Produção vegetal

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11 de Novembro de 2011 | Instituto Superior de Agronomia

Produção vegetal: Princípios Agronómicos

Pedro Aguiar Pinto | Secção de Agricultura

Ervas com semente | 2

(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

Produção | 3

(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

Principais produções vegetais | 4

• 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

Reparticipação dos principais tipos de produções vegetais em Portugal| 5

• Ervas com semente

• Árvores de fruto com semente

• Erva verde

Agricultura e Agronomia | 6

Agricultura e Agronomia

AgriculturaAs 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

AgronomiaA 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.

Análises ecológicas | 7

O modelo de cultura | 8

O modelo de cultura (surge como conceito a partir da observação de herbáceas anuais

determinadas)Conjunto de indivíduos idênticos

- de uma única população - da mesma idade

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

O modelo de cultura | 9

Redução do risco em olival| 10

Texto

A competição é adaptada aos recursos disponíveis

Eliminação da competição| 11

Texto

Fluxo de energia num ecossistema natural | 12

Solo

Ambiente aéreo

Animais

Senescência

Produtos vegetais

Produtos animais

Plantas

Dejecções

Radiaçãosolar

Reflexão Metano

Subsídio de energia

Solo

Ambiente aéreo

Animais

Senescência, doenças e pragas

Produtos vegetais

Produtos animais

Dejecções

Radiação solar

Reflexão

Metano

Processamento

Conservação

Colheita

Máquinas

Pesticidas

Irrigação

Fertilização

Combustível

Exportação

Cultura

Fluxo de energia num ecossistema agrícola | 13

Segurança alimentar | 14

Food security refers to the availability of food and one's access to itFood safety is a scientific discipline describing handling, preparation, and storage of food in ways that prevent foodborne illness.

http://en.wikipedia.org/wiki/Food_processing

http://en.wikipedia.org/wiki/Food

http://en.wikipedia.org/wiki/Foodborne_illness

População mundial | 15

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

1920 1940 1960 1980 2000

World 6,974,025,24112:26UTC Nov 10, 2011

http://www.census.gov/main/www/popclock.html

1,3%.ano-1

Requisitos alimentares | 16

Requisitos alimentaresRequisitos alimentares (RDA’s)(RDA’s)

• Diários–Energia: 10,5 MJ

(2500 kcal)energia digestível

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

• Anuais – Energia:

• 3,8 GJ.ano-1

– Proteína:• 18,2 kg.ano-1

(2,9 kg N)O arroz - o cereal mais pobre em proteína - tem 8% de proteína. 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 224 kg de matéria seca digestível de arroz cobrem as necessidades energéticas e têm aproximadamente têm aproximadamente 17,917,9 kg de proteína, ligeiramente menos que o requisito kg de proteína, ligeiramente menos que o requisito

anual anual per capitaper capita..

Produção de alimentos| 17

Cereais48%

Raízes e tubérculos4%

Leguminosas8%

Oleaginosas6%

Outras34%

CulturaCultura ÁreaÁrea ProduçãoProdução ProdutividadeProdutividade Energia Energia brutabruta

Capacidade Capacidade sustentaçãosustentação

População População potencialpotencial

(x1000 ha) (*1 000 t) (kg/ha) MJ/ha (pessoas/ha) (x 1 000 000)

Trigo 214886 585145 2723 69534 18 3 932Arroz 155736 602266 3867 87768 23 3 597Milho 139173 604572 4344 75905 20 2 780

Cevada 55570 129408 2329 59274 16 867

Sorgo 42373 60274 1422 22370 6 249

Milho painço 36113 26952 746 13041 3 124

Aveia 14381 24480 1702 38995 10 148

Batata 19150 305147 15935 102080 27 514

Mandioca 16638 168339 10118 58335 15 255

Produção de alimentosProdução de alimentos

Produção de alimentos| 18

Cereais48%

Raízes e tubérculos4%

Leguminosas8%

Oleaginosas6%

Outras34%

CulturaCultura ÁreaÁrea ProduçãoProdução ProdutividadeProdutividade Energia Energia brutabruta

Capacidade Capacidade sustentaçãosustentação

População População potencialpotencial

(x1000 ha) (*1 000 t) (kg/ha) MJ/ha (pessoas/ha) (x 1 000 000)

Trigo 214886 585145 2723 69534 18 3 932Arroz 155736 602266 3867 87768 23 3 597Milho 139173 604572 4344 75905 20 2 780

