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The production of rape and other leaf vegetables for local and export markets by smallholder farmers in sub-Saharan Africa has been constrained by soil fertility depletion associated with continuous cropping with inadequate addition of major nutrients like Nitrogen (N), Phosphorus (P) and Potassium (K). Biomass transfer of multipurpose tree prunings (usually legumes) to croplands has been shown to significantly increase the availability of soil N. Nitrogen mineralization of the leguminous biomass provides a major pathway through which the fixed N becomes available for use by other plants. The extent to which a specific type of plant residue influences soil fertility, crop growth and N recovery is in part determined by its biochemical qualities, decomposition patterns and the concurrent timing of nutrient release and crop nutrient demand. Consequently, the main challenge with the use of biomass from leguminous trees is to ensure that the release of N from mineralization is synchronised with the crop‟s demand. The utilization of multipurpose tree prunings as a source of nitrogen for the production of rape (Brassica napus L.) and spinach (Spinacea olearacea L.) was studied in a series of experiments. Prunings of four leguminous tree prunings commonly found in agroforestry systems namely Leucaena leucocephala, Calliandra calothyrsus, Acacia angustissima and Acacia karoo were used. The objectives of the study were: i) To determine the effect of chemical composition of the various leguminous tree prunings and their decomposition and N release patterns and ii) To evaluate the short term nutrient supply of the various leguminous tree prunings with or without supplemental inorganic nitrogen on the growth and yield responses of rape and spinach, respectively. Results indicated that rates of decomposition and N release decreased in the order: L. leucocephala > A. angustissima > C. calothyrsus > A. karoo. The ratios of lignin-to-N (r = 0.85) and soluble condensed tannins-to-N (r = 0.89) were negatively correlated with N release. The rates of decomposition and nitrogen mineralization of the prunings used as soil ameliorants were best predicted by their (lignin+soluble condensed tannin)-to-N ratios (r = 0.91). Soil amelioration with the various leguminous prunings significantly increased yields (P < 0.05) relative to the yields of plots that did not receive any amelioration. Total biomass, leaf number, area and size as well as saleable leaf yields increased linearly for all treatments. The quality of the prunings used as soil ameliorants significantly affected (P < 0.05) the efficiency of N recovery. Prunings of L. leucocephala which were the most labile had higher nutrient recovery rates and increased yields compared to the other leguminous amendments. Soil amendment with prunings of A. karoo on the other hand, which were the most recalcitrant, resulted in relatively lower N recovery rates. Supplementation of pruning-N with inorganic fertilizer further increased yields over the 0N treatment, indicating improved N recovery by the leafy vegetables. Crop growth and rates of nitrogen recovery of the leafy vegetables were corroborated by the short term nutrient supply capabilities of the leguminous prunings. Leguminous tree prunings can be used as a source of N for vegetable production as evidenced by the higher yields realized from amending the soil with the various prunings relative to the unfertilized plants. However, the rate and amount of N mineralized from the prunings and hence the net benefit obtained by the crop determines their suitability for vegetable production. / Dissertation (MSc Agric)--University of Pretoria, 2013. / gm2014 / Plant Production and Soil Science / Unrestricted

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Researches with the use of inoculants containing bacteria that promote plant growth have been increasing over the years, due to concerns about pollution and high costs of fertilizers. Therefore the objective of this research was to evaluate the forage yield, nutritive value, biological nitrogen fixation (BNF) and the N recovery of Coastcross-1 pastures inoculated with Azospirillum brasilense subjected to cut. The experimental design was randomized blocks with three replications, in a factorial scheme. The factors were the inoculation (without inoculation, inoculated just in the implantation and reinoculated in the second year), levels of nitrogen (0, 100 and 200 kg of N/ha/year) and periods of the