Livestock provide as much as one-third of all protein consumed by humans, but have a disproportionate and growing environmental impact. Livestock production occupies 50-75% of agricultural land, contributes 15% of anthropogenic greenhouse gas emissions, and drives agricultural expansion in the tropics through the global trade in animal feed. This thesis therefore evaluates two strategies for shrinking the environmental impact of the livestock sector. First, I evaluate the potential for food losses (i.e. foods which were intended for human consumption, but which ultimately are not directly eaten by people) to replace grain- and soybean-based pig feeds in Europe. While food losses have been included in animal feed for millennia, the practice is all but banned in the European Union, because of disease control concerns. Several East Asian states have in the last 20 years, however, introduced regulated systems for safely recycling food losses into animal feed. I combine data from multiple sources (including government reports, the animal science literature, and factory-floor data from South Korean swill-feed factories), and find that the introduction of East Asian practices for recycling food losses as animal feed could reduce the land use of EU pork (20% of world production) by one fifth, potentially saving 1.8 million hectares of agricultural land. This would also reduce 12/14 other assessed environmental impacts and deliver economic savings for pig farmers, as swill (cooked food losses) costs 40-60% less than conventional grain-based feeds. In a survey of pig farmers (n=82) and other agricultural stakeholders (n=81) at a UK agricultural trade fair, we found high support (>75%) for the relegalisation of swill. Support for swill feeding arose in part because respondents thought that swill would lower costs, increase profitability, and be better for the environment. Our results also confirmed the critical importance of disease control and consumer communication when considering relegalisation, as respondents who thought that swill would increase disease risks and be unpalatable to consumers were less supportive of relegalisation. Any new system for the use of swill will require careful design of regulation to ensure that heat-treatment is sufficient, and to reduce to a negligible level the risk of uncooked animal by-products entering feed. Our results suggest, however, that if such a system can be established, there would be multiple benefits and widespread support for its relegalisation. Second, I evaluated the potential to increase the productivity of cattle ranching in the Brazilian Amazon. While high hopes have been placed on the potential for intensification of low-productivity cattle ranching to spare land for other agricultural uses, cattle productivity in the Amazon biome (29% of the Brazilian cattle herd) remains stubbornly low, and it is not clear how to realize theoretical productivity gains in practice. I therefore (a) surveyed six on-the-ground initiatives which have been working with local farmers to improve cattle ranching, quantifying their farm practices, animal performance, and economic results; and (b) analysed the progress that has already been made in reconciling agriculture and forest conservation, by evaluating the impact of the flagship anti-deforestation policy, the priority list (Municípios Prioritários). The survey showed that cattle intensification initiatives operating in four states have used a wide range of technologies to improve productivity by 30-490%, while supporting compliance with the Brazilian Forest Code. Using two complementary difference-in-difference estimators, I then found no evidence for trade-offs between agriculture and forest conservation under the priority list; instead, reductions in deforestation in priority list municipalities were paired with increases in cattle production and productivity (cattle/hectare). The policy had no effect on dairy or crop production. Together, these results provide real-world evidence that increases in cattle production in Brazil do not need to come at the expense of the country’s remaining native vegetation.

A intensificação da produção pecuária baseada em pastagem é um desafio global. Os sistemas silvipastoris são caracterizados por se adequarem a um novo formato de uso da terra. Poucos estudos visam simular o crescimento de espécies forrageiras de clima tropical em ambientes sombreados, fazendo com que os modelos precisem ser testados e adaptados a diferentes condições de solo, clima e manejo. O objetivo do presente estudo foi avaliar as respostas agronômicas e parametrizar o modelo APSIM-Tropical Pasture para o capim-marandu [Brachiaria brizantha (Hochst A Rich) Stapf, sin. Urochloa brizantha cv. Marandu] sob lotação contínua em diferentes condições de sombreamento do sistema silvipastoril (SP). Foram avaliados um sistema a pleno sol (PS) e três distâncias das fileiras de árvores [7,5 m Norte (SP1), 15 m (SP2) e 7,5 m Sul (SP3)] com as árvores arranjadas em renques triplos (3,5 x 3,0 m entre linhas e entre árvores), com orientação Leste-Oeste, espeçados a 30 m entre as linhas triplas. O experimento foi conduzido durante a estação chuvosa (novembro a abril) de dois anos (2016/2017 e 2017/2018). Acúmulo de colmo, acúmulo de material morto, taxa de acúmulo de folha, índice de área foliar, número de folhas vivas por perfilho e ângulo da folhagem foram semelhantes entre tratamentos e anos (p > 0,05). Houve diferença entre os tratamentos (p < 0,05) para massa de forragem, massa de colmo, massa de material morto (p = 0,0691), acúmulo de forragem, taxa de acúmulo de forragem, taxa de acúmulo de colmo, interceptação