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UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI
Programa de Pós-Graduação em Produção Vegetal
Carolina Mata Machado Barbosa Chaves
DIAGNOSE NUTRICIONAL DE ENXOFRE EM EUCALIPTO POR ANÁLISE NÃO
DESTRUTIVA
Diamantina - MG
2017
Carolina Mata Machado Barbosa Chaves
DIAGNOSE NUTRICIONAL DE ENXOFRE EM EUCALIPTO POR ANÁLISE NÃO
DESTRUTIVA
Dissertação apresentada ao programa de Pós-
Graduação em Produção Vegetal da Universidade
Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, como
requisito parcial para obtenção do título de Mestre.
Orientador: Prof. Dr. Enilson de Barros Silva
Coorientador: Prof. Dr. Reynaldo Santana Campos
Diamantina - MG
2017
FICHA CATALOGRAFICA
i
ii
“Não é a espécie mais forte que sobrevive
tampouco a mais inteligente.
É a mais adaptável às mudanças.”
(Charles Darwin)
OFEREÇO
Aos meus pais, por sempre me apoiarem em todas as minhas decisões.
Aos meus irmãos pelo carinho e incentivo.
Ao meu filho Henrique (in memoriam) por me fazer quem sou hoje.
iii
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar agradeço a Deus por me permitir estar aqui hoje, concluindo
mais uma etapa da minha vida acadêmica e profissional.
Aos meus pais Breno e Maria do Carmo por todo o esforço feito para que eu
chegasse até aqui, mesmo com todas as dificuldades que surgiram ao longo do caminho.
Aos meus irmãos Hugo, Déborah e Felipe pelo incentivo e pela ajuda todas as
vezes que precisei.
À Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) pela
oportunidade de realização da graduação e pós-graduação nessa instituição em que tenho
orgulho de fazer parte.
A Coordenadoria de Aperfeiçoamento do Pessoal de Nível Superior (CAPES),
pela concessão da bolsa de estudo, à FAPEMIG e ao CNPq pelo apoio financeiro ao projeto.
Ao professor Enilson de Barros Silva, pela orientação na pós-graduação, sempre
com paciência e disposição para me ensinar e ajudar nessa pesquisa.
À Pós-doutoranda Lauana Santos por toda a ajuda em tão pouco tempo, pela
disponibilidade e por todo o conhecimento compartilhado comigo durante a correção dessa
dissertação.
Ao Professor Reynaldo Campos Santana, pela orientação durante a graduação e
pelo incentivo a continuar meus estudos, ingressando na pós-graduação após meu retorno do
intercâmbio.
Ao Luiz Felipe Ramalho e Matheus Sarmento, por todas as manhãs que
trabalhamos juntos no viveiro da Ciência Florestal, e também pela ajuda na análise dos dados
do trabalho.
Aos amigos do NEFERT, Evander Alves Ferreira, Igor Santos Alves, Sávio
Magalhães, pela ajuda nos trabalhos e convívio durante as pesquisas.
Aos amigos do Programa de Pós-Graduação em Produção Vegetal, Bárbara Cruz,
Rodrigo Gomes, Samuel Moreira, pela ajuda pessoal e profissional durante o mestrado.
Aos amigos que fiz em Diamantina que com certeza levarei para a vida toda, Laís,
Rafaela, Valéria, dentre tantos outros.
Por fim ao meu filho Henrique, que veio para me ensinar a ser uma pessoa melhor
e a correr atrás dos meus sonhos mesmo nos momentos mais difíceis.
iv
RESUMO
CHAVES. Carolina Mata Machado Barbosa. Diagnose nutricional de enxofre em eucalipto
por análise não destrutiva. 2017. 35p. (Dissertação - Mestrado em Produção Vegetal) -
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, Diamantina, 2017.
O enxofre (S) é um nutriente essencial para crescimento e metabolismo das plantas, e sua
deficiência pode limitar a produtividade de muitas culturas. A adaptação de técnicas
específicas de análise espectral para a determinação do estresse nutricional causado por este
nutriente pode permitir a detecção precoce da sua deficiência e suplementação de precisão na
adubação corretiva das plantas. Esse experimento foi conduzido com o objetivo de determinar
se a reflectância foliar obtida através do mini espectrômetro pode ser utilizada para detectar a
deficiência de S em mudas de Eucalyptus urophylla. Durante 90 dias as mudas foram
cultivadas em solução nutritiva de Clark modificada completa (sem omissão de S) e com
omissão de S. Os sintomas visuais de deficiência de S foram observados e fotografados
semanalmente. A cada 15 dias foram avaliados altura e diâmetro das plantas e leituras nas
folhas diagnósticos, com o mini espectrômetro. Ao final de cada avaliação, amostras de folhas
diagnósticos foram preparadas e submetidas às análises químicas do material vegetal dos
teores de nutrientes, posteriormente as mudas foram separadas em raízes, caule e folhas para
obtenção da massa seca total e dos seus componentes. Após calcular a primeira derivada das
reflectâncias obtidas nas leituras com o mini espectrômetro, obteve-se a posição dos pontos de
inflexão. Foi realizado ainda um estudo de regressão linear múltipla entre os teores de
nutrientes das folhas diagnósticos como variáveis dependentes, e a produção de massa seca da
parte aérea e valores obtidos para o IPP como variáveis independentes. A deficiência de S
causou alterações nas propriedades morfológicas e fisiológicas das plantas de Eucalyptus, o
que refletiu nas mudanças das propriedades espectrais foliares da espécie em questão. Os
sintomas visuais de deficiência de S iniciaram-se aos 28 dias após a aplicação dos tratamentos
(DAT), intensificando-se ao longo do experimento. Foi observado clorose nas folhas novas,
caule mais delgado e redução no crescimento das mudas quando comparados ao tratamento
completo. A análise nutricional detectou redução nas concentrações de S foliar e deficiência
do nutriente nas plantas aos 45 DAT. Contudo, somente aos 75 dias a deficiência de S alterou
a reflectância das mudas com omissão de S, deslocando o ponto de inflexão para
comprimentos de ondas mais curtos (± 700 m), ou seja, quando o aparelho (mini
espectrômetro) conseguiu detectar deficiência nutricional de S nas plantas de Eucalyptus. A
deficiência de S também reduziu a altura, diâmetro e produção de massa seca total e dos seus
componentes aos 75 DAT. A posição do ponto de inflexão e a massa seca da parte aérea
apresentaram alta correlação com a concentração de S foliar. As análises de regressão linear
múltipla e de correlação simples indicaram que os valores de reflectância foliar estimados
pelo mini espectrômetro e pela massa seca da parte aérea estavam estreitamente
correlacionados com as concentrações de S nas folhas das mudas de Eucalyptus (r2=0,99). Os
resultados obtidos sugerem que a reflectância espectral demonstra alto potencial como
ferramenta diagnóstico para estimar a concentração de S foliar em Eucalyptus por meio do
mini espectrômetro.
Palavras-chave: Deficiência nutricional, reflectância foliar, ponto de inflexão.
v
ABSTRACT
CHAVES. Carolina Mata Machado Barbosa. Nutritional diagnosis in eucalyptus by non-
destructive analysis. 2017. 35p. (Dissertation - Masters in Plant Production) - Universidade
Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, Diamantina, 2017.
Sulfur (S) is an essential nutrient for plant growth and metabolism, its deficiency can limit the
productivity of many crops. The adaptation of specific remote sensing and spectral analysis
techniques for the determination of nutrient stress in plants could allow early detection and
precise supplementation for corrective fertilization. This experiment was conducted with the
objective of determining if the leaf reflectance obtained through the mini spectrometer can be
used to detect S deficiency in Eucalyptus urophylla seedlings. During 90 days the seedlings
were grown in complete nutrient solution of Clark (without omission of S) and with omission
of S. The visual symptoms of S deficiency were observed and photographed weekly. Every 15
days, plants height and diameter were evaluated, and readings on the diagnostic leaf were
taken with the mini spectrometer. At the end of each evaluation the samples of the diagnostic
leaves were prepared and submitted to the chemical analyzes of nutrient contents of the plant
material, later the seedlings were separated into roots, stem and leaves to obtain the mass of
total dry matter and its components. After calculating the first derivative of the reflectances
obtained in the readings with the mini-spectrometer, the position of the inflection points was
obtained. A multiple linear regression study was carried out between the nutrient contents of
the diagnostic leaves as dependent variables and the shoot dry matter yield and values
obtained for the position of the inflection points as independent variables. Sulfur deficiency
caused changes in the morphological and physiological properties of Eucalyptus plants, which
reflected changes in the leaf spectral properties of the species. The visual symptoms of S
deficiency began at 28 days after application of the treatments, intensifying throughout the
experiment. It was observed chlorosis in the new leaves, slender stem and reduction in the
growth of the seedlings when compared to the complete treatment. Nutritional analysis
detected a reduction in the foliar S concentrations and nutrient deficiency in plants at 45 days
after application of the treatments. However, only at 75 days S deficiency altered the
reflectance of the seedlings under S omission, shifting the inflection point to shorter
wavelengths (± 700 m),that is, when the device (mini spectrometer) was able to detect
nutritional deficiency of S in Eucalyptus plants. Sulfur deficiency also reduced the height,
diameter and yield of total dry mass and its components at 75 days after application of the
treatments. The position of the inflection point and the shoot dry mass presented a high
correlation with the concentration of leaf sulfur. Multiple linear regression and simple
correlation analyzes indicated that leaf reflectance values estimated by the mini spectrometer
and through MSPA were closely correlated with the concentrations of S in the leaves of the
Eucalyptus seedlings (r2 = 0.99).The results obtained suggest that the spectral reflectance
demonstrates high potential as a diagnostic tool to estimate the leaf sulfur concentration in
Eucalyptus using the mini-spectrometer.
