The first project involved the evaluation of different times of application on the fertilizer nitrogen recovery (FNR) in the soil-plant system in an irrigated upland cotton system, during two seasons. This was accomplished by using the isotopic dilution technique applying the 15N to microplots. No differences were observed in the total plant FNR, seed and stover, soil and the total FNR among the different 15N application times; however, despite no differences were observed in the plant the FNR value ranged from 30-38%, while the seed exhibited the highest FNR with an average over 50% of the 15N recovered in the plant. In the soil, the obtained average FNR value was over 40% while the total FNR (plant + soil) ranged from 70-80%, being reduced as the 15N application time was delayed.The second project was conducted during two seasons to examine the 15N and bromide distribution pattern in the soil profile as a function of the time of application. 15Nitrogen and bromide were applied to the soil at three different times in a cotton growth cycle; after that, soil samples were taken at the end of the cotton cycle to a depth of 1.80 m., and 15N and bromide recoveries were determined. Slightly higher FNR were obtained with the intermediate application time. The higher FNR were detected in the surface layer (0-30 cm) with an average of 40%. Below 30 cm depth, low 15N recoveries were obtained and even lower below the 60 cm soil layer. Bromide recovery behavior was related to the water movement in the soil profile: as the Br- application time was delayed more of the anionic tracer was found in the top of the soil profile, while less Br- was found in the surface soil for the early Br- application time.

O ciclo aberto que o fósforo percorre na sociedade contemporânea pode ser visto como uma das maiores falhas da sua sustentabilidade. Sendo este um elemento básico para qualquer ser vivo, é realmente incômodo pensar que todo o fósforo que percorre as diversas instâncias da sociedade (como agricultura, alimentos ou consumo humano) provém direta ou indiretamente da mineração, portanto, de uma fonte esgotável. Se algumas estimativas da duração de toda a reserva de rochas fosfatadas do planeta não estivessem beirando a casa de um século, esse tema, acerca da geração de uma fonte renovável e sustentável de P, não teria o mesmo peso. A presente pesquisa, realizada com uma visão multidisciplinar levando em conta estudos mineralógicos; agrícolas; de crescimento de cristais; formação de carapaça de crustáceos marinhos; tratamento de esgoto; termodinâmica e cinética de precipitações químicas traz à luz da realidade nacional uma discussão acerca dos parâmetros que possibilitam a recuperação do fósforo (e do nitrogênio) diretamente do esgoto. Nos últimos anos, diversas tentativas de precipitação de estruvita no Brasil não foram bem sucedidas. Por esse motivo, essa dissertação foi desenvolvida com o intuito de contribuir com uma melhor compreensão a respeito dos fenômenos envolvidos na formação e crescimento desses cristais. Para isso, foram realizados ensaios com amostras de água ultrapura; efluente do reator anaeróbio de fluxo ascendente com manto de lodo da estação de tratamento de esgoto (ETE) Anhumas; urina pura e efluente dos processos de desaguamento do lodo da ETE Franca (um sistema de lodos ativados convencionais). Este último apresentou altas concentrações de cálcio, o maior interveniente na formação de estruvita, devido ao recebimento de lodo de estação de tratamento de água. A investigação experimental foi dividida em três etapas: (1) Primeiramente, as principais variáveis da reação de cristalização foram avaliadas e percebeu-se que, o que a rege é o quanto o meio se encontra supersaturado com relação aos sais de estruvita. Portanto, as variáveis que influenciam na supersaturação (como pH e concentração de reagentes) podem ser manipuladas para que a reação ocorra da maneira que for desejável. (2) Quando a água residuária contém cálcio, forma-se uma fase amorfa de carbonato de cálcio, que é muito reativa e bastante metaestável (que nesse caso acaba sendo estabilizada), na qual o fósforo e o magnésio adsorvem, podendo inclusive causar uma falsa impressão de que se formou estruvita, devido ao consumo dos reagentes. Deste entendimento, foi possível uma proposta bastante simples de solução para o problema: semeadura com cristais de estruvita. (3) A última etapa da dissertação explica o porquê da dificuldade de encontrar os picos de estruvita nos difratogramas de raios-x, tanto em algumas pesquisas nacionais quanto no começo do presente estudo. Esta dificuldade está relacionada às mudanças de fases do cristal quando exposto a altas temperaturas, isto é, durante o processo de secagem em estufa. / The opened cycle in which the phosphorus flows within the contemporary society is one of the biggest lack on its sustainability. Being this element so primary for the life of any being, it is really uncomfortable to think that all phosphorus that runs through all instances of our society (as agriculture, foods or human consumption) comes directly or indirectly from mining, thus a non-renewable source. By means of a multidisciplinary vision taking into account mineralogical, agriculture, crystal growth, marine crustaceous, wastewater treatment, chemical kinetics and thermodynamic studies the parameters which govern this crystallization reaction were brought to light, in order to make possible the recovery of phosphorus directly from sewage. For this reason, the development of this research was to create a better comprehension around the phenomena of formation and growth of struvite crystals. The crystallization media used were ultrapure water, effluent from an upflow anaerobic sludge bed reactor also treating domestic sewage in real scale, urine, and effluent of the dewatering processes of the sludge from a conventional activated sludge system (anaerobically digested) treating domestic sewage in real scale (because this WWTP receives WTP sludge with a high content of calcium, the major interfering ion on struvite formation). This study was made in three steps: (1) At first, the main parameters (usually controlled) of this crystallization reaction were evaluated. It was concluded that what controls the reaction is how much the crystallization media is supersaturated of the struvite salts. Thus, all parameters which have an influence on that (as pH and reagents concentration) can be manipulated for the reaction to occur in the desirable way. (2) The ion which interfere the most on the formation of struvite (calcium) was also studied, and the conclusion was that an amorphous calcium carbonate phase, was formed, which is a very metastable morphology of this salt, and thus it is not found in other conditions which are not as specific as those. With this theory, a proposal of a simple solution for this problem was formulated: struvite seeding. (3) The last step of this research explains why the characteristic peaks of struvite crystals were so difficult to be found on the x-ray diffractograms on the beginning of this study and by other Brazilian researchers. This difficult is related to the phase transitions due to the exposition of the crystals to higher temperatures.

