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Produção vegetal:
     Princípios Agronómicos




     Pedro Aguiar Pinto | Secção de Agricultura
11 de Novembro de 2011 | Instituto Superior de Agronomia
(depois de ter criado o homem e a mulher)…

Abençoando-os Deus disse-lhes:
“Também vos dou todas as ervas com semente que existem sobre a
   superfície da terra, assim como todas as árvores de fruto com
   semente, para que vos sirvam de alimento. E a todos os animais da terra,
   a todas as aves dos céus e a todos os seres vivos que existem e se
   movem sobre a terra, igualmente dou por alimento toda a erva verde que
   a terra produzir”
Deus vendo toda a sua obra considerou-a muito boa. Foi o sexto dia.
                                                                Gen 1, 29-31




                                                          Ervas com semente | 2
(depois da desobediência)…

Deus disse ao homem:
…maldita seja a terra por tua causa.
E dela só arrancarás alimento à custa de penoso trabalho, todos os dias da
   tua vida.
Produzir-te-á espinhos e abrolhos, e comerás a erva dos campos.
Comerás o pão com o suor do teu rosto,….

                                                               Gen 3, 17-19




                                                                  Produção | 3
•   Ervas com semente      •   Grãos
                                • Cereais
                                • Leguminosas para grão
                           •   Árvores de fruto com
•   Árvores de fruto com       semente
    semente                     • Pomóideas
                                • Citrinos
                                • Vinha
                                • Olival


                           •   Hortaliças
                           •   Forragens e pastagens
•   Erva verde

                                     Principais produções vegetais | 4
•   Ervas com
    semente



•   Árvores de
    fruto com
    semente




•   Erva verde




                 Reparticipação dos principais tipos de produções vegetais em Portugal| 5
Agricultura e Agronomia

Agricultura                       Agronomia
  As culturas que se praticam e     A produção de materiais
    o modo como são cultivadas        orgânicos nos campos
    são decisões humanas,             agrícolas depende das
    dependendo também da              capacidades fisiológicas
    utilidade dos produtos,           das plantas e animais e do
    custos de produção e risco        ambiente em que crescem.
    envolvido                         Estas matérias são sujeito
  Objectivo principal:                de análises ecológicas,
    produção de alimentos e           baseadas em princípios
    fibra                             biológicos, químicos e
                                      físicos.



                                             Agricultura e Agronomia | 6
Análises ecológicas | 7
O modelo de cultura
       (surge como conceito a partir da observação de herbáceas anuais
                                                                      determinadas)
     Conjunto de indivíduos idênticos
              - de uma única população
           - da mesma idade
              e, portanto, com grande uniformidade,
            suportando um elevado grau de
            competição / interferência intraespecífica




                                                                 O modelo de cultura | 8
O modelo de cultura | 9
A competição é adaptada aos recursos disponíveis




 Texto

 Texto




                                                   Redução do risco em olival| 10
Texto

Texto




        Eliminação da competição| 11
Radiação
solar
                                        Ambiente aéreo


                                                                      Metano
                     Reflexão

                                                                            Produtos
                                                                            vegetais




           Plantas
                                                         Animais

                                                                               Produtos
                                                                               animais


                                                              Dejecções
                          Senescência




                                           Solo




                                                  Fluxo de energia num ecossistema natural | 12
Radiação
             solar
                                                      Ambiente aéreo


                                                                                           Metano
                              Reflexão
                                                                   Processamento                     Produtos
Combustível                                                                                          vegetais
                                          Colheita



Máquinas                                             Conservação

                  Cultura
                                                                           Animais

                                                                                                    Produtos
  Pesticidas                                                                                        animais


                                                                                   Dejecções
   Irrigação
                            Senescência, doenças e pragas


                                                         Solo                                       Exportação
  Fertilização
                                                                                               Subsídio de energia


                                                         Fluxo de energia num ecossistema agrícola | 13
Food security refers to the availability of food
and one's access to it
Food safety is a scientific discipline
describing handling, preparation, and storage
of food in ways that prevent foodborne illness.




                                                   Segurança alimentar | 14
6000000

                       World 6,974,025,241
                                                            1,3%.ano-1
                      12:26UTC Nov 10, 2011
             http://www.census.gov/main/www/popclock.html

5000000




4000000




3000000




2000000
      1920     1940                         1960                  1980                  2000




                                                                    População mundial | 15
Requisitos alimentares (RDA’s)
• Diários                                  • Anuais
    –Energia: 10,5 MJ                        – Energia:
      (2500 kcal)                                • 3,8 GJ.ano-1
                      energia digestível

    –Proteína:                               – Proteína:
      50 g prot. dig.                            • 18,2 kg.ano-1
      (8g N = 50/6,25)                             (2,9 kg N)
       O arroz - o cereal mais pobre em proteína - tem 8% de proteína.
224 kg de matéria seca digestível de arroz cobrem as necessidades energéticas e
 têm aproximadamente 17,9 kg de proteína, ligeiramente menos que o requisito
                               anual per capita.