Key words: Nutritional deficiency, foliar reflectance, inflection point
vi
LISTA DE FIGURAS
CAPÍTULO II: Reflectância foliar de Eucalyptus urophylla em resposta a deficiência de
enxofre
Figura 1. Leitura do espectro de reflectância foliar pelo mini espectrômetro de folha CI-710.
.................................................................................................................................................. 14
Figura 2. Mudas de Eucalyptus urophylla submetidas a diferentes tratamentos, aos 45 dias
após aplicação dos tratamentos: A) folhas de plantas supridas com solução nutritiva completa,
B) folhas de plantas com omissão de enxofre; C) aspecto geral de plantas supridas com
solução nutritiva completa D) aspecto geral de plantas com omissão de enxofre ................... 16
Figura 3. Altura de mudas (a), diâmetro do caule (b), produção de massa seca das folhas (c),
da parte aérea (d), das raízes (e) e total (f) de mudas de Eucalyptus urophylla em solução
completa (controle) e omissão de enxofre (-S). ........................................................................ 18
Figura 4. Posição do ponto de inflexão (a) e concentração de S (b) na massa de matéria seca
da folha diagnóstico (b) de Eucalyptus urophylla com solução completa e omissão de S (-S).
.................................................................................................................................................. 19
Figura 5. Distribuição gráfica dos resíduos padronizados para as regressões lineares múltiplas
de todos os nutrientes na folha diagnósticos de mudas de Eucalyptus urophylla com os valores
estimados da posição do ponto de inflexão (IPP) e massa seca da parte aérea (MSPA) e a
correlação linear simples (r) entre os valores de IPP e de MSPA observados ......................... 21
vii
LISTA DE TABELAS
CAPÍTULO II: Reflectância foliar de Eucalyptus urophylla em resposta a deficiência de
enxofre
Tabela 1. Resumo da análise de variância e respectivos níveis de significância para posição
do ponto de inflexão (IPP), altura de mudas (H), diâmetro do caule (DC), produção de massa
de matéria seca das folhas (MSF), da parte aérea (MSPA), das raízes (MSR) e total (MST) de
mudas de Eucalyptus urophylla. ............................................................................................... 17
Tabela 2. Resumo da análise de variância e respectivos níveis de significância para
concentração de nutrientes na folha diagnóstico de mudas de Eucalyptus urophylla. ............. 19
Tabela 3. Parâmetro das equações de regressão linear múltipla entre dos teores dos nutrientes
na folha diagnóstico de mudas de Eucalyptus urophylla como variáveis independentes e
posição do ponto de inflexão (IPP) e massa seca da parte aérea (MSPA) de mudas de
eucalipto como variável dependente......................................................................................... 20
SUMÁRIO
RESUMO .................................................................................................................................. iv
ABSTRACT .............................................................................................................................. v
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................. vi
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ vii
INTRODUÇÃO GERAL ......................................................................................................... 2
CAPÍTULO I. REVISÃO: Reflectância espectral foliar e sua relação com a posição do
ponto de inflexão (IPP) .......................................................................................................... 3
1. Princípios básicos da espectroscopia ................................................................................... 3
2. Posição do ponto de inflexão (IPP) e propriedades espectrais foliares ............................... 4
3. Uso do mini espectrômetro na estimativa de componentes bioquímicos ............................ 5
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 6
CAPÍTULO II. Reflectância foliar de Eucalyptus urophylla em resposta a deficiência de
enxofre ..................................................................................................................................... 9
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 9
2. MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................ 12
2.1. Material vegetal e condições experimentais .............................................................. 12
2.2. Avaliações do material vegetal .................................................................................. 13
2.3. Análise de dados ........................................................................................................ 14
3. RESULTADOS ................................................................................................................ 15
3.1. Sintomatologias visuais ................................................................................................. 15
3.2. Crescimento da planta e produção de matéria seca ....................................................... 16
3.3. Concentração de enxofre nas folhas e posição do ponto de inflexão (IPP) ................... 17
4. DISCUSSÃO ....................................................................................................................... 21
4.1. Diagnose nutricional convencional e a estimada pelo mini espectrômetro ................... 21
4.2. Relação entre a reflectância espectral foliar e a concentração de enxofre foliar ........... 22
4.3. Crescimento das plantas em resposta a deficiência de enxofre.....................................25
5. CONCLUSÃO ................................................................................................................. 27
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................................................................... 27
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 28
8. APÊNDICE………………………………………………………………………...……33
INTRODUÇÃO GERAL
O enxofre juntamente com o nitrogênio está presente em todas as funções e processos
vitais das plantas, desde a absorção iônica até a diferenciação celular, o que explica a relação
direta destes dois nutrientes com crescimento e a produção vegetal. Dentre os sintomas de
deficiência desse nutriente, podemos destacar a ausência do pigmento clorofila, que manifesta
como clorose nas folhas mais novas das plantas. Levando-se em consideração a importância
deste macronutriente para a manutenção do bom desenvolvimento das plantas, destaca-se a
necessidade do estudo da sua deficiência e suas consequências em espécies florestais que são
relativamente escassos, sobretudo para a cultura do eucalipto.
Atualmente os estudos nutricionais são feitos através da técnica de análise foliar, a
qual disponibiliza as respectivas concentrações de cada nutriente presente nas amostras. Essa
técnica requer a coleta de amostras em campo, secagem em estufa e, posteriormente, análise
feita em laboratório. O tempo para obtenção dos dados é relativo, sendo dependente da
disponibilidade do laboratório e do pesquisador responsável. Além disso, existe um custo
expressivo para que essas análises sejam realizadas.
O fato de não existir na literatura muitas pesquisas com métodos não destrutivos e de
simples realização reforça a necessidade em criar-se uma ferramenta que possa ser utilizada
em campo e que forneça dados confiáveis para avaliação do estado nutricional das plantas. A
espectrometria pode fornecer esses dados, possibilitando uma análise nutricional completa,
precisa e rápida no próprio local da plantação. Esse tipo de análise nutricional, juntamente
com técnicas estatísticas facilitará a detecção rápida de problemas nutricionais de
povoamentos florestais.
O mini espectrômetro foliar foi desenvolvido para medir a transmissão, absorção e
reflexão da luz utilizando substâncias biológicas dentro de uma ampla gama de comprimentos
de onda que cobrem a região do visível e do infravermelho próximo. Medições do espectro de
transmissão e absorção são as aplicações mais utilizadas dos espectrômetros. O espectro pode
ser usado para a quantificação de concentrações químicas, análises de cor, estudos de reações
fotoquímicas como a fotossíntese, por exemplo, e ainda a quantificação de propriedades
físicas e ópticas como a espessura de película, índice de refração e coeficiente de extinção.
Essa pesquisa foi desenvolvida com o objetivo de determinar se a reflectância foliar obtida
através do mini espectrômetro pode ser utilizada para detectar a deficiência de S em mudas de
Eucalyptus urophylla
3
CAPÍTULO I
REVISÃO: REFLECTÂNCIA ESPECTRAL FOLIAR E SUA RELAÇÃO COM A
POSIÇÃO DO PONTO DE INFLEXÃO (IPP)
1. Princípios básicos da espectroscopia
No começo do século 20, uma das maiores descobertas da física foi perceber que a luz
possui propriedades de partículas e ondas. Uma onda é caracterizada pelo comprimento de
onda (λ), que é a distância entre cristas de ondas sucessivas. Já a Frequência (ν) é o número de
cristas que passam por um observador em um determinado tempo. A luz é também uma
partícula que podemos chamar de fóton. A luz solar é como se fosse uma chuva de fótons de
diferentes frequências. Os olhos são capazes de enxergar apenas uma pequena extensão dessas
frequências, a região da luz visível do espectro eletromagnético (TAIZ & ZEIGER, 2010). A
região do visível ou região da radiação fotossinteticamente ativa corresponde à faixa espectral
entre 400 a 700 m, onde a absorção de luz é alta e o índice de reflectância é baixo (NOVO,
1989). A luz de frequências levemente altas (ou comprimentos de onda baixos) encontra-se na
região ultravioleta do espectro, enquanto a luz de frequências levemente baixas (ou
comprimentos de onda mais longos) encontra-se na região do infravermelho (TAIZ &
ZEIGER, 2010). Uma das regiões do espectro muito utilizada em estudos nas áreas da
agricultura, indústria de papel e celulose, biomedicina, entre outras, é a Região do
Infravermelho Próximo que se situa na faixa de 700 a 1.300 m (WOLD, 1978; SHENK &
WESTERHAUS, 1993; OSBORNE; FEARN; HINDLE, 1993; BERTRAND, 2002). Nesta
região a quantidade de luz refletida e transmitida é maior, e a porcentagem de radiação
absorvida é menor (MOREIRA, 1997).