de luz do dossel, densidade volumétrica e área foliar específica. Entre anos, houve diferença (p < 0,05) para massa de forragem, massa de folha, massa de material morto, massa de colmo, acúmulo de folha (p = 0,0509), taxa de acúmulo de material morto (p = 0,0630), proporção de folha, proporção de material morto (p = 0,0510), densidade volumétrica e área foliar específica. Houve efeito de interação tratamento × ano (p < 0,05) para densidade populacional de perfilhos vivos (DPPV), densidade populacional de perfilhos mortos (DPPM), relação entre DPPV e DPPM (DPPV/M) e densidade populacional perfilhos totais. O capim-marandu sob lotação contínua apresentou tolerância ao sombreamento para manter a produtividade de folhas do sistema SP semelhante ao PS. O modelo APSIM foi parametrizado com dados de junho de 2015 a abril de 2018. As simulações do crescimento da forrageira no PS, SP1, SP2 e SP3 demonstram que o modelo foi eficiente (R2 de 0,76 a 0,94; d entre 0,93 e 0,96 e NSE de 0,67 a 0,84) indicando que, pode ser utilizado para simular o crescimento do capim-marandu a PS e sob condições contrastantes de sombreamento. / The intensification of pasture-based livestock production is a global challenge. Silvopastoral systems are characterized by conforming to a new mode of land use. Few studies aim to simulate the growth of tropical forage species in shaded environments, making for the need to test and adapted models to different soils, climates, and management. The objective of the present study was to evaluate the agronomic responses and to parameterize the APSIM-Tropical Pasture model for \'Marandu\' palisadegrass [Brachiaria brizantha (Hochst A Rich) Stapf, syn. Urochloa brizantha cv. Marandu] under continuous stocking in response to different shading conditions in a silvopastoral (SP) system. A full sun (FS) system and three distances from the tree rows [7.5 m North (SP1), 15 m (SP2) and 7.5 m South (SP3)] were evaluated with trees arranged in triple rows (3, 5 x 3.0 m between rows and between trees), with East-West orientation, spaced at 30 m between the rows. The experiment was conducted during the rainy season (November to April) of two years (2016/2017 and 2017/2018). Stem accumulation, dead material accumulation, leaf accumulation rate, leaf area index, number of live leaves per tiller and foliage angle were similar across treatments and years (p > 0.05). There were differences among treatments (p < 0.05) for forage mass, stem mass, dead material mass (p = 0.0691), forage accumulation rate, stem accumulation rate, canopy light interception, bulk density and specific leaf area. Between years, there were differences (p < 0.05) for forage mass, leaf mass, dead material mass, stem mass, leaf accumulation (p = 0.0509), dead material accumulation rate (p = 0.0630), leaf proportion, dead material proportion (p = 0.0510), bulk density and specific leaf area. There was a treatment × year interaction (p < 0.05) effect for population density of live tillers (PDLT), population density of dead tillers (PDDT), for the relation between PDLT and PDDT (PDLT/D), and population density of total tillers. Marandu palisadegrass under continuous stocking showed enough shade tolerance to maintain leaf productivity in the SP system similar to FS. The APSIM model was parameterized with data from June 2015 to April 2018. Simulations of forage growth in FS, SP1, SP2 and SP3 show that the model was efficient (R2 = 0.76 to 0.94, d between 0.93 and 0.96 and NSE of 0.67 to 0.84), indicating that it can be used to simulate the growth of palisadegrass under FS and under contrasting shading conditions.

A heterogeneidade espacial induzida pelo pastejo tem sido reconhecida como um componente crucial para o manejo sustentável dos ecossistemas. Ainda assim, a maioria das intervenções realizadas pelo homem tende à homogeneização dos ambientes, inclusive no manejo dos animais. Neste estudo, foi investigado o efeito da intensidade de pastejo sobre a heterogeneidade espacial da vegetação e a criação de uma estrutura ótima para a maximização da taxa de ingestão dos animais, e suas implicações em um Sistema Integrado de Produção Agropecuária (SIPA). O experimento foi conduzido durante o inverno de 2015, no estado do Rio Grande do Sul, Brasil, em um protocolo experimental de longo prazo iniciado em 2001. Os tratamentos foram arranjados em um delineamento de blocos completamente casualizados com três repetições e consistiram em diferentes intensidades de pastejo por bovinos em pasto misto de azevém anual (Lolium multiflorum Lam.) e aveita-preta (Avena strigosa Schreb.): pastejo intenso (P10), pastejo moderado (P20), pastejo moderado-leve (P30), pastejo leve (P40) e ausência de pastejo (SP). A heterogeneidade espacial da vegetação aumentou com a diminuição da intensidade de pastejo. Maior heterogeneidade e estruturação espacial foram identificadas no mês de julho, durante o período vegetativo de ambas as espécies forrageiras. O início do florescimento ocasionou uma diminuição na dependência espacial e um incremento na heterogeneidade abaixo da escala de observação. P10 apresentou dossel homogêneo espacialmente ao longo de todo o ciclo de pastejo, composto em sua maior parte por uma vegetação excessivamente pastejada (<10 cm). P20 apresentou maior participação de alturas ótimas para a maximização da taxa de ingestão (15 a 29,99 cm) ao longo do ciclo de pastejo. Com o aumento da intensidade de pastejo, aumentaram também a carga animal (CA, P<0,05) e o ganho de peso vivo por área (GPV, P<0,05). A intensidade de pastejo moderada (P20) apresentou maior ganho médio diário (GMD, P<0,05) quando comparada ao pastejo intenso (P10), não