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Previous issue date: 2016-08-17 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / This research was conducted to understand the climate responses of two tropical
forages to a future scenario predicted for 2050, regardless of the season. We consider the
hypothesis of the consortium between the two forages is a grazing alternative in a future
climate.
To test this hypothesis, we studied two forages under controlled atmospheric CO2
concentration and temperature in field conditions using a system named Trop-T-FACE. This
system gave us the competence to mimic atmospheric conditions predicted for 2050 (600 ppm
of CO2 in the atmosphere (eC) and an increase of 2 ºC in the canopy temperature). The C4
grass Panicum maximum and the C3 legume Stylosanthes capitata grew on current
agricultural practice, in an area of 2500 m2 on the campus of the University of São Paulo in
Ribeirão Preto – SP. We tested the hypothesis about the consortium between the two forages
being a grazing alternative in a future climate.
In the winter of 2013 and the autumn of 2014, the forage grew on irrigated
consortium. In the autumn of 2015, S. capitata grew in monoculture without irrigation.
Sixteen parcels in a ring form with 2 m of diameter were used for monitoring the growth and
development of the species C3 and C4 species during growth periods of 35 days approximately
after the initial cut. Several plant organization levels were accompanied under field conditions
in Control plots, plots with elevated CO2 concentration (eC), under heating (eT), and under
high CO2 concentration and heat (eC+eT).
In the first chapter is the experiment conducted during the winter of 2013, with P.
maximum in irrigated consortium with S. capitata. The climatic conditions of temperature
were suboptimal for the C4 grass growth. Thus, the warming explicitly promoted the foliage
development. The higher atmospheric CO2 concentration caused downregulation in leaf
biomass accumulation. The changes resultant of the atmospheric alterations also caused
modifications of leaf N concentration and biomass partition in the plant. Under combined
treatment (eC+eT), the inhibitory effects of the CO2 increase were offset by the increment
resultant of warming. Therefore, in the future climatic conditions, during the winter in the
Brazilian Southeast region, the heating of the leaves will mitigate the inhibition by excess
carbon, as long as the consortium is free of water and nutritional impediments.
In the autumn of 2014, a new experiment was performed with P. maximum and S.
capitata growing in irrigated consortium. This experiment is described in the second and third
chapters.
In the second chapter are the results of P. maximum in irrigated consortium. The
purpose of conducting this experiment in the autumn was mainly to compare the influence of
warming on the grass leaves in a warmer season. During the autumn, the treatments
accelerated the leaf phenology of the C4 grass, including leaf senescence. The isolated
increase in the atmospheric CO2 concentration (eC) or combined with warming (eC+eT)
conditioned narrower leaves, probably by alterations in the leaf meristem formation process.
Changes in leaf width may cause modifications in forage quality and affect the consumption
by the cattle. However, the presence of narrower leaves was compensated by a greater number
of leaves and the tiller biomass remained.
On the other hand, the C3 legume growing in irrigated consortium during the autumn
of 2014, presented several changes with no statistical differences in vegetative growth, despite
the heat (eT) have been shown to be harmful to it. The results of this experiment are described
in the third chapter. Being a legume adapted to warm climates, the main negative changes
observed in S. capitata under warming (eT) were attributed to competition with P. maximum
in the consortium. The separate heating (eT) stimulated further growth of the grass, which
shadowed and softened the heat arrival in the C3 species. However, the warming (eT)
significantly stimulated the flowering. In the treatment that simulated warming and CO2
concentration in the 2050 climate (eC+eT), there were more branches due intense flowering at
the apex of the shoot and consequently interruption of apical dominance. The predicted future
climate scenario is not favorable besides leaf biomass in this C3 species remaining the same
among applied atmospheric regimes. Furthermore, the irrigation of extensive grazing warmed
areas is economically and ecologically unviable and did not increase the availability of leaf
biomass of S. capitata in the consortium in the year 2050.
An experiment was conducted during the autumn of 2015, with the legume in
monoculture without irrigation to identify the real influence of the irrigation on S. capitata
growth. CO2 atmospheric enrichment increased neither biomass nor the leaf area. On the other
hand, it occurred greater investment on flowers at the expense of vegetative shoot
compartments. Nonetheless, enhancing flowering was only possible with soil water content
greater than 0.3 m3 m-3. Warming combined with soil water shortage caused higher mortality
of shoots. The rise in atmospheric CO2 concentration predicted for 2050 will not be enough to
mitigate the damaging effects on leaf biomass production of the warming of about 2 ºC, in
field conditions without irrigation, in this shrub C3 legume.
Thus, the consortium, even irrigated, was not as an alternative pasture in climate
predicted for 2050. The monoculture of the C3 legume without irrigation brought results even
more concerning. The data obtained in these studies can base the development of new pasture
management strategies. Also, they provide relevant information for the development of public
policies to support the productive chain of meat and milk, the largest in Brazil and one of the
largest in the world. / Essa pesquisa foi desenvolvida para entender as respostas climáticas de duas
forrageiras tropicais a um cenário futuro previsto para 2050, independente da época do ano.
Nós consideramos a hipótese do consórcio entre as duas forrageiras ser uma alternativa de
pastagem em um clima futuro.
Para testar essa hipótese, nós estudamos as forrageiras sob controle de concentração
de CO2 e temperatura em condições de campo utilizando um sistema denominado Trop-TFACE.
Esse sistema nos deu competência para mimetizar condições atmosféricas previstas
para 2050 (600 ppm de CO2 na atmosfera e aquecimento de 2 ºC na temperatura da cobertura
vegetal). A gramínea C4 Panicum maximum e a leguminosa arbustiva C3 Stylosanthes
capitata foram cultivadas como na prática agrícola vigente, em uma área de 2500 m2 no
campus da Universidade de São Paulo em Ribeirão Preto – SP, Brasil.
