Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objectives of this Dissertation were to estimate the base temperature of leaf appearance, determine the phyllochron, leaf area, tillering, leaves number on stem elongation and determine the crop yield of three clones of sugarcane in crops plant and ratooning of one year. A field experiment was conducted during the years 2008 at 2010 at the experimental area of the Crop Science Department, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS. Three sugarcane clones were used: IAC 822045 (early), SP 711406 (medium) and CB 4176 (late). Experimental design was a complete randomizes block with four replications. Green leaf area was calculated from leaflet length and width. Base temperature (Tb) was estimated using the Mean Square Error (MSE) approach of the regression between accumulated leaf number (LN) and accumulated thermal time (TT). The phyllochron (°C day leaf-1) based on expanded and tip leaf number was estimating using 10°C as base temperature. Phyllochron was calculated as the inverse of the slope of the linear regression between NF and TT. We obtained nonlinear models of power type for the cumulative leaf area (AF) and NF stem. The productivity was determined used the four stems in the growing season of 2008/2009 and eight stems in the growing season 2009/2010. The phyllochron varies during the development sugarcane cycle, with a break point on 15 leaves and increasing following PHYLearly<PHYLentire<PHYLlate. The phyllochron in crops plant is less than phyllochron ratooning of one year to the first 15 leaves. The phyllochron based on expanded leaves number in general was greater than that based on tip leaves number, especially for the first 15 leaves. The power model is appropriate to characterize the allometric relationship between the evolution of green accumulated leaf area from the accumulated number of leaves on main stem. The medium clone (SP 711406) which had slower tillering and constant during its development cycle and has thicker stem and larger leaf area had a greater productivity in the ratooning of one year. The tip number leaves ranges from 14 to 18 leaves at the elongation stem. A variation in the production of green biomass of stem is more affected by the genetic trait of clones than by changes on environment. / Os objetivos nesta dissertação foram estimar a temperatura base de aparecimento de folhas, determinar o filocrono, área foliar, perfilhamento, número de folhas na elongação do colmo e determinar a produtividade de colmos de três clones de cana-de-açúcar em cultivo de cana-planta e de cana-soca de um ano. Um experimento de campo foi conduzido durante os anos de 2008 a 2010, na área experimental do Departamento de Fitotecnia da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS. Os clones de cana-de-açúcar utilizados foram: IAC 822045 (ciclo precoce), SP 711406 (ciclo médio) e CB 4176 (ciclo tardio). O delineamento foi Blocos ao Acaso com quatro repetições. A temperatura base (Tb) foi estimada pela metodologia de menor quadrado médio do erro (QME) da regressão linear entre o número de folhas acumuladas (NF) e a Soma Térmica acumulada (STa). O filocrono (°C dia folha-1) com base no número de folhas expandidas e número de folhas totais foi estimado usando como temperatura base 10°C. O filocrono foi calculado pelo inverso do coeficiente angular da regressão linear entre NF e STa . Obtiveram-se modelos não lineares do tipo potência para a área foliar acumulada (AF) e o NF no colmo. Para determinação da produtividade utilizou-se quatro colmos na estação de crescimento de 2008/2009 e oito colmos na estação de crescimento de 2009/2010. O filocrono varia durante o ciclo de desenvolvimento da cana-de-açúcar, tendo uma quebra em 15 folhas e aumentando na sequência FILO≤15 >FILOtotal > FILO>15. O filocrono da cana-planta é menor que o filocrono da cana-soca de um ano para as primeiras 15 folhas. O filocrono com base no número de folhas expandidas em geral foi maior que o com base no número de folhas totais , especialmente para as primeiras 15 folhas. O modelo potência é apropriado para caracterizar a relação alométrica entre a evolução da área foliar verde acumulada a partir do número de folhas acumulado no colmo principal. O clone de ciclo médio (SP 711406) que teve perfilhamento mais lento e constante durante seu ciclo de desenvolvimento e apresenta colmos mais grossos e área foliar maior obteve maior produtividade no cultivo de cana-soca. O número de folhas totais varia de 14 a 18 folhas na elongação do colmo. A variação da produtividade de fitomassa verde de colmos é mais afetada pela constituição genética dos clones do que pela variação do ambiente.

