Utilização de diferentes tipos e doses de biocarvão na relação solo/planta em milho

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE FITOTECNIA

CURSO DE AGRONOMIA

JÚLIA QUEIROS VIEIRA

UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES TIPOS E DOSES DE BIOCARVÃO NA RELAÇÃO SOLO/PLANTA EM MILHO

FORTALEZA 2019

JÚLIA QUEIROS VIEIRA

UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES TIPOS E DOSES DE BIOCARVÃO NA RELAÇÃO SOLO/PLANTA EM MILHO

Monografia apresentada a Coordenação do Curso de Agronomia da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheira Agrônoma.

Orientadora pedagógica: Prof. Dra. Rosilene Oliveira Mesquita.

Coorientador: Prof. Dr. Márcio Cleber de Medeiros Corrêa

FORTALEZA 2019

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará

Biblioteca Universitária

Gerada automaticamente pelo módulo Catalog, mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a) ___________________________________________________________________________ V715u Vieira, Júlia.

Utilização de diferentes tipos e doses de biocarvão na relação solo/planta em milho / Júlia Vieira. – 2019. 66 f. : il. color.

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Curso de Agronomia, Fortaleza, 2019.

Orientação: Profa. Dra. Rosilene Oliveira Mesquita.

Coorientação: Prof. Dr. Márcio Cleber de Medeiros Corrêa. 1. Biocarvão. 2. Zea mays. 3. Passivos ambientais. I. Título.

CDD 630 ___________________________________________________________________________

JÚLIA QUEIROS VIEIRA

UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES TIPOS E DOSES DE BIOCARVÃO NA RELAÇÃO SOLO/PLANTA EM MILHO

Monografia apresentada a Coordenação do Curso de Agronomia da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheira Agrônoma.

Aprovada em: 18/11/2019

BANCA EXAMINADORA

________________________________________ Prof. Dra. Rosilene Oliveira Mesquita (Orientadora pedagógica)

Universidade Federal do Ceará (UFC) _________________________________________ Prof. Dr. Márcio Cleber de Medeiros Corrêa (Coorientador)

Universidade Federal do Ceará (UFC) _________________________________________

Prof Dr. Marlos Alves Bezerra Embrapa Agroindústria Tropical

_________________________________________ Eng. Agr. Rafael Santiago da Costa

A minha família. Especialmente a minha querida avó Odete (in memorian).

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus.

A minha família pelo apoio, principalmente minha mãe, Julidete, minhas irmãs Olga, Sofia e Maria Odete e minhas tias Cida e Zetinha.

À Prof. Dra. Rosilene Oliveira Mesquita, pela excelente orientação, acolhimento, paciência e dedicação.

À Drª. Marilena de Melo Braga, pela valiosa oportunidade por obter sua coorientação, pela paciência, apoio e dedicação ao longo do experimento.

Ao Dr. Lindbergue Araujo Crisóstomo, da Embrapa, por viabilizar a execução do trabalho.

Aos participantes da banca examinadora Márcio Cleber, Marlos Alves e Rafael Santiago pela atenção e disponibilidade em tirar minhas dúvidas, assim como pelo tempo e pelas colaborações e sugestões.

À Universidade Federal do Ceará pela contribuição na minha formação acadêmica e profissional.

Aos professores e servidores da Universidade Federal do Ceará, especialmente aos professores Patrick Luiz Pastori e Marcelo de Almeida Guimarães pelas primeiras orientações.

Aos meus amigos: Sharon Gomes, Idayane Souza, Maria Fgenia, Jesimiel Viana, Leonardo Formiga, Rubens Zimmermann, Matheus Carlos, Daniela Melo, Edilaine Viana, Felipe Lopes e Edilaine Marques.

Aos colegas e companheiros de profissão formados durante o curso.

Ao GEEPEN, Grupo de Estudos em Ecofisiologia da Produção e Nutrição de Plantas, principalmente pelos amigos e companheiros de trabalho formados durante o tempo em que atuei no grupo. Especialmente aos amigos: Beatriz Pinho, Jéssica Pontes, Evelice Cardoso, Bruna Alves, Johny de Souza e Rafael Santiago.

Aos membros do Laboratório de Fisiologia Vegetal do Departamento de Bioquímica e Biologia molecular da UFC pela recepção e pelos aconselhamentos durante a execução do meu trabalho: Gyedre dos Santos, Stelamaris de Oliveira, Karollyny Roger, Isabelle Pereira e professor Humberto.

Ao Laboratório de Zootecnia pelo acolhimento e pela permissão para utilizar equipamentos essenciais à execução do trabalho.

Aos membros do Laboratório de Solos e Água da Embrapa, em especial Vanderléia Bezerra e Carlos Taniguchi.

Ao Laboratório de Fisiologia Vegetal da Embrapa, pela permissão da utilização de materiais, equipamentos e pelo acolhimento proporcionado principalmente pelos amigos: Beatriz de Abreu, Amadeus Mozarth, Ana Janaína e Jhenifer Sousa.

Aos amigos e irmãos da ICM.

Ao CEPEMA, Centro de Educação Popular em Defesa do Meio Ambiente, pelo breve, porém essencial contato de trabalho com agricultores, especialmente ao Adalberto Alencar, pela consideração e pelo voto de confiança.

A todos que me ajudaram de alguma forma, direta ou indiretamente, e contribuíram para a elaboração desse trabalho e conclusão dessa etapa da minha vida acadêmica. Deveras agradecida.

“Na verdade, que leve o meu corpo quem quiser, levem, eu digo, ele já não é quem eu sou.” (Herman Melville, Moby Dick)

RESUMO

No contexto de atender à demanda crescente de alimentos e mitigar efeitos negativos da ação antrópica no ambiente, novas alternativas devem ser propostas com urgência a fim de solucionar as questões enfrentadas. Objetivou-se com o presente trabalho determinar as respostas fisiológicas, nutricionais e produtivas da cultura do milho, assim como as qualidades químicas do solo, após aplicação de diferentes fontes e doses de biocarvão, provenientes de passivos ambientais, incorporados ao solo. O experimento foi conduzido em área pertencente à Universidade Federal do Ceará e vinculado à Embrapa Agroindústria Tropical, situadas em Fortaleza, Ceará. O delineamento utilizado foi inteiramente casualizado e o arranjo fatorial de 2 x 5 + 2, sendo utilizados dois tratamentos (biocarvão de lodo de esgoto e casca de coco verde), cinco doses (10, 20, 30, 40 e 50 t ha-1), mais 2 tratamentos adicionais (tratamento sem adubação e com adubação mineral) e 5 repetições, totalizando 60 unidades experimentais. Foram avaliados os parâmetros de crescimento e produtividade: altura da planta, diâmetro do caule, área foliar e massas secas (parte aérea, raiz, parte reprodutiva e massa total); de fisiologia: fotossíntese, condutância estomática, transpiração, eficiência instantânea do uso da água, eficiência instantânea de carboxilação, índice relativo de clorofila, teores de clorofila a, clorofila b, carotenoides e clorofila total; nutrientes minerais nas plantas e no solo: teores dos macronutrientes: N, P, K, Ca, Mg e S, micronutrientes: Cu, Fe, Mn e Zn e demais elementos Na, Al, Cr, Ni, Pb, Se, Cd, Hg e As; desempenho químico do solo após adição dos biocarvões: pH, condutividade elétrica, teor de matéria orgânica e carbono orgânico. Nos resultados verificou-se que o aumento das doses aplicadas no solo melhorou a eficiência do aparelho fotossintético da planta; quando comparadas as doses máximas e mínimas da aplicação de ambos os biocarvões, incremento de 43,06%, 19,63%, 15,41% e 17,71% quanto às respectivas variáveis: área foliar, massa seca da parte aérea, massa seca da parte reprodutiva e massa seca total e 38,47%, 38,25%, 67,07% e 39,01% quanto aos respectivos acúmulos de macronutrientes na parte aérea: N, P e K, sendo o primeiro valor referente ao tratamento com biocarvão de casca de coco verde e o segundo ao tratamento com biocarvão de lodo de esgoto; aumento do pH do solo. As diferentes doses e tipos de biocarvão influenciaram tanto o metabolismo da planta como o desempenho das qualidades químicas do solo.