A espectroscopia estuda a interação entre essa radiação eletromagnética e o material
biológico irradiado, essa técnica não mede o constituinte químico de forma direta, ela fornece
a relação entre a luz e as ligações químicas dos constituintes da amostra em estudo (ROSSO,
2010). Todo elemento químico gera um espectro diferente de todos os outros espectros, ou
seja, cada elemento irradia em um determinado comprimento de onda que não é semelhante
aos demais (UNICAMP, Instituto de Geociências, 2013). O termo assinatura espectral é
frequentemente usado para representar esse comportamento de cada material no que se refere
à absorbância, transmitância e reflectância do mesmo (WIBERG, 2004; GIORDANENGO,
2005).
4
A radiação solar ao atingir a planta, interage com a mesma de três formas: parte dessa
luz é absorvida por pigmentos contidos nas folhas, parte é refletida e a outra transmitida
(CUNHA, 2004). Do ponto de vista fisiológico e bioquímico a parte que mais se relaciona
com a produtividade da planta é a quantidade de luz absorvida pela mesma, porém devido à
dificuldade e complexidade de medição, a energia refletida têm sido a mais utilizada
(CUNHA, 2004). A reflectância é definida como a razão entre o fluxo de energia refletido e a
radiação incidente na amostra em um determinado comprimento de onda. A reflectância é
adimensional e geralmente expressa em porcentagem assim como a absorbância e
transmitância (HUNTER & HAROLD, 1987).
2. Posição do ponto de inflexão (IPP) e propriedades espectrais foliares
Red edge é o nome dado à mudança abrupta da reflectância na faixa entre 680 - 740
m do espectro, que é causada pela combinação de dois fatores: alta absorção de clorofila que
causa baixa reflectância no vermelho e alta dispersão interna da folha que resulta em
reflectância no infravermelho próximo. (DAWSON & CURRAN, 1998). A posição do Red
edge tem sido utilizada como indicador de estresse sofrido pela planta (COLLINS, 1978;
HORLER; DOCKRAY; BARBER, 1983; ROCK; HOSHIZAKI; MILLER, 1988; BOOCHS
et al, 1990; JAGO & CURRAN, 1995). Desta forma, o Red edge fornece um meio de
distinguir-se a vegetação viva de outros alvos encontrados pelo sensoriamento remoto
(HORLER; DOCKRAY; BARBER, 1983).
Na curva espectral existe um ponto de maior inclinação na região do Red edge, a
posição desse ponto é um indicativo do estado fisiológico da planta (HORLER; DOCKRAY;
BARBER, 1983), podendo ser utilizado diretamente na estimativa do teor de clorofila
(VOGELMANN; ROCK; MOSS, 1993; GITELSON & MERZLYAK, 1996; ZARCO-
TEJADA et al., 2003; ASNER & VITOUSEK, 2005; SIMS et al., 2006). Conhecido como
Inflection Point Position (IPP), posição do ponto de inflexão, este ponto é obtido através do
cálculo da primeira derivada do espectro. Essa derivada fornece uma melhor correlação entre
as concentrações bioquímicas foliares e as amostras (CURRAN, 1989). Os espectros
derivados como o IPP têm sido utilizados para definir e analisar melhor a localização e as
propriedades únicas da borda vermelha (CURRAN et al., 1991). O uso de espectros
derivados, principalmente derivados de primeira ordem, fornece medidas de estresse mais
precisas que os métodos de banda larga (ADAMS; NORVELL; PEVERLY, 1999).
5
Esses espectros derivados são utilizados para eliminar constantes aditivas como
mudanças de iluminação, reduzir funções lineares como, por exemplo, aumento linear no
fundo de reflectância com o comprimento de onda e efeitos atmosféricos para as constantes
(DEMETRIADES-SHAH; STEVEN; CLARK, 1990; CURRAN et al., 1991; ADAMS;
PHILPOT; PEVERLY, 1999).
O tecido fotossinteticamente mais ativo nas plantas é o mesófilo das folhas. As células
do mesófilo possuem muitos cloroplastos, que contém pigmentos verdes especializados em
absorção de luz, denominados clorofilas (TAIZ & ZEIGER, 2010). Quando as moléculas de
clorofila absorvem luz elas mudam seu estado eletrônico de acordo com a quantidade de
energia absorvida. A clorofila é um dos principais pigmentos foliares, grande responsável pela
fotossíntese (CURRAN; DUNGAN; GHOLZ, 1990; FILELLA et al., 1995), ela aparece verde
aos olhos porque absorve luz sobretudo nas faixas azul e vermelha do espectro, desta forma
apenas a faixa de luz nos comprimentos de onda verde (em torno de 550 m) é refletida aos
olhos (TAIZ & ZEIGER, 2010). Na região do visível, a reflectância de uma folha em
condições fisiológicas ideais é relativamente baixa e na região do infravermelho próximo é
alta (OLIVEIRA, 2015). A diminuição do teor de clorofila causada por qualquer tipo de
estresse sofrido pela planta aumenta a reflectância em todo o espectro visível (CURRAN;
DUNGAN; GHOLZ, 1990; RICHARDSON; DUIGAN; BERLYN, 2002). Juntamente com o
aumento da reflectância foliar, há alteração no comprimento de onda do IPP que se desloca
em direção a comprimentos de onda mais curtos (GATES et al., 1965; COLLINS, 1978;
AYALA-SILVA & BEYL, 2005). Portanto, uma folha com maior teor de clorofila possui
reflectância de menor intensidade na região do visível, IPP com pico de menor intensidade, e
ainda possui um IPP deslocado em direção ao infravermelho (COLLINS, 1978;
BUSCHMANN & NAGEL, 1993).
3. Uso do mini espectrômetro na estimativa de componentes bioquímicos
Um dos equipamentos muito utilizados dentro da espectroscopia para a obtenção de
dados de incidência de luz e sua interferência no desenvolvimento das plantas é o mini
espectrômetro de folha portátil. Dentre as funcionalidades desse equipamento, estão a
capacidade de escanear e gravar em amplo espectro, de 400 até 950 m. Um espectrômetro é
composto de quatro partes fundamentais: 1) uma fonte luminosa; 2) um sistema de separação
da luz policromática em função de diferentes comprimentos de onda; 3) um sistema para
suporte das amostras e 4) um fotodetector. A radiação infravermelha é emitida pelo
6
equipamento numa faixa de comprimento de onda de 750 a 2500 m, interagindo com grupos
funcionais presentes no material. Captores fotossensíveis detectam o feixe de luz após essa
interação entre o equipamento e o material irradiado, produzindo um espectro que é
disponibilizado no tablete acoplado ao espectrômetro (HEIN, 2008).
Diversas são as funções desempenhadas por este aparelho, dentre elas a estimação
rápida de propriedades vegetais, usando índices publicados e aceitos como a estimativa do
verde na folha utilizando-se o Índice de Vegetação de Diferença Normalizada (NDVI) e o
IPP. Esses índices podem ser facilmente medidos simultaneamente com o software
SpectraSnap! que vem disponibilizado juntamente com o aparelho.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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9
CAPÍTULO II
REFLECTÂNCIA FOLIAR DE Eucalyptus urophylla EM RESPOSTA A
DEFICIÊNCIA DE ENXOFRE
1. INTRODUÇÃO
A área florestada com eucalipto no Brasil é estimada em aproximadamente 5,6
milhões de hectares (ABRAF, 2016). A maior parte desta área está localizada em regiões
caracterizadas por solos de baixa fertilidade. Deficiências de nitrogênio (N), fósforo (P) e
potássio (K) em solos reflorestados são muito comuns e resultam em perdas de 20 a 50% da
produtividade florestal (PONZONI & GONCALVES, 1999). A adubação com enxofre (S) é
necessária para se alcançar boa produtividade, pois o S é um nutriente essencial para o
crescimento e metabolismo das plantas. Contudo, os estudos sobre o efeito da adubação
sulfatada em espécies florestais são relativamente escassos (RESURRECCION et al., 2001;
BRAGA et al., 2014).
