Cultura

Animais Produtos animais

Pesticidas Dejecções Irrigação

Fertilização

Senescência, doenças e pragas

Solo

Exportação Subsídio de energia

Fluxo de energia num ecossistema agrícola | 17

3.  Objectivos da produção

2 | 18

3.  Objetivos da produção –  Segurança alimentar • Food safety • Food security

–  Alimentação »  Suficiência –  Desperdício

3. Objectivos da produção | 19

Food security refers to the availability of food and one's access to it

Food safety is a scientific discipline describing handling, preparation, and storage of food in ways that prevent foodborne illness.

Segurança alimentar | 20

6000000

World 7,287,608,500 121:50UTC Nov 26, 2015 1,1%.ano-1 http://www.census.gov/#

5000000

4000000

3000000

2000000 1920

1940

1960

1980

2000

População mundial | 21

Requisitos alimentares (RDA’s) • Anuais

• Diários

– Energia: 10,5 MJ (2500 kcal)

–  Energia:

• 3,8 GJ.ano-1

energia digestível

– Proteína: 
 50 g prot. dig.
 (8g N = 50/6,25)

–  Proteína:

• 18,2 kg.ano-1
 (2,9 kg N)

O arroz - o cereal mais pobre em proteína - tem 8% de proteína. 224 kg de matéria seca digestível de arroz cobrem as necessidades energéticas e têm aproximadamente 17,9 kg de proteína, ligeiramente menos que o requisito anual per capita. Requisitos alimentares | 22

Produção de alimentos (1999) Outras 34%

Oleaginosas 6%

Cultura Trigo Arroz Milho Cevada Sorgo Milho painço Aveia Batata Mandioca

Leguminosas 8%

Área

Produção

Produtividade

(x1000 ha)

(*1 000 t)

(kg/ha)

214886 155736 139173 55570 42373 36113 14381 19150 16638

585145 602266 604572 129408 60274 26952 24480 305147 168339

Cereais 48%

Raízes e tubérculos 4%

Energia Capacidade População bruta sustentação potencial MJ/ha

2723 69534 3867 87768 4344 75905 2329 59274 1422 22370 746 13041 1702 38995 15935 102080 10118 58335

(pessoas/ha) (x 1 000 000)

18 23 20 16 6 3 10 27 15

3 932 3 597 2 780 867 249 124 148 514 255

Produção de alimentos| 23

Produção de alimentos (2013) Outras 34%

Oleaginosas 6%

Cultura Trigo Arroz Milho Cevada Sorgo Milho painço Aveia Batata Mandioca

Leguminosas 8%

Área

Produção

Produtividade

(x1000 ha)

(*1 000 t)

(kg/ha)

218461 461 164722 155736 139173 55570 42373 36113 14381 19150 16638

713183 585145 745700 602266 604572 129408 60274 26952 24480 305147 168339

Cereais 48%

Raízes e tubérculos 4%

Energia Capacidade População bruta sustentação potencial MJ/ha

2723 83362 69534 3265 3867 102742 87768 4527

4344 75905 2329 59274 1422 22370 746 13041 1702 38995 15935 102080 10118 58335

(pessoas/ha) (x 1 000 000)

18 20% 22 23 27 20 17% 16 6 3 10 27 15

932 43792 597 43454 2 780 867 249 124 148 514 255

Produção de alimentos| 24

Carne e peixe 11%

Arroz 21%

Frutos e hortícolas 10%

Gorduras e óleos 9% Açúcar 7% Mandioca 2% Batatas e inhame 5%

Trigo 20%

Outros cereais 10%

Milho 5%

Composição da dieta alimentar humana à escala mundial | 25

Fome longe | 26

Jornal de Notícias, 28.Set.2010

Fome perto | 27

Conservação da produção vegetal | 28

Zero desperdício

Expresso, 21 Nov 2015

Dimensão do desperdício alimentar • 100 000 000 t / ano UE • 500 000 000 habitantes (UE) • 500 kg / habitante • 1,4 kg/habitante /dia Conservação da produção vegetal | 30