diferindo, no entanto, de P30 e P40. Sendo assim, a utilização de intensidades de pastejo moderadas constitui na melhor alternativa para conciliar produtividade e conservação ambiental em SIPA. / Spatial heterogeneity induced by grazing has been recognized as a crucial component to the ecosystems sustainable management. Even so, most of the interventions made by humans tend to homogenize the environments, including animal management. In this study, we investigated the effect of grazing intensity on vegetation spatial heterogeneity and creation of an optimal structure for maximizing animals intake rate, and the implications for an Integrated Crop-Livestock System (ICLS). The experiment was carried out during winter 2015, in the Rio Grande do Sul state, Southern Brazil, in a long-term experimental protocol implemented in 2001. Treatments were arranged in a randomized complete block design with three replicates and consisted of different grazing intensities by steers on Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) and black oat (Avena strigosa Schreb.) mixed pastures: intensive grazing (P10), moderate grazing (P20), moderate-light grazing (P30), light grazing (P40) and absence of grazing (NG). Vegetation spatial heterogeneity increased with decreasing grazing intensities. Greater heterogeneity and spatial dependence were identified in July, during both forage species growing season. The flowering initiation caused a decrease in spatial dependence and an increase in small scale spatial heterogeneity (nugget effect). P10 showed a spatially homogeneous canopy throughout the grazing cycle, composed mostly by an excessively grazed vegetation (<10 cm). P20 showed higher participation of optimal heights for maximizing the intake rate (15 to 29,99 cm) throughout the grazing cycle. Increasing grazing intensity also increased stocking rate (SR, P<0,05) and liveweight gain per area (LWG, P<0,05). Moderate grazing intensity (P20) showed higher average daily gain (ADG, P<0,05) compared to intensive grazing (P10), without difference, however, from P30 and P40. Therefore, the utilization of moderate grazing intensities is the best alternative to reconcile productivity and environmental conservation in ICLS.

O PISA é uma metodologia apresentada pelo MAPA para fomento e difusão de tecnologias de produção sustentável para propriedades rurais. Seus principais pilares são o uso de boas práticas de produção como o plantio direto, a diversificação e a rotação de culturas, a integração lavoura-pecuária. A hipótese desse estudo foi de que a aplicação da metodologia PISA é capaz de promover a intensificação sustentável da produção em sistemas leiteiros do RS. O estudo foi realizado nas Missões, nos municípios de Guarani das Missões, São Paulo das Missões, Santo Antônio das Missões, Pirapó e São Nicolau, localizados no noroeste do RS. Foram avaliadas 54 propriedades rurais que participaram do PISA e que tem a produção de leite como atividade principal. O Projeto teve início em dezembro de 2011 com a realização do diagnóstico da situação inicial de cada propriedade e se estendeu até novembro de 2014. As informações utilizadas para o presente trabalho foram capturadas em uma base de dados referente às entrevistas realizadas com os produtores no início do projeto, após o primeiro, segundo e terceiro ano, respectivamente. Os dados levantados referem-se às variáveis de produção, de ocupação do uso do solo e de manejo empregado pelos produtores, como número de vacas em lactação, média de produção por vaca, dieta ofertada, área de cada cultivo, formas de manejo das pastagens e sistemas de cultivo. A média da produção de leite diária teve um aumento significativo de 33,7% (P<0,001). O aumento da produção total de leite (L.propriedade-1.dia-1) foi relacionado ao aumento do número de vacas em lactação (P<0.001, R2=0.41), que ocorreu em 76% das propriedades. Foi observado incremento na produção de leite em 89% das propriedades avaliadas, houve modificação nas práticas utilizadas pelos produtores tanto no critério relacionado ao manejo do pasto como na forma de plantio das culturas, onde a grande maioria dos produtores (96,1%), passou a adotar o controle da altura como principal critério de manejo da pastagem. As ações de intervenção propostas pela metodologia PISA promoveram impactos positivos nas propriedades avaliadas. Os principais fatores determinantes dos aumentos produtivos foram a organização de uso das áreas e a adoção do método de pastoreio “rotatínuo”. A adoção da prática do plantio direto e do manejo adequado das pastagens constituíram as principais ferramentas utilizadas pelo PISA para promoção da qualidade dos ambientes de produção, conservação de recursos naturais e otimização do uso de nutrientes na interface solo-planta-animal. / The PISA program is a method from MAPA for promotion and diffusion of sustainable production technologies in rural area. This method lies on conservationist production technics like no-till, diversification and rotation of the crop or integrated crop-livestock systems. This study questions the success of the PISA program to promote sustainable intensification in dairy farm from the Rio Grande do Sul. We analysed data from 54 dairy farms situated that participate in the PISA program in the Missões region, North-Este of the state, including the city areas of Guarani das Missões, São Paulo das Missões, Santo Antônio das Missões, Pirapó e São Nicolau. The Project started in 2011 with a diagnostic of the initial situation of the farms and extended until November 2014. We based the present study on interviews and milk production reports conducted at the beginning of the study, two