O S é absorvido pelas raízes na solução do solo na forma de sulfato (SO42-
) e
transportado para a parte aérea via xilema. Para o S ser assimilado a compostos orgânicos é
necessário que o SO42-
absorvido seja reduzido a sulfeto (S2-
) utilizando energia fornecida
pela molécula de adenosina trifosfato (ATP). As enzimas responsáveis por este processo
encontram-se nas membranas dos cloroplastos, portanto esse processo ocorre em sua maioria
no período luminoso, durante a realização da fotossíntese (FAQUIN, 2005). O S é constituinte
de diversas moléculas orgânicas, como os aminoácidos cisteína, cistina e metionina, que
compõem a maioria das proteínas e as vitaminas biotina, tiamina e a coenzima A (LARBIER
& LECLERCQ, 1992). Os aminoácidos essenciais cisteína e metionina estão envolvidos na
produção de clorofila e na composição da enzima ribulose-1,5 bisfosfatocarboxilase/
oxigenase (Rubisco), os dois principais componentes do aparelho fotossintético. Portanto a
privação de S inibe a síntese de proteínas, leva à degradação da Rubisco, causa clorose nas
folhas mais jovens, e consequentemente reduz a fotossíntese e o crescimento das plantas
(RESURRECCION et al., 2001; VIECELLI, 2017).
Abordagens convencionais para determinar o estado nutricional das plantas, inclusive
do S já estão bem documentadas. Contudo estes métodos exigem esforços consideráveis na
coleta e processamento das amostras, são demorados, tediosos, caros e envolvem amostragem
destrutiva de parte das plantas. Uma desvantagem adicional dos métodos convencionais é que
10
as interpretações do teor elementar total nos tecidos geralmente não consideram a distribuição
e forma dos mesmos dentro das células, além disso, existe uma demora entre a amostragem e
a obtenção de resultados das análises laboratoriais (JORGENSEN; CHRISTENSEN; BRO,
2007; LI; LIEW; ASUNDI, 2006). Considerando que a grande maioria das deficiências
nutricionais e a degradação da clorofila alteram a coloração normal das folhas, originando
sintomas visivelmente identificáveis, e que esses sinais visuais são transmitidos através da
percepção da energia eletromagnética refletida, parece provável que a quantificação e
caracterização dessa energia em uma faixa de comprimentos de onda (resposta espectral ou
assinatura espectral) podem ser úteis na detecção e mapeamento do estado nutricional das
plantas (OLLINGER, 2011; PACUMBABA & BEYL, 2011).
Um dos reais desafios na predição da deficiência nutricional através da reflectância
espectral é a capacidade de discriminar as condições de estresse. Com o objetivo de prever a
concentração de um determinado nutriente na planta, é preciso saber diferenciar o nutriente
alvo de outros nutrientes nos espectros obtidos. O principal problema é que a maioria dos
sintomas de estresse nutricional na escala da folha tem efeito similar no espectro de
reflectância (JORGENSEN; CHRISTENSEN; BRO, 2007). As respostas a deficiências de
nutrientes específicos, como ferro (Fe), S, magnésio (Mg) e manganês (Mn), demonstraram
uma notável mudança de reflectância espectral para comprimentos de onda mais curtos
ocorrendo entre as áreas do vermelho e infravermelho próximo (MARIOTTI; ERCOLI;
MASONI, 1996; ADAMS; PHILPOT; PEVERLY, 1999). Medições de reflectância em
plantas deficientes em nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K), S, cálcio (Ca) e magnésio
(Mg) também mostraram que as mesmas continham menos clorofila do que as plantas do
controle e que a clorofila tinha influência dominante na variação do espectro na região do
visível (AL-ABBAS et al.,1974; MARIOTTI; ERCOLI; MASONI, 1996).
A clorofila possui dois picos de absorção de energia no espectro que são utilizados em
sua estimativa, um na região do azul (400 - 500 m) e outro na região do vermelho (620 - 700
m) (LICHTENTHALER, 1987). Entretanto, na região do azul ocorre a absorção de outros
pigmentos foliares que podem interferir na estimativa da clorofila (BUSCHMANN et al.,
1994). Por isso, as regiões do espectro visível mais utilizadas e que proporcionam melhor
estimativa do teor de clorofila são nas regiões com comprimentos de onda na região do verde
(500 - 570 m) e vermelho (620 - 700 m), além da região conhecida como Borda Vermelha
(700 - 750 m) (RICHARDSON; DUIGAN; BERLYN, 2002; GITELSON; GRITZ;
MERZLYAK, 2003; USTIN et al., 2009; CLEVERS & GITELSON, 2013).
11
Neste sentido, vários autores desenvolveram índices de vegetação (IVs) que fornecem
boa estimativa do teor de clorofila foliar (USTIN et al., 2009, OLIVEIRA et al., 2017) em
várias espécies, inclusive do eucalipto (DATT, 1998; 1999a, 1999b; SIMS & GAMON,
2002). Dentre os IVs, a Posição do Ponto de Inflexão da Borda Vermelha (IPP) é um dos mais
amplamente utilizados para estimação do teor de clorofila (HORLER; DOCKRAY;
BARBER, 1983; SIMS & GAMON, 2002). As leituras de reflectância relacionadas à
concentração de clorofila são extremamente sensíveis à irradiação variável, a disposição
geométrica do sensor e da superfície, dentre outros fatores, o que pode levar a variações nas
leituras e baixa precisão dos dados. Considerando essas interferências, o IPP é a medida de
reflectância menos sensível a esses fatores (CURRAN; WINDHAM; GHOLZ, 1995), pois é
calculado através da primeira derivada (ou ocasionalmente em segunda) do espectro de
reflectância, que elimina as constantes aditivas causadoras das variações, por exemplo, a
irradiação (DEMETRIADES-SHAH; STEVEN; CLARK, 1990; CHEN & BLACK, 1992).
O IPP é o ponto de maior inclinação no espectro de reflectância da vegetação que
ocorre entre 690 a 740 m. Esse ponto define a Borda Vermelha e marca o limite entre
processos de absorção de clorofila nos comprimentos de onda vermelho e a dispersão foliar
nos comprimentos de onda do infravermelho próximo (CURRAN; DUNGAN; GHOLZ,
1990; CURRAN et al., 1991; CURRAN; WINDHAM; GHOLZ, 1995; DAWSON &
CURRAN, 1998). Além disso, o Red edge é invariável a iluminação e ao local de realização
da leitura com o espectrômetro (CURRAN; WINDHAM; GHOLZ, 1995), tornando-o mais
eficiente. Deficiências nutricionais reduzem a concentração de clorofila foliar, aumentam a
reflectância e diminuem a absorbância, deslocando o IPP para comprimentos de ondas mais
curtos (MARIOTTI; ERCOLI; MASONI, 1996; MASONI; ERCOLI; MARIOTTI, 1996;
ADAMS; NORVELL; PEVERLY, 1999; LIU et al., 2004; PACUMBABA & BEYL, 2011).
Embora a relação entre a clorofila e N vêm sendo amplamente estudada em diferentes
culturas utilizando-se os IVs (TIAN et al., 2011; CLEVERS & GITELSON, 2013;
SCHLEMMER et al., 2013; YAO et al., 2013), inclusive para o eucalipto, obtendo-se altas
correlações entre o teor de N foliar e o IPP (OLIVEIRA et al., 2017), são raros na literatura a
utilização de tais índices na detecção de deficiência de S (AL-ABBAS, 1974; MASONI;
ERCOLI; MARIOTTI, 1996), principalmente quando se trata em descrever as relações entre
as propriedades espectrais foliares e as variáveis morfológicas e fisiológicas das plantas,
especialmente a concentração de S na folha. As propriedades da reflectância espectral estão
intimamente relacionadas a muitos parâmetros morfológicos, fisiológicos e bioquímicos
(exemplo: concentração de nutrientes e clorofila). Sendo que estes parâmetros estão
12
associados não só com ambientes de crescimento, mas também com o tipo de espécie e
estádios de crescimento das culturas (ZHAO et al., 2005). Contudo não há relatos de
identificação das relações entre o status de S em plantas de Eucalyptus e as propriedades de
reflectância espectral foliar. O objetivo do presente trabalho foi determinar se a reflectância
foliar pode ser utilizada para detectar a deficiência de enxofre (S) em folhas de eucalipto.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1. Material vegetal e condições experimentais
O experimento foi realizado em casa de vegetação localizada no Campus JK no
Departamento de Engenharia Florestal da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e
Mucuri (UFVJM), Diamantina, MG (18° 15‟ S, 43° 36‟ W). Foram selecionadas mudas de
Eucalyptus urophylla com 45 dias de idade, 0,19 ± 0,001 m de altura e 3,0 ± 0,5 mm e o
diâmetro do coleto, provenientes da empresa Aperam de Itamarandiba (MG) (18° 15‟ S, 43°
36‟ W). Na instalação do experimento, as mudas tiveram seu sistema radicular lavado em
água corrente para a retirada do substrato e depois com água deionizada. Posteriormente,
foram fixadas em placas de isopor de 0,02 m de espessura e colocadas em vasos com
capacidade para 2 litros de solução nutritiva.