                                                       Requisitos alimentares | 16
Produção de alimentos                                Outras
                                                         34%
                                                                                                Cereais
                                                                                                 48%




                                          Oleaginosas
                                              6%         Leguminosas
                                                             8%           Raízes e tubérculos
                                                                                  4%


                                                                 Energia Capacidade População
  Cultura        Área       Produção        Produtividade
                                                                  bruta sustentação potencial
               (x1000 ha)    (*1 000 t)           (kg/ha)         MJ/ha       (pessoas/ha)          (x 1 000 000)
Trigo             214886        585145                   2723 69534                   18                  3 932
Arroz             155736        602266                   3867 87768                   23                  3 597
Milho             139173        604572                   4344 75905                   20                  2 780
Cevada             55570        129408                   2329 59274                   16                   867
Sorgo              42373         60274                   1422 22370                    6                   249
Milho painço       36113         26952                    746 13041                    3                   124
Aveia              14381         24480                   1702 38995                   10                   148
Batata             19150        305147                  15935 102080                  27                   514
Mandioca           16638        168339                  10118 58335                   15                   255



                                                                            Produção de alimentos| 17
Produção de alimentos                                Outras
                                                         34%
                                                                                                Cereais
                                                                                                 48%




                                          Oleaginosas
                                              6%         Leguminosas
                                                             8%           Raízes e tubérculos
                                                                                  4%


                                                                 Energia Capacidade População
  Cultura        Área       Produção        Produtividade
                                                                  bruta sustentação potencial
               (x1000 ha)    (*1 000 t)           (kg/ha)         MJ/ha       (pessoas/ha)          (x 1 000 000)
Trigo            225438
                 214886        681916
                                585145                  3025 77241
                                                         2723 69534                  18
                                                                                    20 17%                43 932
                                                                                                            582
Arroz            155736
                 155736        678688
                                602266                   3867 87768
                                                        4204 95422                   23
                                                                                    25                    43 597
                                                                                                            053
Milho            139173         604572                   4344 75905                  20 13%                2 780
Cevada            55570         129408                   2329 59274                   16                    867
Sorgo             42373          60274                   1422 22370                    6                    249
Milho painço      36113          26952                    746 13041                    3                    124
Aveia             14381          24480                   1702 38995                   10                    148
Batata            19150         305147                  15935 102080                  27                    514
Mandioca          16638         168339                  10118 58335                   15                    255



                                                                            Produção de alimentos| 18
Carne e peixe
                                         11%                                                    Arroz
                                                                                               21%
      Frutos e hortícolas
            10%




Gorduras e óleos
     9%
                                                                                                             Trigo
                   Açúcar                                                                                   20%
                    7%
                         Mandioca
                          2%                                                          Milho
                                 Batatas e inhame         Outros cereais
                                                                                      5%
                                      5%                     10%




                                                      Composição da dieta alimentar humana à escala mundial | 19
Fome longe | 20
Jornal de Notícias, 28.Set.2010




    Fome perto | 21
Conservação da produção vegetal | 22
Análises ecológicas | 23
Uma cadeia trófica
                              LUZERNA                     VACA                    HOMEM
  num sistema agrícola
  simples:
                           Produtor primário        Consumidor primário
                                                    Produtor secundário


      Produtores
      primários
                         LUZERNA                     INFESTANTES

Consumidores
primários
                 AFÍDEOS           GAFANHOTOS            COELHOS           VACAS



                                                                 CARNE       LEITE


                 PARDAIS           FAISÕES                                HOMEM
  Consumidores
  secundários
                                               RAPOSAS                     A situação torna-se mais
                                                                           complexa quando outras
                                                                                populações são
                                    DECOMPOSITORES                              consideradas na
                                                                           comunidade "LUZERNA":


                                                                                   Teia trófica| 24
Tipo 1       Tipo 2                 Tipo3                      Tipo 4

  Cultura          Cultura            Pastagem              Cultura            Pastagem




                    Animal             Animal                         Animal




  Homem            Homem               Homem                          Homem


     18                4                   7
  (trigo)        (milho-porco)          (leite)

     Capacidade de sustentação (pessoas/ha)



                                                               Adaptado de Loomis e Connor (1992)
                                                  Cadeias tróficas básicas em Agricultura | 25
Cultura




Homem




          Sistema do tipo 1 | 26
Pastagem




 Animal




Homem




           Sistema do tipo 3 | 27
Ecosistema                                       Área      Min Max       Média
                   Floresta de chuva tropical                           17    1000 3000     2200
                   Floresta tropical (c/ alternância de estações)       7,5   1000 2500     1600
                   Floresta temperada de folha persistente                5     600 2500    1300
                   Floresta temperada de folha caduca                     7     600 2500    1200
                   Floresta boreal                                      12      400 2000     800
                   Vegetação arbustiva e arbórea (charneca)             8,5     250 1200     700
                   Savana                                               15      200 2000     900
                   Pradaria temperada                                     9     200 1500     600
 Produtividade     Tundra e Alpino                                        8      10  400     140
primária líquida   Deserto e semi-deserto                               18       10  250      90
    mundial        Deserto extremo, rocha, areia e gelo                 24        0   10       3
                   Terra cultivada                                      14     100 3500      650
   g/m2/ano        Pântanos e turfeiras                                   2     800 3500    2000
                   Lagos e cursos de água                                 2     100 1500     250
                   Total continental                                  149                    773
                   Oceano aberto                                       332       2    400    125
                   Baixios                                              0,5    400   1000    500
                   Plataforma continental                             26,6     200    600    360
                   Leitos de algas e recifes                            0,6    500   4000   2500
                   Estuários                                            1,4    200   3500   1500
                   Total marinho                                      361                    152
                   Total geral                                        510                    333