O uso de determinadas fontes nitrogenadas, doses e formas de nitrogênio (N) pode aumentar a eficiência de uso de N (EUN) em soqueiras de cana-de-açúcar (Saccharum spp.), mantendo, em longo prazo, elevados índices de produtividade, lucro e proteção ao ambiente. Experimentos de campo e de casa-de-vegetação foram desenvolvidos com os seguintes objetivos: (i) avaliar o efeito do manejo do N-fertilizante e dos ciclos de soqueira da cultura na produtividade, parâmetros tecnológicos, acúmulo de biomassa, acúmulo e balanço de nutrientes e nas alterações dos atributos químicos do solo; (ii) avaliar a produção de biomassa seca, metabolismo e nutrição de plantas de cana-de-açúcar cultivadas em solução nutritiva, com suprimento exclusivo ou misto de nitrato (NO3-) e amônio (NH4+) como fontes de N; (iii) avaliar a EUN do 15N-nitrato (15NH4NO3), 15N-amônio (NH415NO3) e 15N-amida [(15NH2)2CO] aplicados na quarta soqueira de cana-de-açúcar em condições de campo; e avaliar a EUN do 15N-amônio e 15N-nitrato aplicados em mudas de cana-de-açúcar cultivadas em solução nutritiva. No campo, o N-fertilizante foi repetido nas mesmas parcelas experimentais (parcelas estáticas), em anos subsequentes (quatro ou cinco soqueiras) e o manejo de N-fertilizante, que incluiu fontes e doses de N, não influenciou na produtividade de colmos e de açúcar no local 1 (Latossolo Vermelho Amarelo distrófico - LVAd). Entretanto, no local 2 (também LVAd), o NA100 e o NAC100 [nitrato de amônio (NA) e nitrato de amônio e cálcio (NAC), ambos na dose de 100 kg ha-1 de N] foram os manejos mais vantajosos para a obtenção das maiores produtividades de colmo e de açúcar em soqueiras quando comparado aos demais tratamentos. No geral, nos dois locais, o NAC150 (150 kg ha-1 de N) proporcionou os maiores acúmulos de biomassa, N e K nas plantas. Além disso, enquanto o controle (sem adição de N) apresentou as menores produções de biomassa e acúmulos de nutrientes (com exceção ao P), o balanço de nutrientes do solo nesse tratamento foi relativamente neutro após anos de cultivo da cana-de-açúcar. Em condições controladas, plantas de cana-de-açúcar supridas exclusivamente com amônio apresentaram menor produção de biomassa, acúmulo de nutrientes e área foliar do que os outros tratamentos (supridos com combinações de NO3-/NH4+ e somente com nitrato), indicando que o uso exclusivo dessa forma de N não foi eficiente para sustentar o crescimento vegetal. A maior EUN foi obtida com o fornecimento exclusivo de nitrato, que também proporcionou maior produção de biomassa seca, área foliar, acúmulo de macronutrientes, atividade fotossintética e crescimento do sistema radicular. A utilização de 15N indicou que, no campo, não houve diferença na EUN pelas plantas devido à utilização do 15N-nitrato e 15N-amônio. Em contraste, a EUN do 15N-amônio foi maior que a do 15N-nitrato durante o 1º, 4º e 7º dia após a aplicação do fertilizante (DAAF), em condições controladas. Contudo, o uso do 15N-nitrato teve maior EUN nas raízes e planta inteira que o 15N-amônio no 15º DAAF. Isso indica que a cana-de-açúcar pode aproveitar eficientemente as duas formas minerais de N, embora o aproveitamento do amônio seja mais rápido. / The use of different fertilizers and rates of nitrogen (N) can increase the N use efficiency (NUE) in sugarcane ratoon (Saccharum spp.), sustaining high yield levels, profitability and environmental protection in long-term. Thus, field and greenhouse studies were performed with the following objectives: (i) evaluate the effect of fertilizer-N management and ratoon crop cycles on sugarcane yield, technological parameters, biomass accumulation, nutrient content, temporal variation in soil chemical properties and soil nutrient balance; (ii) evaluate the biomass production, metabolism and nutrient acquisition of sugarcane plants cropped in nutrient solution, with solely or combined supply of ammonium and nitrate as N sources; (iii) evaluate the NUE of 15N-ammonium (15NH4NO3), 15N-nitrate (NH415NO3), and 15N-amide [(15NH2)2CO] applied to sugarcane under field conditions and the NUE of 15N-ammonium and 15N-nitrate applied to seedlings sugarcane under nutrient solutions. In the field, N fertilizers were replicated in the same experimental plots (static plots) in subsequent years (four or five ratoons) and the management of N-fertilizer, which included fertilizers and N rates, resulted in lack of influence on cane and sucrose yield at Site 1 (Typic Hapludox). However, at Site 2 (also Typic Hapludox), the N treatments AN100 and CAN100 [ammonium nitrate (AN) and calcium ammonium nitrate (CAN), both at a rate of 100 kg N ha-1] provided the highest cane and sugar yield as compared to the remaining treatments. Overall, at both sites, CAN150 (150 kg N ha-1) resulted in the highest biomass accumulation and N and K content by sugarcane. In addition, while the control (no N added) had the lowest biomass accumulation and nutrient content (except for P), the soil nutrient balance in this treatment was relatively neutral, after years of sugarcane cultivation. Under controlled conditions, NH4+-fed plants presented lower biomass accumulation, nutrient content and leaf area than the other treatments (different NO3-/NH4+ ratios and NO3--fed plants), indicating that this N form, when applied solely, was not effective for the proper plant growth. The highest NUE was obtained with NO3--fed plants, which also had the highest production of dry biomass, leaf area, nutrient accumulation, photosynthetic activity, and growth of the root system. The use of 15N-nitrate and 15N-ammonium indicated that there was no difference in NUE by plants in the field. In contrast, the NUE of 15N-ammonium was greater than 15N-nitrate during the 1st, 4th and 7th day after fertilizer application (DAFA), under controlled conditions. However, the use of 15N-nitrate had greater NUE in roots and whole plant than 15N-ammonium in the 15th DAFA. It can be concluded that sugarcane can use both N forms although the recovery of NH4+ was faster than NO3-.

O uso de determinadas fontes nitrogenadas, doses e formas de nitrogênio (N) pode aumentar a eficiência de uso de N (EUN) em soqueiras de cana-de-açúcar (Saccharum spp.), mantendo, em longo prazo, elevados índices de produtividade, lucro e proteção ao ambiente. Experimentos de campo e de casa-de-vegetação foram desenvolvidos com os seguintes objetivos: (i) avaliar o efeito do manejo do N-fertilizante e dos ciclos de soqueira da cultura na produtividade, parâmetros tecnológicos, acúmulo de biomassa, acúmulo e balanço de nutrientes e nas alterações dos atributos químicos do solo; (ii) avaliar a produção de biomassa seca, metabolismo e nutrição de plantas de cana-de-açúcar cultivadas em solução nutritiva, com suprimento exclusivo ou misto de nitrato (NO3-) e amônio (NH4+) como fontes de N; (iii) avaliar a EUN do 15N-nitrato (15NH4NO3), 15N-amônio (NH415NO3) e 15N-amida [(15NH2)2CO] aplicados na quarta soqueira de cana-de-açúcar em condições de campo; e avaliar a EUN do 15N-amônio e 15N-nitrato aplicados em mudas de cana-de-açúcar cultivadas em solução nutritiva. No campo, o N-fertilizante foi repetido nas mesmas parcelas experimentais (parcelas estáticas), em anos subsequentes (quatro ou cinco soqueiras) e o manejo de N-fertilizante, que incluiu fontes e doses de N, não influenciou na produtividade de colmos e de açúcar no local 1 (Latossolo Vermelho Amarelo distrófico - LVAd). Entretanto, no local 2 (também LVAd), o NA100 e o NAC100 [nitrato de amônio (NA) e nitrato de amônio e cálcio (NAC), ambos na dose de 100 kg ha-1 de N] foram os manejos mais vantajosos para a obtenção das maiores produtividades de colmo e de açúcar em soqueiras quando comparado aos demais tratamentos. No geral, nos dois locais, o NAC150 (150 kg ha-1 de N) proporcionou os maiores acúmulos de biomassa, N e K nas plantas. Além disso, enquanto o controle (sem adição de N) apresentou as menores produções de biomassa e acúmulos de nutrientes (com exceção ao P), o balanço de nutrientes do solo nesse tratamento foi