4.  Sistemas de produção

2 | 31

4.  Sistemas de produção –  Cadeias tróficas

• Dependência ambiental

–  Zonas agro-climáticas –  Solo, nutrientes, sementes e propágulos

4. Sistemas de produção | 32

Uma cadeia trófica num sistema agrícola simples:

Produtores primários

Consumidores primários

LUZERNA Produtor primário

Consumidor primário Produtor secundário

GAFANHOTOS

COELHOS

CARNE PARDAIS Consumidores secundários

HOMEM

INFESTANTES

LUZERNA

AFÍDEOS

VACA

FAISÕES RAPOSAS

DECOMPOSITORES

VACAS

LEITE HOMEM

A situação torna-se mais complexa quando outras populações são consideradas na comunidade "LUZERNA": Teia trófica| 33

Tipo 1 Cultura

Tipo 2

Tipo3

Tipo 4

Cultura

Pastagem

Cultura

Pastagem

Animal

Animal

Animal

Homem

Homem

Homem

Homem

18 (trigo)

4 (milho-porco)

7 (leite)

Capacidade de sustentação (pessoas/ha) Adaptado de Loomis e Connor (1992)

Cadeias tróficas básicas em Agricultura | 34

Cultura

Homem

Sistema do tipo 1 | 35 Sistema do tipo 3 | 35

Pastagem

Animal

Homem

Sistema do tipo 3 | 36

Produtividade primária líquida mundial | 37

Distribuição climática de Koppen| 38

Espécie ausente

Baixo

Zona de stress fisiológico

Baixa população

Intervalo óptimo Área de maior abundância

Zona de intolerânci a

Baixo

População

Alto

Limite inferior de tolerância

Gradiente

Limite superior de tolerância

Zona de stress fisiológico

Zona de intolerânci a

Baixa população

Espécie ausente

Alto

Distribuição de organismos ao longo de um gradiente físico Distribuição de organismos | 39

• Homeotermia

– Capacidade de manter uma temperatura corporal constante, face a temperaturas ambientais flutuantes

• Poiquilotermia

– Incapacidade de regular a temperatura corporal Regulação térmica | 40

Biomas | 41

Corn Belt | 42

•  O conceito de nicho ecológico (G. E. Hutchinson) –  Hipervolume de ndimensões •  cada variável ambiental é representada numa dimensão

–  nicho fundamental •  definido pelos níveis de tolerância

–  nicho realizado •  subconjunto de condições toleradas realmente ocupadas pelo organismo

Nicho ecológico| 43

Na terra e na atmosfera

Nos organismos vivos

0,2

Fósforo

0,009 2,6

Outros elementos

25 0,5

Silício

28 2,2

Azoto

0,09 10

Hidrogénio

0,13 11

Carbono

0,03 74 46

0,001

0,01

0,1 1 10 Abundância relativa de elementos (%)

Oxigénio

100

Escala logarítmica

Abundância relativa de nutrientes| 44

• Horizontes

–  O horizonte superficial. Folhada e húmus –  A horizonte mineral de acumulação de matéria orgânica –  B horizonte de acumulação de argila, ferro ou alumínio (avermelhado por oxidação do Fe) –  C horizonte pouco meteorizado –  R rocha mãe Perfil do solo | 45

Carta de solos de Portugal | 46

Carta de capacidade de uso do solo| 47

Semente | 48

Sementeira | 49

Abrolhamento | 50

Perda de água

Temperatura do ar

Trocas de CO2 e H2O Balanço da radiação líquida e visível

Superfície

N, P, K, etc.

H2O

Temperatura do solo

do solo

Crescimento vegetal | 51

5.  Processo produtivo

2 | 52

5.  Processo produtivo

•  “Harvesting the sun” • 

Do sol ao alimento

5. Processo produtivo | 53

• Constante solar

–  O sol irradia aprox. 56x1026 cal.min-1 –  A energia incidente por unidade de área
 numa superfície esférica de raio
 1,5x1013cm (a distância média
 da terra ao sol) é
 56x1026 / 4π(1,5x1013cm)2
 = 1.9806 cal.cm-2. min-1 Energia solar | 54