and three year later. Main variables refer to milk production (total, per head and number of animals in production), soil use (e.g. no-till vs. tillage, area for each cultivate, system of rotation) and resource management (e.g. pasture management, quantity of feed and silage offered). Between 2011 and 2014, milk mean daily production increased in 89% of the farms resulting in a significantly mean increased of 33,7% (P<0.001). This increase was significantly related to an increase in the number of dairy cattle (P<0.001, R2=0.41) that occurred in 76% of the farms. Farmers significantly change their management practices. No-till management increasing from 19 to over 70% of the cultivated areas, and grazing management based on sward height increase from one third to 96,1%. The PISA program, by successfully implementing sustainable management practices, resulted in highly significant positive result regarding milk productivity. Main practices that resulted in this success were no-till practices, a better organisation in the use of the area and rigorous grazing management based on low intensity/high frequency rotational grazing (i.e. “rotatíno"). Through these changes in management practices, the PISA program promoted more sustainable and more productive farm systems, better conservation of soil natural resources and optimisation of nutrient uses at the soil-plant-animal interface.

A heterogeneidade espacial induzida pelo pastejo tem sido reconhecida como um componente crucial para o manejo sustentável dos ecossistemas. Ainda assim, a maioria das intervenções realizadas pelo homem tende à homogeneização dos ambientes, inclusive no manejo dos animais. Neste estudo, foi investigado o efeito da intensidade de pastejo sobre a heterogeneidade espacial da vegetação e a criação de uma estrutura ótima para a maximização da taxa de ingestão dos animais, e suas implicações em um Sistema Integrado de Produção Agropecuária (SIPA). O experimento foi conduzido durante o inverno de 2015, no estado do Rio Grande do Sul, Brasil, em um protocolo experimental de longo prazo iniciado em 2001. Os tratamentos foram arranjados em um delineamento de blocos completamente casualizados com três repetições e consistiram em diferentes intensidades de pastejo por bovinos em pasto misto de azevém anual (Lolium multiflorum Lam.) e aveita-preta (Avena strigosa Schreb.): pastejo intenso (P10), pastejo moderado (P20), pastejo moderado-leve (P30), pastejo leve (P40) e ausência de pastejo (SP). A heterogeneidade espacial da vegetação aumentou com a diminuição da intensidade de pastejo. Maior heterogeneidade e estruturação espacial foram identificadas no mês de julho, durante o período vegetativo de ambas as espécies forrageiras. O início do florescimento ocasionou uma diminuição na dependência espacial e um incremento na heterogeneidade abaixo da escala de observação. P10 apresentou dossel homogêneo espacialmente ao longo de todo o ciclo de pastejo, composto em sua maior parte por uma vegetação excessivamente pastejada (<10 cm). P20 apresentou maior participação de alturas ótimas para a maximização da taxa de ingestão (15 a 29,99 cm) ao longo do ciclo de pastejo. Com o aumento da intensidade de pastejo, aumentaram também a carga animal (CA, P<0,05) e o ganho de peso vivo por área (GPV, P<0,05). A intensidade de pastejo moderada (P20) apresentou maior ganho médio diário (GMD, P<0,05) quando comparada ao pastejo intenso (P10), não diferindo, no entanto, de P30 e P40. Sendo assim, a utilização de intensidades de pastejo moderadas constitui na melhor alternativa para conciliar produtividade e conservação ambiental em SIPA. / Spatial heterogeneity induced by grazing has been recognized as a crucial component to the ecosystems sustainable management. Even so, most of the interventions made by humans tend to homogenize the environments, including animal management. In this study, we investigated the effect of grazing intensity on vegetation spatial heterogeneity and creation of an optimal structure for maximizing animals intake rate, and the implications for an Integrated Crop-Livestock System (ICLS). The experiment was carried out during winter 2015, in the Rio Grande do Sul state, Southern Brazil, in a long-term experimental protocol implemented in 2001. Treatments were arranged in a randomized complete block design with three replicates and consisted of different grazing intensities by steers on Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) and black oat (Avena strigosa Schreb.) mixed pastures: intensive grazing (P10), moderate grazing (P20), moderate-light grazing (P30), light grazing (P40) and absence of grazing (NG). Vegetation spatial heterogeneity increased with decreasing grazing intensities. Greater heterogeneity and spatial dependence were identified in July, during both forage species growing season. The flowering initiation caused a decrease in spatial dependence and an increase in small scale spatial heterogeneity (nugget effect). P10 showed a spatially homogeneous canopy throughout the grazing cycle, composed mostly by an excessively grazed vegetation (<10 cm). P20 showed higher participation of optimal heights for maximizing the intake rate (15 to 29,99 cm) throughout the grazing cycle. Increasing grazing intensity also increased stocking rate (SR, P<0,05) and liveweight gain per area (LWG, P<0,05). Moderate grazing intensity (P20) showed higher average daily gain (ADG, P<0,05) compared to intensive grazing (P10), without difference, however, from P30 and P40. Therefore, the utilization of moderate grazing intensities is the best alternative to reconcile productivity and environmental conservation in ICLS.