relativamente neutro após anos de cultivo da cana-de-açúcar. Em condições controladas, plantas de cana-de-açúcar supridas exclusivamente com amônio apresentaram menor produção de biomassa, acúmulo de nutrientes e área foliar do que os outros tratamentos (supridos com combinações de NO3-/NH4+ e somente com nitrato), indicando que o uso exclusivo dessa forma de N não foi eficiente para sustentar o crescimento vegetal. A maior EUN foi obtida com o fornecimento exclusivo de nitrato, que também proporcionou maior produção de biomassa seca, área foliar, acúmulo de macronutrientes, atividade fotossintética e crescimento do sistema radicular. A utilização de 15N indicou que, no campo, não houve diferença na EUN pelas plantas devido à utilização do 15N-nitrato e 15N-amônio. Em contraste, a EUN do 15N-amônio foi maior que a do 15N-nitrato durante o 1º, 4º e 7º dia após a aplicação do fertilizante (DAAF), em condições controladas. Contudo, o uso do 15N-nitrato teve maior EUN nas raízes e planta inteira que o 15N-amônio no 15º DAAF. Isso indica que a cana-de-açúcar pode aproveitar eficientemente as duas formas minerais de N, embora o aproveitamento do amônio seja mais rápido. / The use of different fertilizers and rates of nitrogen (N) can increase the N use efficiency (NUE) in sugarcane ratoon (Saccharum spp.), sustaining high yield levels, profitability and environmental protection in long-term. Thus, field and greenhouse studies were performed with the following objectives: (i) evaluate the effect of fertilizer-N management and ratoon crop cycles on sugarcane yield, technological parameters, biomass accumulation, nutrient content, temporal variation in soil chemical properties and soil nutrient balance; (ii) evaluate the biomass production, metabolism and nutrient acquisition of sugarcane plants cropped in nutrient solution, with solely or combined supply of ammonium and nitrate as N sources; (iii) evaluate the NUE of 15N-ammonium (15NH4NO3), 15N-nitrate (NH415NO3), and 15N-amide [(15NH2)2CO] applied to sugarcane under field conditions and the NUE of 15N-ammonium and 15N-nitrate applied to seedlings sugarcane under nutrient solutions. In the field, N fertilizers were replicated in the same experimental plots (static plots) in subsequent years (four or five ratoons) and the management of N-fertilizer, which included fertilizers and N rates, resulted in lack of influence on cane and sucrose yield at Site 1 (Typic Hapludox). However, at Site 2 (also Typic Hapludox), the N treatments AN100 and CAN100 [ammonium nitrate (AN) and calcium ammonium nitrate (CAN), both at a rate of 100 kg N ha-1] provided the highest cane and sugar yield as compared to the remaining treatments. Overall, at both sites, CAN150 (150 kg N ha-1) resulted in the highest biomass accumulation and N and K content by sugarcane. In addition, while the control (no N added) had the lowest biomass accumulation and nutrient content (except for P), the soil nutrient balance in this treatment was relatively neutral, after years of sugarcane cultivation. Under controlled conditions, NH4+-fed plants presented lower biomass accumulation, nutrient content and leaf area than the other treatments (different NO3-/NH4+ ratios and NO3--fed plants), indicating that this N form, when applied solely, was not effective for the proper plant growth. The highest NUE was obtained with NO3--fed plants, which also had the highest production of dry biomass, leaf area, nutrient accumulation, photosynthetic activity, and growth of the root system. The use of 15N-nitrate and 15N-ammonium indicated that there was no difference in NUE by plants in the field. In contrast, the NUE of 15N-ammonium was greater than 15N-nitrate during the 1st, 4th and 7th day after fertilizer application (DAFA), under controlled conditions. However, the use of 15N-nitrate had greater NUE in roots and whole plant than 15N-ammonium in the 15th DAFA. It can be concluded that sugarcane can use both N forms although the recovery of NH4+ was faster than NO3-.