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28 de Novembro de 2014 | Instituto Superior de Agronomia
Produção vegetal: Princípios Agronómicos
Pedro Aguiar Pinto | Secção de Agricultura
Sumário 2
1. Produção vegetal 2. Cultura 3. Objectivos da produção 4. Sistemas de produção 5. Processo produtivo 6. Progresso técnico-científico
1 | 3
1. Produção vegetal 4
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
Ervas com semente | 5
(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 | 6
(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
Trabalho | 7
Agricultura e Agronomia | 8
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.
Principais produções vegetais | 9
• 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
2 | 10
2. Cultura | 11
2. Cultura – Propriedades
• Homogeneidade • Reduzida competição intra-específica • Elevada competição entre espécies • Risco
O modelo de cultura | 12
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 | 13
Redução do risco em olival| 14
Texto Texto
A competição é adaptada aos recursos disponíveis
Eliminação da competição| 15
Texto Texto
Fluxo de energia num ecossistema natural | 16
Solo
Ambiente aéreo
Animais
Senescência
Produtos vegetais
Produtos animais
Plantas
Dejecções
Radiação solar
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 | 17
Fluxo de energia num ecossistema agrícola
3 | 18
3. Objectivos da produção | 19
3. Objetivos da produção – Segurança alimentar
• Food safety • Food security
– Alimentação » Suficiência
– Desperdício
Segurança alimentar | 20
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.
População mundial | 21
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
1920 1940 1960 1980 2000
World 7,207,452,400 12:37UTC Nov 26, 2014
http://www.census.gov/#
1,1%.ano-1
Requisitos alimentares | 22
Requisitos alimentares (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.
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.
Produção de alimentos| 23
Cereais48%
Raízes e tubérculos4%
Leguminosas8%
Oleaginosas6%
Outras34%
Cultura Área Produção Produtividade Energia bruta
Capacidade sustentação
População potencial
(x1000 ha) (*1 000 t) (kg/ha) MJ/ha (pessoas/ha) (x 1 000 000) Trigo 214886 585145 2723 69534 18 3 932 Arroz 155736 602266 3867 87768 23 3 597 Milho 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 alimentos (1999)
214886 585145
Produção de alimentos| 24
Cereais48%
Raízes e tubérculos4%
Leguminosas8%
Oleaginosas6%
Outras34%
Cultura Área Produção Produtividade Energia bruta
Capacidade sustentação
População potencial
(x1000 ha) (*1 000 t) (kg/ha) MJ/ha (pessoas/ha) (x 1 000 000) Trigo 461 585145 2723 69534 18 3 932 Arroz 155736 602266 3867 87768 23 3 597 Milho 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 alimentos (2013)
218461
585145
164722 745700 713183 3265
4527 83362 4 792
102742 22 27 4 454
20% 17%
Composição da dieta alimentar humana à escala mundial | 25
Arroz 21%
Trigo 20%
Milho 5%
Outros cereais 10%
Mandioca 2%
Açúcar 7%
Gorduras e óleos 9%
Frutos e hortícolas 10%
Carne e peixe 11%
Batatas e inhame 5%
Fome longe | 26
Fome perto | 27
Jornal de Notícias, 28.Set.2010
Conservação da produção vegetal | 28
Conservação da produção vegetal | 29
Dimensão do desperdício alimentar • 100 000 000 t / ano UE • 500 000 000 habitantes (UE)
• 500 kg / habitante • 1,4 kg/habitante /dia
4 | 30
4. Sistemas de produção | 31
4. Sistemas de produção – Cadeias tróficas
• Dependência ambiental – Zonas agro-climáticas – Solo, nutrientes, sementes e propágulos
Teia trófica| 32
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
HOMEM PARDAIS
CARNE
VACAS
LUZERNA VACA HOMEM
Produtor primário Consumidor primário Produtor secundário
Uma cadeia trófica num sistema agrícola simples:
Cadeias tróficas básicas em Agricultura | 33
Adaptado 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 | 34
Cultura
Homem
Sistema do tipo 3 | 35
Pastagem
Animal
Homem
Produtividade primária líquida mundial | 36
Ecosistema Área Min MaxFloresta de chuva tropical 17 1000 3000Floresta tropical (c/ alternância de estações) 7,5 1000 2500Floresta temperada de folha persistente 5 600 2500Floresta temperada de folha caduca 7 600 2500Floresta boreal 12 400 2000Vegetação arbustiva e arbórea (charneca) 8,5 250 1200Savana 15 200 2000Pradaria temperada 9 200 1500Tundra e Alpino 8 10 400Deserto e semi-deserto 18 10 250Deserto extremo, rocha, areia e gelo 24 0 10Terra cultivada 14 100 3500Pântanos e turfeiras 2 800 3500Lagos e cursos de água 2 100 1500Total continental 149Oceano aberto 332 2 400Baixios 0,5 400 1000Plataforma continental 26,6 200 600Leitos de algas e recifes 0,6 500 4000Estuários 1,4 200 3500Total marinho 361Total geral 510