O ciclo aberto que o fósforo percorre na sociedade contemporânea pode ser visto como uma das maiores falhas da sua sustentabilidade. Sendo este um elemento básico para qualquer ser vivo, é realmente incômodo pensar que todo o fósforo que percorre as diversas instâncias da sociedade (como agricultura, alimentos ou consumo humano) provém direta ou indiretamente da mineração, portanto, de uma fonte esgotável. Se algumas estimativas da duração de toda a reserva de rochas fosfatadas do planeta não estivessem beirando a casa de um século, esse tema, acerca da geração de uma fonte renovável e sustentável de P, não teria o mesmo peso. A presente pesquisa, realizada com uma visão multidisciplinar levando em conta estudos mineralógicos; agrícolas; de crescimento de cristais; formação de carapaça de crustáceos marinhos; tratamento de esgoto; termodinâmica e cinética de precipitações químicas traz à luz da realidade nacional uma discussão acerca dos parâmetros que possibilitam a recuperação do fósforo (e do nitrogênio) diretamente do esgoto. Nos últimos anos, diversas tentativas de precipitação de estruvita no Brasil não foram bem sucedidas. Por esse motivo, essa dissertação foi desenvolvida com o intuito de contribuir com uma melhor compreensão a respeito dos fenômenos envolvidos na formação e crescimento desses cristais. Para isso, foram realizados ensaios com amostras de água ultrapura; efluente do reator anaeróbio de fluxo ascendente com manto de lodo da estação de tratamento de esgoto (ETE) Anhumas; urina pura e efluente dos processos de desaguamento do lodo da ETE Franca (um sistema de lodos ativados convencionais). Este último apresentou altas concentrações de cálcio, o maior interveniente na formação de estruvita, devido ao recebimento de lodo de estação de tratamento de água. A investigação experimental foi dividida em três etapas: (1) Primeiramente, as principais variáveis da reação de cristalização foram avaliadas e percebeu-se que, o que a rege é o quanto o meio se encontra supersaturado com relação aos sais de estruvita. Portanto, as variáveis que influenciam na supersaturação (como pH e concentração de reagentes) podem ser manipuladas para que a reação ocorra da maneira que for desejável. (2) Quando a água residuária contém cálcio, forma-se uma fase amorfa de carbonato de cálcio, que é muito reativa e bastante metaestável (que nesse caso acaba sendo estabilizada), na qual o fósforo e o magnésio adsorvem, podendo inclusive causar uma falsa impressão de que se formou estruvita, devido ao consumo dos reagentes. Deste entendimento, foi possível uma proposta bastante simples de solução para o problema: semeadura com cristais de estruvita. (3) A última etapa da dissertação explica o porquê da dificuldade de encontrar os picos de estruvita nos difratogramas de raios-x, tanto em algumas pesquisas nacionais quanto no começo do presente estudo. Esta dificuldade está relacionada às mudanças de fases do cristal quando exposto a altas temperaturas, isto é, durante o processo de secagem em estufa. / The opened cycle in which the phosphorus flows within the contemporary society is one of the biggest lack on its sustainability. Being this element so primary for the life of any being, it is really uncomfortable to think that all phosphorus that runs through all instances of our society (as agriculture, foods or human consumption) comes directly or indirectly from mining, thus a non-renewable source. By means of a multidisciplinary vision taking into account mineralogical, agriculture, crystal growth, marine crustaceous, wastewater treatment, chemical kinetics and thermodynamic studies the parameters which govern this crystallization reaction were brought to light, in order to make possible the recovery of phosphorus directly from sewage. For this reason, the development of this research was to create a better comprehension around the phenomena of formation and growth of struvite crystals. The crystallization media used were ultrapure water, effluent from an upflow anaerobic sludge bed reactor also treating domestic sewage in real scale, urine, and effluent of the dewatering processes of the sludge from a conventional activated sludge system (anaerobically digested) treating domestic sewage in real scale (because this WWTP receives WTP sludge with a high content of calcium, the major interfering ion on struvite formation). This study was made in three steps: (1) At first, the main parameters (usually controlled) of this crystallization reaction were evaluated. It was concluded that what controls the reaction is how much the crystallization media is supersaturated of the struvite salts. Thus, all parameters which have an influence on that (as pH and reagents concentration) can be manipulated for the reaction to occur in the desirable way. (2) The ion which interfere the most on the formation of struvite (calcium) was also studied, and the conclusion was that an amorphous calcium carbonate phase, was formed, which is a very metastable morphology of this salt, and thus it is not found in other conditions which are not as specific as those. With this theory, a proposal of a simple solution for this problem was formulated: struvite seeding. (3) The last step of this research explains why the characteristic peaks of struvite crystals were so difficult to be found on the x-ray diffractograms on the beginning of this study and by other Brazilian researchers. This difficult is related to the phase transitions due to the exposition of the crystals to higher temperatures.