No inverno de 2013 e outono de 2014 as forrageiras cresceram em consórcio
irrigado. No outono de 2015, S. capitata cresceu em plantio solteiro sem irrigação. Dezesseis
parcelas em forma de anéis com 2 m de diâmetro foram utilizadas para o acompanhamento do
crescimento e do desenvolvimento das espécies C3 e C4 durante períodos de aproximadamente
35 dias de crescimento após poda inicial. Vários níveis de organização vegetal foram
acompanhados em condições de campo nas parcelas Controle, nas parcelas com elevada
concentração de CO2 (eC), sob aquecimento (eT) e sob a combinação de tratamentos
(eC+eT).
No primeiro capítulo está descrito o experimento realizado no inverno de 2013, com
P. maximum em consórcio irrigado com S. capitata. As condições climáticas de temperatura
foram sub-ótimas para o crescimento da gramínea C4. Sendo assim, o aquecimento promoveu
claramente o desenvolvimento da folhagem. A maior concentração de CO2 atmosférico
provocou uma “regulação para baixo” (downregulation) no acúmulo de biomassa foliar. As
alterações provocadas pelas mudanças atmosféricas causaram também modificações na
concentração de N na folha e na partição de biomassa no corpo da planta. Sob o tratamento
combinado (eC+eT), os efeitos inibitórios do aumento de CO2 na folhagem foram
compensados pelo incremento resultante do aquecimento. Portanto, em condições climáticas
futuras, durante o inverno na região Sudeste do Brasil, o aquecimento das folhas irá mitigar a
inibição por excesso de carbono, se o consórcio estiver livre de impedimentos hídricos e
nutricionais.
No outono de 2014, um novo experimento foi realizado com P. maximum e S.
capitata crescendo em consórcio irrigado. Esse experimento está descrito nos capítulos
segundo e terceiro.
No segundo capítulo, estão os resultados de P. maximum no consórcio irrigado. O
objetivo da realização desse experimento durante o outono foi principalmente comparar a
influência do aquecimento nas folhas da gramínea em uma época mais quente do ano. Durante
o outono, os tratamentos aceleraram os eventos fenológicos foliares da gramínea C4, incluindo
o início da senescência. O aumento isolado na concentração atmosférica de CO2 (eC) ou em
combinação com o aquecimento (eC+eT) condicionou folhas mais estreitas, provavelmente
por alteração no processo de formação do meristema foliar. As alterações na largura da folha
podem provocar mudanças na qualidade da forragem e afetar o consumo pelo gado. No
entanto, a presença de folhas estreitas foi compensada por um maior número de folhas e a
biomassa por perfilho se manteve.
Por outro lado, a leguminosa C3 crescendo no consórcio irrigado durante o outono de
2014, apresentou várias alterações sem diferença estatística significativa para o crescimento
vegetativo, apesar do aquecimento (eT) ter se mostrado prejudicial ao mesmo. Os resultados
desse experimento estão descritos no terceiro capítulo. Por ser uma leguminosa adaptada a
climas quentes, as principais alterações negativas observadas em S. capitata sob aquecimento
(eT) foram atribuídas à competição com P. maximum no consórcio. O aquecimento isolado
(eT) estimulou mais o crescimento da gramínea, que sombreou e atenuou a chegada de calor à
leguminosa. No entanto, o aquecimento isolado (eT) estimulou significativamente o
florescimento. No tratamento que simulou aquecimento e concentração de CO2 no clima de
2050 (eC+eT) ocorreu mais ramificações devido ao intenso florescimento no ápice do ramo e
a consequente interrupção da dominância apical. O cenário previsto em clima futuro não é
favorável apesar da biomassa foliar para essa espécie de C3 permanecer a mesma entre os
regimes atmosféricos aplicados. Além disso, a irrigação de extensas áreas aquecidas de
pastagem é inviável economicamente e ecologicamente e não aumentaria a disponibilidade de
biomassa foliar de S. capitata crescendo em consórcio em 2050.
Para identificar a real influência da irrigação no crescimento de S. capitata, um novo
experimento foi realizado durante o outono de 2015, com S. capitata em plantio solteiro e sem
irrigação. O enriquecimento atmosférico com CO2 não incrementou nem a biomassa e nem a
área foliar. Por outro lado, ocorreu maior investimento em flores em detrimento dos
compartimentos vegetativos no ramo. No entanto, o incremento do florescimento só foi
possível com disponibilidade de água no solo superior a 0,3 m3 m-3. O aquecimento
combinado com a reduzida disponibilidade de água no solo provocou elevada mortalidade dos
ramos. A elevação da concentração de carbono atmosférico prevista para 2050 não será
suficiente para compensar os efeitos negativos do aquecimento de cerca de 2 ºC na produção
de biomassa foliar, em condições de campo sem irrigação, nessa leguminosa arbustiva C3.
Sendo assim, o consórcio, mesmo irrigado, não se mostrou como alternativa de
pastagem no clima previsto para 2050. O plantio solteiro da leguminosa, sem irrigação, trouxe
resultados ainda mais preocupantes. Os dados obtidos nesses estudos podem embasar o
desenvolvimento de novas estratégias de manejo do pasto. Além disso, trazem informações
relevantes para o desenvolvimento de políticas públicas para sustentar a cadeia produtiva de
carne e leite, a maior do Brasil e uma das maiores do mundo. / 2012/20847-5
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8328 |
| Date | 17 August 2016 |
| Creators | Bortolin, Livia Haik Guedes de Camargo |
| Contributors | Prado, Carlos Henrique Britto de Assis |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ecologia e Recursos Naturais, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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