years where cuts were made. Forage yield, daily accumulation rate, forage mass, botanical and structural pasture composition, crude protein content, in situ digestibility of organic matter and total digestible nutrients of Coastcross-1 were evaluated during two years. Forage yield without nitrogen fertilizer use in pastures was in the first year 9.1, 11.7 and 11.7 t of DM/ha, and in the second year 8.6, 11.2 and 11.5 t of DM/ha, to inoculation factor, respectively. The average Coastcross-1 contribution in pastures without nitrogen fertilization was 47.9, 58.5 and 62.7%, respectively to the inoculation. There was reduction in Coastcross-1 crude protein content when pasture fertilized with 200 kg of N/ha/year was inoculated. The forage yield and Coastcross-1 contribution rises with the inoculation without nitrogen fertilizers use; and reinoculation is not necessary. To evaluate BNF and the N recovery two treatments were considered for each variable. Evaluations were carried out during one year. To estimate the BNF the treatments were: Coastcross-1 inoculated and Coastcross-1 uninoculated, both without nitrogen fertilization. The biologically fixed nitrogen was 53.8 and 23.0 kg/ha/year for Coastcross-1 inoculated and uninoculated, respectively. In Coastcross-1 without nitrogen fertilization, inoculation elevates the BNF. To estimate the N recovery the treatments were: Coastcross-1 inoculated and Coastcross-1 uninoculated, both fertilized with 100 kg of N/ ha/year. Isotopic recovery of N was 16.5 and 13.7 kg/ha/year for Coastcross-1 inoculated and uninoculated, respectively. Inoculation increases recovery of N in Coastcross-1. The forage yield increase when don’t use nitrogen fertilizers with the inoculation is related to the increase of biological nitrogen fixation. / Pesquisas com o uso de inoculantes contendo bactérias promotoras do crescimento vegetal vêm aumentando ao longo dos anos, devido a preocupações com a poluição e o elevado custo dos fertilizantes. Desta forma, nesta pesquisa objetivou-se avaliar a produção de forragem, o valor nutritivo, a fixação biológica de nitrogênio (FBN) e a recuperação do nitrogênio (N) fertilizante em pastos de Coastcross-1, inoculados com Azospirillum brasilense e submetidos ao regime de corte. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, com três repetições, em esquema fatorial. Os fatores foram o uso da inoculação (não inoculado, inoculado somente no plantio e reinoculado no segundo ano), doses de N (0, 100 e 200 kg de N/ha/ano) e os períodos do ano em que foram realizados cortes dos pastos. Avaliaram-se no decorrer de dois anos agrícolas a produção de forragem, a taxa de acúmulo de forragem, a massa de forragem, as composições botânica e estrutural do pasto, o teor de proteína bruta, a digestibilidade in situ da matéria orgânica e os nutrientes digestíveis totais da Coastcross-1. As produções de forragem, nos pastos sem aplicação de N, no primeiro ano, foram de 9,1; 11,7 e 11,7 t de MS/ha, e no segundo ano de 8,6; 11,2 e 11,5 t de MS/ha, para o fator inoculação, respectivamente. A participação média da Coastcross-1 nos pastos sem adubação nitrogenada foi de 47,9; 58,5 e 62,7%, respectivamente para o fator inoculação. Houve redução nos teores de proteína bruta da Coastcross-1, quando o pasto adubado com 200 kg de N/ha/ano foi inoculado. Há aumento na produção de forragem e na participação da Coastcross-1 com a inoculação na implantação dos pastos, quando não há aplicação de N, sendo que, a reinoculação não é necessária. Para a avaliação da FBN e da recuperação do N, foram considerados dois tratamentos para cada variável. As coletas foram realizadas durante um ano agrícola. Para a estimativa da FBN os tratamentos foram: a Coastcross-1 inoculada no plantio e a Coastcross-1 não inoculada, ambas sem adubação nitrogenada. O N biologicamente fixado foi de 53,8 e 23,0 kg/ha/ano para Coastcross-1 inoculada e não inoculada, respectivamente. A inoculação eleva a FBN na Coastcross-1 não submetida à adubação nitrogenada. Para a estimativa da recuperação do N aplicado os tratamentos foram: a Coastcross-1 inoculada no plantio e a Coastcross-1 não inoculada, ambas submetidas à adubação com 100 kg de N/ha/ano. A recuperação isotópica de N foi de 16,5 e 13,7 kg/ha/ano para Coastcross-1 inoculada e não inoculada, respectivamente. A inoculação aumenta a recuperação do N fertilizante aplicado pela Coastcross-1. A elevação da produção de forragem em pastos não submetidos à adubação nitrogenada causada pela inoculação tem relação com o aumento da FBN.