Use of switchgrass (Panicum virgatum L.) as a forage and feedstock species requires knowledge of fertilizer application rates and harvest timing to optimize yield and quality. Three experiments were conducted at the Brown Loam Branch Experiment Station, Raymond, MS to quantify nitrogen rates, harvest timing, and genotype effects on biomass, nutrient removal, chemical composition and ethanol yield. Dry matter yield varied with N rate, genotype, harvest frequency and timing. Yields among genotypes were: NF/GA992 = NF/GA001 (13.7 Mg ha-1) > Alamo (11.6 Mg ha-1) > Cave-in-Rock (6.1 Mg ha-1). A single (9.5 Mg ha-1) or two harvests annually (10.3 Mg ha-1) produced the greatest dry matter yield. As harvest frequency increased from three (7.3Mg ha-1) to six (5.9 Mg ha-1) harvests annually, yield decreased. There was an effect of N application on yield, but not at application rates greater than 80 kg ha-1. Nitrogen did not consistently affect tissue nutrient concentrations but more frequent harvests led to increased nutrient concentration. Nutrient removal responses to N application were mostly similar to the yield responses. Nitrogen use efficiency and recovery declined as N rate increased. Estimated ethanol yield averaged 162 L Mg-1 for Alamo, NF/GA001 and NF/GA992 . A single (2.4 kL ha-1) or 2 harvests annually (2.3 kL ha-1) produced the greatest ethanol production and was correlated with by biomass yield. Nutrient removal, N use efficiency, N recovery and ethanol production were related to biomass yields rather than chemical composition differences. The findings in this dissertation will enable a database on management effects on ethanol yield and composition, enhance current biomass models, facilitate improved management of feedstock production inputs and improve feasibility of alternative fuel development.

Alfalfa overseeded into warm-season perennial grasses such as bahiagrass or bermudagrass has the potential to increase forage quality and dry matter yield as well as extend the growing season. Many of the challenges associated with alfalfa in mixtures have been observed in warm-season grasses, but few studies have attempted to explain the dynamics between these grasses and alfalfa when grown together. Two studies were designed to note these relationships: The objective of the first study was to observe the effect of seeding rate and sod preparation on alfalfa and bermudagrass persistence over three years by using minimum tillage and alfalfa seeding rates of 17, 22, 28, and 39 kg ha-1. Results indicated that sod preparation had no effect on establishment compared to no-tillage. Seeding rates resulted in similar biomass yields and species composition by the second year suggesting that increased seeding rates were unnecessary. Forage quality and yield were improved throughout the year, but alfalfa composition generally decreased towards the end of summer. The objective of the second study was to quantify the amount of nitrogen recovered when alfalfa was overseeded into bahiagrass and bermudagrass and fertilized with ammonium nitrate during late summer. This was accomplished by using two nitrogen rates of 15N labeled fertilizer (28 and 56 kg N ha-1) and two application times (after 2nd and 3rd harvest) and in two separate planting environments (planting I and II). It was found that bahiagrass was more competitive than bermudagrass when overseeded with alfalfa. Alfalfa/grass mixtures did not increase forage dry matter yield, nutritive value or grass composition with N application. Nitrogen fertilizer recovery was variable between plantings due to a large variation of alfalfa persistence within different soil types. Where alfalfa was limited, grass fertilizer recovery was over 60%, but when grass composed less than 10% in the mix, then alfalfa had the potential to recover over 40% of the applied fertilizer. The greatest N recovery by grass were favored during late N application. On the other hand, alfalfa N recovery was favored by early fertilizer application.