O PISA é uma metodologia apresentada pelo MAPA para fomento e difusão de tecnologias de produção sustentável para propriedades rurais. Seus principais pilares são o uso de boas práticas de produção como o plantio direto, a diversificação e a rotação de culturas, a integração lavoura-pecuária. A hipótese desse estudo foi de que a aplicação da metodologia PISA é capaz de promover a intensificação sustentável da produção em sistemas leiteiros do RS. O estudo foi realizado nas Missões, nos municípios de Guarani das Missões, São Paulo das Missões, Santo Antônio das Missões, Pirapó e São Nicolau, localizados no noroeste do RS. Foram avaliadas 54 propriedades rurais que participaram do PISA e que tem a produção de leite como atividade principal. O Projeto teve início em dezembro de 2011 com a realização do diagnóstico da situação inicial de cada propriedade e se estendeu até novembro de 2014. As informações utilizadas para o presente trabalho foram capturadas em uma base de dados referente às entrevistas realizadas com os produtores no início do projeto, após o primeiro, segundo e terceiro ano, respectivamente. Os dados levantados referem-se às variáveis de produção, de ocupação do uso do solo e de manejo empregado pelos produtores, como número de vacas em lactação, média de produção por vaca, dieta ofertada, área de cada cultivo, formas de manejo das pastagens e sistemas de cultivo. A média da produção de leite diária teve um aumento significativo de 33,7% (P<0,001). O aumento da produção total de leite (L.propriedade-1.dia-1) foi relacionado ao aumento do número de vacas em lactação (P<0.001, R2=0.41), que ocorreu em 76% das propriedades. Foi observado incremento na produção de leite em 89% das propriedades avaliadas, houve modificação nas práticas utilizadas pelos produtores tanto no critério relacionado ao manejo do pasto como na forma de plantio das culturas, onde a grande maioria dos produtores (96,1%), passou a adotar o controle da altura como principal critério de manejo da pastagem. As ações de intervenção propostas pela metodologia PISA promoveram impactos positivos nas propriedades avaliadas. Os principais fatores determinantes dos aumentos produtivos foram a organização de uso das áreas e a adoção do método de pastoreio “rotatínuo”. A adoção da prática do plantio direto e do manejo adequado das pastagens constituíram as principais ferramentas utilizadas pelo PISA para promoção da qualidade dos ambientes de produção, conservação de recursos naturais e otimização do uso de nutrientes na interface solo-planta-animal. / The PISA program is a method from MAPA for promotion and diffusion of sustainable production technologies in rural area. This method lies on conservationist production technics like no-till, diversification and rotation of the crop or integrated crop-livestock systems. This study questions the success of the PISA program to promote sustainable intensification in dairy farm from the Rio Grande do Sul. We analysed data from 54 dairy farms situated that participate in the PISA program in the Missões region, North-Este of the state, including the city areas of Guarani das Missões, São Paulo das Missões, Santo Antônio das Missões, Pirapó e São Nicolau. The Project started in 2011 with a diagnostic of the initial situation of the farms and extended until November 2014. We based the present study on interviews and milk production reports conducted at the beginning of the study, two and three year later. Main variables refer to milk production (total, per head and number of animals in production), soil use (e.g. no-till vs. tillage, area for each cultivate, system of rotation) and resource management (e.g. pasture management, quantity of feed and silage offered). Between 2011 and 2014, milk mean daily production increased in 89% of the farms resulting in a significantly mean increased of 33,7% (P<0.001). This increase was significantly related to an increase in the number of dairy cattle (P<0.001, R2=0.41) that occurred in 76% of the farms. Farmers significantly change their management practices. No-till management increasing from 19 to over 70% of the cultivated areas, and grazing management based on sward height increase from one third to 96,1%. The PISA program, by successfully implementing sustainable management practices, resulted in highly significant positive result regarding milk productivity. Main practices that resulted in this success were no-till practices, a better organisation in the use of the area and rigorous grazing management based on low intensity/high frequency rotational grazing (i.e. “rotatíno"). Through these changes in management practices, the PISA program promoted more sustainable and more productive farm systems, better conservation of soil natural resources and optimisation of nutrient uses at the soil-plant-animal interface.