As mudas passaram pela adaptação da solução nutritiva completa (com todos os
macros e micronutrientes), para garantir condições nutritivas semelhantes a todos os
indivíduos. Para isso, utilizou-se solução completa com forca iônica de 10, 25, 50, 75 até 100
% da concentração de nutrientes sugerida na metodologia, conforme proposta por Clark
(1975), por 35 dias, e renovação de solução a cada sete dias. A solução nutritiva foi aerada
artificialmente com compressor de ar. O pH da solução foi mantido a 5,3 ± 0,3 e quando
necessário, foram feitas as correções com HCl 0,1 mol L-1
ou NaOH 1,0 mol L-1
. Manter o pH
nessa faixa foi necessário para ter prontamente disponíveis os macro e micronutrientes
presentes nas soluções nutritivas
Após o período de adaptação à solução nutritiva completa, iniciou-se a aplicação dos
tratamentos das soluções completa e com omissões de S com 100% de força, renovadas a
cada cinco dias, permanecendo durante 90 dias. Os tratamentos foram dispostos em
delineamento experimental em blocos casualizados, com dois tratamentos e três repetições,
considerando uma planta por vaso. Os tratamentos foram compostos por uma solução
nutritiva completa (controle) e por uma solução com omissão de enxofre (-S). As soluções
foram preparadas com reagentes puros (P.A.), sendo que a solução nutritiva completa segundo
13
Clark (1975) modificada teve a seguinte composição química em macronutrientes (mg L-1
):
N=114,2; P=2,2; K= 70,2; Ca=104,4; Mg= 14,4; S=16, e em micronutrientes (μg L-1
): B=209;
Cu=32; Fe=2128; Mn=385; Zn=131.
2.2. Avaliações do material vegetal
As sintomatologias visuais de deficiências foram descritas e fotografadas em sete
tempos em intervalo de 15 dias, durante 90 dias, assim como a caracterização morfológica e
as leituras pelo mini espectrômetro (Figura 1). As mudas foram selecionadas para análise de
acordo com a média de altura e diâmetro, variando para mais e menos 5% da média de altura
e diâmetro apresentados pela muda mais desenvolvida. A altura da parte aérea, em cm, foi
medida com régua graduada, a 5 cm da superfície da raiz. O diâmetro, em mm, foi medido
com paquímetro digital, na região do coleto.
Utilizou-se o mini espectrômetro foliar portátil CI-710 (CID, Inc., Camas,
Washington, USA) (Figura 1), em cada tempo de avaliação das mudas de eucalipto. As
leituras foram feitas no lado esquerdo das folhas maduras, a 10 mm da borda inferior, sendo
aproximadamente quatro medições por muda. O aparelho realiza mensurações de absorbância,
transmitância e reflectância, na região do visível e infravermelho próximo nos comprimentos
de onda de 400 a 900 m, sendo a faixa espectral fornecida por meio de uma luz de LED azul
e lâmpada incandescente. A captura do feixe luminoso é realizada pelo sensor Toshiba
TCD1304AP Linear CCD, que apresenta resolução de 3648 pixels com comprimento de 8 x
200 µm por pixel, e relação sinal/ruído de 300:1 com sinal cheio. Antes de se proceder a
leitura foliar com o CI-710 procedia-se a leitura do padrão branco que o acompanha. Este
procedimento foi realizado de cinco em cinco amostras.
14
Figura 1. Leitura do espectro de reflectância foliar pelo mini espectrômetro de folha CI-710.
No final de cada avaliação as folhas avaliadas pelo aparelho foram coletadas,
identificadas e acondicionadas em saco de papel e secadas em estufa com circulação de ar a
65 ºC até obtenção de peso constante. O mesmo procedimento foi realizado para a obtenção
da biomassa da massa de matéria seca, após as mudas serem seccionadas em raízes, caule e
folhas. Ao atingir peso constante, o material seco foi pesado em balança analítica com
precisão. Posteriormente, as folhas diagnóstico secas foram trituradas e submetidas à análise
química para determinação das concentrações de nutrientes de acordo com metodologia
descrita por Silva (2009). Análises destrutivas foram feitas com o objetivo de comparar as
informações obtidas com o aparelho através da reflectância foliar com a altura de mudas,
diâmetro do caule; massa seca das folhas, da parte aérea, das raízes e total das mudas de
eucalipto.
2.3.Análise de dados
O software utilizado para interpretação das leituras feitas pelo aparelho foi o
SPECTRA-SNAP que vem disponibilizado juntamente com o equipamento. Antes da seleção
dos dados, aplicou-se o filtro de alisamento de Savitzky-Golay (SAVITZKY & GOLAY,
1964) em todos os espectros foliares mensurados, com o objetivo de suavizar o espectro, ou
seja, retirar os ruídos ocasionados pela leitura do mini espectrômetro. O procedimento de
alisamento foi realizado, no entanto não houve alteração nas características da curva espectral.
Os dados fornecidos pelo SpectraSnap! foram selecionados no Microsoft Excel e
15
posteriormente rodados no programa R de análise estatística para o cálculo da primeira
derivada do espectro. A primeira derivada dos dados fornece o Inflection Point Position (IPP),
que é o ponto de maior inclinação da curva espectral. Após selecionados os dados de
interesse,
Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias de solução nutritiva
completa e com omissão de enxofre (-S) foram comparadas pelo teste de F a 5 % no decorrer
dos tempos de avaliação.
Os dados médios das parcelas do experimento foram submetidos a um estudo de
regressão linear múltipla entre os teores de todos os nutrientes das folhas diagnósticos como
variáveis independentes, e considerando-se a produção de matéria seca da parte aérea (MSPA)
das mudas de eucalipto e valores obtidos para o IPP como variável dependente. Para avaliar a
relação da MSPA e IPP com os nutrientes na folha diagnóstico das mudas, foram
considerados: significância da regressão linear múltipla, índice de ajuste (R2 e R
2 ajustado),
significância de cada parâmetro estimado do nutriente da regressão linear múltipla com
MSPA e IPP, estudo da distribuição gráfica de resíduos padronizados (SEBER & LEE, 2003),
valores estimados da MSPA e IPP pelas equações de regressão ajustadas e a correlação linear
simples (r) dos valores observados e estimados da MSPA e IPP.
3. RESULTADOS
3.1. Sintomatologias visuais
Os sintomas visuais de deficiência de enxofre foram avaliados diariamente, durante
todo o período experimental, sendo utilizados como padrão para a diagnose visual. A
deficiência de S causou modificações fisiológicas e morfológicas nas plantas de eucalipto
quando comparado ao controle (Figura 2). Os primeiros sintomas visuais de deficiência
nutricional foram detectados aos 28 dias após aplicação dos tratamentos, quando as folhas
começaram a apresentar coloração um pouco mais clara que as folhas das plantas sem
omissão de S, passando a verde amarela e evoluindo para clorose generalizada das folhas mais
jovens, ao longo do experimento. Em geral a deficiência de S reduziu o crescimento das
plantas, o caule mostrou-se mais delgado e o sistema radicular e o crescimento em altura
reduzido (Figuras 2 e 3).
16
Figura 2. Mudas de Eucalyptus urophylla submetidas aos tratamentos com omissão de S e
sem omissão, aos 45 dias após aplicação dos tratamentos: A) folhas de plantas supridas com
solução nutritiva completa, B) folhas de plantas com omissão de enxofre; C) aspecto geral da
parte aérea de plantas supridas com solução nutritiva completa D) aspecto geral da parte aérea
de plantas com omissão de enxofre
3.2. Crescimento da planta e produção de matéria seca
Pela análise de variância (ANOVA) na (Tabela 1, figura 3) é possível observar que até
os 60 dias após aplicação dos tratamentos, as plantas sob omissão de S não diferiram do
controle. Apenas 75 dias após a omissão de S da solução nutritiva, a carência do S reduziu
todos os parâmetros avaliados, altura (H), diâmetro do coleto (DC), produção de massa de
matéria seca total (MST) e de seus componentes: massa seca de raízes (MSR), folhas (MSF) e
parte aérea (MSPA) (Figura 3). De todas as variáveis avaliadas, parece que a deficiência de S
teve menor efeito sobre o diâmetro coleto (Figura 3b).
D
A B
C
Completo COMPLETO -S
17
Tabela 1. Resumo da análise de variância e respectivos níveis de significância para posição
do ponto de inflexão (IPP), altura de mudas (H), diâmetro do caule (DC), produção de massa
de matéria seca das folhas (MSF), da parte aérea (MSPA), das raízes (MSR) e total (MST) de
mudas de Eucalyptus urophylla.