Média2200160013001200800700900600140903
6502000250
772,9125500360
25001500152,1333,4
Produtividade primária líquida
mundial
g/m2/ano
Distribuição climática de Koppen| 37
Distribuição de organismos | 38
Distribuição de organismos ao longo de um gradiente físico
Zona de intolerânci
a
Espécie ausente
Baixa população
Baixa população
Zona de stress
fisiológico
Zona de stress
fisiológico
Zona de intolerânci
a
Espécie ausente
Baixo Alto Gradiente
Intervalo óptimo
Limite superior de tolerância
Limite inferior de tolerância
Popu
laçã
o B
aixo
A
lto
Áre
a de
mai
or a
bund
ânci
a
Regulação térmica | 39
• Homeotermia – Capacidade de manter uma
temperatura corporal constante, face a temperaturas ambientais flutuantes
• Poiquilotermia – Incapacidade de regular a
temperatura corporal
Biomas | 40
Corn Belt | 41
Nicho ecológico| 42
• 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| 43
46
0,03
0,13
0,09
28
25
0,009
74
11
10
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 | 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
Carta de solos de Portugal | 45
Carta de capacidade de uso do solo| 46
Semente | 47
Sementeira | 48
Abrolhamento | 49
Crescimento vegetal | 50
N, P, K, etc.
Superfície
do solo
Balanço da radiação
líquida e visível
Trocas de
CO2 e H2O
Perda de água Temperatura do ar
H2O
Temperatura do solo
5 | 51
5. Processo produtivo | 52
5. Processo produtivo • “Harvesting the sun”
• Do sol ao alimento
Energia solar | 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
Inclinação do ângulo de incidência | 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
Espectro de radiação solar | 55
Influência da inclinação e exposição da superfície | 56
Diferentes arquitecturas | 57
3 sistemas fotossintéticos | 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.
Síntese do processo central da fotossíntese | 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.
Respiração | 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)
Valor do produto | 61
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 | 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
Fluxo de energia na produção de uma cultura | 63
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
6 | 64
6. Progresso técnico-científico| 65
6. Progresso técnico-científico • Produtividade
• Genética • Nutrição vegetal • Protecção de plantas • Trabalho
• Riscos
França México
Formosa
Ceilão Indonésia Tailândia
Índia Filipinas
Itália USA
Canadá URSS
Austrália Paquistão Índia
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Anos
Prod
ução
(t/h
a)
Arroz, Japão
Trigo, Reino Unido
Evolução histórica da produtividade do arroz, no Japão e do trigo, no Reino Unido.
Outras produtividades nacionais referentes a 1968 (Evans, 1982)
Actualização de alguns casos a 1999 (FAO, 2000)
Evolução histórica da produtividade | 66
Japão, 99
Tailândia, 99
Reino Unido, 99
França, 99
URSS, 99
Evolução da produtividade média mais elevada | 67
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? | 68
58
47
21
8
8
5
-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 | 69
A “Revolução Verde”
Irrigação de alto rendimento
Agroquímicos
Mecanização
Cultivares antigas e recentes | 70
Ideótipo | 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.
O trabalho do solo | 72
O trabalho do campo
Penosidade do trabalho| 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
Produtividade do trabalho | 74
Produtividade
38,00
2,50
0,17
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00
Homem com enxada
Parelha e charrua
Tractor e charrua de 2 ferros
Tempo (dias)
Produtividade 38,00 2,50 0,17
Homem com enxada Parelha e charrua Tractor e charrua de 2 ferros
Efeito da mecanização na produtividade do trabalho
Trabalho linear | 75
Execução das operações na folha de cultura
Trabalho em faixas paralelas | 76
Economias de escala | 77
Economias de escala | 78
A forma circular imposta pelas novas técnicas de irrigação | 79
Rega | 80
Procurando diversidade| 81
Monotonia e diversidade| 82
A diversidade vegetal • Conssociações
• Pastagens biodiversas
• Rotações
Rotações | 83
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
Cultura em faixas | 84
Agroforestry | 85
Produtos vegetais | 86
Produtos vegetais
Grãos secos
Órgãos verdes
Outros Uvas, Azeitonas
Madeira, Cortiça, Pinhas, Resina
Frutos ���Hortaliças ���Flores
Forragens
Verde
FenoSilagem
Desidratada
Conservação de cereais | 87
Colheita de couves | 88
Vindima mecânica | 89
Descortiçamento | 90