A heterogeneidade espacial induzida pelo pastejo tem sido reconhecida como um componente crucial para o manejo sustentável dos ecossistemas. Ainda assim, a maioria das intervenções realizadas pelo homem tende à homogeneização dos ambientes, inclusive no manejo dos animais. Neste estudo, foi investigado o efeito da intensidade de pastejo sobre a heterogeneidade espacial da vegetação e a criação de uma estrutura ótima para a maximização da taxa de ingestão dos animais, e suas implicações em um Sistema Integrado de Produção Agropecuária (SIPA). O experimento foi conduzido durante o inverno de 2015, no estado do Rio Grande do Sul, Brasil, em um protocolo experimental de longo prazo iniciado em 2001. Os tratamentos foram arranjados em um delineamento de blocos completamente casualizados com três repetições e consistiram em diferentes intensidades de pastejo por bovinos em pasto misto de azevém anual (Lolium multiflorum Lam.) e aveita-preta (Avena strigosa Schreb.): pastejo intenso (P10), pastejo moderado (P20), pastejo moderado-leve (P30), pastejo leve (P40) e ausência de pastejo (SP). A heterogeneidade espacial da vegetação aumentou com a diminuição da intensidade de pastejo. Maior heterogeneidade e estruturação espacial foram identificadas no mês de julho, durante o período vegetativo de ambas as espécies forrageiras. O início do florescimento ocasionou uma diminuição na dependência espacial e um incremento na heterogeneidade abaixo da escala de observação. P10 apresentou dossel homogêneo espacialmente ao longo de todo o ciclo de pastejo, composto em sua maior parte por uma vegetação excessivamente pastejada (<10 cm). P20 apresentou maior participação de alturas ótimas para a maximização da taxa de ingestão (15 a 29,99 cm) ao longo do ciclo de pastejo. Com o aumento da intensidade de pastejo, aumentaram também a carga animal (CA, P<0,05) e o ganho de peso vivo por área (GPV, P<0,05). A intensidade de pastejo moderada (P20) apresentou maior ganho médio diário (GMD, P<0,05) quando comparada ao pastejo intenso (P10), não diferindo, no entanto, de P30 e P40. Sendo assim, a utilização de intensidades de pastejo moderadas constitui na melhor alternativa para conciliar produtividade e conservação ambiental em SIPA. / Spatial heterogeneity induced by grazing has been recognized as a crucial component to the ecosystems sustainable management. Even so, most of the interventions made by humans tend to homogenize the environments, including animal management. In this study, we investigated the effect of grazing intensity on vegetation spatial heterogeneity and creation of an optimal structure for maximizing animals intake rate, and the implications for an Integrated Crop-Livestock System (ICLS). The experiment was carried out during winter 2015, in the Rio Grande do Sul state, Southern Brazil, in a long-term experimental protocol implemented in 2001. Treatments were arranged in a randomized complete block design with three replicates and consisted of different grazing intensities by steers on Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) and black oat (Avena strigosa Schreb.) mixed pastures: intensive grazing (P10), moderate grazing (P20), moderate-light grazing (P30), light grazing (P40) and absence of grazing (NG). Vegetation spatial heterogeneity increased with decreasing grazing intensities. Greater heterogeneity and spatial dependence were identified in July, during both forage species growing season. The flowering initiation caused a decrease in spatial dependence and an increase in small scale spatial heterogeneity (nugget effect). P10 showed a spatially homogeneous canopy throughout the grazing cycle, composed mostly by an excessively grazed vegetation (<10 cm). P20 showed higher participation of optimal heights for maximizing the intake rate (15 to 29,99 cm) throughout the grazing cycle. Increasing grazing intensity also increased stocking rate (SR, P<0,05) and liveweight gain per area (LWG, P<0,05). Moderate grazing intensity (P20) showed higher average daily gain (ADG, P<0,05) compared to intensive grazing (P10), without difference, however, from P30 and P40. Therefore, the utilization of moderate grazing intensities is the best alternative to reconcile productivity and environmental conservation in ICLS.