FV GL IPP AM DC MSF MSPA MSR MST
Bloco 2 43,62 27,67 0,46 0,23 4,46 1,06 8,17
Tratamento (T) 1 354,09** 301,60** 13,43** 2,45* 992,98** 58,04** 1531,15**
Tempo (t) 5 18,61 177,46** 14,30** 2,60** 568,02** 66,59** 1021,31**
T dentro t15 1 3,49 0,74 0,11 0,05 0,54 0,14 1,24
T dentro t30 1 168,33* 15,36 0,92 0,00 0,58 0,04 0,94
T dentro t45 1 97,67* 0,43 0,05 0,00 1,22 0,01 1,45
T dentro t60 1 102,47* 3,68 0,05 0,00 1,74 0,01 1,54
T dentro t75 1 149,46* 324,14** 12,44** 3,19* 494,50** 44,55** 835,91**
T dentro t90 1 215,66** 498,68** 17,34** 3,48* 2604,17** 129,46** 3894,87**
Resíduo 22 22,32 10,11 0,83 0,54 30,75 4,20 55,47
Média 704,36 27,95 5,07 1,41 8,47 3,49 11,96
CV (%) 0,67 11,38 18,05 21,76 25,46 28,76 22,26
* e ** significativos ao nível de 5 e 1% pelo teste de F, respectivamente. Tratamentos: solução nutritiva
completa (controle) e omissão de S. Tempo de avaliação: 15, 30, 45, 60, 75 e 90 dias após aplicação dos
tratamentos.
3.3. Concentração de enxofre nas folhas e posição do ponto de inflexão (IPP)
Após 45 dias da omissão do S da solução nutritiva, as plantas com deficiência
apresentaram concentração de S foliar menor que o controle (Tabela 2 e Figura 4b). As
concentrações de S foliar das mudas sob solução nutritiva completa diminuíram ligeiramente
com o aumento da idade da planta (Figura 4b). O efeito da idade da planta na concentração
elementar foi mais pronunciado nas mudas sob deficiência de S (Figura 4b). Durante o
período de avaliação a concentração dos nutrientes não alvo de estudo, N, P, K, Ca, Mg
(Tabela 2), nas folhas não variou com a omissão do S, assim como os micronutrientes Cu, B,
Zn, Fe (Dados não apresentados).
18
15 30 45 60 75 90
Alt
ura
de m
ud
as
(cm
)
15
20
25
30
35
40
45
50
55
15 30 45 60 75 90
Diâ
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mm
)
0
1
2
3
4
5
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10
11
15 30 45 60 75 90
Mass
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g)
0
1
2
3
4
15 30 45 60 75 90
Mass
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0
10
20
30
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Mass
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e r
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0
2
4
6
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10
12
14
16
15 30 45 60 75 90
Mass
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eca t
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l (g
)
0
10
20
30
40
50
60
70
Dias após tratamentos
Completo
-S
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
ab
a
a
a
a
a
a
a b
a
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b
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aa
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a
aa a
a
a
b b
a
a
a
bb
a
aa
aa
bb
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a aaa
aaaa
Figura 3. Altura de mudas (a), diâmetro do caule (b), produção de massa seca das folhas (c),
da parte aérea (d), das raízes (e) e total (f) de mudas de Eucalyptus urophylla em solução
completa (controle) e omissão de enxofre (-S). Médias seguidas de mesma letra minúscula
não diferem entre solução completa e omissão de enxofre (-S) pelo teste de F a 5%.
19
Tabela 2. Resumo da análise de variância e respectivos níveis de significância para
concentração de nutrientes na folha diagnóstico de mudas de Eucalyptus urophylla.
FV GL N P K Ca Mg S
Bloco 2 7,51 1,13 6,19 1,82 0,11 0,03
Tratamento (T) 1 95,74** 1,36 0,05 12,27* 0,06 2,98**
Tempo (t) 5 154,13** 0,79 6,46 2,25 1,98* 1,11**
T dentro t15 1 8,03 0,87 1,76 0,07 0,01 0,01
T dentro t30 1 5,07 0,03 0,71 0,05 0,17 0,07
T dentro t45 1 34,11 0,99 0,01 0,87 0,87 1,34**
T dentro t60 1 33,08 0,01 5,36 1,50 0,19 1,39**
T dentro t75 1 34,44 0,27 0,32 1,53 0,02 1,22**
T dentro t90 1 2,01 0,46 8,27 3,39 0,50 1,08**
Resíduo 26 11,35 0,89 12,10 2,76 0,45 0,12
Média 21,77 1,60 7,39 5,56 3,14 1,71
CV (%) 15,48 29,12 27,04 23,84 21,44 20,69
* e ** significativos ao nível de 5 e 1% pelo teste de F, respectivamente. Tratamentos: solução nutritiva
completa e omissão de S. Tempo de avaliação: 1, 15, 30, 45, 60, 75 e 90 dias após aplicação dos tratamentos.
Os distúrbios metabólicos resultantes das deficiências nutricionais de S influenciaram
a reflectância espectral foliar das mudas (Figuras 2, 3 e 4). Até os 15 dias após aplicação dos
tratamentos, a posição do ponto de inflexão (IPP) apresentou comportamento semelhante
entre as plantas com e sem omissão de S (Figura 4 a).
15 30 45 60 75 90
Posi
ção d
o p
onto
de i
nfl
exão (
nm
)
698
700
702
704
706
708
710
712
714
716
15 30 45 60 75 90
Concentr
ação d
e S
(g k
g-1
)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Dias após tratamentos
Completo
-S
(a) (b)
a
a
a
b
a
b
a
b
a
a
b b
aa
b
aa
a aa
a
b b b
Dias após tratamentos
Figura 4. Posição do ponto de inflexão (a) e concentração de S (b) na massa de matéria seca
da folha diagnóstico (b) de mudas de Eucalyptus urophylla em solução completa e omissão de
enxofre (-S). Médias seguidas de mesma letra minúscula não diferem para entre solução
completa e omissão de enxofre pelo teste de F a 5%.
20
Contudo, aos 15 dias a deficiência de S alterou a reflectância das mudas sob omissão
deslocando o ponto de inflexão para comprimentos de onda mais curtos (±700 m), porém
somente aos 30 dias foi possível perceber diferença significativa entre as plantas com e sem
deficiência. O aparelho detectou deficiência nutricional nas plantas de eucalipto 30 dias após
a aplicação dos tratamentos (Tabela 1, Figura 4a).
As análises de regressão linear múltipla e de correlação simples indicaram que os
valores de reflectância foliar estimados pelo aparelho (mini espectrômetro) e pela MSPA
estavam estreitamente correlacionados com as concentrações de S nas folhas das mudas de
eucalipto (r2 = 0,99) (Tabela 3, Figura 5).
Tabela 3. Parâmetro das equações de regressão linear múltipla entre dos teores dos nutrientes
na folha diagnóstico de mudas de Eucalyptus urophylla como variáveis independentes e
posição do ponto de inflexão (IPP) e massa seca da parte aérea (MSPA) de mudas de
eucalipto como variável dependente.
Variável independente IPP MSPA
...................................... Parâmetro estimado ......................................
Intercepto 737,1252** 15,6251**
N 1,2199* -0,2184**
P -5,7517* -16,3045**
K -2,8977* -3,0758**
Ca -1,8995* -9,6999**
Mg -6,4946* -29,6966**
S -3,3152* 9,4547**
B 0,2503* 1,3741**
Cu -1,0651* -9,8369**
Fe -0,0788* -0,3949**
Mn -0,0033* -0,0239**
Zn 0,5665* 9,0848**
R2
0,9791 0,9998
R2 ajustado 0,8643 0,9988
* e ** significativo a 5 e 1% pelo teste de t.
21
698 700 702 704 706 708 710 712 7141,0
0,5
0,0
-0,5
-1,0
698 700 702 704 706 708 710 712 714698
700
702
704
706
708
710
712
714
0 10 20 30 40 501,0
0,5
0,0
-0,5
-1,0
Valores estimados de IPP (nm)
Err
os
pa
dro
niz
ad
os
r = 0,98**
0 10 20 30 40 500
10
20
30
40
50
Va
lore
s o
bse
rv
ad
os
IPP
(n
m)
r = 0,99**V
alo
res
ob
serv
ad
os
MS
PA
(g
va
so-1
)
Err
os
pa
dro
niz
ad
os
Valores estimados de MSPA (g vaso-1
)
Valores estimados de IPP (nm)
Valores estimados de MSPA (g vaso-1
)
Figura 5. Distribuição gráfica dos resíduos padronizados para as regressões lineares múltiplas
de todos os nutrientes na folha diagnósticos de mudas de Eucalyptus urophylla com os valores
estimados da posição do ponto de inflexão (IPP) e massa seca da parte aérea (MSPA) e a
correlação linear simples (r) entre os valores de IPP e de MSPA observados (** significativo a
1% pelo teste de t)
Figura 5.