ABSTRACT

In the context of meeting the growing demand for food and mitigating negative effects of anthropic action on the environment, new alternatives must be urgently proposed in order to address the issues faced. The objective of the present work was to determine the physiological, nutritional and productive responses of the corn crop, as well as the chemical qualities of the soil, after application of different sources and doses of biochar from environmental passives incorporated into the soil. The experiment was conducted in an area belonging to the Federal University of Ceara and linked to Embrapa Tropical Agroindustry, located in Fortaleza, Ceara. The design was completely randomized and the factorial arrangement of 2 x 5 + 2, using two treatments (sewage sludge biochar and green coconut shell), five doses (10, 20, 30, 40 and 50 t ha-1). ), 2 additional treatments (treatment without fertilizer and with mineral fertilization) and 5 repetitions, totaling 60 experimental units. Growth and yield parameters were evaluated: plant height, stem diameter, leaf area and dry mass (shoot, root, reproductive part and total mass); physiology: photosynthesis, stomatal conductance, transpiration, instantaneous water use efficiency, instantaneous carboxylation efficiency, relative chlorophyll index, chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoids and total chlorophyll content; mineral nutrients in plants and soil: macronutrient contents: N, P, K, Ca, Mg and S, micronutrients: Cu, Fe, Mn and Zn and other elements Na, Al, Cr, Ni, Pb, Se, Cd, Hg and As; Soil chemical performance after addition of biocarbons: pH, electrical conductivity, organic matter content and organic carbon. In the results it was verified that the increase of the applied doses in the soil improved the efficiency of the plant photosynthetic apparatus; when comparing the maximum and minimum doses of application of both biocarbons, increment of 43.06%, 19.63%, 15.41% and 17.71% regarding the respective variables: leaf area, dry mass of shoot, mass and dry mass of the reproductive part and 38.47%, 38.25%, 67.07% and 39.01% for the respective accumulations of macronutrients in the shoot: N, P and K, being the first value referring to green coconut shell biochar treatment and the second to sewage sludge biochar treatment; soil pH increase. The different doses and types of biochar influenced both the metabolism of the plant and the performance of soil chemical qualities.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Partes estruturais do milho... 12 Figura 2 A) Biocarvão na forma grosseira após carbonização B) Almofariz e pistilo

contendo biocarvão macerado C) Peneira com malha de 2 mm... 19 Figura 3 A) Adição de 1,5 L de água deionizada aos vasos, utilizando provetas, ao solo já

misturado com biocarvão B) Vasos distribuídos na bancada após adição de água deionizada... 20 Figura 4 A) Mensuração da altura (cm) B) Mensuração do diâmetro (mm)... 21 Figura 5 A) Medição da área foliar (mm2) B) Lavagem da parte aérea em solução HCl

30% C) Raízes lavadas e identificadas D) Sacos dispostos na estufa... 21 Figura 6 A) Análise do índice relativo de clorofila B) Análise das trocas gasosas

utilizando o equipamento IRGA C) Armazenamento dos discos foliares em frascos revestidos de papel alumínio contendo a solução extratora... 22 Figura 7 A) Moinho tipo Willey TE-650/1 B) Titulometria com ácido diluído H2SO4

0,01N, viragem da cor verde para a cor rosa C) Espectrômetro de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (Agilent, ICP-OES 5100)... 24 Figura 8 A) Formação do espelho d’água no solo B) Medidor de pH de bancada utilizado

para determinação do pH do solo C) Titulometria com solução de sulfato ferroso amoniacal 0,4 mol/L para viragem da cor azul escuro para verde brilhante... 25 Figura 9 A) Fotômetro de chama Digimed para determinação de sódio (Na) e potássio

(K) B) Espectrômetro para leitura de P na faixa de absorbância de 660 nm C) Amostras do solo na solução extratora DTPA ... 25 Figura 10 A) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão na variável altura B)

Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão na variável diâmetro C) Efeito das doses de biocarvão na variável área foliar. ... 28 Figura 11 A) Efeito das doses de biocarvão na variável massa seca da parte aérea (MSPA)

B) Efeito das doses de biocarvão na variável massa seca da parte reprodutiva (MSREP) C) Efeito das doses de biocarvão na variável massa seca total (MST).. 30 Figura 12 A) Efeito das fontes de biocarvão na variável clorofila a (Ca) B) Efeito das

fontes de biocarvão na variável clorofila b (Cb) C) Efeito das doses de biocarvão na variável clorofila total (CT). ... 32 Figura 13 Efeito das doses de biocarvão na variável Ci/Ca... 33 Figura 14 A) Efeito das doses de biocarvão no acúmulo de nitrogênio (N) na parte aérea

do milho B) Efeito das doses de biocarvão no acúmulo de fósforo (P) na parte aérea do milho C) Efeito da interação entre fontes e doses no acúmulo de potássio (K) na parte aérea do milho. ... 38 Figura 15 A) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão no acúmulo de cálcio

biocarvão no acúmulo de magnésio (Mg) na parte aérea do milho C e D) Efeito das doses no acúmulo de enxofre (S) na parte aérea do milho. ... 39 Figura 16 A) Efeito das fontes de biocarvão no acúmulo de potássio (K) na raiz de plantas

de milho B) Efeito das fontes de biocarvão no acúmulo de cálcio (Ca) na raiz de plantas de milho C) Efeito das fontes no acúmulo de magnésio (Mg) na raiz das plantas de milho D) Efeito das fontes de biocarvão no acúmulo de enxofre (S) na raiz de plantas de milho... 41 Figura 17 A) Efeito das fontes de biocarvão no acúmulo de cobre (Cu) na parte aérea de

plantas de milho B) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão no acúmulo de ferro (Fe) na parte aérea de plantas de milho C) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão no acúmulo de zinco (Zn) na parte aérea de plantas de milho D) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão no acúmulo de sódio (Na) na parte aérea de plantas de milho... 44 Figura 18 A) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão no acúmulo de cobre

(Cu) na raiz de plantas de milho B) Efeito das fontes de biocarvão no acúmulo de ferro (Fe) na raiz de plantas de milho C) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão no acúmulo de zinco (Zn) na raiz de plantas de milho D) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão no acúmulo de sódio (Na) na raiz de plantas de milho... 47 Figura 19 - A) Efeito das fontes de biocarvão no acúmulo de crômio (Cr) na raiz de plantas

de milho B) Efeito das fontes de biocarvão no acúmulo de chumbo (Pb) na raiz de plantas de milho C) Efeito das doses de biocarvão no acúmulo de níquel (Ni) na raiz de plantas de milho D) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão no acúmulo de selênio (Se) na raiz de plantas de milho... 49

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Área, produção e produtividade mundial do milho. Anos agrícolas 2017/2018 e 2018//2019...

9 Tabela 2 Área, produção e produtividade do milho no Brasil. Ano agrícola

2018/2019... 10 Tabela 3 Caracterização dos estádios fenológicos do milho segundo Richie e Hanway

(1986)... 13 Tabela 4 Concentrações máximas permitidas de substâncias inorgânicas pela aplicação

de lodo de esgoto ou produto derivado em solos agrícolas segundo a Resolução do CONAMA nº 375/2006. ... 14

Tabela 5 Análise inicial de fertilidade do solo

utilizado... 18 Tabela 6 Análise de variância para as variáveis: altura (ALT), diâmetro do caule (DC),

área foliar (AF) e índice relativo de clorofila (SPAD) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão... 27 Tabela 7 Análise de variância para as variáveis: massa seca da parte aérea (MSPA),

massa seca da raiz (MSR), massa seca da parte reprodutiva (MSREP) e massa seca total (MST) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão... 29 Tabela 8 Análise de variância para as variáveis: clorofila a (Ca), clorofila b (Cb),

clorofila total (CT) e carotenoides (CAR) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão... 31 Tabela 9 Análise de variância para as variáveis: taxa fotossintética líquida (A),

condutância estomática (gs), taxa de transpiração (E), relação da concentração interna e externa de CO2 (Ci/Ca), eficiência instantânea de carboxilação (EIC) e eficiência de uso da água (EUA) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão. ... 33 Tabela 10 Atributos químicos das amostras do solo, após período de incubação,

utilizadas no preenchimento dos vasos... 35 Tabela 11 Atributos químicos das amostras do solo, após período de incubação,

utilizadas no preenchimento dos vasos... 36 Tabela 12 Análise de variância para o acúmulo dos elementos minerais nitrogênio (N),

fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg) e enxofre (S) na parte aérea (folhas + colmo) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão. ... 37 Tabela 13 Análise de variância para o acúmulo dos elementos minerais nitrogênio (N),

fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg) e enxofre (S) na raiz de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão... 40 Tabela 14 Análise de variância para o acúmulo dos elementos minerais cobre (Cu), ferro