Blends of controlled release and stabilized nitrogen (N) fertilizer represent an alternative to provide N at all corn growth stages, and is an option to reduce costs compared to the use of solely controlled release N. In this context, field experiments were conducted in Southeast Brazil with the use of a blend of polymer-sulfur coated urea (PSCU) and NBPT-treated urea (NBPTU) at a 70:30 ratio, applied at corn planting and incorporated into the soil. The objectives of the study were: i) to quantify and measure each fertilizer-derived N fate in the plants, and determine the nitrogen recovery efficiency of each N source in the blend; ii) to evaluate corn grain yield response to N rates (blend) in contrasting cropping systems, and to assess the posibility of reducing N rate when applying a blend of two enhanced efficiency N fertilizers compared to the application of regular urea; iii) understand and monitor changes in plant biomass and N uptake during the growing season. Fertilizer N contributed with less than 50% of the total plant N uptake at all evaluated corn growth stages (V4, V12, R2, and R6). At V4 growth stage, most of the N in the plant derived from fertilizer (NPDF) was provided by NBPTU, while later in the season, most of the NPDF was provided by PSCU. At harvest, most of the plant N was allocated in the grains (59%). Of the total plant N, 64% was supplied by the native soil N pool, 26% was provided by PSCU, and 10% by NBPTU. Therefore, NBPTU provided N to corn early in the season, while PSCU played a crucial role supplying N later in the season, as plants demand for N increased. Soil N was the main N source at all GS and this fraction decreased as N rate increased. At harvest, 64% of the total plant N was derived from the soil native N pool, 26% derived from PSCU, and 10% from urea. The measured fertilizer NRE of urea was in average 36%, and the estimated NUE from PSCU was 51%. In the second study, corn grain yield varied between sites, probably due to soil and climate characteristics of each site. Corn grain yield, N uptake, and biomass production were greatly impacted by fertilizer N. Grain yield and N uptake showed a quadratic response to N rates (blend). The blend of PSCU and NBPTU, applied at corn planting and incorporated into the soil proved to be a great strategy to attain yields at N rates below those needed when using regular urea. The third chapter focused on corn biomass and N uptake and partitioning throughout the growing season, and it was demonstrated that the amount of N uptake after flowering can reach up to 50% of the total plant N, thus, N availability must be guaranteed in late vegetative corn growth stages, and especially in the reproductive stages, which can be achieved by adopting enhanced efficiency N fertilizers such as the blend of PSCU and NBPTU used in this study. / A mistura de fertilizantes nitrogenados de liberação controlada e estabilizados representa uma alternativa para fornecer nitrogênio (N) em todos os estádios da cultura do milho, além de ser uma opção válida para reduzir custos em comparação ao uso exclusivo de produtos de liberação controlada. Neste sentido, conduziram-se experimentos de campo na região Sudeste do Brasil com a aplicação de um blend de ureia revestida com enxofre e polímeros (UREP) e ureia tratada com NBPT (U-NBPT), na proporção 70:30, aplicada na semeadura do milho, de forma incorporada. Os objetivos do trabalho foram: i) avaliar o destino do N dentro das plantas de milho proveniente dos fertilizantes misturados e determinar a eficiência de recuperação de cada um; ii) avaliar a resposta do rendimento de grãos de milho a doses de N (blend) em sistemas de produção contrastantes e avaliar a possibilidade de reduzir as doses de N quando aplicado o blend em comparação à ureia convencional; iii) entender e monitorar as mudanças da biomassa e o nitrogênio dentro das plantas de milho ao longo do ciclo da cultura. No primeiro estudo, o N na planta proveniente da UREP, da U-NBPT, e do solo (N-Solo) variaram ao longo do ciclo do milho. Contudo os fertilizantes nitrogenados contribuiram com menos de 50% do N total da planta em todos os estadios avaliados (V4, V12, R2 e R6). No estádio V4, a maior parte do N na planta proveniente de fertilizante (NPPF) foi fornecido pela U-NBPT, enquanto que nos estadios seguintes, a maior parte do NPPF foi fornecido pela UREP. O N-Solo foi o maior fornecedor de N para a planta, mas a contribuição diminuiu com o aumento das doses de N. Na colheita, 59% do total do N da planta foi alocado nos grãos. Do total de N da planta, 64% foi proveniente do N-Solo, 26% foi fornecido pela UREP, e 10% pela U-NBPT. A eficiência de recuperação da UREP e U-NBPT foram, respectivamente, 51 e 36%. No segundo estudo, o rendimento de grãos de milho variou entre locais, provavelmente devido às condições edafo-climáticas de cada área experimental. A aplicação do fertilizante nitrogenado influenciou o rendimento de grãos de milho, a produção de biomassa e acúmulo de N em todos os locais. O rendimento de grãos e acúmulo de N mostraram uma resposta quadrática às doses de N (blend). A incorporação do blend de UREP e U-NBPT na semeadura do milho mostrou-se como uma ótima estratégia para evitar perdas massivas de N e mostrou que pode atingir produtividade similar a ureia convencional com doses de N menores. O terceiro capítulo, com foco no acúmulo e particionamento da biomassa e N nas plantas de milho ao longo do ciclo, desmonstrou que a quantidade de N absorvido após o florescimento pode chegar a 50% do total de N acumulado nas plantas, pelo que adequada disponibilidade de N deve ser garantida nos estádios vegetativos finais e nos estádios reprodutivos da cultura do milho, o que pode ser conseguido com o uso de misturas de UREP e U-NBPT.