                                                      Produtividade primária líquida mundial | 28
Distribuição climática de Koppen| 29
Limite inferior                               Limite superior
                                               Intervalo                    de tolerância
                             de tolerância      óptimo
Alto




              Zona de       Zona de                                                  Zona de         Zona de




                                                Área de maior abundância
            intolerânci      stress                                                   stress       intolerânci
                          fisiológico                                              fisiológico
População




                 a                                                                                      a


                            Baixa                                                    Baixa
             Espécie                                                                                Espécie
                          população                                                população
             ausente                                                                                ausente
 Baixo




              Baixo                            Gradiente                                              Alto

            Distribuição de organismos ao longo de um gradiente físico


                                                                                  Distribuição de organismos | 30
• Homeotermia
 – Capacidade de manter uma
   temperatura corporal constante, face
   a temperaturas ambientais flutuantes
• Poiquilotermia
 – Incapacidade de regular a
   temperatura corporal



                               Regulação térmica | 31
Biomas | 32
Corn Belt | 33
• O conceito de nicho
  ecológico (G. E. Hutchinson)
   – Hipervolume de n-
     dimensões
       • cada variável ambiental é
         representada numa
         dimensão
   – nicho fundamental
       • definido pelos níveis de
         tolerância
   – nicho realizado
       • subconjunto de condições
         toleradas realmente
         ocupadas pelo organismo



                    Nicho ecológico| 34
Na terra e na atmosfera            Nos organismos vivos

                                      0,2
        0,009
                                                                                               Fósforo

                                                                  2,6
                                                                              25
                                                                                               Outros elementos

                                            0,5
                                                                               28
                                                                                               Silício

                                                                 2,2
                            0,09
                                                                                               Azoto

                                                                        10
                               0,13
                                                                                               Hidrogénio

                                                                         11
                   0,03
                                                                                               Carbono

                                                                                         74
                                                                                    46
                                                                                               Oxigénio

0,001       0,01              0,1          1          10                                 100
                          Abundância relativa de elementos (%)
                                            Escala logarítmica




                                                                        Abundância relativa de nutrientes| 35
• Horizontes
  – O horizonte superficial. Folhada e
    húmus
  – A horizonte mineral de acumulação
    de matéria orgânica
  – B horizonte de acumulação de
    argila, ferro ou alumínio
    (avermelhado por oxidação do Fe)
  – C horizonte pouco meteorizado
  – R rocha mãe



                                         Perfil do solo | 36
Carta de solos de Portugal | 37
Carta de capacidade de uso do solo| 38
Semente | 39
Sementeira | 40
Abrolhamento | 41
Perda de água




                                                       Temperatura do ar
                           Trocas de
                           CO2 e H2O
     Balanço da radiação

       líquida e visível



Superfície
 do solo




                                                                             Temperatura do solo
                N, P, K, etc.                 H2O




                                                                    Crescimento vegetal | 42
• Constante solar
  – O sol irradia aprox. 56x1026 cal.min-1
  – A energia incidente por unidade de área
    numa superfície esférica de raio
    1,5x1013cm (a distância média
    da terra ao sol) é
   56x1026 / 4π(1,5x1013cm)2
   = 1.9806 cal.cm-2. min-1



                                          Energia solar | 43
• Inclinação do ângulo de incidência
  – Tempo
     • hora do dia
        – nascer e pôr do sol
            » Movimento de rotação da terra
     • dia do ano
        – Estações do ano
           » Inclinação da eclíptica
  – Espaço
     • Localização geográfica
        – Latitude
        – Declive da superfície
        – Exposição da encosta

                                       Inclinação do ângulo de incidência | 44
Espectro de radiação solar | 45
Influência da inclinação e exposição da superfície | 46
Diferentes arquitecturas | 47
• Ciclo de Benson-Calvin (C3)
    – Ácido fosfo-glicérico (C3) + CO2
    – Ribulose-bifosfato carboxilase (Rubisco)
    – Fotorespiração:
          • luz, O2, baixo CO2
• Fotossíntese em C4
    – Ácido fosfo-enol-pirúvico
    – PEP carboxilase
    – Separação espacial entre a redução de carbono e o ciclo C3
          • adaptação anatómica (fixação de CO2 nas células do mesófilo)
• Plantas CAM (Metabolismo Ácido das Crassuláceas)
    – Separação temporal entre a redução de carbono e o ciclo C3
    – Em condições de secura o CO2 é fixado em ácidos C4 durante a noite e
       libertado durante o dia, com os estomas fechados para o ciclo C3.


                                                   3 sistemas fotossintéticos | 48
• 2H2O -----> 4e- + 4H+ + O2
  – reacção luminosa (fotólise da água)




• CO2 + 4e- + 4H+ -----> (CH2O) + H2O
  – reacção não-luminosa (redução de C)
      • o substracto pode ser outro.