(Fe), zinco (Zn), sódio (Na), manganês (Mn) e alumínio (Al) na parte aérea (folhas + colmo) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão... 43

Tabela 15 Análise de variância para o acúmulo dos elementos minerais crômio (Cr), níquel (Ni), chumbo (Pb) e selênio (Se) na parte aérea (folhas + colmo) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão... 45 Tabela 16 Análise de variância para o acúmulo dos elementos minerais cobre (Cu), ferro

(Fe), zinco (Zn), sódio (Na), manganês (Mn) e alumínio (Al) na raiz de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão... 45 Tabela 17 Análise de variância para o acúmulo dos elementos minerais crômio (Cr),

níquel (Ni), chumbo (Pb) e selênio (Se) na raiz de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão... 47

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 7

2 REVISÃO DE LITERATURA ... 9

2.1 A cultura do milho ... 9

2.1.1 Aspectos socioeconômicos ... 9

2.1.2 Aspectos morfológicos e fisiológicos ... 11

2.2 Lodo de esgoto ... 13

2.3 Casca do coco verde ... 15

2.4 Biocarvão ... 16

3 MATERIAL E MÉTODOS ... 18

3.1 Localização e caracterização da área experimental ... 18

3.2 Delineamento experimental ... 18

3.3 Material vegetal e tratamentos ... 18

3.4 Manejo da cultura ... 20

3.5 Variáveis avaliadas ... 20

3.5.1 Variáveis biométricas ... 20

3.5.2 Variáveis fisiológicas ... 22

3.6 Análises químicas ... 23

3.6.1 Nutrientes minerais da parte aérea e raízes ... 23

3.6.2 Elementos minerais do solo ... 24

3.7. Análise estatística ... 25

4. RESULTADOS ... 27

4.1 Variáveis biométricas ... 27

4.2 Variáveis fisiológicas ... 31

4.3 Análise química do solo ... 34

4.4 Análise dos elementos químicos presentes na parte aérea e na raiz do milho... 37

4.4.1 Acúmulo de macronutrientes na parte aérea e na raiz do milho ... 37

4.4.2 Acúmulo dos demais elementos químicos na parte aérea e na raiz do milho ... 43

5. CONCLUSÃO ... 51

1 INTRODUÇÃO

O setor agrícola mundial certamente enfrenta desafios cada vez mais complexos. Porque os mesmos não estão ligados apenas à questão de atender a atual demanda mundial de alimentos para uma população de número crescente (VALIN et al., 2014), eles requerem atenção em todas as esferas, desde a política até a acadêmica, sendo necessária a realização de esforços inclusivos e globalizados para atender as questões atuais e futuras.

Amplamente discutidas, questões tais como a influência das mudanças climáticas na produção de alimentos (GAMARRA ROJAS; FABRE, 2017), gestão dos resíduos sólidos gerados pela agroindústria (TURMEL et al., 2015), degradação do solo, induzida ou catalisada, por atividade antrópica (COSTA et al., 2019), aumento da concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera (PIMENTEL, 2011) e gestão eficiente dos recursos hídricos (JACOBSEN, 2019) tornam os fatores do tripé: produtividade, competitividade e sustentabilidade cada vez mais difíceis de serem alcançados (GOMES et al., 2016).

É de conhecimento dos produtores, e demais organizações ligadas ao setor agrícola, que o êxito do passado não garante o êxito do futuro (GOMES et al., 2016), portanto, diante desse contexto socioambiental torna-se claro que o processo de investir na busca de novos conhecimentos que garantam alternativas sustentáveis e rentáveis que supram tanto as necessidades atuais, como as futuras, seja contínuo.

Dentre as alternativas estudadas pode-se citar o uso do biocarvão. Internacionalmente conhecido como biochar, trata-se de um produto sólido, rico em carbono (C), resultante da decomposição termoquímica de determinada biomassa em meio com baixas concentrações de O2 (LEHMANN; JOSEPH, 2009). Além de proporcionar a utilização de resíduos que provavelmente seriam descartados incorretamente ocasionando impactos ambientais, a técnica de incorporá-lo ao solo também visa mitigar alguns dos efeitos causados pelas questões citadas acima.

Nesse sentido, estudos revelam que quando aplicado ao solo, o biocarvão age como condicionador, influenciando as características físicas, (MUKHERJEE; LAL, 2013) químicas (SOHI, 2012) e biológicas do mesmo (LEHMANN et al., 2011). Pesquisas também relatam o seu potencial em reter água e diminuir a compactação no solo (PEAKE; REID; TANG, 2014) além de aumentar a produção da matéria seca vegetal das culturas cujos substratos recebem determinadas quantidades do produto (LIMA et al., 2018; LUO et al., 2014).

Proposta esta alternativa, considerando que diferentes biomassas podem ser utilizadas no preparo do biocarvão e assim como as fontes, diferentes doses do produto podem ser capazes de alterar as respostas do metabolismo da planta, assim como a relação da mesma com o solo, objetivou-se com o presente trabalho determinar as respostas fisiológicas, nutricionais e produtivas da cultura do milho sob utilização de diferentes tipos e doses de biocarvão incorporados ao solo.

2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 A cultura do milho

2.1.1 Aspectos socioeconômicos

O milho (Zea mays L.) é uma das culturas mais antigas do mundo e provavelmente a mais importante planta comercial com origem nas Américas. Segundo Paterniani (1995) a cultura está amplamente disseminada, sendo encontrada desde a latitude de 58ºN (no Canadá e na Rússia) a 40ºS (na Argentina e no Chile).

Sua relevância se dá ao fato da planta apresentar ampla adaptabilidade a diferentes condições. É considerada uma cultura de ciclo curto, o que viabiliza sua rápida produção e comercialização e, além disso, possui diversas utilidades. Seja na alimentação humana ou animal, especialmente na de aves e suínos, ainda é possível utilizá-la na produção de bebidas, combustíveis, polímeros, etc. (MIRANDA, 2018). A estimativa é que existam mais de 3500 aplicações para o cereal (CONTINI et al., 2019).

De acordo com os dados do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA, 2019) (Tabela 1), o Brasil se destaca entre os cinco maiores produtores mundiais de milho, ocupando o 3º lugar no ranking.

Tabela 1. Área, produção e produtividade mundial do milho. Anos agrícolas 2017/2018 e 2018//2019.

Região / País Área (milhões/ha) Produção (milhões/t) Produtividade (kg/ha) 2017/2018 2018/2019 2017/2018 2018/2019 2017/2018 2018/2019 Mundo 191,94 191,43 1.078,08 1.123,22 5,62 5,87 Estados Unidos 33,48 33,08 371,1 366,29 11,08 11,07 China 42,40 42,13 259,07 257,33 6,11 6,11 Brasil 16,60 17,5 82 101,00 4,94 5,77 Argentina 5,2 6,1 32 51 6,15 8,36 União Europeia 8,26 8,27 62,02 64,22 7,51 7,77

No panorama nacional, o milho tem grande relevância social. É o típico cereal plantado pelo pequeno produtor, um dos componentes básicos da alimentação. Além disso, é considerada como cultura de subsistência, principalmente pela parcela mais pobre da população e o principal componente da ração animal (FORNASIERI FILHO, 2007).

Segundo dados da Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB, 2019), o Nordeste ocupa a posição de terceira maior região produtora de milho no país (Tabela 2).

Tabela 2. Área, produção e produtividade do milho no Brasil. Ano agrícola 2018/2019.