Cevada 55570 129408 2329 59274 16 867

Sorgo 42373 60274 1422 22370 6 249

Milho painço 36113 26952 746 13041 3 124

Aveia 14381 24480 1702 38995 10 148

Batata 19150 305147 15935 102080 27 514

Mandioca 16638 168339 10118 58335 15 255

Produção de alimentosProdução de alimentos

225438155736 678688

681916 30254204

77241 4 58295422

2025 4 053

17%

13%

Composição da dieta alimentar humana à escala mundial | 19

Arroz21%

Trigo20%

Milho5%

Outros cereais10%

Mandioca2%

Açúcar7%

Gorduras e óleos9%

Frutos e hortícolas10%

Carne e peixe11%

Batatas e inhame5%

Fome longe | 20

Fome perto | 21

Jornal de Notícias, 28.Set.2010

Conservação da produção vegetal | 22

Análises ecológicas | 23

Teia trófica| 24

Produtores primários

Consumidores secundários

Consumidores primários

A situação torna-se mais complexa quando outras

populações são consideradas na

comunidade "LUZERNA":

LUZERNA INFESTANTES

AFÍDEOS GAFANHOTOS COELHOS

LEITE

FAISÕES

RAPOSAS

DECOMPOSITORES

HOMEMPARDAIS

CARNE

VACAS

LUZERNA VACA HOMEM

Produtor primário Consumidor primárioProdutor secundário

Uma cadeia trófica num sistema agrícola simples:

Cadeias tróficas básicas em Agricultura | 25Adaptado de Loomis e Connor (1992)

Cultura Cultura Pastagem Cultura Pastagem

Homem

Animal Animal Animal

Homem Homem Homem

18(trigo)

4(milho-porco)

7(leite)

Capacidade de sustentação (pessoas/ha)

Tipo 1 Tipo 2 Tipo3 Tipo 4

Sistema do tipo 1 | 26

Cultura

Homem

http://www.chinatour.com/maps/maps.htm

Sistema do tipo 3 | 27

Pastagem

Animal

Homem

Produtividade primária líquida mundial | 28

Ecosistema Área Min Max MédiaFloresta de chuva tropical 17 1000 3000 2200Floresta tropical (c/ alternância de estações) 7,5 1000 2500 1600Floresta temperada de folha persistente 5 600 2500 1300Floresta temperada de folha caduca 7 600 2500 1200Floresta boreal 12 400 2000 800Vegetação arbustiva e arbórea (charneca) 8,5 250 1200 700Savana 15 200 2000 900Pradaria temperada 9 200 1500 600Tundra e Alpino 8 10 400 140Deserto e semi-deserto 18 10 250 90Deserto extremo, rocha, areia e gelo 24 0 10 3Terra cultivada 14 100 3500 650Pântanos e turfeiras 2 800 3500 2000Lagos e cursos de água 2 100 1500 250Total continental 149 773Oceano aberto 332 2 400 125Baixios 0,5 400 1000 500Plataforma continental 26,6 200 600 360Leitos de algas e recifes 0,6 500 4000 2500Estuários 1,4 200 3500 1500Total marinho 361 152Total geral 510 333

Produtividade primária líquida

mundial

g/m2/ano

Distribuição climática de Koppen| 29

Distribuição de organismos | 30

Distribuição de organismos ao longo de um gradiente físico

Zona de intolerânci

Espécie ausente

Baixa população

Zona de stress

fisiológico

Zona de stress

fisiológico

Zona de intolerânci

Espécie ausente

Baixo AltoGradiente

Intervalo óptimo

Limite superior de tolerância

Limite inferior de tolerância

laçã

aixo

Alt

Áre

a d

e m

aio

r ab

dân

cia

Regulação térmica | 31

• Homeotermia– Capacidade de manter uma

temperatura corporal constante, face a temperaturas ambientais flutuantes

• Poiquilotermia– Incapacidade de regular a

temperatura corporal

Biomas | 32

Corn Belt | 33

Nicho ecológico| 34

• O conceito de nicho ecológico (G. E. Hutchinson)

– Hipervolume de n-dimensões

• cada variável ambiental é representada numa dimensão

– nicho fundamental• definido pelos níveis de

tolerância

– nicho realizado• subconjunto de condições

toleradas realmente ocupadas pelo organismo

Abundância relativa de nutrientes| 35

0,03

0,13

0,09

0,009

2,2

0,5

2,6

0,2

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Oxigénio

Carbono

Hidrogénio

Azoto

Silício

Outros elementos

Fósforo

Abundância relativa de elementos (%)

Na terra e na atmosfera Nos organismos vivos

Escala logarítmica

Perfil do solo | 36

• 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

Carta de solos de Portugal | 37

Carta de capacidade de uso do solo| 38

Semente | 39

Sementeira | 40

Abrolhamento | 41

Crescimento vegetal | 42

N, P, K, etc.