                                          Síntese do processo central da fotossíntese | 49
• C6H12O6 + 6 O2 -----> 6 CO2 + 6 H2O + 24 e-
• 24 e- -----> 36 ATP ou 12 NADH2
• Glucose
  – fornece energia para crescimento e manutenção
     • Respiração = Respiração manutenção + Respiração crescimento

  – fornece matéria prima (C) para a construção dos diferentes
    compostos
  – Combustão controlada enzimaticamente produz 24 e- que
    podem ser usados para produção de energia (36ATP) ou
    poder redutor (12NADH2)
                                                                     Respiração | 50
Composto               Valor do Produto
    Amido, celulose                   0.83
    Proteína (a partir de NO )
                         3
                          -           0.40
    Proteína (a partir de NH )
                         4
                          +           0.62
    Lípido                            0.33
    Ácidos orgânicos                  1.10


Valor do produto = massa do produto / massa de glucose


                                               Valor do produto | 51
• Harvest Index (HI) (Índice de colheita)
   – Fracção de biomassa que constitui a produção
     economicamente útil.
   – Cultura: Trigo
      •   Grão: 3000 kg/ha
      •   Palha: 4500 kg/ha (folhas e caules)
      •   Total: 7500 kg/ha)
      •   HI = 3000 / (3000+4500) = 0,4




                                                Índice de colheita | 52
Energia radiante                                                     Fotossíntese
    disponível                                                            líquida
      (1674)               Radiação            Utilizada                    (44)
                      fotossinteticamente           pela
                                                cultura     Fotossíntese
                            activa
                                                   (652)       bruta (66)
                             (837)




108J.ha-1.dia-1      50%                    78%            10%              66%

                                                  2,6%



                                     Fluxo de energia na produção de uma cultura | 53
8000                                                                                       Reino Unido, 9
                            Evolução histórica da
                  7000      produtividade do arroz, no                                                        França, 99

                            Japão e do trigo, no Reino
                                                                                                              Japão, 99
                  6000      Unido.
                            Unido
                            Outras produtividades nacionais
Produção (t/ha)




                  5000
                            referentes a 1968 (Evans, 1982)
                  4000      Actualização de alguns casos a                                  Formosa

                            1999 (FAO, 2000)                                                                França
                                                                                                         México
                  3000
                                                                                             Ceilão     Itália
                                                  Tailândia            Indonésia
                                                                                                      USA     Tailândia, 99
                  2000                              Índia
                                Filipinas
                                                                                          Canadá              URSS, 99
                  1000            Arroz, Japão                                             URSS
                                                                        Paquistão         Austrália
                                                                          Índia
                                                                                   Trigo, Reino Unido
                     0
                      800         1000           1200         1400      1600            1800            2000
                                                              Anos



                                                                     Evolução histórica da produtividade | 54
1961       1970             1980           1990            2000
            6357       6227             6333          8838              9102
Arroz     Espanha     Austrália       Espanha        Austrália         Egipto
                      7247            8076
           4673                                        13793          14564
Milho      Suiça
                         N.              N.
                                                       Israel        Jordânia
                      Zelândia        Zelândia
             4121      4546            6202             8531          8398
Trigo     Dinamarca   Holanda         Holanda          Irlanda       Holanda
            2103       2085            2640            3359           3579
Soja       Canadá     Canadá            Itália          Itália         Itália
Cana de    154492     141578           121118         117301          119572
Açúcar      Peru       Peru            Quénia         Quénia           Peru
            28040      31500           36924           40206          46458
Batata     Holanda     Suiça           Bel-Lux        Holanda        Holanda


                                  Evolução da produtividade média mais elevada | 55
Outros factores negativos não identificados         -23

                                                                                                 Impacto percentual de factores tecnológicos, culturais
                Aparecimento de novas doenças e pragas            -8                             e de gestão na duplicação da produtividade do milho.
                                                                                                 (Minnesota, 1930-79) . Adaptado de Stoskopf
                                                                                                 (1984)
                    Acréscimo de mecanização da cultura                 5        Mecânica

         Alteração de sequências culturais (Intensificação)       -7


                  Agravamento dos problemas de erosão             -8


                 Melhoria do arranjo espacial das plantas
                                                                                 Fisiologia
                                                                            8

                                                                                   Climatologia
          Melhoria da determinação da data de sementeira                    8


              Aumento do controlo de doenças e paragas                                      21   Fitopatologia
     Redução da aplicação de estrumes e matéria orgânica          -28


       Acréscimo de aplicação de fertilizantes comerciais                                                Química            47


                     Introdução de cultivares melhoradas                    Genética e Melhoramento                                        58


40        -30             -20             -10                 0             10         20          30           40            50           60             7

                                                                                  Como é que a produtividade aumentou assim? | 56
A “Revolução Verde”




  Irrigação de alto rendimento




          Agroquímicos




                  Mecanização




                         Evolução tecnológica | 57
Cultivares antigas e recentes | 58
•   Comparação entre um
    trigo corrente (a) e o
    ideótipo de trigo de C. M.
    Donald (1968) (b) para
    cultura com povoamentos
    densos e recursos do solo
    não limitantes:


•   - palha baixa e resistente, um
    número reduzido de folhas
    erectas e uma espiga longa
•   - comportamento não
    competitivo, alto índice de
    colheita e máximo
    desempenho em comunidade.