Região/UF Área (mil ha) Produção (mil t) Produtividade (kg ha)

Brasil 17.496,2 100.046,3 5.718 Centro-Oeste 8.524,2 52.825,9 6.197 MT 4.906,4 31.307,2 6.381 MS 1.876 9.505,6 5.067 GO 1.677 11.492 6.853 Sul 3.695,6 25.310,3 6.849 PR 2.606,7 16.667,9 6.394 SC 335 2.874,3 8.580 RS 753,9 5.768,1 7.651 Nordeste 2.509,8 6.680,4 2.662 MA 410,8 1.792,5 4.363 PI 451,6 1.844,4 4.084 CE 501,9 397,5 792 Sudeste 2.027,3 12.153,4 5.995 MG 1.169,4 7.534,2 6.443 ES 11,8 31,9 2.701 RJ 1,2 3,6 3.007 Norte 739,3 3.076,3 4.161 RR 13 78 6.000 RO 190,1 928,2 4.883 AC 34,9 82,5 2.364

2.1.2 Aspectos morfológicos e fisiológicos

O milho (Zea mays L.) é uma espécie da família Poaceae cujos aspectos morfológicos e natureza monoica resultam da supressão, condensação e multiplicação de várias partes da anatomia básica das gramíneas (LAGOAS et al., 2002).

Segundo Fornasieri Filho (2007), sua estrutura é composta por um caule cilíndrico, do tipo colmo, cuja função, além de suportar as folhas e os órgãos reprodutivos, é acumular sacarose, sendo denominado também como órgão de reserva. É necessário ressaltar que esse acúmulo acontece antes do início do enchimento dos grãos da espiga (dreno), já que anteriormente ao enchimento da mesma os fotoassimilados e carboidratos disponíveis são utilizados para a formação de novas folhas, raízes e órgãos reprodutivos. O colmo é constituído por nós e entrenós compactos, sendo que aqueles que se encontram abaixo da superfície do solo formam a raiz primária e aqueles ao nível ou imediatamente acima deste formam os perfilhos ou as raízes suporte (esporões).

Após as raízes seminais (provenientes do desenvolvimento do embrião) serem formadas ocorre a formação das raízes permanentes (a partir dos 7 a 10 nós mais basais do colmo). Estas, ao contrário das seminais, serão a principal fonte de absorção dos nutrientes presentes no meio em que a planta de milho se encontra. O seu comprimento pode atingir até 3 m e é determinado pela emergência da flor masculina (pendão), porém, dependendo das condições hídricas, químicas e físicas do meio, normalmente, não ultrapassa a profundidade dos 30 cm (FORNASIERI FILHO, 2007).

As folhas são alternadamente dispostas, na forma dística. A estrutura que as une ao colmo é denominada de lígula (uma lâmina curta de aspecto semitransparente). A lígula também tem a função de restringir a entrada de água e perdas por evaporação. O limbo foliar é normalmente amplo, longo e largo, sendo que o número de estômatos por unidade de área presentes na folha é moderadamente maior na superfície inferior do mesmo. As folhas mais basais geralmente são as responsáveis pelo suprimento de metabólitos das raízes, assim como as folhas inseridas nos nós mais superiores da planta são responsáveis pelo suprimento dos órgãos e tecidos da parte mais apical (FORNASIERI FILHO, 2007).

A partir da parte mediana do colmo forma-se um ramo lateral que corresponde à espiga ou inflorescência feminina do milho. Ela é firmemente envolvida por bainhas foliares que formam, posteriormente, a palha e em sua extremidade livre é possível visualizar o aparecimento dos estiletes com estigma (os “cabelos” do milho). A flor masculina (do tipo panícula), ou pendão, por sua vez é encontrada no último internódio da planta, na extremidade

superior do caule. O eixo central pode ser subdividido em ramificações secundárias ou terciárias em cujas espiguetas está contido o pólen. As partes estruturais básicas do milho podem ser visualizadas na Figura 1 (FORNASIERI FILHO, 2007).

Figura 1. Partes estruturais do milho.

Fonte: Fornasieri Filho (2007).

Dentre os dois sistemas mais adotados para a classificação do ciclo do milho em estádios fenológicos, o presente trabalho utilizou o proposto por Richie e Hanway (1986) (Tabela 3). A divisão é baseada no surgimento de folhas totalmente expandidas (limbo, bainha e lígula aparentes), o aparecimento das estruturas reprodutivas e consistência dos grãos (BORGES, 2006). Segundo Richie e Hanway (1986), o milho possui duas classificações em relação aos estádios fenológicos: vegetativo (V), caracterizado pelo aparecimento da folha totalmente expandida, e reprodutivo (R), caracterizado pelo florescimento, quando os estiletes estigma da espiga ficam em evidência (embonecamento). Os estádios vegetativos começam com a emergência da plântula (VE) e continuam numericamente com cada folha sucessiva, no sentido ascendente (contabilização feita desde o nível do solo até a parte apical) até o pendoamento (surgimento da flor masculina) (VT).

Tabela 3. Caracterização dos estádios fenológicos do milho segundo Richie e Hanway (1986).

Estádios Descrição dos estádios fenológicos

Vegetativo (V)

VE Emergência da plântula

V1 Primeira folha totalmente expandida V2 Segunda folha totalmente expandida V3 Terceira folha totalmente expandida V6 Sexta folha totalmente expandida V9 Nona folha totalmente expandida V (n) Enésima folha totalmente expandida

Reprodutivo (R) R1 Florescimento R2 Grão leitoso R3 Grão pastoso R4 Grão farináceo R5 Grão farináceo-duro

R6 Maturidade fisiológica (final do ciclo da cultura do milho) Fonte: Richie e Hanway (1986).

Embora todas as plantas de milho possuam desenvolvimento semelhante, os intervalos de tempo específicos entre cada estádio fenológico podem variar, já que tanto os fatores relacionados ao meio externo, como temperatura e luminosidade, como as características inerentes à própria cultivar, influenciam na resposta final da cultura aos estímulos (ou falta de estímulos) do ambiente e genética da planta.

O ciclo fotossintético do milho é do tipo C4. Isso implica em maior concentração de CO2 nos compartimentos vegetais, melhor aproveitamento da luz e redução da fotorrespiração, com consequente redução da perda de água, seja em climas secos ou úmidos (TAIZ et al., 2017).

2.2 Lodo de esgoto

O destino que deve ser dado às águas residuais é um dos mais problemáticos desafios levantados pela atividade humana, já que invariavelmente, toda e qualquer atividade antrópica gera resíduos. O seu crescimento tende a ser, no mínimo, proporcional ao crescimento da população, por isso soluções que concedam um destino adequado para o lodo de esgoto (LE) devem ser tomadas como medidas de urgência (CONAMA, 2006).

Sendo uma das alternativas mais convenientes do ponto de vista econômico, técnico e operacional (BITTENCOURT; AISSE; SERRAT, 2017), a utilização do LE na agricultura é uma prática realizada mundialmente sendo reconhecidos os seus efeitos benéficos na produtividade das culturas como aumento do teor de matéria orgânica no solo e poder de retenção de água. Por ser um resíduo com alto teor de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo, vem sendo utilizado na agricultura como condicionador de solo, fertilizante ou como complemento à fertilização mineral (BETTIOL; CAMARGO, 2006).

Definido como um resíduo semissólido, o LE é constituído de material predominantemente orgânico, com teores variáveis de componentes inorgânicos, sendo que suas características gerais possuem composição alterável dependendo do tipo de esgoto tratado (domiciliar, industrial ou misto), época do ano em que foi tratado, processo de tratamento na estação, estabilização e condicionamento final (CARVALHO et al., 2015; GARCÍA-DELGADO et al., 2007).

Considerando que o LE é uma fonte potencial de riscos à saúde humana, animal e ambiental, podendo conter metais pesados, elementos químicos ou compostos orgânicos persistentes e patógenos em concentrações nocivas à saúde (CONAMA, 2006), antes que seja utilizado na agricultura, o mesmo deve passar por um processo rigoroso de descontaminação baseado na Resolução do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) nº 375/2006 e atualizações que estabelecem os procedimentos e critérios para uso agrícola.

A resolução do CONAMA estabelece as concentrações máximas de substâncias inorgânicas e orgânicas encontradas no LE e em seus derivados (Tabela 4).

Tabela 4. Concentrações máximas permitidas de substâncias inorgânicas pela aplicação de lodo de esgoto ou produto derivado em solos agrícolas segundo a Resolução do CONAMA nº 375/2006.

