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CAPES A cana-de-açúcar é uma cultura de extrema importância como fonte de energia renovável, apresentando grande impacto no contexto social e econômico no Brasil. É uma gramínea que apresenta um alto potencial de interação com bactérias diazotróficas, podendo se beneficiar da fixação biológica de nitrogênio (FBN). O objetivo deste trabalho foi estimar a FBN em cana-de-açúcar, cultivada em diferentes condições edafoclimáticas do Nordeste brasileiro, e o efeito de doses crescentes de fertilizante nitrogenado sobre a FBN na cultura. Os estudos foram realizados em quatro regiões produtoras de cana-de-açúcar, nos estados de Pernambuco, Alagoas e Bahia. Em Pernambuco, foram realizadas amostragens em plantios localizados na Estação Experimental de Cana-de-Açúcar do Carpina, EECAC (município de Carpina, Zona da Mata Setentrional) e na Usina Trapiche (município de Sirinhaém, Zona da Mata Meridional). Em Alagoas, foram amostrados plantios na Usina Serra Grande (município de São José da Laje, região de transição Zona da Mata/Agreste). Na Bahia, foram amostrados plantios de cana-de-açúcar pertencentes a Agroindústria do Vale do São Francisco (Usina Agrovale), localizados no município de Juazeiro (no Vale São-Franciscano, Sertão). Em cada local, foram coletadas folhas diagnóstico (+3) de diferentes indivíduos de diferentes variedades de cana-de-açúcar, além de folhas de plantas de não fixadoras de N de ocorrência natural nos canaviais ou em áreas adjacentes, para serem utilizadas como referência na estimativa da FBN pela metodologia da abundância natural do ¹⁵N. Devido à dificuldade para encontrar uma planta com características de absorção de N do solo semelhantes às da cana-de-açúcar, foi conduzido um experimento auxiliar para a determinação da variação do sinal do δ¹⁵N do N do solo disponível para as plantas, na camada de 0 a 60 cm de profundidade. Neste experimento, foram cultivadas quatro espécies de plantas de referência não fixadoras de N, em amostras de solo coletadas em cada local estudado nas profundidades de 0,0-0,20 m, 0,20-0,40 m e 0,40-0,60 m. Além disso, foi realizada uma amostragem de tecido foliar de cana-de-açúcar (variedade VAT90-212) em um experimento na Usina Agrovale, para avaliar o efeito de doses crescentes de fertilizante nitrogenado (na forma nitrato de amônio) sobre a abundância natural de ¹⁵N. A cana-de-açúcar foi considerada como capaz de absorver N atmosférico, por meio do processo de FBN, quando se apresentou significativamente empobrecida em ¹⁵N em relação às médias das referências. Essa situação foi observada no levantamento em campo em quatro variedades coletadas no município de Carpina e em três variedades coletadas no município de São José da Laje. Em relação à variação do sinal do δ¹⁵N em profundidade foi constatado que ocorreu um enriquecimento do sinal isotópico em função da profundidade do solo em todos os locais. Quanto a estimativa da FBN em doses crescentes de fertilizante nitrogenado no Semiárido, as mesmas não exerceram efeito de redução do δ¹⁵N nas diferentes doses aplicadas. A sugarcane is a culture of extreme importance as a source of renewable energy, presenting large impact on social and economic context in Brazil. It is a grass that has a high potential for interaction with diazotrophic bacteria, can benefit from the biological nitrogen fixation (BNF). The objective of this study was to estimate the BNF in sugarcane, grow in different climatic conditions of the Brazilian Northeast, and the effect of increasing doses of nitrogen fertilizer on a BNF in culture, by means of their isotopic composition. The studies were carried out in four regions of sugarcane, in the states of Pernambuco, Alagoas and Bahia. In Pernambuco, samplings were carried out in plantations located at the Experimental Station of sugarcane in the Carpina, EECAC (municipality of Carpina, Zona da Mata North) and in the Usina Trapiche (municipality of Sirinhaém, Zona da Mata Meridional). In Alagoas, plantations were sampled in the Usina Serra Grande (municipality of São José da Laje, transition region of Zona da Mata/Agreste). In Bahia, were sampled plantations of sugar cane belonging to agribusiness do Vale do São Francisco (Agrovale Plant), located in the municipality of Juazeiro in the valley are Franciscan, Sertão). In each location, leaves were collected diagnosis (+3) of different individuals from different varieties of sugar cane, in addition to leaves of plants not fixing N of natural occurrence in the cane fields or in adjacent areas, to be