                         Ideótipo | 59
O trabalho do campo




     O trabalho do solo | 60
O trabalho do campo
                        pode ser harmonioso e bucólico,
                           mas também é, seguramente,
                           penoso




Paredes deCoura,
Mozelos. “Vezeiras
Oliveira, E.V et al.,
       1983


                          Penosidade do trabalho| 61
Efeito da mecanização na produtividade do trabalho
                                                                   Produtividade




Tractor e charrua de 2 ferros     0,17




          Parelha e charrua              2,50




        Homem com enxada                                                                                                                           38,00




                             0,00               5,00       10,00        15,00           20,00          25,00        30,00             35,00          40,00

                                          Homem com enxada                         Parelha e charrua               Tractor e charrua de 2 ferros

                  Produtividade                    38,00                                 2,50                                  0,17
                                                                                    Tempo (dias)



                                                                                                               Produtividade do trabalho | 62
Execução das operações na folha de cultura




                                             Trabalho linear | 63
Trabalho em faixas paralelas | 64
Economias de escala | 65
Economias de escala | 66
A forma circular imposta pelas novas técnicas de irrigação | 67
Rega | 68
Procurando diversidade| 69
A diversidade vegetal
• Conssociações
  • Pastagens biodiversas

• Rotações




                            Diversidade| 70
S-C-L-C

          1.º ano   2.º ano   3.º ano   4.º ano


Folha 1   Milho     Trigo     Fava      Cevada


Folha 2   Trigo     Fava      Cevada    Milho


Folha 3   Fava      Cevada    Milho     Trigo


Folha 4   Cevada    Milho     Trigo      Fava



                                           Rotações | 71
Cultura em faixas | 72
Agroforestry | 73
Produtos vegetais

    Grãos secos
                        Frutos
                        Hortaliças
                        Flores                 Verde
     Órgãos verdes                             Feno
                         Forragens
                                               Silagem
                                           Desidratada
     Outros          Uvas, Azeitonas


                              Madeira, Cortiça,
                              Pinhas, Resina




                              Produtos vegetais | 74
Conservação de cereais | 75
Colheita de couves | 76
Vindima mecânica | 77
Descortiçamento | 78