• Inclinação do ângulo de incidência –  Tempo

• hora do dia

–  nascer e pôr do sol »  Movimento de rotação da terra

• dia do ano

–  Estações do ano »  Inclinação da eclíptica

–  Espaço

• Localização geográfica –  Latitude –  Declive da superfície –  Exposição da encosta

Inclinação do ângulo de incidência | 55

Espectro de radiação solar | 56

Influência da inclinação e exposição da superfície | 57

Diferentes arquitecturas | 58

•  Ciclo de Benson-Calvin (C3) –  Ácido fosfo-glicérico (C3) + CO2 –  Ribulose-bifosfato carboxilase (Rubisco) –  Fotorespiração: •  luz, O2, baixo CO2 •  Fotossíntese em C4 –  Ácido fosfo-enol-pirúvico –  PEP carboxilase –  Separação espacial entre a redução de carbono e o ciclo C3 •  adaptação anatómica (fixação de CO2 nas células do mesófilo) •  Plantas CAM (Metabolismo Ácido das Crassuláceas) –  Separação temporal entre a redução de carbono e o ciclo C3 –  Em condições de secura o CO2 é fixado em ácidos C4 durante a noite e libertado durante o dia, com os estomas fechados para o ciclo C3. 3 sistemas fotossintéticos | 59

•  2H2O -----> 4e- + 4H+ + O2 –  reacção luminosa (fotólise da água)

•  CO2 +

4e

+

+ 4H

-----> (CH2O) + H2O

–  reacção não-luminosa (redução de C) •  o substracto pode ser outro.

Síntese do processo central da fotossíntese | 60

•  C6H12O6 + 6 O2 -----> 6 CO2 + 6 H2O + 24 e•  24 e- -----> 36 ATP ou 12 NADH2 •  Glucose –  fornece energia para crescimento e manutenção •  Respiração = Respiração manutenção + Respiração crescimento

–  fornece matéria prima (C) para a construção dos diferentes compostos –  Combustão controlada enzimaticamente produz 24 e- que podem ser usados para produção de energia (36ATP) ou poder redutor (12NADH2)

Respiração | 61

Composto Valor do Produto Amido, celulose 0.83 Proteína (a partir de NO ) 0.40 Proteína (a partir de NH ) 0.62 Lípido 0.33 Ácidos orgânicos 1.10 3-

4+

Valor do produto = massa do produto / massa de glucose

Valor do produto | 62

•  Harvest Index (HI) (Índice de colheita) –  Fracção de biomassa que constitui a produção economicamente útil. –  Cultura: Trigo •  •  •  • 

Grão: 3000 kg/ha Palha: 4500 kg/ha (folhas e caules) Total: 7500 kg/ha) HI = 3000 / (3000+4500) = 0,4

Índice de colheita | 63

Energia radiante disponível (1674)

108J.ha-1.dia-1

Radiação fotossinteticamente activa (837)

50%

Utilizada pela cultura (652)

78%

Fotossíntese líquida (44) Fotossíntese bruta (66)

10%

66%

2,6%

Fluxo de energia na produção de uma cultura | 64

6.  Progresso técnico-científico

2 | 65

6.  Progresso técnico-científico •  Produtividade •  •  •  • 

Genética Nutrição vegetal Protecção de plantas Trabalho

•  Riscos

6. Progresso técnico-científico| 66

8000 7000

Produção (t/ha)

6000 5000 4000 3000

Reino Unido, 99

Evolução histórica da produtividade do arroz, no Japão e do trigo, no Reino Unido.

França, 99 Japão, 99

Outras produtividades nacionais referentes a 1968 (Evans, 1982)

Formosa

Actualização de alguns casos a 1999 (FAO, 2000)