used as a reference in the estimate of the BNF by methodology of natural abundance of ¹⁵N. Due to the difficulty to find a plant with absorption characteristics of N from the soil similar to sugar cane, an experiment was conducted to determine the signal variation of δ¹⁵N of N from the soil available to plants, on the layer 0 to 60 cm depth. In this experiment, were grown in four species of plants of reference fixing N in soil samples collected at each site studied at depths of 0.0-0.20 m and 0.20-0.40 m and 0,40-0,60 m. In addition, it was performed a sampling of leaf tissue of sugar cane (variety VAT90-212) in an experiment in Usina Agrovale, to evaluate the effect of increasing doses of nitrogen fertilizer (in the form of ammonium nitrate) on the natural abundance of ¹⁵N. Sugar cane was regarded as able to absorb atmospheric N, through the process of BNF, when was significantly depleted in ¹⁵N in relation to the averages of the references. This situation was only observed in the field survey for only four varieties collected in the municipality of Carpina. In relation to the signal variation of δ¹⁵N in depth was observed that there was an enrichment of isotopic signal in function of soil depth in all locations. As the estimation of BNF in increasing doses of nitrogen fertilizer in the semiarid, they do not have the effect of reducing the δ¹⁵N in different doses applied.

In Paraguay sesame (Sesamum indicum L.) is becoming less productive due to degradation of soil fertility. Nitrogen fertilization increases yields in soils poor in this nutrient, but little is known about its efficiency. In the study the isotopic technique was used to determine the fate of N applied to a crop of sesame. In the experimental field of the Facultad de Ciencias Agrarias of the Universidad Nacional de Asunción, Paraguay, in a randomized complete block experimental design, it was studied the efficiency in the application of N fertilizer and green manure (lupine + black oat) with and without tillage. Nitrogen was applied as urea-15N (5% enrichment) at 50 kg/ha. The results showed content (kg/ha) of N in grains(84), dry matter (104) and soil to 15 cm (938). The plant absorbed 20% of the applied N, 42% remained in the soil and 38% could not be accounted for and possibly it was lost by leaching and volatilization. The isotope dilution technique was useful in determining the fate of applied N, but overestimated the contribution of green manures on the soil N content. En Paraguay el cultivo de sésamo (Sesamum indicum L.) es cada vez menos productivo debido a la degradación de la fertilidad de los suelos. La fertilización nitrogenada eleva los rendimientos en suelos pobres en este nutriente, pero su eficiencia aún no es bien conocida. En el estudio se utilizó la técnica isotópica para determinar el destino del N aplicado a un cultivo de sésamo. En el campo experimental de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Asunción, Paraguay, en un diseño experimental de bloques completos al azar se estudió la eficiencia en la aplicación de N como fertilizante y abono verde (lupino + avena negra) con y sin laboreo del suelo. El N fue aplicado como urea-15N (5% enriquecimiento) a razón de 50 kg/ha. Los resultados mostraron contenidos (kg/ha) de N en granos (84), materia seca (104) y suelo hasta 15 cm (938). El 20% del N aplicado fue absorbido por la planta, 42% permaneció en el suelo y 38% no pudo contabilizarse y posiblemente se perdió por lixiviación y volatilización. La técnica de dilución isotópica fue útil para determinar el destino del N aplicado, pero sobreestimó el aporte de los abonos verdes en el contenido de N en el suelo.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Three experiments were conducted. Experiments 1 and 2 was to evaluate the effect of root, shoot and whole plant of sunnhemp (Crotalaria juncea) and jack bean (Canavalia ensiformis) in supplying N to the cabbage crop (Brassica oleracea var. capitata) determining the transfer of legume-N and the fertilizer value of green manure (A Value). The third experiment aimed to evaluate the efficiency of N utilization in growing broccoli in succession zucchini-corn under doses of green manure Crotalaria juncea, labeled with 15N. The first experiment was conducted in pots in the greenhouse and the other two in the field. Experiments 1 and 2 consisted of seven treatments in factorial (2x3) +1, 2 species of legume and 3 plant parts (root, shoot and whole plant) and 1 additional treatment (50% of mineral fertilizer of N recommended dose). The principle of the A Value