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Produção vegetal

  • 1. Produção vegetal: Princípios Agronómicos Pedro Aguiar Pinto | Secção de Agricultura 11 de Novembro de 2011 | Instituto Superior de Agronomia
  • 2. (depois de ter criado o homem e a mulher)… Abençoando-os Deus disse-lhes: “Também vos dou todas as ervas com semente que existem sobre a superfície da terra, assim como todas as árvores de fruto com semente, para que vos sirvam de alimento. E a todos os animais da terra, a todas as aves dos céus e a todos os seres vivos que existem e se movem sobre a terra, igualmente dou por alimento toda a erva verde que a terra produzir” Deus vendo toda a sua obra considerou-a muito boa. Foi o sexto dia. Gen 1, 29-31 Ervas com semente | 2
  • 3. (depois da desobediência)… Deus disse ao homem: …maldita seja a terra por tua causa. E dela só arrancarás alimento à custa de penoso trabalho, todos os dias da tua vida. Produzir-te-á espinhos e abrolhos, e comerás a erva dos campos. Comerás o pão com o suor do teu rosto,…. Gen 3, 17-19 Produção | 3
  • 4. Ervas com semente • Grãos • Cereais • Leguminosas para grão • Árvores de fruto com • Árvores de fruto com semente semente • Pomóideas • Citrinos • Vinha • Olival • Hortaliças • Forragens e pastagens • Erva verde Principais produções vegetais | 4
  • 5. Ervas com semente • Árvores de fruto com semente • Erva verde Reparticipação dos principais tipos de produções vegetais em Portugal| 5
  • 6. Agricultura e Agronomia Agricultura Agronomia As culturas que se praticam e A produção de materiais o modo como são cultivadas orgânicos nos campos são decisões humanas, agrícolas depende das dependendo também da capacidades fisiológicas utilidade dos produtos, das plantas e animais e do custos de produção e risco ambiente em que crescem. envolvido Estas matérias são sujeito Objectivo principal: de análises ecológicas, produção de alimentos e baseadas em princípios fibra biológicos, químicos e físicos. Agricultura e Agronomia | 6
  • 8. O modelo de cultura (surge como conceito a partir da observação de herbáceas anuais determinadas) Conjunto de indivíduos idênticos - de uma única população - da mesma idade e, portanto, com grande uniformidade, suportando um elevado grau de competição / interferência intraespecífica O modelo de cultura | 8
  • 9. O modelo de cultura | 9
  • 10. A competição é adaptada aos recursos disponíveis Texto Texto Redução do risco em olival| 10
  • 11. Texto Texto Eliminação da competição| 11
  • 12. Radiação solar Ambiente aéreo Metano Reflexão Produtos vegetais Plantas Animais Produtos animais Dejecções Senescência Solo Fluxo de energia num ecossistema natural | 12
  • 13. Radiação solar Ambiente aéreo Metano Reflexão Processamento Produtos Combustível vegetais Colheita Máquinas Conservação Cultura Animais Produtos Pesticidas animais Dejecções Irrigação Senescência, doenças e pragas Solo Exportação Fertilização Subsídio de energia Fluxo de energia num ecossistema agrícola | 13
  • 14. Food security refers to the availability of food and one's access to it Food safety is a scientific discipline describing handling, preparation, and storage of food in ways that prevent foodborne illness. Segurança alimentar | 14
  • 15. 6000000 World 6,974,025,241 1,3%.ano-1 12:26UTC Nov 10, 2011 http://www.census.gov/main/www/popclock.html 5000000 4000000 3000000 2000000 1920 1940 1960 1980 2000 População mundial | 15
  • 16. Requisitos alimentares (RDA’s) • Diários • Anuais –Energia: 10,5 MJ – Energia: (2500 kcal) • 3,8 GJ.ano-1 energia digestível –Proteína: – Proteína: 50 g prot. dig. • 18,2 kg.ano-1 (8g N = 50/6,25) (2,9 kg N) O arroz - o cereal mais pobre em proteína - tem 8% de proteína. 224 kg de matéria seca digestível de arroz cobrem as necessidades energéticas e têm aproximadamente 17,9 kg de proteína, ligeiramente menos que o requisito anual per capita. Requisitos alimentares | 16
  • 17. Produção de alimentos Outras 34% Cereais 48% Oleaginosas 6% Leguminosas 8% Raízes e tubérculos 4% Energia Capacidade População Cultura Área Produção Produtividade bruta sustentação potencial (x1000 ha) (*1 000 t) (kg/ha) MJ/ha (pessoas/ha) (x 1 000 000) Trigo 214886 585145 2723 69534 18 3 932 Arroz 155736 602266 3867 87768 23 3 597 Milho 139173 604572 4344 75905 20 2 780 Cevada 55570 129408 2329 59274 16 867 Sorgo 42373 60274 1422 22370 6 249 Milho painço 36113 26952 746 13041 3 124 Aveia 14381 24480 1702 38995 10 148 Batata 19150 305147 15935 102080 27 514 Mandioca 16638 168339 10118 58335 15 255 Produção de alimentos| 17
  • 18. Produção de alimentos Outras 34% Cereais 48% Oleaginosas 6% Leguminosas 8% Raízes e tubérculos 4% Energia Capacidade População Cultura Área Produção Produtividade bruta sustentação potencial (x1000 ha) (*1 000 t) (kg/ha) MJ/ha (pessoas/ha) (x 1 000 000) Trigo 225438 214886 681916 585145 3025 77241 2723 69534 18 20 17% 43 932 582 Arroz 155736 155736 678688 602266 3867 87768 4204 95422 23 25 43 597 053 Milho 139173 604572 4344 75905 20 13% 2 780 Cevada 55570 129408 2329 59274 16 867 Sorgo 42373 60274 1422 22370 6 249 Milho painço 36113 26952 746 13041 3 124 Aveia 14381 24480 1702 38995 10 148 Batata 19150 305147 15935 102080 27 514 Mandioca 16638 168339 10118 58335 15 255 Produção de alimentos| 18