França México Ceilão

Tailândia Índia

2000

Indonésia

USA

Filipinas

1000 0 800

Arroz, Japão

Itália

Paquistão Índia

Canadá URSS Austrália

Tailândia, 99 URSS, 99

Trigo, Reino Unido

1000

1200

1400 Anos

1600

1800

2000

Evolução histórica da produtividade | 67

1961

1970

1980

1990

2000

Arroz

6357 Espanha

6227 Austrália

6333 Espanha

8838 Austrália

9102 Egipto

Milho

4673 Suiça

13793 Israel

14564 Jordânia

6202 Holanda

8531 Irlanda

8398 Holanda

Trigo

7247 8076 N. N. Zelândia Zelândia

4121 4546 Dinamarca Holanda

Soja

2103 Canadá

2085 Canadá

2640 Itália

3359 Itália

3579 Itália

Cana de Açúcar

154492 Peru

141578 Peru

121118 Quénia

117301 Quénia

119572 Peru

Batata

28040 Holanda

31500 Suiça

36924 Bel-Lux

40206 Holanda

46458 Holanda

Evolução da produtividade média mais elevada | 68

Outros factores negativos não identificados

-23

Aparecimento de novas doenças e pragas

-8

Acréscimo de mecanização da cultura

Impacto percentual de factores tecnológicos, culturais e de gestão na duplicação da produtividade do milho. (Minnesota, 1930-79) . Adaptado de Stoskopf (1984)

Mecânica

5

Alteração de sequências culturais (Intensificação)

-7

Agravamento dos problemas de erosão

-8

Melhoria do arranjo espacial das plantas

8

Melhoria da determinação da data de sementeira

8

Fisiologia Climatologia

Aumento do controlo de doenças e paragas

21

Fitopatologia

-28

Redução da aplicação de estrumes e matéria orgânica

Química

Acréscimo de aplicação de fertilizantes comerciais

Genética e Melhoramento

Introdução de cultivares melhoradas

-40

-30

-20

-10

47

0

10

20

30

40

58

50

60

Como é que a produtividade aumentou assim? | 69

70

A “Revolução Verde”

Irrigação de alto rendimento

Agroquímicos

Mecanização

Evolução tecnológica | 70

Cultivares antigas e recentes | 71

•  Comparação entre um trigo corrente (a) e o ideótipo de trigo de C. M. Donald (1968) (b) para cultura com povoamentos densos e recursos do solo não limitantes: •  - palha baixa e resistente, um número reduzido de folhas erectas e uma espiga longa •  - comportamento não competitivo, alto índice de colheita e máximo desempenho em comunidade. Ideótipo | 72

O trabalho do campo

O trabalho do solo | 73

O trabalho do campo

pode ser harmonioso e bucólico, mas também é, seguramente, penoso

Paredes deCoura, Mozelos. “Vezeiras Oliveira, E.V et al., 1983

Penosidade do trabalho| 74

Efeito da mecanização na produtividade do trabalho Produtividade

Tractor e charrua de 2 ferros

0,17

Parelha e charrua

2,50

Homem com enxada

0,00

Produtividade

38,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

Homem com enxada

Parelha e charrua

Tractor e charrua de 2 ferros

38,00

2,50

0,17

40,00

Tempo (dias)

Produtividade do trabalho | 75

Execução das operações na folha de cultura

Trabalho linear | 76

Trabalho em faixas paralelas | 77

Economias de escala | 78

Economias de escala | 79

A forma circular imposta pelas novas técnicas de irrigação | 80

Rega | 81

7.  Procura de equilíbrio

2 | 82

Procurando diversidade| 83

A diversidade vegetal •  Conssociações

•  Pastagens biodiversas

•  Rotações

Monotonia e diversidade| 84

S-C-L-C 1.º ano

2.º ano

3.º ano

4.º ano

Folha 1

Milho

Trigo

Fava

Cevada

Folha 2

Trigo

Fava

Cevada

Milho

Folha 3

Fava

Cevada

Milho

Trigo

Folha 4

Cevada

Milho

Trigo

Fava

Rotações | 85

Cultura em faixas | 86

Agroforestry | 87

8.  Produtos vegetais

2 | 88

Produtos vegetais Grãos secos

Órgãos verdes

Frutos Hortaliças Flores

Verde

Forragens

Feno Silagem

Outros

Uvas, Azeitonas

Desidratada

Madeira, Cortiça, Pinhas, Resina

Produtos vegetais | 89

Conservação de cereais | 90

Colheita de couves | 91

Vindima mecânica | 92

Descortiçamento | 93