O cultivo de plantas de cobertura como cultura de inverno para produzir palha e proteger o solo após a colheita da cultura de verão, na região do Cerrado brasileiro, tem sido um dos maiores desafios para os produtores que optaram pela adoção do sistema semeadura direta. Outra dificuldade inerente ao sistema semeadura direta, com peculiaridade para o Cerrado, refere-se ao manejo do nitrogênio (N) na cultura do milho, já que o ciclo deste nutriente é extremamente dependente das condições climáticas, apresentando, por isto, comportamento diferente da região Sul do país. Nesta situação, a aplicação de N na semeadura da cultura de cobertura de solo com o objetivo de aumentar a produção de palha ou em pré-semeadura da cultura principal, buscando otimizar tempo, pode ser uma estratégia que apresente a mesma eficiência da fertilização na cobertura no milho em sucessão à soja. Os objetivos do estudo foram avaliar a produção de massa de matéria seca de culturas de cobertura de solo e de espécies espontâneas; determinar a influência das épocas da fertilização nitrogenada nos caracteres fenológicos, na produtividade de grãos e de massa de matéria seca da cultura do milho cultivado após 2 anos de soja e, também, quantificar a eficiência da adubação nitrogenada, utilizando a técnica da diluição isotópica (15N). Foram desenvolvidos dois experimentos na região do Triângulo Mineiro, no Estado de Minas Gerais, avaliando-se doses, fontes e épocas de aplicação de N. As doses de N foram: 110 kg ha-1 no experimento em solo de textura média e 70 kg ha-1 no experimento em solo de textura muito argilosa, como dose suplementar à adubação de semeadura. As culturas de cobertura de solo, cultivadas após a colheita da cultura de verão, não foram eficientes na produção de palha; a adubação nitrogenada aplicada na semeadura da cultura de cobertura de solo também não resultou em produção de palha. No experimento em solo de textura média houve resposta à aplicação de N em relação à testemunha e beneficio do parcelamento em diferentes épocas, em relação à aplicação de maiores doses em uma única aplicação. Neste experimento, não houve diferença na produtividade de grãos na fertilização de cobertura do milho, usando uréia ou sulfato de amônio. Em solo de textura muito argilosa não houve resposta na produtividade de grãos do milho quando se aplicou N suplementar à adubação de semeadura, independente da época de aplicação. A eficiência da adubação nitrogenada variou de 26 a 70% para as diferentes épocas de aplicação, sendo que a média de aproveitamento foi de 50%. A aplicação antecipada não se mostrou eficiente em relação à recuperação do fertilizante, sendo recomendada adubação em cobertura, principalmente em solos mais arenosos / Cultivation of soil cover crops as second crop willing to produce straw and protect the soil after the harvest of the summer crop at the Brazilian Cerrados region had been one of the biggest challenges faced by farmers that decided for the no tillage system. Another problem inherent to the no tillage system in the Cerrados in relation with the nitrogen management (N) for corn crops is due to the cycle of this nutrient is extremely dependent on climatic conditions and for this reason, a totally different activity in comparison with Southern region of Brazil must be considered. In this situation, N supply whether in the seeding time of the soil cover crops in order to increase the straw production or before the of main cultivation (pre-seeding) looking to optimize time, it might be a strategy that demonstrates the same efficiency offered by the topdressing of the corn in soybean succession. The objectives of the study were to evaluate dry matter production in the soil cover crops and spontaneous species; to determine the influence of different timing of N-fertilizer supply in the phenology characters, yield and dry matter of corn after 2 years of soybean cultivation and, also, to quantify the efficiency of the nitrogen supply using the isotopic dilution technique (15N). Two experiments were carried out at the Triângulo Mineiro region, Minas Gerais State, Brazil, where rates, sources and timing of N applications were evaluated. The rates of N were: 110 kg ha-1 for the sandy clay loam soil experiment and 70 kg ha-1 for the very clayed soil experiment, besides the nitrogen supplied at the corn crop seeding. The cultivation of the soil cover crops after the harvest of the summer crop was not efficient for cover straw production; the nitrogen supplied at the seeding time of the cover crops also did not result in cover straw production. On the sandy clay loam experiment there was response to nitrogen regarding to the control treatment and also pointed benefit using split time application in relation with higher dose n a unique application. Also there was no difference in the corn yield whether by using urea fertilization or ammonium sulfate topdressing. For the very clayed soil experiment, there was no response on corn yield when nitrogen was supplied at the seeding independent of application timing. The efficiency of the nitrogen fertilization ranged from 26 to 70% among the different application timing and the average efficiency was 50%. The anticipated application did not demonstrate efficient with regard to the fertilizer recovery, being recommended topdressing applications, especially in sandy soils