  • 19. Carne e peixe 11% Arroz 21% Frutos e hortícolas 10% Gorduras e óleos 9% Trigo Açúcar 20% 7% Mandioca 2% Milho Batatas e inhame Outros cereais 5% 5% 10% Composição da dieta alimentar humana à escala mundial | 19
  • 21. Jornal de Notícias, 28.Set.2010 Fome perto | 21
  • 24. Uma cadeia trófica LUZERNA VACA HOMEM num sistema agrícola simples: Produtor primário Consumidor primário Produtor secundário Produtores primários LUZERNA INFESTANTES Consumidores primários AFÍDEOS GAFANHOTOS COELHOS VACAS CARNE LEITE PARDAIS FAISÕES HOMEM Consumidores secundários RAPOSAS A situação torna-se mais complexa quando outras populações são DECOMPOSITORES consideradas na comunidade "LUZERNA": Teia trófica| 24
  • 25. Tipo 1 Tipo 2 Tipo3 Tipo 4 Cultura Cultura Pastagem Cultura Pastagem Animal Animal Animal Homem Homem Homem Homem 18 4 7 (trigo) (milho-porco) (leite) Capacidade de sustentação (pessoas/ha) Adaptado de Loomis e Connor (1992) Cadeias tróficas básicas em Agricultura | 25
  • 26. Cultura Homem Sistema do tipo 1 | 26
  • 27. Pastagem Animal Homem Sistema do tipo 3 | 27
  • 28. Ecosistema Área Min Max Média Floresta de chuva tropical 17 1000 3000 2200 Floresta tropical (c/ alternância de estações) 7,5 1000 2500 1600 Floresta temperada de folha persistente 5 600 2500 1300 Floresta temperada de folha caduca 7 600 2500 1200 Floresta boreal 12 400 2000 800 Vegetação arbustiva e arbórea (charneca) 8,5 250 1200 700 Savana 15 200 2000 900 Pradaria temperada 9 200 1500 600 Produtividade Tundra e Alpino 8 10 400 140 primária líquida Deserto e semi-deserto 18 10 250 90 mundial Deserto extremo, rocha, areia e gelo 24 0 10 3 Terra cultivada 14 100 3500 650 g/m2/ano Pântanos e turfeiras 2 800 3500 2000 Lagos e cursos de água 2 100 1500 250 Total continental 149 773 Oceano aberto 332 2 400 125 Baixios 0,5 400 1000 500 Plataforma continental 26,6 200 600 360 Leitos de algas e recifes 0,6 500 4000 2500 Estuários 1,4 200 3500 1500 Total marinho 361 152 Total geral 510 333 Produtividade primária líquida mundial | 28
  • 30. Limite inferior Limite superior Intervalo de tolerância de tolerância óptimo Alto Zona de Zona de Zona de Zona de Área de maior abundância intolerânci stress stress intolerânci fisiológico fisiológico População a a Baixa Baixa Espécie Espécie população população ausente ausente Baixo Baixo Gradiente Alto Distribuição de organismos ao longo de um gradiente físico Distribuição de organismos | 30
  • 31. • Homeotermia – Capacidade de manter uma temperatura corporal constante, face a temperaturas ambientais flutuantes • Poiquilotermia – Incapacidade de regular a temperatura corporal Regulação térmica | 31
  • 34. • O conceito de nicho ecológico (G. E. Hutchinson) – Hipervolume de n- dimensões • cada variável ambiental é representada numa dimensão – nicho fundamental • definido pelos níveis de tolerância – nicho realizado • subconjunto de condições toleradas realmente ocupadas pelo organismo Nicho ecológico| 34
  • 35. Na terra e na atmosfera Nos organismos vivos 0,2 0,009 Fósforo 2,6 25 Outros elementos 0,5 28 Silício 2,2 0,09 Azoto 10 0,13 Hidrogénio 11 0,03 Carbono 74 46 Oxigénio 0,001 0,01 0,1 1 10 100 Abundância relativa de elementos (%) Escala logarítmica Abundância relativa de nutrientes| 35
  • 36. • Horizontes – O horizonte superficial. Folhada e húmus – A horizonte mineral de acumulação de matéria orgânica – B horizonte de acumulação de argila, ferro ou alumínio (avermelhado por oxidação do Fe) – C horizonte pouco meteorizado – R rocha mãe Perfil do solo | 36
  • 37. Carta de solos de Portugal | 37
  • 38. Carta de capacidade de uso do solo| 38
  • 42. Perda de água Temperatura do ar Trocas de CO2 e H2O Balanço da radiação líquida e visível Superfície do solo Temperatura do solo N, P, K, etc. H2O Crescimento vegetal | 42
  • 43. • Constante solar – O sol irradia aprox. 56x1026 cal.min-1 – A energia incidente por unidade de área numa superfície esférica de raio 1,5x1013cm (a distância média da terra ao sol) é 56x1026 / 4π(1,5x1013cm)2 = 1.9806 cal.cm-2. min-1 Energia solar | 43
  • 44. • Inclinação do ângulo de incidência – Tempo • hora do dia – nascer e pôr do sol » Movimento de rotação da terra • dia do ano – Estações do ano » Inclinação da eclíptica – Espaço • Localização geográfica – Latitude – Declive da superfície – Exposição da encosta Inclinação do ângulo de incidência | 44
  • 46. Influência da inclinação e exposição da superfície | 46
  • 48. • Ciclo de Benson-Calvin (C3) – Ácido fosfo-glicérico (C3) + CO2 – Ribulose-bifosfato carboxilase (Rubisco) – Fotorespiração: • luz, O2, baixo CO2 • Fotossíntese em C4 – Ácido fosfo-enol-pirúvico – PEP carboxilase – Separação espacial entre a redução de carbono e o ciclo C3 • adaptação anatómica (fixação de CO2 nas células do mesófilo) • Plantas CAM (Metabolismo Ácido das Crassuláceas) – Separação temporal entre a redução de carbono e o ciclo C3 – Em condições de secura o CO2 é fixado em ácidos C4 durante a noite e libertado durante o dia, com os estomas fechados para o ciclo C3. 3 sistemas fotossintéticos | 48