Substância inorgânica Concentração máxima permitida no lodo de esgoto ou produto derivado (mg/kg, base seca)

Arsênio (As) 41 Bário (Ba) 1300 Cádmio (Cd) 39 Chumbo (Pb) 300 Cobre (Cu) 1500 Crômio (Cr) 1000 Mercúrio (Hg) 17 Molibdênio (Mo) 50

Níquel (Ni) 420

Selênio (Se) 100

Zinco (Zn) 2800

Fonte: CONAMA (2006).

2.3 Casca do coco verde

A casca do coco verde (CCV) é um subproduto da industrialização ou do consumo in natura da água do coco, fruto do coqueiro (Cocus nucifera L). No período de 2010 a 2017 o Brasil possuía a sexta maior área de produção de coco no mundo, sendo a região Nordeste destaque nacional por configurar-se como a maior produtora desde a introdução da cultura no país (BRAINER, 2018).

Principalmente pelo fato do Brasil ter uma das maiores produções de coco no mundo, torna-se fácil visualizar que também existe uma geração significativa de resíduos. No caso do consumo de água do coco, 80 a 85% do peso bruto representa a casca (lixo), sendo que a mesma não é aproveitada pela indústria de beneficiamento de fibras em função das características inadequadas (ROSA, 2002). Assim, considerado como um passivo ambiental, os resíduos vêm sendo descartados incorretamente em aterros e lixões tornando-se potenciais emissores de gases, hospedeiros de vetores transmissores de doenças e contaminantes do solo e corpos d’água.

Composto por uma fração de fibras e outra de pó, a CCV caracteriza-se pelo alto teor de lignina e consequente baixa taxa de degradação, levando mais de 8 anos para total decomposição (CARRIJO; LIZ; MAKISHIMA, 2002). Comparadas às do coco maduro, as propriedades químicas da CCV apresentam menor teor de celulose e níveis semelhantes no teor de lignina (CORRADINI et al., 2009). Ainda verifica-se que os teores relativos de lignina e celulose encontrados na casca do coco são bastante instáveis dependendo da idade da planta, tendendo a valores mais estáveis quando na idade adulta (TRUGILHO; LIMA; MENDES, 1996).

Em relação às propriedades mecânicas, a CCV tem maiores teores de polímeros biodegradáveis como o amido termoplástico, e resistência mecânica próxima ao da fibra do coco maduro. Mesmo que o pó da CCV (produto de processos como moagem e lavagem do mesmo) já seja alvo de pesquisas objetivando-se melhor utilização desse tipo de resíduo, e ainda, possuindo resultados positivos quanto à sua utilização, (DE OLIVEIRA; COELHO;

DE MELO, 2018) ainda é necessário discorrer sobre o assunto assim como novas formas de aproveitamento do mesmo.

2.4 Biocarvão

Os estudos sobre biocarvão são baseados nas Terras Pretas de Índio (TPI’s), manchas de solos escuros e férteis, comuns na região da Amazônia, no Brasil e encontrados em diversos outros locais do mundo. Embora diversos os locais, qualidades, como teores médios de carbono (C) de 150 g kg-1 encontrados nesses tipos de solo equivalem a uma quantidade 80% superior aos teores encontrados nos solos circundantes (MANGRICH; MAIA; NOTVONY, 2011).

O biocarvão é obtido mediante a decomposição termoquímica, ou pirólise, de determinada biomassa, cuja matéria prima, origem e qualidades físicas e químicas, podem alterar as características do produto final. A decomposição termoquímica tem o potencial de estabilizar biomassas e reduzir a presença de substâncias tóxicas, assim como patógenos, cuja presença possa ser nociva ao homem e ao ambiente (CANABARRO et al., 2013; CANTRELL, 2012). Durante o processo de pirólise, quando a temperatura atinge 120ºC, começa a acontecer a decomposição térmica da matéria orgânica (MO) e por consequência perca de umidade e rompimento das ligações químicas. Com o aumento da temperatura e a baixa presença de O2, característica da pirólise para a obtenção de biocarvão, ocorre a formação de cinzas, cuja quantidade afetará o pH do biocarvão. Quanto maior a temperatura a que é submetida a biomassa e maiores as quantidades de cinzas, maiores serão os valores de pH (REHRAH et al., 2014).

Quando aplicado ao solo o biocarvão pode promover melhorias das características físicas, químicas e biológicas do mesmo (NOTVONY et al., 2015), agindo como condicionador e consequentemente melhorando o desempenho agronômico da cultura que se encontra implantada nela. As principais melhorias encontradas nas propriedades dos solos que recebem o biocarvão são aumento do pH e da disponibilidade de nutrientes; sequestro de C; aumento da capacidade de troca catiônica (CTC) assim como diminuição da acidez e toxidez por alumínio (Al) e outros metais pesados (ALBUQUERQUE et al., 2014; CHAN et al., 2007; PNUMA, 2011).

Segundo Notvony et al. (2012), o que garante que o biocarvão apresente-se como potencial sequestrador de C, é o fato do C presente no biocarvão apresentar maior estabilidade

no solo devido a presença de grupos aromáticos condensados, garantindo assim a sua recalcitrância e apresentando estimativas de meia-vida que variam de séculos a milênios.

3 MATERIAL E MÉTODOS

3.1 Localização e caracterização da área experimental

O experimento foi conduzido no período de setembro a novembro de 2018 em casa de vegetação localizada no Centro de Ciências da Universidade Federal do Ceará (UFC), pertencente ao Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular. A caracterização geográfica da casa de vegetação é de altitude de 47 m, latitude Sul 3° 44’ 35’’ e longitude Oeste 38º 34’ 33’’, sendo a classificação do clima de Fortaleza, Aw de acordo com Köppen e Geiger. No interior da casa de vegetação foram registradas ao longo do experimento as temperaturas médias de 35,2º C durante o dia, 27,8º C durante a noite e umidade relativa média de 63,3%.

3.2 Delineamento experimental

O delineamento experimental foi inteiramente casualizado (DIC) com esquema fatorial composto por dois tratamentos adicionais 2 x 5 + 2, sendo utilizados dois tipos de biocarvão (lodo de esgoto e casca de coco verde), cinco doses (10, 20, 30, 40 e 50 t ha-1), mais dois tratamentos adicionais (solo natural ou sem adubação e solo com adubação mineral) e 5 repetições, totalizando 60 unidades experimentais.

3.3 Material vegetal e tratamentos

Foram utilizadas sementes de milho híbrido da Pionner. O plantio ocorreu em vasos plásticos com capacidade volumétrica de 12 L contendo solo arenoso obtido da estação experimental da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) situada em Pacajus, Ceará (CE). O solo que recebeu adubação mineral foi adubado, por meio de solução nutritiva, segundo a recomendação nutricional da espécie, baseado na análise química do solo (Tabela 5).

Tabela 5. Análise inicial de fertilidade do solo utilizado.

C MO P K Mg Ca Na H+Al SB CTC V PST m pH CE

(g/kg) (mg/dm3_{) (mmolc/dm}3_{) (%) (dS/m)}

7,2 12,5 3 0,37 1,6 5,4 0,18 5 7,6 12,6 60 1 0 6,4 0,11 Fonte: Laboratório de Solos, Água e Tecidos Vegetais (LABSAT) do Instituto Federal do Ceará (IFCE) –

Campus Limoeiro do Norte (2018). MO – Teor de Matéria Orgânica; SB – Saturação por Base; CTC – Capacidade de Troca de Cátions; PST – Porcentagem de Sódio Trocável.

Os tratamentos consistiram em duas diferentes fontes de biocarvão: lodo de esgoto (LE) e casca de coco verde (CCV), assim como dois solos referenciais ou testemunha: solo sem adubação ou natural (N) e solo com adubação mineral (Q). O lodo de esgoto foi fornecido pela Estação de Tratamento de Esgoto de Fortaleza e a casca de coco verde pela empresa Agroindústria Paraipaba.

Para a obtenção do biocarvão, as matérias primas citadas foram submetidas ao processo de pirólise em forno caseiro, com taxa de aquecimento de 10 ºC min-1 e temperatura final de carbonização entre 400º C e 500º C. Após a pirólise o material foi triturado, peneirado em malha de 2 mm (Figura 2) e pesado de acordo com os tratamentos: 50 g (10 t ha-1), 100 g (20 t ha-1), 150 g (30 t ha-1), 200 g (40 t ha-1) e 250 g (50 t ha-1). Em seguida, o mesmo foi incorporado ao solo (13 kg vaso-1 + 1,25 g de calcário), pelo período de 10 minutos, com o auxílio de uma betoneira.