Blends of controlled release and stabilized nitrogen (N) fertilizer represent an alternative to provide N at all corn growth stages, and is an option to reduce costs compared to the use of solely controlled release N. In this context, field experiments were conducted in Southeast Brazil with the use of a blend of polymer-sulfur coated urea (PSCU) and NBPT-treated urea (NBPTU) at a 70:30 ratio, applied at corn planting and incorporated into the soil. The objectives of the study were: i) to quantify and measure each fertilizer-derived N fate in the plants, and determine the nitrogen recovery efficiency of each N source in the blend; ii) to evaluate corn grain yield response to N rates (blend) in contrasting cropping systems, and to assess the posibility of reducing N rate when applying a blend of two enhanced efficiency N fertilizers compared to the application of regular urea; iii) understand and monitor changes in plant biomass and N uptake during the growing season. Fertilizer N contributed with less than 50% of the total plant N uptake at all evaluated corn growth stages (V4, V12, R2, and R6). At V4 growth stage, most of the N in the plant derived from fertilizer (NPDF) was provided by NBPTU, while later in the season, most of the NPDF was provided by PSCU. At harvest, most of the plant N was allocated in the grains (59%). Of the total plant N, 64% was supplied by the native soil N pool, 26% was provided by PSCU, and 10% by NBPTU. Therefore, NBPTU provided N to corn early in the season, while PSCU played a crucial role supplying N later in the season, as plants demand for N increased. Soil N was the main N source at all GS and this fraction decreased as N rate increased. At harvest, 64% of the total plant N was derived from the soil native N pool, 26% derived from PSCU, and 10% from urea. The measured fertilizer NRE of urea was in average 36%, and the estimated NUE from PSCU was 51%. In the second study, corn grain yield varied between sites, probably due to soil and climate characteristics of each site. Corn grain yield, N uptake, and biomass production were greatly impacted by fertilizer N. Grain yield and N uptake showed a quadratic response to N rates (blend). The blend of PSCU and NBPTU, applied at corn planting and incorporated into the soil proved to be a great strategy to attain yields at N rates below those needed when using regular urea. The third chapter focused on corn biomass and N uptake and partitioning throughout the growing season, and it was demonstrated that the amount of N uptake after flowering can reach up to 50% of the total plant N, thus, N availability must be guaranteed in late vegetative corn growth stages, and especially in the reproductive stages, which can be achieved by adopting enhanced efficiency N fertilizers such as the blend of PSCU and NBPTU used in this study. / A mistura de fertilizantes nitrogenados de liberação controlada e estabilizados representa uma alternativa para fornecer nitrogênio (N) em todos os estádios da cultura do milho, além de ser uma opção válida para reduzir custos em comparação ao uso exclusivo de produtos de liberação controlada. Neste sentido, conduziram-se experimentos de campo na região Sudeste do Brasil com a aplicação de um blend de ureia revestida com enxofre e polímeros (UREP) e ureia tratada com NBPT (U-NBPT), na proporção 70:30, aplicada na semeadura do milho, de forma incorporada. Os objetivos do trabalho foram: i) avaliar o destino do N dentro das plantas de milho proveniente dos fertilizantes misturados e determinar a eficiência de recuperação de cada um; ii) avaliar a resposta do rendimento de grãos de milho a doses de N (blend) em sistemas de produção contrastantes e avaliar a possibilidade de reduzir as doses de N quando aplicado o blend em comparação à ureia convencional; iii) entender e monitorar as mudanças da biomassa e o nitrogênio dentro das plantas de milho ao longo do ciclo da cultura. No primeiro estudo, o N na planta proveniente da UREP, da U-NBPT, e do solo (N-Solo) variaram ao longo do ciclo do milho. Contudo os fertilizantes nitrogenados contribuiram com menos de 50% do N total da planta em todos os estadios avaliados (V4, V12, R2 e R6). No estádio V4, a maior parte do N na planta proveniente de fertilizante (NPPF) foi fornecido pela U-NBPT, enquanto que nos estadios seguintes, a maior parte do NPPF foi fornecido pela UREP. O N-Solo foi o maior fornecedor de N para a planta, mas a contribuição diminuiu com o aumento das doses de N. Na colheita, 59% do total do N da planta foi alocado nos grãos. Do total de N da planta, 64% foi proveniente do N-Solo, 26% foi fornecido pela UREP, e 10% pela U-NBPT. A eficiência de recuperação da UREP e U-NBPT foram, respectivamente, 51 e 36%. No segundo estudo, o rendimento de grãos de milho variou entre locais, provavelmente devido às condições edafo-climáticas de cada área experimental. A aplicação do fertilizante nitrogenado influenciou o rendimento de grãos de milho, a produção de biomassa e acúmulo de N em todos os locais. O rendimento de grãos e acúmulo de N mostraram uma resposta quadrática às doses de N (blend). A incorporação do blend de UREP e U-NBPT na semeadura do milho mostrou-se como uma ótima estratégia para evitar perdas massivas de N e mostrou que pode atingir produtividade similar a ureia convencional com doses de N menores. O terceiro capítulo, com foco no acúmulo e particionamento da biomassa e N nas plantas de milho ao longo do ciclo, desmonstrou que a quantidade de N absorvido após o florescimento pode chegar a 50% do total de N acumulado nas plantas, pelo que adequada disponibilidade de N deve ser garantida nos estádios vegetativos finais e nos estádios reprodutivos da cultura do milho, o que pode ser conseguido com o uso de misturas de UREP e U-NBPT.