  • 49. • 2H2O -----> 4e- + 4H+ + O2 – reacção luminosa (fotólise da água) • CO2 + 4e- + 4H+ -----> (CH2O) + H2O – reacção não-luminosa (redução de C) • o substracto pode ser outro. Síntese do processo central da fotossíntese | 49
  • 50. • C6H12O6 + 6 O2 -----> 6 CO2 + 6 H2O + 24 e- • 24 e- -----> 36 ATP ou 12 NADH2 • Glucose – fornece energia para crescimento e manutenção • Respiração = Respiração manutenção + Respiração crescimento – fornece matéria prima (C) para a construção dos diferentes compostos – Combustão controlada enzimaticamente produz 24 e- que podem ser usados para produção de energia (36ATP) ou poder redutor (12NADH2) Respiração | 50
  • 51. Composto Valor do Produto Amido, celulose 0.83 Proteína (a partir de NO ) 3 - 0.40 Proteína (a partir de NH ) 4 + 0.62 Lípido 0.33 Ácidos orgânicos 1.10 Valor do produto = massa do produto / massa de glucose Valor do produto | 51
  • 52. • Harvest Index (HI) (Índice de colheita) – Fracção de biomassa que constitui a produção economicamente útil. – Cultura: Trigo • Grão: 3000 kg/ha • Palha: 4500 kg/ha (folhas e caules) • Total: 7500 kg/ha) • HI = 3000 / (3000+4500) = 0,4 Índice de colheita | 52
  • 53. Energia radiante Fotossíntese disponível líquida (1674) Radiação Utilizada (44) fotossinteticamente pela cultura Fotossíntese activa (652) bruta (66) (837) 108J.ha-1.dia-1 50% 78% 10% 66% 2,6% Fluxo de energia na produção de uma cultura | 53
  • 54. 8000 Reino Unido, 9 Evolução histórica da 7000 produtividade do arroz, no França, 99 Japão e do trigo, no Reino Japão, 99 6000 Unido. Unido Outras produtividades nacionais Produção (t/ha) 5000 referentes a 1968 (Evans, 1982) 4000 Actualização de alguns casos a Formosa 1999 (FAO, 2000) França México 3000 Ceilão Itália Tailândia Indonésia USA Tailândia, 99 2000 Índia Filipinas Canadá URSS, 99 1000 Arroz, Japão URSS Paquistão Austrália Índia Trigo, Reino Unido 0 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Anos Evolução histórica da produtividade | 54
  • 55. 1961 1970 1980 1990 2000 6357 6227 6333 8838 9102 Arroz Espanha Austrália Espanha Austrália Egipto 7247 8076 4673 13793 14564 Milho Suiça N. N. Israel Jordânia Zelândia Zelândia 4121 4546 6202 8531 8398 Trigo Dinamarca Holanda Holanda Irlanda Holanda 2103 2085 2640 3359 3579 Soja Canadá Canadá Itália Itália Itália Cana de 154492 141578 121118 117301 119572 Açúcar Peru Peru Quénia Quénia Peru 28040 31500 36924 40206 46458 Batata Holanda Suiça Bel-Lux Holanda Holanda Evolução da produtividade média mais elevada | 55
  • 56. Outros factores negativos não identificados -23 Impacto percentual de factores tecnológicos, culturais Aparecimento de novas doenças e pragas -8 e de gestão na duplicação da produtividade do milho. (Minnesota, 1930-79) . Adaptado de Stoskopf (1984) Acréscimo de mecanização da cultura 5 Mecânica Alteração de sequências culturais (Intensificação) -7 Agravamento dos problemas de erosão -8 Melhoria do arranjo espacial das plantas Fisiologia 8 Climatologia Melhoria da determinação da data de sementeira 8 Aumento do controlo de doenças e paragas 21 Fitopatologia Redução da aplicação de estrumes e matéria orgânica -28 Acréscimo de aplicação de fertilizantes comerciais Química 47 Introdução de cultivares melhoradas Genética e Melhoramento 58 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 7 Como é que a produtividade aumentou assim? | 56
  • 57. A “Revolução Verde” Irrigação de alto rendimento Agroquímicos Mecanização Evolução tecnológica | 57
  • 58. Cultivares antigas e recentes | 58
  • 59. Comparação entre um trigo corrente (a) e o ideótipo de trigo de C. M. Donald (1968) (b) para cultura com povoamentos densos e recursos do solo não limitantes: • - palha baixa e resistente, um número reduzido de folhas erectas e uma espiga longa • - comportamento não competitivo, alto índice de colheita e máximo desempenho em comunidade. Ideótipo | 59
  • 60. O trabalho do campo O trabalho do solo | 60
  • 61. O trabalho do campo pode ser harmonioso e bucólico, mas também é, seguramente, penoso Paredes deCoura, Mozelos. “Vezeiras Oliveira, E.V et al., 1983 Penosidade do trabalho| 61
  • 62. Efeito da mecanização na produtividade do trabalho Produtividade Tractor e charrua de 2 ferros 0,17 Parelha e charrua 2,50 Homem com enxada 38,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 Homem com enxada Parelha e charrua Tractor e charrua de 2 ferros Produtividade 38,00 2,50 0,17 Tempo (dias) Produtividade do trabalho | 62
  • 63. Execução das operações na folha de cultura Trabalho linear | 63
  • 64. Trabalho em faixas paralelas | 64
  • 67. A forma circular imposta pelas novas técnicas de irrigação | 67
  • 70. A diversidade vegetal • Conssociações • Pastagens biodiversas • Rotações Diversidade| 70
  • 71. S-C-L-C 1.º ano 2.º ano 3.º ano 4.º ano Folha 1 Milho Trigo Fava Cevada Folha 2 Trigo Fava Cevada Milho Folha 3 Fava Cevada Milho Trigo Folha 4 Cevada Milho Trigo Fava Rotações | 71
  • 74. Produtos vegetais Grãos secos Frutos Hortaliças Flores Verde Órgãos verdes Feno Forragens Silagem Desidratada Outros Uvas, Azeitonas Madeira, Cortiça, Pinhas, Resina Produtos vegetais | 74