Figura 2. A) Biocarvão na forma grosseira após carbonização B) Almofariz e pistilo contendo biocarvão macerado C) Peneira com malha de 2 mm.

Fonte: autora (2018).

Após aplicação dos biocarvões e parte da adubação mineral (já que a mesma foi parcelada ao longo do plantio) apenas no solo referência (Q), foi realizada aplicação de 1,5 L de água deionizada aos mesmos e realizado o período de incubação durante 15 dias (Figura 3).

Figura 3. A) Adição de 1,5 L de água deionizada aos vasos, utilizando provetas, ao solo já misturado com biocarvão B) Vasos distribuídos na bancada após adição de água deionizada.

Fonte: autora (2018).

3.4 Manejo da cultura

Foram plantadas 4 sementes por vaso, à profundidade de 1,5 cm. O desbaste foi realizado sete dias após a semeadura (DAS), mantendo-se a planta mais vigorosa. No decorrer do desenvolvimento das plantas de milho foram realizadas eliminações de plantas daninhas e quanto à irrigação, a mesma se deu pelo método gravimétrico utilizando água destilada, seguindo a metodologia de Klar et al (1966).

3.5 Variáveis avaliadas

As seguintes avaliações foram realizadas aos 42 dias após a semeadura (DAS), sempre no período entre 8:00 e 11:00 h, sendo avaliados os seguintes parâmetros:

3.5.1 Variáveis biométricas

Foram avaliadas, no período em que todas as plantas se encontravam no estádio vegetativo (V7 – V10): altura da planta (ALT) (Figura 4A), utilizando uma trena graduada em cm, sendo a medida feita desde o nível do solo até a ponta da última folha totalmente expandida; diâmetro do caule (DC) (Figura 4B), mensurado com o auxílio de um paquímetro digital, logo abaixo do primeiro nó, assim como a verificação do estádio (vegetativo ou reprodutivo) em que a planta se encontrava.

Figura 4. A) Mensuração da altura (cm) B) Mensuração do diâmetro (mm).

Fonte: autora (2018).

Ao final do experimento (plantas em VT – R1) a área foliar foi determinada por meio de um integrador de superfície (LI – 3100, Área Meter, Li-Cor., Inc., Lincoln, 87 Nebraska, USA). Para obtenção das massas secas da parte aérea (MSPA) e raiz (MSR), e da parte reprodutiva (MSREP) a planta foi inteiramente coletada, lavada com água corrente e solução com ácido clorídrico (HCl) 30%, separada pelas respectivas partes, alocada em sacos de papel devidamente identificados e posta para secagem em estufa com circulação de ar forçado a 65ºC por 48 horas até massa constante (Figura 5).

Figura 5. A) Medição da área foliar (mm2) B) Lavagem da parte aérea em solução HCl 30% C) Raízes lavadas e identificadas D) Sacos dispostos na estufa.

Após a completa secagem do material vegetal, o mesmo foi pesado, sendo o valor do saco de papel desconsiderado, e realizada a soma de todas as massas secas resultando na massa seca total (MST).

3.5.2 Variáveis fisiológicas

Foram determinadas na última folha totalmente expandida no período em que todas as plantas se encontravam no estádio vegetativo (V7 – V10).

As variáveis coletadas foram: índice relativo de clorofila, sendo este determinado por meio do equipamento SPAD (Soil Plant Analysis Development); as trocas gasosas: taxa fotossintética líquida (A, μmol CO2 m-2 s-1), condutância estomática (gs, mol H2O m-2 s-1), taxa de transpiração (E, mmol m-2 s-1) e razão entre concentração interna e externa de CO2 (Ci/Ca, μmol CO2 mol-1), utilizando radiação fotossinteticamente ativa (PAR) constante (1200 μmol fótons m-2 s-1), concentração constante de CO2 (400 ppm), temperatura e umidade ambiente, por meio do analisador de gás no infravermelho (IRGA; modelo portátil LI-6400XT, LI-COR Biosciences Inc., Lincon, Nebraska, USA). Em posse dos dados, a partir da razão A/E e A/Ci, foram calculadas a Eficiência instantânea do Uso da Água (EUA) e Eficiência Instantânea de Carboxilação (EiC), respectivamente (Figura 6).

Figura 6. A) Análise do índice relativo de clorofila B) Análise das trocas gasosas utilizando o equipamento IRGA C) Armazenamento dos discos foliares em frascos revestidos de papel alumínio contendo a solução extratora.

Fonte: autora (2018).

Os teores de clorofila a (Ca), clorofila b (Cb), clorofila total (CT) e carotenoides (CAR) foram obtidos seguindo a metodologia descrita por Wellburn (1994). Ao final do experimento, foi realizada a coleta de três discos foliares de 1 cm de diâmetro da parte do terço médio da folha bandeira, sendo imediatamente acondicionados dentro de frascos revestidos com papel alumínio contendo 2 mL de solução de dimetilsulfóxido (DMSO)

saturado com CaCO3. No dia da leitura, as amostras foram incubadas a 65 °C em banho-maria por 30 min. Após os frascos terem atingindo a temperatura ambiente, os discos foliares foram retirados e o extrato de pigmentos utilizado para a determinação da absorbância em espectrofotômetro de luz visível nos comprimentos de onda: 665, 649 e 480 nm. Posteriormente, os discos foliares foram lavados com água destilada, para a retirada do excesso de solução, e secos em estufa a 60 °C, até massa constante, em estufa, para a obtenção da massa seca. Os teores de clorofila a (Ca), clorofila b (Cb), clorofila total (CT) e carotenoides (CAR) foram calculados com as seguintes equações:

Ca = (12,47 × A665) - (3,62 × A649)

Cb = (25,06 × A649) - (6,5 × A665)

CT = (7,15 × A665) + (18,71 × A649)

Carotenoides = (1000 × A480 - 1,29 × Ca - 53,78 × Cb)/220

Em que A representa a absorbância nos respectivos comprimentos de onda, sendo o resultado da fórmula expresso em mg g-1 MS.

3.6 Análises químicas

3.6.1 Nutrientes minerais da parte aérea e raízes

Após determinação de MSPA e MSR, o material vegetal foi moído, excluindo a MSREP, em moinho tipo Willey TE-650/1, com malha de abertura de 1 mm, obtendo-se o extrato vegetal em pó. Em seguida, o extrato obtido foi colocado em potes de polietileno, a fim de evitar o contato do material moído com o ar, identificado e levado para a determinação dos teores dos seguintes elementos químicos: nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg), enxofre (S), cobre (Cu), ferro (Fe), zinco (Zn), sódio (Na), manganês (Mn), alumínio (Al), crômio (Cr), níquel (Ni), chumbo (Pb), selênio (Se), cádmio (Cd), mercúrio (Hg) e arsênio (As).

Os teores de N foram determinados pelo método de Kjeldahl (1883) e quantificados por titulometria com ácido diluído H2SO4 0,01 N. Os demais elementos foram determinados por espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (Agilent, ICP-OES 5100) após digestão úmida com solução nítrico-perclórica HNO3 + HClO4 na proporção de 3:1. (Figura 7)

Figura 7. A) Moinho tipo Willey TE-650/1 B) Titulometria com ácido diluído H2SO4 0,01 N, viragem da cor verde para a cor rosa C) Espectrômetro de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente.

Fonte: autora (2019).

Os teores de macronutrientes foram expressos em g kg-1 e os de micronutrientes e demais elementos minerais em μg kg-1. Os teores dos elementos acumulados na planta foram obtidos multiplicando-se os valores das concentrações dos elementos na planta pelos respectivos teores de massa seca das partes: aérea (PA) e raiz (R).

3.6.2 Elementos minerais do solo

Após o período de incubação, foram coletadas, com o auxílio de um trado, à profundidade de 20 cm, amostras compostas do solo a fim de realizar novas análises químicas para determinação dos teores dos elementos químicos disponíveis no mesmo. Depois de seco, o solo foi peneirado em malha de 2 mm e armazenado para que os seguintes parâmetros fossem avaliados: pH e CE, pelo método da pasta de saturação e matéria orgânica (MO) e carbono orgânico (C) pelo método volumétrico do dicromato de potássio (K2Cr2O7 0,2 mol L-1) (Figura 8).