was used to obtain the fertilizer value and transferring the N-portion of each legume plants. Experiment 3 consisted of the study of the effect of residual N from green manure carried on a system of crop succession organized into three crops. The first crop was the cultivation of broccoli, the second and third crops consisted of zucchini and corn, respectively. Three treatments were established corresponding to green manure doses of 3, 6 and 9 t ha-1 at a dry matter basis, with addition of 12 t ha-1 compost in a dry matter basis. The determination of the efficiency of N utilization of sunnhemp in the crops was based on the principle of isotopic dilution. In experiments 1 and 2, the transfer of legume-N and fertilizer value from whole plant (45,06% and 159,26 kg ha-1 as N-urea) was greater than shoot (24,93% and 63,25 kg ha-1 as N-urea), which in turn was higher than the legumes-N in cabbage grown on the roots of legumes (17,87% and 40,07 kg ha-1 in the form N-urea) in pots. Cabbage plants cultivated in the field on the roots of legumes had negative values for legume-N transfer (-13,59% for sunnhemp and -3,51% for jack bean) and -18,62 kg ha-1 for fertilizer value. Under field conditions, the shoot and whole plant showed high levels of transfer of legumes-N (C. juncea, shoot = 24,35% and 24,46% = whole plant and C. ensiformis, shoots = 13,53% and whole plant = 18,53%) and for fertilizer value (shoot= 76,33 and whole plant= 96,47 kg ha-1 as N-urea). In experiment 3, the % of N in broccoli, zucchini and corn from the green manure obtained at the highest dose of green manure was 74,39; 47,42 and 19%, respectively. The amount of N in broccoli, zucchini and corn from the green manure, increased with increasing doses of applied green manure, reaching values of 58,82; 31,95 and 9,98 kg ha-1 at the highest tested dose, respectively. In pot cultivation (experiment 1), the highest fertilizer value and legumes-N transfer for cabbage cultivation were obtained with the application of the whole plant. The roots of legumes have the lowest fertilizer value and result in less transfer of legumes-N for growing cabbage. The species of green manure had similar fertilizer value. In field cultivation (experiment 2), the shoot or whole plant legumes parts resulted in higher values of legume-N transfer and fertilizer value. Roots of legumes resulted in zero content of legume-N in cabbage. In experiment 3, the largest fraction of residual N sunnhemp was used obeying the sequence of crops broccoli, zucchini and corn, and the recovery of N from green manure was 28,50% for broccoli, 16,22% for zucchini and 5,58% for corn. A total recovery of 50,3% of N from Crotalaria juncea green manure. Foram conduzidos três experimentos. Os experimentos 1 e 2 teve como objetivo avaliar o efeito da raiz, parte aérea e planta inteira de crotalária (Crotalaria juncea) e feijão de porco (Canavalia ensiformis) no fornecimento de N para a cultura do repolho (Brassica oleracea var. capitata), determinando a transferência do N-Leguminosa e do valor fertilizante do adubo verde (Valor A). O experimento 3 teve como objetivo avaliar a eficiência de utilização do N no cultivo de brócolis, na sucessão abobrinha italiana-milho, sob doses do adubo verde Crotalaria juncea, marcada com 15N. O primeiro experimento foi conduzido em vasos em casa de vegetação e os outros dois em campo. Os experimentos 1 e 2 consistiram de sete tratamentos em esquema fatorial (2x3)+1, sendo 2 espécies de leguminosas e 3 partes das plantas (raiz, parte aérea e planta inteira) e 1 tratamento adicional (adubação mineral de 50% da dose recomendada de N). O princípio do Valor A foi utilizado para obter o valor fertilizante e a transferência do N-Leguminosa de cada parte das plantas. O experimento 3 consistiu do estudo do efeito residual do N proveniente da adubação verde realizado num sistema de sucessão de culturas organizado em três cultivos. O primeiro cultivo foi o de brócolis, o segundo e o terceiro cultivos constaram das culturas abobrinha italiana e milho, respectivamente. Foram estabelecidos três tratamentos correspondentes às doses de adubo verde de 3, 6 e 9 t ha-1, em base de matéria seca, com adição de 12 t ha-1 de composto orgânico em base de matéria seca. A determinação da eficiência de utilização do N da crotalária nas culturas baseou-se no princípio da diluição isotópica. Nos experimentos 1 e 2, a transferência do N-Leguminosa e o valor fertilizante proveniente da planta inteira (45,06% e 159,26 kg ha-1 na forma de N-uréia) foi maior que da parte aérea (24,93% e 63,25 kg