O Brasil é o país que possui o maior potencial de crescimento na produção de etanol, podendo esse aumento ser através do incremento na produtividade da cana-de-açúcar ou a partir do uso dos resíduos vegetais, etanol de segunda geração. A recuperação do nitrogênio proveniente do fertilizante pela planta (RNP-fertilizante) é baixa, sendo questionado a importância desse no sistema de colheita sem queima associado à rotação de cultura. Dessa maneira, muito se questiona sobre a possibilidade de redução da dose de N-fertilizante e de remoção da palha do campo no atual sistema de manejo da cana-de-açúcar. Experimentos de campo foram desenvolvidos com os seguintes objetivos: avaliar a RNP-fertilizante, a dinâmica desse nutriente e a resposta da segunda soqueira de cana-de-açúcar à doses de N-fertilizante; e avaliar a RNP-fertilizante, a imobilização do N no solo (RNS) e na palha (RNPa) e os parâmetros produtivos da cana-de-açúcar ao longo do ciclo, na mesma dose de nitrato de amônio, com remoção parcial ou total ou manutenção total da palha em área com e sem plantio de Crotalaria spectabilis sob sistema de plantio direto. O plantio da crotalária na renovação do canavial apresentou pequena influência na segunda soqueira da cana-de-açúcar em sistema de plantio direto. Nos parâmetros produtivos e tecnológicos não houve alteração na produção de açúcar e de colmos, aumentou-se a RNP-fertilizante quando associada à remoção total da palha, não houve interferência na imobilização do N-fertilizante na palha e diminuiu-se a imobilização desse no solo ao final do ciclo. As quantidades de palha deixada sobre o solo também não modificaram os atributos tecnológicos, contudo a presença desse resíduo vegetal favoreceu a produtividade de colmos. A RNP-fertilizante no início da rebrota da cana foi beneficiada pela presença da palha em ambas as áreas a qual não se manteve até a colheita devido à condição climática e aos benefícios do plantio direto. Os resultados indicaram que pode-se reduzir a dose de nitrogênio a fim de aumentar a RNP-fertilizante, não havendo influência da rotação de cultura, e que a palha proporciona diversos benefícios à cultura, como aumento da RNP-fertilizante no início do ciclo na segunda soqueira da cana-de-açúcar, tornando a remoção desse resíduo vegetal inviável. / Brazil is the country that has the greatest increase potential in ethanol production, which may be achieved through a rise in the sugarcane yield or from the use of the plant residue\'s waste to produce second generation ethanol. The recovery of the nitrogen from the fertilizer by the plant (NPR-fertilizer) is low when questioning the importance of this in the new sugarcane system (green cane trash blanket) associated with crop rotation. In this case, there are a lot of questions about the possibility of reducing the fertilizer-N rate and about the straw removal from the field in the current management system of sugarcane. Field experiments have been developed with the following aims: to evaluate the NPR-fertilizer, the nitrogen dynamic and the response of the second sugarcane ratoon to the fertilizer-N rates; as well as to evaluate the NPR-fertilizer, the fertilizer-N immobilization in soil (NSR) and straw (NStR), and the productive parameters of sugarcane over the cycle in the same ammonium nitrate rate with partial or total removal or total maintenance of straw in the area with and without planting Crotalaria spectabilis under a no-till system. The planting of sunn hemp in the sugarcane\'s renewal presented little influence in the second sugarcane ratoon under the no-tillage system. In the productive and technological parameters there was no change in sugar and stalk production, NPR-fertilizer increased when associated with total removal of straw, there was no interference in the N-fertilizer immobilization in straw and it decreased the fertilizer-N immobilization in soil at the end of the cycle. The quantities of the straw left on the soil also did not change the technological attributes, however the maintenance of plant residue favored stalk yield. The NPR-fertilizer in the beginning of the sugarcane regrowth was benefited by the straw presence in both areas which did not remain until the harvest due to weather conditions and to the no-till system benefits. The results indicated that the fertilizer-N rate can be reduced in order to increase the NPR-fertilizer without influence of the crop rotation in this parameter and that the straw provides several benefits to the crop such as an increase of NPR-fertilizer in the beginning regrowth of the second sugarcane ratoon, making the straw removal infeasible.