Figura 8. A) Formação do espelho d’água no solo B) Medidor de pH de bancada utilizado para determinação do pH do solo C) Titulometria com solução de sulfato ferroso amoniacal 0,4 mol/L para viragem da cor azul escuro para verde brilhante.

Fonte: autora (2019).

Os nutrientes P, K e Na foram determinados utilizando-se o extrator Mehlich – 1; Mg, Ca e Al determinados por espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (ICP-OES) e Zn, Mn, Fe, Cu, Cr, Ni e Pb pelo método de extração com solução DTPA (Figura 9).

Figura 9. A) Fotômetro de chama Digimed para determinação de Na e K B) Espectrômetro para leitura de P na faixa de absorbância de 660 nm C) Amostras do solo na solução extratora DTPA.

Fonte: autora (2019).

3.7. Análise estatística

Os dados qualitativos das variáveis analisadas foram submetidos à análise de variância e posteriormente, quando significativos pelo teste F, submetidos ao teste de médias de Tukey com P < 0,05. Para os dados de natureza quantitativos realizou-se uma análise de regressão. As equações que melhor se ajustaram aos dados foram selecionadas com base na significância dos coeficientes de regressão a 5% de probabilidade pelo teste F e com maior

coeficiente de determinação, ou maior R². Para as análises estatísticas utilizou-se o programa computacional “AgroEstat versão 1.1.0.712 rev. 77.

4. RESULTADOS

4.1 Variáveis biométricas

Na Tabela 6, podemos observar que apenas as variáveis altura (ALT) e diâmetro (DC) foram significativamente influenciadas, ao nível de 5% de probabilidade pelo teste F, no fator fontes (F). Em relação ao fator doses (D), as variáveis significativamente influenciadas foram ALT, DC e área foliar (AF) e apenas as variáveis ALT e DC foram influenciadas pela interação entre os fatores fontes e doses, revelando que as plantas de milho responderam de formas distintas quando tratadas sob diferentes fontes e doses de biocarvão. O índice relativo de clorofila (SPAD) não respondeu significativamente a nenhum dos fatores estudados e nem a suas interações.

Tabela 6 - Análise de variância para as variáveis: altura (ALT), diâmetro do caule (DC), área foliar (AF) e índice relativo de clorofila (SPAD) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão.

FV GL Quadrado Médio ALT DC AF SPAD Fontes (F) 1 433,94* 15,66* 35736,40 ns 2188,57 ns Doses (D) 4 667,67* 10,08* 308677,19* 1025,47 ns Int. F x D 4 221,22* 2,15* 10110,88 ns 1006,36 ns Adic. vs. Fatorial 1 3545,95* 40,07* 11515966,01* 4,73 ns

Entre trat. Adc. 1 9790,64* 257,45* 13846323,03* 6,88 ns

Resíduo 48 56,17 0,72 32263,89 1194,53

Média Geral 109,4 11,77 1105,84 31,15

CV (%) 6,85 7,23 16,24 110,92

* = Significativo a 5% pelo teste F e ns = não significativo.

Na Figura 10, no que diz respeito à variável altura (ALT) (Figura 10A), foram ajustadas duas equações.

Figura 10. A) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão na variável altura B) Efeito da interação entre fontes e doses de biocarvão na variável diâmetro C) Efeito das doses de biocarvão na variável área foliar.

Para a equação referente ao tratamento com biocarvão de casca de coco verde (CCV) ajustou-se uma equação polinomial de segundo grau em que se verificou que a altura máxima foi encontrada na dose de 32,72 t ha-1 e a partir dessa dose a altura sofreu um decréscimo. Para o tratamento com biocarvão de lodo de esgoto (LE) ajustou-se uma equação linear crescente na qual ocorreu incremento no comprimento da planta de 0,66 cm a cada aumento de 1 t ha-1 da dose aplicada, revelando aumento em relação à variável ALT em comparação ao tratamento com CCV, já que mesmo na dose máxima (50 t ha-1) o tratamento não chegou à sua máxima expressão. Ao realizar-se uma comparação entre a dose máxima (50 t ha-1) e a dose mínima (10 t ha-1) no tratamento de LE verificou-se incremento de 22,96%.

Para a variável diâmetro (DC) (Figura 10B), ajustaram-se em ambos os tratamentos (CCV e LE) equações lineares crescentes. No tratamento CCV verificou-se um incremento no diâmetro da planta de 0,08 cm no aumento da dose aplicada e ao realizar-se uma comparação entre a dose máxima e a mínima incremento de 27,67%. Em relação ao tratamento com LE verificou-se incremento de 0,03 cm no aumento da dose aplicada e ao compararem-se os valores obtidos entre a dose máxima e a mínima verificou-se incremento de 15,7%.

influenciou nos tratamentos com biocarvão de CCV e LE, verificou-se incremento foliar de 10,50 mm2. Realizando-se uma comparação entre a dose mínima e a dose máxima das doses verificou-se um incremento de 43,06%.

A análise de variância apresentada na Tabela 7, revela que significativamente, ao nível de 5% de probabilidade pelo teste F, apenas as variáveis massa seca da parte aérea (MSPA), massa seca da parte reprodutiva (MSREP) e massa seca total (MST) responderam ao fator doses (D), sendo que para a variável massa seca da raiz (MSR) não houve resposta significativa nem para os fatores isolados, nem para suas interações.

Tabela 7 - Análise de variância para as variáveis: massa seca da parte aérea (MSPA), massa seca da raiz (MSR), massa seca da parte reprodutiva (MSREP) e massa seca total (MST) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão.

FV GL Quadrado Médio MSPA MSR MSREP MST Fontes (F) 1 0 ns 17,83 ns 1,85 ns 31,12 ns Doses (D) 4 90,1* 7,93 ns 2,40* 185,74* Int. F x D 4 8,60 ns 2,06 ns 1,42 ns 27,07 ns Adic. vs. Fatorial 1 3019,80* 5464,91* 787,41* 24629,79*

Entre trat. Adc. 1 6527,00* 6644,02* 1151,11* 38505,74*

Resíduo 48 4,58 30,95 0,91 44,85

Média Geral 40,94 20,36 9,55 70,85

CV (%) 5,22 27,32 10,01 9,45

* = Significativo a 5% pelo teste F e ns = não significativo.

No que diz respeito às respostas das variáveis de massa seca das plantas de milho, como visto na Tabela 7, apenas as doses aplicadas de biocarvão as afetaram significativamente, de forma que para as variáveis de massa seca da parte aérea (MSPA), massa seca da parte reprodutiva (MSREP) e massa seca total (MST) ajustaram-se equações lineares crescentes, revelando que mesmo com a dose máxima aplicada no solo em que se encontravam as plantas, as mesmas não expressaram o seu potencial máximo de massa seca (Figura 11).

de biocarvão na variável massa seca da parte reprodutiva (MSREP) C) Efeito das doses de biocarvão na variável massa seca total (MST).

Para a MSPA (Figura 11A) verificou-se um incremento foliar de 0,17 g planta-1 no aumento das doses aplicadas. Ao realizar-se uma comparação entre a dose mínima (10 t ha -1

) e a dose máxima (50 t ha-1) verificou-se incremento de 19,63%. Do mesmo modo, considerando-se os aumentos das doses aplicadas, no que se diz respeito à variável MSREP (Figura 11B), verificou-se um incremento de 0,027 g planta-1 e incremento de 15,41% comparando-se a aplicação da dose mínima e da dose máxima. Em relação à variável MST (Figura 11C), pode-se observar um incremento de 0,24 g planta-1 a cada aumento de 1 t ha-1 da dose aplicada de biocarvão. Fazendo uma comparação entre a dose mínima e a dose máxima verificou-se incremento de 17,71%.