4. DISCUSSÃO
4.1. Diagnose nutricional convencional e a estimada pelo mini espectrômetro
A reflectância foliar utilizando o método do IPP mostrou-se sensível à oferta de S no
presente estudo (Figura 4a), indicando ser uma ferramenta diagnostico útil para a
discriminação do estado de S no E. urophylla, quando este sozinho é o nutriente limitante. A
análise nutricional das folhas diagnóstico detectou deficiência nutricional de S nas mudas de
E. urophylla aos 45 dias após aplicação dos tratamentos (Tabela 2 e Figura 4b). E a diagnose
22
nutricional utilizando o mini espectrômetro detectou a deficiência aos 30 dias, ou seja, 15 dias
antes da análise nutricional tradicional feita em laboratório (Tabela 1 e Figura 4a). No entanto
os sintomas visuais de deficiência de S foram detectados aos 28 DAT, isso pode sugerir que
se a leitura fosse realizada em folhas novas e não em folhas diagnóstico, talvez o equipamento
teria diagnosticado a deficiência de S antes da diagnose visual. Em plantios comerciais de
eucalipto a amostragem também é feita coletando folhas maduras, totalmente expandidas, no
terço médio superior das copas das plantas (BELLOTE & SILVA 2000).
Essa diferença entre os métodos nos leva a discutir a eficiência e rapidez dessa
obtenção de dados, uma vez que a análise pelo equipamento é realizada em menos tempo
quando comparada à análise foliar em laboratório. O tempo gasto com a coleta das folhas,
remessa para o laboratório e posterior análise nutricional é em sua maioria superior a 20 dias,
dependendo do laboratório escolhido. A diferença entre a detecção da deficiência de S pelo
equipamento e pela análise foliar foi de 15 dias, período que influencia diretamente na tomada
de decisão da adubação corretiva.
O equipamento mostrou-se capaz de identificar a „fome oculta‟ das mudas, ou seja, ele
detectou a deficiência antes da redução na produção de massa de matéria seca. A diagnose
foliar também foi capaz de identificar a deficiência antes, no entanto, deve-se lembrar de que
procedimentos laboratoriais requerem mão de obra qualificada, aparelhos complexos e
reagentes químicos caros. O desenvolvimento de um método que calibre estes procedimentos
laboratoriais a uma metodologia mais simples e rápida, livre de equipamentos e reagentes
dispendiosos, é de grande interesse na área de análise química foliar e avaliação do status
nutricional de plantas (OLIVEIRA et al., 2017), principalmente em grandes culturas, como
eucalipto.
Neste sentido a escolha entre qual método utilizar para a análise nutricional da planta é
importante levar em consideração, o tempo, custo e efetividade do equipamento e da análise
foliar. Ambos apresentam vantagens e desvantagens, porém, na tomada de decisão de
adubação, o tempo é um fator de extrema importância, visto que ele pode interferir
diretamente no aumento ou redução da produção.
4.2. Relação entre a reflectância espectral foliar e a concentração de enxofre foliar
Os distúrbios metabólicos resultantes da deficiência nutricional de S de eucalipto neste
experimento levaram a uma redução do conteúdo de clorofila foliar e consequentemente a
uma alteração da cor da folha, aumentando a reflectância foliar das mudas. Estas condições
são claramente ilustradas nas (Figuras 2, 3 e 4). Plantas deficientes em S tem menor
23
quantidade de clorofila do que plantas bem nutrida, uma vez que a concentração de clorofila
da folha reduz linearmente à medida que a concentração de S da folha diminui (MASONI;
ERCOLI; MARIOTTI, 1996).
Nas plantas bem nutridas, a concentração de S foliar diminuiu ligeiramente de acordo
com a idade da planta, com comportamento semelhante as com deficiência até aos 15 DAT
(Figuras 4b). Embora a concentração de S das folhas tenha diminuído linearmente ao longo do
experimento, somente aos 45 dias DAT a análise nutricional das folhas foi capaz de detectar a
deficiência de S nas mudas de eucalipto, ou seja, quando foi verificado diferença entre as
plantas em omissão e controle (Figura 4b). O comportamento entre a concentração de S foliar
e a posição do ponto de inflexão (IPP) foram semelhantes, uma vez que até os 15 DAT a
posição do ponto de inflexão também apresentou comportamento semelhante entre as plantas
com e sem omissão de S (Figuras 4). Aos 30 dias, foi possível identificar diferença entre os
tratamentos (Figura 4a), visto que a deficiência de S alterou a reflectância das mudas com
deficiência, deslocando o ponto de inflexão para comprimentos de ondas mais curtos (±700
m). Este resultado é consistente com vários relatos que confirmaram que os distúrbios
metabólicos resultantes de deficiência nutricionais levaram a redução do conteúdo de clorofila
foliar com consequente alteração da cor da folha e aumento da reflectância em todo o espectro
visível, e deslocamento do IPP em direção a comprimentos de onda mais curtos (MARIOTTI;
ERCOLI; MASONI, 1996; ZHAO et al., 2005; ZHAO et al., 2007; PACUMBABA & BEYL,
2011). Portanto, o ponto de inflexão centrado em ±700 m pode ser usado para detectar
deficiências de S em plantas de E. urophylla. Respostas espectrais em comprimentos de onda
próximos de 700 m podem ser parcialmente explicadas pela redução da absorção da
clorofila, indicando que o estresse foi suficiente para inibir a produção de clorofila e assim
aumentar a reflectância (CHAPPELLE KIM MCMURTREY, 1992; JORGENSEN;
CHRISTENSEN; BRO, 2007). A concentração de clorofila é geralmente um indicador de
estresse nutricional e estágio de desenvolvimento (senescência) da planta (CURRAN
DUNGAN GHOLZ, 1990, FILLELA & PENUELAS, 1994). A sensibilidade da reflectância à
clorose induzida pelo estresse é alta na faixa de 690-700 m (CARTER, 1993) onde ocorre o
deslocamento da borda vermelha para comprimentos de onda mais curtos devido a menores
concentrações de clorofila e aumento da reflectância (PACUMBABA & BEYL, 2011).
Na Figura 4b é importante observar que a concentração do S sofreu pouca variação ao
longo do período avaliado (90 dias). Por outro lado, o comportamento espectral foliar foi
influenciado pela idade cronológica das mudas (Figura 4a). Mudanças no comportamento
24
espectral influenciadas pela idade cronológica das plantas também foram observadas por
ERCOLI et al. (1993) e FILLELA & PENUELAS, (1994). É bem conhecido que a
maturidade das plantas pode ter um efeito sobre a reflectância foliar, geralmente as folhas
mais velhas têm uma reflectância muito maior do que as folhas jovens, o que resulta no
deslocamento do IPP para comprimentos de ondas menores (AYALA-SILVA & BEYL,
2005). No entanto, ainda na Figura 4 é possível observar que nas plantas maduras do controle,
o IPP deslocou-se para comprimentos de onda mais longos, esse mesmo comportamento foi
observado em folhas maduras de ervilha por Horler, Barber, Barringer (1980). Isso indica que
o IPP fornece relações com fatores de desenvolvimento das plantas, como maturidade da
folha, sendo altamente sensível para detectar leves mudanças na clorofila e determinar o
estresse sofrido pela planta de forma prematura (HORLER; DOCKRAY; BARBER, 1983).
Contudo nem sempre se pode dizer que o deslocamento do espectro para comprimentos de
onda mais curtos é característica de plantas estressadas, mas sim uma inibição do
deslocamento normal para comprimentos de ondas mais longos (MILTON; EISWERTH;
AGER, 1991).
As variáveis morfológicas, H, DC, MSR, MSC, MSF, MSPA, MST foram
influenciadas pela deficiência de S somente a partir dos 75 dias após a omissão do nutriente
em questão (Tabela 1, figura 3). Enquanto o aparelho detectou a deficiência as 30 DAT, o que
demonstra que o aparelho é capaz de identificar a deficiência do S antes do comprometimento
de características morfológicas das plantas (Figura 4a).
As análises de regressão linear múltipla e de correlação simples indicaram que os
valores de reflectância foliar estimados pelo aparelho (mini espectrômetro) e pela MSPA
estavam estreitamente correlacionados com as concentrações de S nas folhas de E. urophylla
(r2 = 0,99) (Tabela 4, figura 5). A Tabela 4 mostra a regressão linear múltipla ajustada para
um conjunto de dados observados dependentes, o IPP e MSPA, usando uma combinação
linear de variáveis independentes, a concentração de todos os nutrientes. Em geral, observou-
se que o R2
da MSPA foi superior ao R2
do IPP, isso significa que a MSPA correlacionou
melhor com a concentração dos nutrientes do que o IPP, entretanto é possível perceber que o
Ponto de Inflexão também apresenta uma relação boa com o estado nutricional da planta.