O cultivo de plantas de cobertura como cultura de inverno para produzir palha e proteger o solo após a colheita da cultura de verão, na região do Cerrado brasileiro, tem sido um dos maiores desafios para os produtores que optaram pela adoção do sistema semeadura direta. Outra dificuldade inerente ao sistema semeadura direta, com peculiaridade para o Cerrado, refere-se ao manejo do nitrogênio (N) na cultura do milho, já que o ciclo deste nutriente é extremamente dependente das condições climáticas, apresentando, por isto, comportamento diferente da região Sul do país. Nesta situação, a aplicação de N na semeadura da cultura de cobertura de solo com o objetivo de aumentar a produção de palha ou em pré-semeadura da cultura principal, buscando otimizar tempo, pode ser uma estratégia que apresente a mesma eficiência da fertilização na cobertura no milho em sucessão à soja. Os objetivos do estudo foram avaliar a produção de massa de matéria seca de culturas de cobertura de solo e de espécies espontâneas; determinar a influência das épocas da fertilização nitrogenada nos caracteres fenológicos, na produtividade de grãos e de massa de matéria seca da cultura do milho cultivado após 2 anos de soja e, também, quantificar a eficiência da adubação nitrogenada, utilizando a técnica da diluição isotópica (15N). Foram desenvolvidos dois experimentos na região do Triângulo Mineiro, no Estado de Minas Gerais, avaliando-se doses, fontes e épocas de aplicação de N. As doses de N foram: 110 kg ha-1 no experimento em solo de textura média e 70 kg ha-1 no experimento em solo de textura muito argilosa, como dose suplementar à adubação de semeadura. As culturas de cobertura de solo, cultivadas após a colheita da cultura de verão, não foram eficientes na produção de palha; a adubação nitrogenada aplicada na semeadura da cultura de cobertura de solo também não resultou em produção de palha. No experimento em solo de textura média houve resposta à aplicação de N em relação à testemunha e beneficio do parcelamento em diferentes épocas, em relação à aplicação de maiores doses em uma única aplicação. Neste experimento, não houve diferença na produtividade de grãos na fertilização de cobertura do milho, usando uréia ou sulfato de amônio. Em solo de textura muito argilosa não houve resposta na produtividade de grãos do milho quando se aplicou N suplementar à adubação de semeadura, independente da época de aplicação. A eficiência da adubação nitrogenada variou de 26 a 70% para as diferentes épocas de aplicação, sendo que a média de aproveitamento foi de 50%. A aplicação antecipada não se mostrou eficiente em relação à recuperação do fertilizante, sendo recomendada adubação em cobertura, principalmente em solos mais arenosos / Cultivation of soil cover crops as second crop willing to produce straw and protect the soil after the harvest of the summer crop at the Brazilian Cerrados region had been one of the biggest challenges faced by farmers that decided for the no tillage system. Another problem inherent to the no tillage system in the Cerrados in relation with the nitrogen management (N) for corn crops is due to the cycle of this nutrient is extremely dependent on climatic conditions and for this reason, a totally different activity in comparison with Southern region of Brazil must be considered. In this situation, N supply whether in the seeding time of the soil cover crops in order to increase the straw production or before the of main cultivation (pre-seeding) looking to optimize time, it might be a strategy that demonstrates the same efficiency offered by the topdressing of the corn in soybean succession. The objectives of the study were to evaluate dry matter production in the soil cover crops and spontaneous species; to determine the influence of different timing of N-fertilizer supply in the phenology characters, yield and dry matter of corn after 2 years of soybean cultivation and, also, to quantify the efficiency of the nitrogen supply using the isotopic dilution technique (15N). Two experiments were carried out at the Triângulo Mineiro region, Minas Gerais State, Brazil, where rates, sources and timing of N applications were evaluated. The rates of N were: 110 kg ha-1 for the sandy clay loam soil experiment and 70 kg ha-1 for the very clayed soil experiment, besides the nitrogen supplied at the corn crop seeding. The cultivation of the soil cover crops after the harvest of the summer crop was not efficient for cover straw production; the nitrogen supplied at the seeding time of the cover crops also did not result in cover straw production. On the sandy clay loam experiment there was response to nitrogen regarding to the control treatment and also pointed benefit using split time application in relation with higher dose n a unique application. Also there was no difference in the corn yield whether by using urea fertilization or ammonium sulfate topdressing. For the very clayed soil experiment, there was no response on corn yield when nitrogen was supplied at the seeding independent of application timing. The efficiency of the nitrogen fertilization ranged from 26 to 70% among the different application timing and the average efficiency was 50%. The anticipated application did not demonstrate efficient with regard to the fertilizer recovery, being recommended topdressing applications, especially in sandy soils