ha-1 na forma de N-uréia), que por sua vez foi maior que o N-Leguminosa no repolho cultivado sobre as raízes das leguminosas (17,87% e 40,07 kg ha-1 na forma de N-uréia) em vasos. Plantas de repolho no campo cultivadas sobre as raízes de leguminosas apresentaram valores negativos de transferência de N-Leguminosa (-13,59% para crotalária e -3,51% para feijão de porco), assim como o valor fertilizante das raízes foi negativo (-18,62 kg ha-1). Em condições de campo, a parte aérea e planta inteira apresentaram altos valores de transferência do N-Leguminosa (C. juncea, parte aérea= 24,35% e planta inteira= 24,46% e C. ensiformis, parte aérea= 13,53% e planta inteira= 18,53%) e para a cultura do repolho e de valor fertilizante (parte aérea= 76,33 e planta inteira= 96,47 kg ha-1 na forma de N-uréia). No experimento 3, o % do N no brócolis, abobrinha e milho proveniente do adubo verde obtidos na maior dose do adubo verde aplicado foram de 74,39; 47,42 e 19%, respectivamente. A quantidade de N no brócolis, abobrinha e milho proveniente do adubo verde, aumentaram com o incremento das doses do adubo verde aplicado, alcançando valores de 58,82; 31,95 e 9,98 kg ha-1 na maior dose testada, respectivamente. No cultivo em vasos (experimento 1), o maior valor fertilizante da leguminosa e a maior tranferência de N-Leguminosa para o repolho foram obtidos com o cultivo com a aplicação da planta inteira. As raízes das leguminosas possuem o menor valor fertilizante e resultam na menor transferência de N-Leguminosa para a cultura do repolho. As espécies de adubo verde apresentaram valor fertilizante similares. No cultivo em campo (experimento 2), a parte aérea ou a planta inteira de leguminosas resultaram em maiores valores da transferência do N-Leguminosa e maior valor fertilizante. Raízes de leguminosas resultaram em teor zero de N-leguminosa em repolho. No experimento 3, a maior fração do N residual da crotalária foi aproveitada obedecendo a sequência de culturas brócolis, abobrinha e milho, sendo o aproveitamento, em média, do N proveniente do adubo verde de 28,50% para o brócolis, 16,22% para a abobrinha e 5,58% para o milho. Totalizando um aproveitamento de 50,3% do N proveniente do adubo verde Crotalaria juncea.

Muchos de los modelos conceptuales e ideas desarrollados en el ámbito de la biogeoquímica se basan en diagramas de flujo que representan las reservas de nutrientes como "cajas" interconectadas por "flechas" que indican los procesos abióticos y bióticos que regulan su transformación y flujo entre reservas. El uso de isótopos estables permite integrar dichos procesos en el espacio y en el tiempo, y por ello han jugado un papel central en la comprensión de los ciclos de nutrientes como el N y el C en los ecosistemas, y en particular en el suelo. Aquí revisamos el proceso de cambio de paradigmas que ha tenido lugar respecto al reciclado de estos nutrientes en el suelo; un proceso en el que los isótopos estables han contribuido significativamente a través de tres aproximaciones principales: (i) como integradores en balances de entrada/salida que consideran como "cajas negras" a compartimentos amplios del ecosistema, (ii) como trazadores para revelar procesos intermedios que operan dentro de las "cajas negras" y el destino final de los nutrientes, y (iii) como marcadores o indicadores de uso, disponibilidad y estrés por nutrientes en las plantas. También se discuten los retos actuales y las perspectivas de futuro a este respecto. Many perceptions on ecosystem biogeochemistry are based on flow diagrams in which element pools (boxes) are interconnected by abiotic and biotic mechanisms controlling transformations of chemical species and flows among the pools (arrows). Because of the ability of stable isotopes to integrate such processes over time and space, they have played a central role in our current understanding of nutrient cycling, particularly in the cases of N and C. Most fluxes and transformations involved in terrestrial nutrient cycling cross over or take place in soil compartments. We here review the development of new paradigms in soil nitrogen (and carbon) cycling research, to which stables isotopes contributed through three main approaches: (i) as integrators of nutrient input/output budgets from broad ecosystems compartments or "black-boxes", (ii) as tracers to unravel specific processes and end-member pools operating within these black-boxes, and (iii) as markers or indicators of nutrient use, availability and deficiency to plants. New challenges and future perspective to that respect are also discussed.