O PISA é uma metodologia apresentada pelo MAPA para fomento e difusão de tecnologias de produção sustentável para propriedades rurais. Seus principais pilares são o uso de boas práticas de produção como o plantio direto, a diversificação e a rotação de culturas, a integração lavoura-pecuária. A hipótese desse estudo foi de que a aplicação da metodologia PISA é capaz de promover a intensificação sustentável da produção em sistemas leiteiros do RS. O estudo foi realizado nas Missões, nos municípios de Guarani das Missões, São Paulo das Missões, Santo Antônio das Missões, Pirapó e São Nicolau, localizados no noroeste do RS. Foram avaliadas 54 propriedades rurais que participaram do PISA e que tem a produção de leite como atividade principal. O Projeto teve início em dezembro de 2011 com a realização do diagnóstico da situação inicial de cada propriedade e se estendeu até novembro de 2014. As informações utilizadas para o presente trabalho foram capturadas em uma base de dados referente às entrevistas realizadas com os produtores no início do projeto, após o primeiro, segundo e terceiro ano, respectivamente. Os dados levantados referem-se às variáveis de produção, de ocupação do uso do solo e de manejo empregado pelos produtores, como número de vacas em lactação, média de produção por vaca, dieta ofertada, área de cada cultivo, formas de manejo das pastagens e sistemas de cultivo. A média da produção de leite diária teve um aumento significativo de 33,7% (P<0,001). O aumento da produção total de leite (L.propriedade-1.dia-1) foi relacionado ao aumento do número de vacas em lactação (P<0.001, R2=0.41), que ocorreu em 76% das propriedades. Foi observado incremento na produção de leite em 89% das propriedades avaliadas, houve modificação nas práticas utilizadas pelos produtores tanto no critério relacionado ao manejo do pasto como na forma de plantio das culturas, onde a grande maioria dos produtores (96,1%), passou a adotar o controle da altura como principal critério de manejo da pastagem. As ações de intervenção propostas pela metodologia PISA promoveram impactos positivos nas propriedades avaliadas. Os principais fatores determinantes dos aumentos produtivos foram a organização de uso das áreas e a adoção do método de pastoreio “rotatínuo”. A adoção da prática do plantio direto e do manejo adequado das pastagens constituíram as principais ferramentas utilizadas pelo PISA para promoção da qualidade dos ambientes de produção, conservação de recursos naturais e otimização do uso de nutrientes na interface solo-planta-animal. / The PISA program is a method from MAPA for promotion and diffusion of sustainable production technologies in rural area. This method lies on conservationist production technics like no-till, diversification and rotation of the crop or integrated crop-livestock systems. This study questions the success of the PISA program to promote sustainable intensification in dairy farm from the Rio Grande do Sul. We analysed data from 54 dairy farms situated that participate in the PISA program in the Missões region, North-Este of the state, including the city areas of Guarani das Missões, São Paulo das Missões, Santo Antônio das Missões, Pirapó e São Nicolau. The Project started in 2011 with a diagnostic of the initial situation of the farms and extended until November 2014. We based the present study on interviews and milk production reports conducted at the beginning of the study, two and three year later. Main variables refer to milk production (total, per head and number of animals in production), soil use (e.g. no-till vs. tillage, area for each cultivate, system of rotation) and resource management (e.g. pasture management, quantity of feed and silage offered). Between 2011 and 2014, milk mean daily production increased in 89% of the farms resulting in a significantly mean increased of 33,7% (P<0.001). This increase was significantly related to an increase in the number of dairy cattle (P<0.001, R2=0.41) that occurred in 76% of the farms. Farmers significantly change their management practices. No-till management increasing from 19 to over 70% of the cultivated areas, and grazing management based on sward height increase from one third to 96,1%. The PISA program, by successfully implementing sustainable management practices, resulted in highly significant positive result regarding milk productivity. Main practices that resulted in this success were no-till practices, a better organisation in the use of the area and rigorous grazing management based on low intensity/high frequency rotational grazing (i.e. “rotatíno"). Through these changes in management practices, the PISA program promoted more sustainable and more productive farm systems, better conservation of soil natural resources and optimisation of nutrient uses at the soil-plant-animal interface.