O uso de fertilizantes nitrogenados de eficiência aumentada, em especial o blend de ureia convencional tratada com NBPT e ureia revestida com enxofre elementar e polímeros (U+UREP) consiste em uma alternativa para fornecer nitrogênio (N) nos estádios fenológicos do milho garantindo a sustentabilidade agrícola, além de ser uma opção válida para reduzir os custos em comparação ao uso exclusivo de fertilizantes de liberação controlada. Os objetivos do trabalho foram: (1) avaliar o manejo da adubação nitrogenada em um sistema de sucessão cana-de-açúcar/milho com blend de U+UREP, comparados com fertilizantes nitrogenados convencionais, além de avaliar a viabilidade econômica do custo da adubação nitrogenada e a margem de lucratividade nesse sistema de manejo; (2) avaliar os modos de aplicação e doses de N utilizando o blend de U+UREP no mesmo sistema de cultivo anteriormente citado, além de avaliar o custo e a rentabilidade desse manejo; (3) avaliar o destino do N-fertilizante dentro das plantas de milho proveniente do blend de U+UREP por meio do método isotópico (15N) e do método da diferença, além de avaliar a volatilização de NH3, a viabilidade econômica do custo da adubação e outros parâmetros de crescimento das plantas quando comparados com a U e o NA em um sistema de sucessão Brachiaria ruziziensis/milho. No primeiro estudo, a conversão de um sistema de cultivo de cana-de-açúcar para milho com alto aporte de palha tem influência marcante nas transformações do N no sistema solo-planta-atmosfera, sendo que a produção de biomassa seca (BS) foi pouco influenciada entre os fertilizantes avaliados aplicados no estádio V4 do milho, diferindo-se apenas do tratamento controle. As condições climáticas (intensidade e distribuição das chuvas) se apresentaram como um fator limitante para o rendimento da cultura. No segundo estudo, a viabilidade econômica no sistema de sucessão cana-de-açúcar/milho mostrou que o custo da adubação nitrogenada foi impulsionada pelo preço dos fertilizantes nitrogenados e aumento das doses de N, sendo que a adubação com o blend de U+UREP não mostrou-se ser uma alternativa economicamente viável no cultivo do milho, independentemente das doses e dos anos de cultivo avaliados. A adubação com 300 kg de N ha-1 na forma de U promoveu a maior margem de lucratividade. No terceiro estudo, quando o blend de U+UREP foi aplicado em cobertura no sistema de cultivo de cana-de-açúcar/milho foi observado as maiores médias de produção de BS e acumulo N, independentemente da dose de N avaliada, sendo que a aplicação de 194 kg de N ha-1 do blend de U+UREP proporcionou a máxima produtividade de grãos de milho. No quinto capítulo, o estudo do custo e rentabilidade do modo de aplicação do blend de U+UREP mostrou que a aplicação em cobertura de 300 kg de N ha-1 proporcionou os maiores valores de produtividade de grãos, receita bruta e custo operacional total, enquanto que o maior lucro operacional e índice de lucratividade foi obtido com a aplicação incorporada de 150 kg de N ha-1. No sexto capítulo, o blend de U+UREP foi capaz de reduzir as perdas por volatilização de NH3, entretanto, as condições climáticas podem ter influenciado a produção de BS, o acumulo de N e a ausência de resposta na produtividade de grãos em ambas as safras. O N proveniente do solo foi a principal fonte de N para as plantas durante o ciclo de cultivo, sendo que a % NBPTUplanta foi de 14% e a % URPplanta de 23%. / The use of nitrogen fertilizers of increased efficiency, especially the blend of conventional urea treated with NBPT and urea coated with elemental sulfur and polymers (U+UREP), is an alternative to provide nitrogen (N) in the phenological phases of maize, guaranteeing sustainability agriculture, as well as being a valid option to reduce costs compared to the exclusive use of controlled release fertilizers. The objectives of the study were: (1) to evaluate the management of nitrogen fertilization in a sugarcane/corn succession system with blend U+UREP, compared to conventional nitrogen fertilizers, and to evaluate the economic viability of fertilization cost nitrogen balance and profit margin in this management system; (2) to evaluate the application modes and N doses using the blend U+UREP in the same cultivation system mentioned above, besides evaluating the cost and profitability of this management; (3) to evaluate the fate of the N-fertilizer within the corn plants from the blend U+UREP using the isotopic method (15N) and the difference method, besides evaluating NH3 volatilization, the economic feasibility of the cost of fertilization and other plant growth parameters when compared to U and NA in a Brachiaria ruziziensis/maize succession system. In the first study, the conversion of a sugarcane cultivation system to corn with high straw yields had a marked influence on N transformations in the soil-plant-atmosphere system, and the production of dry biomass (DB) was little influence among the evaluated fertilizers applied in the stage V4 of the corn, differing only from the control treatment. The climatic conditions (intensity and distribution of rainfall) were presented as a limiting factor for crop yield. In the second study, economic viability in the sugarcane/corn succession system showed that the cost of nitrogen fertilization was driven by the price of nitrogen fertilizers and increase of N rates, and the fertilization with the blend U+UREP did not prove to be an economically viable alternative to maize cultivation, regardless of the doses and the years of cultivation evaluated. Fertilization with 300 kg of N ha-1 in the U-form promoted the highest profit margin. In the third study, when the blend U+UREP was applied under cover in the sugarcane/maize cultivation system, the highest production averages of DB and N accumulation were observed, regardless of the N dose evaluated, and the application of 194 kg of N ha-1 from the blend U+UREP provided the maximum yield of corn grains. In the fifth chapter, the study of the cost and profitability of the application of the blend U+UREP showed that the application in coverage of 300 kg of N ha-1 provided the highest values of grain yield, gross revenue and total operating cost, while the highest operating profit and profitability index was obtained with the incorporated application of 150 kg of N ha-1. In the sixth chapter, the blend U+UREP blend was able to reduce NH3 volatilization losses; however, climatic conditions may have influenced DB production, N accumulation and lack of response in grain yield in both crops. N from the soil was the main source of N for the plants during the growing cycle, with the % NBPTUplant was 14% and the % UREPplant was 23%.