El desarrollo de nuevos sistemas de manejo de suelo conservacionista está destinado a la protección del recurso suelo. Dado que la fertilización nitrogenada es el recurso de producción de más alto costo en los sistemas de producción de trigo en suelos Ultisoles, uno de los más erosionados en el sur de Chile, se requieren métodos que evalúen la eficiencia de uso de N y su potencial de incremento en estos sistemas. Se evaluó la eficiencia fisiológica o la eficiencia de utilización de N-fertilizante en trigo (Triticum aestivum L.) cv. Dalcahue, bajo tres sistemas de manejo de suelo: tradicional, quema de rastrojos e inversión del suelo (TRAD); cero labranza con quema (CL+Q); y cero labranza sin quema (CL-Q). El uso de la técnica isotópica (15N) permitió un análisis más discriminante de la eficiencia de uso de N en dos estaciones de crecimiento. El método utilizó mediciones de rendimiento de grano, absorción de N total por las plantas y sus componentes: N derivado del fertilizante (Nddf) y N derivado del suelo (Ndds). Se calculó la eficiencia fisiológica de uso de N para N total en la planta (EFNt) y para el N-fertilizante (EFNf). Se aplicaron 150 kg ha-1 de Urea marcada con 15N 10% átomos exceso (a.e.), en forma parcializada, 10% a la siembra, 45% a macolla y 45% a inicio de encañado. El análisis dentro de cada temporada indicó ausencia de diferencias significativas entre medias de tratamientos para rendimiento en grano. La tendencia en magnitud para el rendimiento de grano de trigo para 1997/1998 siguió el orden: CL+Q (7,5 t ha-1), CL-Q (7,0 t ha-1) y TRAD (6,7 t ha-1). Para la temporada 1998/1999, la tendencia siguió el orden TRAD (5,4 t ha-1), CL-Q (4,9 t ha-1) y CL+Q (4,6 t ha-1). Los tratamientos CL+Q en 1997/1998 y TRAD en 1998/1999 presentaron una mayor absorción de N total, 121 y 128 kg ha-1 respectivamente. El tratamiento CL-Q presentó la absorción más baja tanto de N total (102 y 110 kg ha-1)como de Nddf (44 y 46 kg ha-1), para las temporadas 1997/1998 y 1998/1999, respectivamente. Dado que el rendimiento de grano fue similar al obtenido en los otros dos sistemas, éste implicó una EFNf resultante mayor en la producción de grano por unidad de N-fertilizante absorbido por la planta en CL-Q. Nitrogen fertilization is the most costly production factor in wheat cropping systems on Ultisols, one of the most eroded soil types in Southern Chile. The utilization efficiency of N-fertilizer was assessed in a wheat cultivar (Triticum aestivum L.) growing under three soil tillage systems: Traditional, burning of crop residues/soil plow down (TRAD); no-till/burning (CL+Q), and no-till/no burning (CL-Q). The method used measurements of grain yield, total N uptake by plants and their components: N derived from fertilizer (Nddf) and N derived from soil (Ndds). Physiological N use efficiency, was evaluated for total plant N (EFNt = grain yield/Nddf +Ndds) and for N-fertilizer in plants (EFNf = grain yields/N-fertilizer). 15N-labelled urea, 10 % atom excess (a.e.) was added to the microplots at the rate of 150 kg N ha-1. The fertilizer was applied three times: 10% at planting, 45% at tilling and 45% at jointing stage. There were no significant seasonal differences for wheat grain yield among tillage treatments with yield of 6.7 to 7.5 t ha-1 on 1997/1998 and 4.6 to 5.4 t ha-1 on 1998/99 season. The treatments CL+Q in 1997/1998 and TRAD in 1998/1999 had the highest total N uptake. The CL-Q treatment showed lowest N-fertilizer uptake by plants for each season, while keeping similar grain yields as the other two tillage systems. This led to higher physiological nitrogen use efficiency on grain production per unit of N-fertilizer absorbed by plants.