O ambiente de terras baixas no sul do Brasil é predominantemente explorado com a cultura do arroz irrigado. Baseado em um sistema agrícola pouco diversificado, é comum o uso sucessivo das mesmas áreas ano após ano, com práticas de manejo que envolvem o revolvimento do solo. Isto acarreta em prejuízos tais como a degradação do solo e recursos naturais, além de recorrente baixa rentabilidade da atividade. O cultivo de espécies forrageiras hibernais, associado com o não revolvimento do solo, pode trazer melhorias ao sistema produtivo, seja com seu uso como plantas de cobertura ou com o pastejo animal. O objetivo deste trabalho foi avaliar os benefícios e potencialidades que a utilização destas espécies podem proporcionar e, para tanto, dois estudos principais foram realizados. O primeiro, conduzido no município de Cachoeirinha, RS, avaliou o estado de agregação e o incremento do teor de carbono orgânico do solo, comparando cultivos sucessivos de arroz irrigado em um experimento de longa duração. Os tratamentos foram um sistema manejado na forma convencional, com revolvimento do solo, e outros três sob semeadura direta, com coberturas de: azevém, cornichão e vegetação espontânea. Os resultados indicaram que, na camada de 0 a 5 cm de profundidade, os tratamentos sob semeadura direta apresentaram maiores teores de carbono orgânico e agregação do que o convencional. Já na camada de 5 a 10 cm, para os agregados, o tratamento azevém se destacou em relação aos demais. O segundo estudo foi conduzido no município de Cristal, RS. Foram avaliadas a produção animal e de forragem durante três anos no período hibernal, em diferentes combinações de sistemas integrados de produção agropecuária (SIPA). Os cultivos estivais trataram-se de arroz irrigado, soja, capim sudão e campo de sucessão, enquanto as pastagens hibernais consistiram de azevém e consórcios desta espécie com trevo branco e cornichão. Os resultados confirmaram a adaptabilidade destas espécies forrageiras ao ambiente de terras baixas e demonstraram as potencialidades que a exploração pecuária possui, sendo necessários, porém, novos estudos para o melhor ajuste do manejo das áreas. Por fim, foi realizado um terceiro estudo, comparando a relação entre a massa de forragem e altura de pastos hibernais em SIPA conduzidos em terras altas com SIPA em terras baixas. A relação no ambiente de terras baixas é menor, corroborando a necessidade de maiores estudos neste ambiente, visto que as alturas ótimas preconizadas para o manejo do pasto se originam de estudos conduzidos em terras altas. / The lowland environment in Southern Brazil is predominantly explored with the irrigated rice crop. Based on a very low diversified system, in such environment is very common the successive use of the same areas year after year, with management practices that involve soil tillage. This leads to damages such as the degradation of soil and natural resources, in addition to recurrent profitability problems. The insertion of winter pasture species associated with the no-till, as cover crops or for animal grazing, may bring improvements to the system. The objective of the current work was to evaluate the benefits and potentialities that the utilization of such plants can provide. For this, two main studies were performed. The first, conducted in the Cachoeirinha County (Rio Grande do Sul State – RS), evaluated the soil aggregation status and its organic carbon content, by comparing successive irrigated rice croppings in a long-term experiment. The treatments consisted of one system under conventional soil tillage and three others under no-till, being the treatments the following cover crops: Italian ryegrass, birdsfoot trefoil and spontaneous vegetation. The results indicated that, in 0 to 5 cm soil layer, the treatments under no-till presented higher organic carbon contents and greater aggregation, as compared to the conventional system. In the 5 to 10 cm soil layer, the treatment with Italian ryegrass has its aggregation highlighted among the others. The second study was conducted in the Cristal County (RS). The animal and pasture production was evaluated during three years in the winter season, under different combinations of integrated crop-livestock systems (ICLS). The summer croppings were irrigated rice, soybean, Sudan grass and a succession field (native pasture), while the winter pastures consisted of Italian ryegrass and its mix with white clover and birdsfoot trefoil. The results confirmed the adaptability and potentiality of such pasture species and livestock exploration in the lowland environment. However, it is needed further studies for a better management adjustment of the areas. Finally, a third study was performed, comparing the relationship between forage mass and winter pasture height in ICLS conducted in highland and lowland. It was demonstrated that in lowland such relationship is lower, corroborating the necessity of more studies in these conditions, because the optimum heights preconized for pasture management are originated from studies conducted in highlands.

The area of vegetable production is growing rapidly world-wide, as are efforts to increase production on existing lands in these labor- and input-intensive systems. Yet information on nutrient losses, greenhouse gas emissions, and input efficiency is lacking. Sustainable intensification of these systems requires knowing how to optimize nutrient and water inputs to improve yields while minimizing negative environmental consequences. This work characterizes soil nitrogen (N) dynamics, nitrate (NO3¯) leaching, greenhouse gas emissions, and crop yield in five diversified vegetable systems spanning a gradient of intensification that is characterized by inputs, tillage and rotational fallow periods. The study systems included a low input organic system (LI), a mechanized, medium scale organic system (CSA), an organic movable high tunnel system (MOV), a conventional system (CONV) and an organic stationary high tunnel system (HT). In a three-year vegetable crop rotation with three systems (LI, HT and CONV), key N loss pathways varied by system; marked N2O and CO2 losses were observed in the LI system and NO3– leaching was greatest in the CONV system. Yield-scaled global warming potential (GWP) was greater in the LI system compared to HT and CONV, driven by greater greenhouse gas flux and lower yields in the LI system. The field data from CONV system were used to calibrate the Root Zone Water Quality Model version 2 (RZWQM2) and HT and LI vegetable systems were used to validate the model. RZWQM2 simulated soil NO3¯-N content reasonably well in crops grown on bare ground and open field (e.g. beet, collard, bean). Despite use of simultaneous heat and water (SHAW) option in RZWQM2 to incorporate the use of plastic mulch, we were not able to successfully simulate NO3¯-N data. The model simulated cumulative N2O emissions from the CONV vegetable system reasonably well, while the model overestimated N2O emissions in HT and LI systems.