O Brasil é o país que possui o maior potencial de crescimento na produção de etanol, podendo esse aumento ser através do incremento na produtividade da cana-de-açúcar ou a partir do uso dos resíduos vegetais, etanol de segunda geração. A recuperação do nitrogênio proveniente do fertilizante pela planta (RNP-fertilizante) é baixa, sendo questionado a importância desse no sistema de colheita sem queima associado à rotação de cultura. Dessa maneira, muito se questiona sobre a possibilidade de redução da dose de N-fertilizante e de remoção da palha do campo no atual sistema de manejo da cana-de-açúcar. Experimentos de campo foram desenvolvidos com os seguintes objetivos: avaliar a RNP-fertilizante, a dinâmica desse nutriente e a resposta da segunda soqueira de cana-de-açúcar à doses de N-fertilizante; e avaliar a RNP-fertilizante, a imobilização do N no solo (RNS) e na palha (RNPa) e os parâmetros produtivos da cana-de-açúcar ao longo do ciclo, na mesma dose de nitrato de amônio, com remoção parcial ou total ou manutenção total da palha em área com e sem plantio de Crotalaria spectabilis sob sistema de plantio direto. O plantio da crotalária na renovação do canavial apresentou pequena influência na segunda soqueira da cana-de-açúcar em sistema de plantio direto. Nos parâmetros produtivos e tecnológicos não houve alteração na produção de açúcar e de colmos, aumentou-se a RNP-fertilizante quando associada à remoção total da palha, não houve interferência na imobilização do N-fertilizante na palha e diminuiu-se a imobilização desse no solo ao final do ciclo. As quantidades de palha deixada sobre o solo também não modificaram os atributos tecnológicos, contudo a presença desse resíduo vegetal favoreceu a produtividade de colmos. A RNP-fertilizante no início da rebrota da cana foi beneficiada pela presença da palha em ambas as áreas a qual não se manteve até a colheita devido à condição climática e aos benefícios do plantio direto. Os resultados indicaram que pode-se reduzir a dose de nitrogênio a fim de aumentar a RNP-fertilizante, não havendo influência da rotação de cultura, e que a palha proporciona diversos benefícios à cultura, como aumento da RNP-fertilizante no início do ciclo na segunda soqueira da cana-de-açúcar, tornando a remoção desse resíduo vegetal inviável. / Brazil is the country that has the greatest increase potential in ethanol production, which may be achieved through a rise in the sugarcane yield or from the use of the plant residue\'s waste to produce second generation ethanol. The recovery of the nitrogen from the fertilizer by the plant (NPR-fertilizer) is low when questioning the importance of this in the new sugarcane system (green cane trash blanket) associated with crop rotation. In this case, there are a lot of questions about the possibility of reducing the fertilizer-N rate and about the straw removal from the field in the current management system of sugarcane. Field experiments have been developed with the following aims: to evaluate the NPR-fertilizer, the nitrogen dynamic and the response of the second sugarcane ratoon to the fertilizer-N rates; as well as to evaluate the NPR-fertilizer, the fertilizer-N immobilization in soil (NSR) and straw (NStR), and the productive parameters of sugarcane over the cycle in the same ammonium nitrate rate with partial or total removal or total maintenance of straw in the area with and without planting Crotalaria spectabilis under a no-till system. The planting of sunn hemp in the sugarcane\'s renewal presented little influence in the second sugarcane ratoon under the no-tillage system. In the productive and technological parameters there was no change in sugar and stalk production, NPR-fertilizer increased when associated with total removal of straw, there was no interference in the N-fertilizer immobilization in straw and it decreased the fertilizer-N immobilization in soil at the end of the cycle. The quantities of the straw left on the soil also did not change the technological attributes, however the maintenance of plant residue favored stalk yield. The NPR-fertilizer in the beginning of the sugarcane regrowth was benefited by the straw presence in both areas which did not remain until the harvest due to weather conditions and to the no-till system benefits. The results indicated that the fertilizer-N rate can be reduced in order to increase the NPR-fertilizer without influence of the crop rotation in this parameter and that the straw provides several benefits to the crop such as an increase of NPR-fertilizer in the beginning regrowth of the second sugarcane ratoon, making the straw removal infeasible.