Superfície

do solo

Balanço da radiação

líquida e visível

Trocas de

CO2 e H2O

Perda de água Tem

peratu

ra do ar

H2O

Tem

peratu

ra do

solo

Energia solar | 43

• Constante solar– O sol irradia aprox. 56x1026 cal.min-1

– A energia incidente por unidade de áreanuma superfície esférica de raio1,5x1013cm (a distância médiada terra ao sol) é

56x1026 / 4π(1,5x1013cm)2

= 1.9806 cal.cm-2. min-1

Inclinação do ângulo de incidência | 44

• 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

Espectro de radiação solar | 45

Influência da inclinação e exposição da superfície | 46

Diferentes arquitecturas | 47

3 sistemas fotossintéticos | 48

• 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.

Síntese do processo central da fotossíntese | 49

• 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.

Respiração | 50

• 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)

Valor do produto | 51

Composto Valor do ProdutoAmido, celulose 0.83Proteína (a partir de NO3-) 0.40Proteína (a partir de NH4+) 0.62Lípido 0.33Ácidos orgânicos 1.10

Valor do produto = massa do produto / massa de glucose

Índice de colheita | 52

• 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

Fluxo de energia na produção de uma cultura | 53

Fotossíntese bruta (66)

Utilizada pela

cultura (652)

Radiação fotossinteticamente

activa (837)

Energia radiante disponível

(1674)

Fotossíntese líquida

(44)

50% 78% 10% 66%

2,6%

108J.ha-1.dia-1

França

México

Formosa

Ceilão

IndonésiaTailândiaÍndia

Filipinas

Itália

USA

CanadáURSS

AustráliaPaquistãoÍndia

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000Anos

Pro

ção

(t/

ha)

Arroz, JapãoArroz, Japão

Trigo, Reino UnidoTrigo, Reino Unido

Evolução histórica da produtividade do arroz, no JapãoJapão e do trigo, no Reino Reino UnidoUnido.

Outras produtividades nacionais referentes a 1968 (Evans, 1982)

Actualização de alguns casos a 1999 (FAO, 2000)

Evolução histórica da produtividade | 54

Japão, 99

Tailândia, 99

Reino Unido, 99

França, 99

URSS, 99

Evolução da produtividade média mais elevada | 55

1961 1970 1980 1990 2000

Arroz 6357 Espanha

6227 Austrália

6333 Espanha

8838 Austrália

9102 Egipto

Milho 4673 Suiça

7247 N.

Zelândia

8076 N.

Zelândia

13793 Israel

14564 Jordânia

Trigo 4121 Dinamarca

4546 Holanda

6202 Holanda

8531 Irlanda

8398 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

Como é que a produtividade aumentou assim? | 56

-23

-8

-7

-8

-28

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70

Introdução de cultivares melhoradas

Acréscimo de aplicação de fertilizantes comerciais

Redução da aplicação de estrumes e matéria orgânica

Aumento do controlo de doenças e paragas

Melhoria da determinação da data de sementeira

Melhoria do arranjo espacial das plantas

Agravamento dos problemas de erosão

Alteração de sequências culturais (Intensificação)

Acréscimo de mecanização da cultura

Aparecimento de novas doenças e pragas

Outros factores negativos não identificados

Genética e Melhoramento

Química

Fitopatologia

Fisiologia

Climatologia

Mecânica

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

Evolução tecnológica | 57

A “Revolução Verde”

Irrigação de alto rendimento

Agroquímicos

Mecanização

Cultivares antigas e recentes | 58

Ideótipo | 59

• Comparação entre um trigo corrente (a) e o ideótipo de tr igo 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.

O trabalho do solo | 60

O trabalho do campo

Penosidade do trabalho| 61

O trabalho do campo pode ser harmonioso e bucólico,

mas também é, seguramente, penoso

Paredes deCoura, Mozelos. “VezeirasOliveira, E.V et al.,

1983

Produtividade do trabalho | 62

Produtividade

38,00