O crescimento, assim como a produtividade de uma planta podem ser expressos por meio da avaliação de parâmetros como altura, diâmetro e área foliar (TAIZ et al., 2017). Para culturas como o milho ou a soja os ganhos em relação à produtividade também podem ser atribuídos ao maior acúmulo de matéria seca (TOLLENAAR; WU, 1999). Sob ótimas condições hídricas e nutricionais e tendo como limite a capacidade de expressão máxima de cada cultivar, as plantas conseguem alcançar os seus melhores resultados, no que se refere ao parâmetro produtividade. Ao longo dos anos, com o aumento das tecnologias inseridas em

híbridos de milho, plantas com maior altura passaram a significar também maior produtividade (FERNANDEZ; BECRAFT; LÜBBERSTEDT, 2009). A correlação positiva da arquitetura da planta e da área foliar tem como consequência o melhor aproveitamento da radiação fotossinteticamente ativa (ALMEIDA et al., 2003) visto que quanto mais fácil o acesso e maiores as lâminas planas das folhas, maior será também a capacidade da planta de capturar a luz, sendo também maior a sua produção de fotoassimilados, que posteriormente serão distribuídos entre os órgãos da planta. Assim, pode inferir-se que os teores de matéria seca produzida foram determinados pelo aumento das doses assim como pela correlação positiva entre altura e área foliar.

Outros resultados positivos quanto ao uso de biocarvão no solo também foram encontrados na literatura quanto ao quesito produtividade e crescimento (AGEGNEHU et al., 2016; CORNELISSEN et al., 2013). Em relação ao uso dos biocarvões utilizados no experimento, as plantas que foram tratadas com o biocarvão de lodo de esgoto (LE) conseguiram apresentar melhores resultados quando comparadas àquelas que foram tratadas com o biocarvão de casca de coco verde (CCV), provavelmente devido à maior quantidade de nutrientes disponíveis presentes após a incorporação do mesmo ao solo. A maior limitação, no caso, ocorreu na variável altura, já que quando as plantas foram submetidas ao tratamento com CCV, a partir da dose de 32,72 t ha-1, a mesma sofreu decréscimo.

4.2 Variáveis fisiológicas

Na análise de variância apresentada na Tabela 8, podemos observar que apenas para o fator fontes (F) as variáveis clorofila a (Ca), clorofila b (Cb) e clorofila total (CT) foram significativamente influenciadas, ao nível de 5% de probabilidade pelo teste F. A variável carotenoides (CAR) não respondeu significativamente a nenhum dos fatores estudados e nem a suas interações.

Tabela 8 - Análise de variância para as variáveis: clorofila a (Ca), clorofila b (Cb), clorofila total (CT) e carotenoides (CAR) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão.

FV GL Quadrado Médio Ca Cb CT CAR Fontes (F) 1 4,85* 0,64* 2,47* 0,01 ns Doses (D) 4 0,05 ns 0,27 ns 0,26 ns 0,03 ns Int. F x D 4 0,10 ns 0,34 ns 0,42s 0 ns

Adic. vs. Fatorial 1 7,28* 0,04 ns 8,97* 0,04 ns

Entre trat. Adc. 1 10,30* 9,18* 36,71* 0 ns

Resíduo 48 0,13 0,15 0,27 0,02

Média Geral 1,87 1,23 3,06 0,56

CV (%) 19,66 31,60 17,22 25,46

* = Significativo a 5% pelo teste F e ns = não significativo.

Para a variável clorofila a (Ca) (Figura 12A), pode-se observar que o tratamento com biocarvão de lodo de esgoto (LE) apresentou incremento de 30,54% em relação ao tratamento com biocarvão de casca de coco verde (CCV) e para a variável clorofila b (Cb) (Figura 12B) observou-se incremento de 16,54% do tratamento CCV em relação ao tratamento LE. Para a variável clorofila total (CT) (Figura 12C) o tratamento LE apresentou incremento de 14,14% em relação ao tratamento CCV.

Figura 12. A) Efeito das fontes de biocarvão na variável clorofila a (Ca) B) Efeito das fontes de biocarvão na variável clorofila b (Cb) C) Efeito das doses de biocarvão na variável clorofila total (CT).

Na Tabela 9 apenas a variável Ci/Ca apresentou resposta ao fator doses (D) e as outras variáveis: taxa fotossintética líquida (A), condutância estomática (gs), taxa de transpiração (E), eficiência instantânea de carboxilação (EiC) e eficiência instantânea de uso da água (EUA) não apresentaram respostas significativas nem aos fatores isolados, nem a suas

interações.

Tabela 9 - Análise de variância para as variáveis: taxa fotossintética líquida (A), condutância estomática (gs), taxa de transpiração (E), relação da concentração interna e externa de CO2 (Ci/Ca), eficiência instantânea de carboxilação (EIC) e eficiência de uso da água (EUA) de plantas de milho sob utilização de diferentes fontes e doses de biocarvão.

FV GL

Quadrado Médio

A gs E Ci/Ca EiC EUA

Fontes (F) 1 3,19 ns 0 ns 2,37 ns 0 ns 0 ns 1,75 ns

Doses (D) 4 16,83 ns 0 ns 1,80 ns 0,01* 0 ns 1,52 ns

Int. F x D 4 5,61 ns 0 ns 0,58 ns 0 ns 0 ns 0,57 ns

Adic. vs. Fatorial 1 684,19* 0,08* 29,38 ns 0 ns 0,04* 0,77 ns

Entre trat. Adc. 1 1,27ns 0,05* 4,62* 0 ns 0 ns 2,88 ns

Resíduo 48 11,27 0 1,53 0 0 1,06

Média Geral 28,39 0,12 5,00 0,38 0,19 5,91

CV (%) 11,82 60,18 24,70 17,05 22,68 17,39

* = Significativo a 5% pelo teste F e ns = não significativo.

Para a variável Ci/Ca (Figura 13) ajustou-se uma equação linear decrescente na qual à medida que a aplicação das doses era aumentada verificou-se decréscimo de 0,0022 μmol CO2 mol-1. Ao realizar-se uma comparação entre a dose mínima (10 t ha-1), no caso a dose que apresentou os valores mais altos, e a dose máxima (50 t ha-1), verificou-se superioridade de 20,45%.

As clorofilas, pigmentos verdes especializados na absorção de luz, são os pigmentos naturais mais abundantes presentes nas plantas, estando em maior evidência em células denominadas cloroplastos cuja maior presença se encontra no mesofilo, o tecido fotossintético mais ativo das mesmas (JACOBINA et al., 2010; TAIZ et al., 2017). Visto que os teores desses pigmentos fotossintéticos estão ligados à eficiência fotossintética, assim como ao crescimento e à adaptação da planta a diversos ambientes, altos teores de clorofila e carotenoides representam maior potencial fotossintético e consequentemente, melhor desempenho agronômico da planta (LUCIANA et al., 2017). As plantas que foram submetidas ao tratamento com biocarvão de lodo de esgoto (LE), apresentaram melhores resultados quanto ao quesito abordado, porém em relação ao tratamento com biocarvão de casca de coco verde (CCV) também houve incremento, pelo menos quando comparada a variável clorofila b (Cb) do tratamento com LE, revelando que ambos os biocarvões aplicados no solo tiveram significância positiva quanto ao aparato fotossintético das plantas.

Possivelmente as respostas das clorofilas não foram significativas a ponto de influenciarem a taxa fotossintética líquida da planta (A) pelo fato do milho ser uma planta do tipo de ciclo fotossintético C4, o que requereria altas taxas de luminosidade ou maiores concentrações de CO2 no meio para que a mesma fosse significativa quanto às fontes de biocarvão utilizadas, já que o ponto de saturação dela é mais alto.

Baseando-se no que foi dito acima também infere-se que porque para a A não ocorreu resposta significativa mediante a incorporação de diferentes fontes e doses de biocarvão aplicados ao solo, para as variáveis: teor de clorofila (SPAD) (Tabela 6), condutância estomática (gs), transpiração (E), eficiência instantânea de carboxilação (EIC) e eficiência de uso da água (EUA) também não houve respostas, exceto para a relação da concentração interna e externa de CO2 (Ci/Ca). Para essa variável ocorreram respostas significativas quanto à aplicação de diferentes doses, revelando que a eficiência do aparelho fotossintético da planta quanto à resposta às reações metabólicas de fixação de carbono, sendo que quanto mais próximo o valor de Ci/Ca de 1, menos eficiente é o processo, se manteve a fim de evitar a redução de sua assimilação de carbono (JÚNIOR et al., 2019). Logo, possivelmente, a aplicação de doses mais altas dos biocarvões de casca de coco verde (CCV) e lodo de esgoto (LE), possibilitariam respostas significativas das variáveis citadas acima.

4.3 Análise química do solo