O S apresentou uma correlação negativa com IPP, indicando que quanto maior a
concentração de S nas folhas diagnóstico de eucalipto, possivelmente maior teor de clorofila e
menor a intensidade do pico do ponto de inflexão (menor reflectância na região do visível)
(BUSCHMANN & NAGEL, 1993). Em estudo com diversas culturas anuais, constatou-se
que a concentração de clorofila correlacionou linearmente com a posição da borda vermelha,
25
contudo o mesmo não aconteceu com a concentração de S nas folhas (MASONI; ERCOLI;
MARIOTTI, 1996). Os erros padronizados dos valores estimados de IPP e MSPA juntamente
com os coeficientes de correlação (r) entre os valores de IPP e de MSPA observados e
estimados (Figura 5), foram utilizados para a comparação dos modelos de regressão linear
múltipla. Na dispersão dos valores estimados e observados os pontos tenderam a se agrupar ao
longo de linhas próximas à linha de 45° tangente (AL-ALAWI; ABDUL-WAHAB;
BAKHEIT, 2008), indicando que não houve superestimação ou subestimação dos dados, com
o erro tendendo a zero, ou seja, o modelo ajustado para IPP e MSPA apresenta alta correlação
(r=0,99) entre valores estimados pelo aparelho (mini espectrômetro) com a concentração de
nutrientes observados, obtidos através de procedimentos de análises laboratoriais (Figura 5).
Isto reforça que dentro das condições estudadas IPP e MSPA podem ser usados como
ferramentas de precisão para detectar a concentração de nutrientes em de mudas de E.
urophylla, sendo comparável aos resultados obtidos em laboratórios. Embora variações nas
concentrações de nutrientes, produção de biomassa e propriedades espectrais se sobrepuseram
(Tabela 1 e 4, figuras 3 e 4) é evidente a importância da reflectância espectral para uso como
ferramenta diagnóstica de estresse nutricional (PACUMBABA & BEYL, 2011) sobretudo em
espécies florestais.
4.3. Crescimento das plantas em resposta a deficiência de enxofre
A deficiência de S não alterou a concentração dos demais nutrientes nas mudas de
eucalipto (Tabela 2), portanto, os sintomas de deficiência e as modificações morfológicas e
fisiológicas observadas nas plantas foram causados apenas pelo nutriente deficiente. Isto
sublinha a importância do S para o crescimento inicial do Eucalyptus urophylla. Por outro
lado, a literatura afirma que a deficiência de um dado nutriente pode causar desordens
bioquímicas modificando a concentração de outros elementos. E os sintomas morfológicos e
fisiológicos de deficiência geralmente não ocorrem pela deficiência de um único elemento,
mas sim pela deficiência combinada de vários nutrientes. (MASONI; ERCOLI; MARIOTTI,
1996). Os sintomas de deficiência visual de nutrientes podem ser uma ferramenta de diagnose
muito poderosa para avaliar o estado nutricional das plantas (AYALA-SILVA & BEYL
2005). A clorose em folhas novas foi o primeiro sintoma visual de carência de S observado
nas mudas de eucalipto, aos 28 dias após aplicação dos tratamentos (Figura 2). Sintomas de
deficiência de S nos estádios iniciais de crescimento também foram observados em milho por
Masoni; Ercoli e Mariotti, (1996). O S está intimamente envolvido na organização da clorofila
26
na lamela do cloroplasto (RODRIGUES, 2002), assim sua deficiência pode levar a redução da
clorofila e causar clorose generalizada nas folhas mais jovens, um dos sintomas típicos de
deficiência de S por ser um nutriente de baixa mobilidade na planta. Deficiência de S causa
decréscimo nos conteúdos de clorofila e ribulose-1,5 bisfosfatocarboxilase/oxigenase
(Rubisco), inibição aa síntese de proteínas, redução da fotossíntese e do crescimento das
plantas (MASONI; ERCOLI; MARIOTTI, 1996, RESURRECCION et al., 2001). Os
resultados obtidos neste trabalho são similares aos observados em Eucalyptus globulus, E.
urophylla e E. grandis (ALFENAS et al., 2009), em cedro-australiano (MORETTI et al.,
2011), ipê-roxo (Tabebuia impetiginosa) (SOUZA; VENTURIN; MACEDO, 2006) e
cerejeira (Amburana Acreana) (VIEIRA et al., 2011). Contudo, a omissão do S não causou
sintomas visuais de deficiência em plantas de Eucalyptus citriodora (MAFFEIS et al., 2000) e
pouco afetou o tamanho das plantas e o desenvolvimento das raízes em plantas de cedro rosa
(Cedrela odorata L) (LOCATELLI; MACEDO; VIEIRA, 2006).
A ausência do S também reduziu o crescimento e a produção de biomassa total das
plantas de eucalipto, o caule mostrou-se mais delgado, o sistema radicular reduzido e com
crescimento em altura afetado pelo atrofiamento do ápice das mudas, quando comparado com
as mudas sob solução nutritiva completa (Figura 2 e 3, Tabela 1). A limitação da produção de
biomassa sob omissão de S foi atribuída principalmente à redução do número de folhas
(Figura 2) e consequentemente menor área foliar, o que levou a menor taxa fotossintética e
menor produção de biomassa. Taxas fotossintéticas foliares estão diretamente associadas à
produção de massa de matéria seca vegetal (ZHAO et al., 2005). A omissão do S da solução
nutritiva não resultou em alterações imediatas na altura, diâmetro do coleto e na produção de
MSR, MSF, MSPA e MST das mudas de eucalipto em relação ao controle. Foi possível
identificar redução dessas variáveis apenas aos 75 dias após a aplicação dos tratamentos
(DAT) (Tabela 1, figura 3). Isso pode ter ocorrido devido ao fornecimento desse nutriente
através da solução completa durante 35 dias na fase de adaptação, o que pode ter sido
suficiente para o crescimento inicial das plantas, e, ou as plantas terem recebido quantidades
satisfatórias desse nutriente na adubação de viveiro. Esses dados assemelham-se aos
observados no crescimento inicial de Swietenia macrophylla (WALLAU et al., 2008) e de
Eucalyptus citriodora (MAFFEIS et al., 2000) sob omissão de enxofre.
As reduções das variáveis, H, DC, MSR, MSF, MSPA, MST, 75 dias após a omissão
de S mostram que este é um nutriente importante no desenvolvimento inicial das plantas de E.
urophylla. Como S é constituinte essencial das proteínas e está intimamente envolvido na
organização da clorofila, Rubisco, além de ser componente da ferrodoxina, todas envolvidas
27
no processo da fotossíntese, sua deficiência restringe a capacidade fotossintética e
consequentemente a produção de biomassa e o crescimento da planta (RESURRECCION et
al., 2001; RODRIGUES, 2002; VIEIRA; WEBER; SCARAMUZZA, 2016). A produção de
biomassa foliar é uma das características que influenciam no desenvolvimento da parte aérea
e na sobrevivência das plantas no campo, sendo que quanto maior a MSF, maior a capacidade
fotossintética e maior vigor das mudas (VIEIRA; WEBER; SCARAMUZZA, 2016).
5. CONCLUSÃO
A reflectância foliar poder ser utilizada para detectar a deficiência de S em folhas de
eucalipto.
A deficiência de enxofre causou alterações nas concentrações de nutrientes, nas
propriedades morfológicas e fisiológicas das plantas de Eucalyptus, que refletiram nas
mudanças das propriedades espectrais foliares da espécie em questão.
O equipamento detectou a deficiência de enxofre apresentando resultados semelhantes
à diagnose foliar.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Em geral, o estresse nutricional causado devido a deficiência de S levou a redução a
concentração do nutriente na planta, seguido de redução no conteúdo de clorofila foliar e o
que levou ao aumento na reflectância na gama VI e IR refletindo diminuição no crescimento
biomassa total. A posição do ponto de inflexão mudou para comprimentos de onda mais
curtos com deficiências de S. Muitas mudanças nas propriedades espectrais podem ocorrer,
dependendo da interação entre as deficiências de um determinado mineral e o nível de
deficiência. Assim, é evidente a importância da reflectância espectral para uso como
ferramenta diagnóstica para o estresse nutricional. Contudo, em geral os resultados do
experimento indicam que há necessidade de mais pesquisas utilizando mini espectrômetro
para determinar deficiências nutricionais em culturas como eucalipto. Embora a determinação
deficiências nutricionais específicos possa requerer refinamento e análise dos dados
espectrais, medições de refletância usando o mini espectrômetro pode ser uma poderosa
técnica não destrutiva para detectar deficiências minerais precoces na cultura do eucalipto se a
deficiência do elemento específico é conhecida, mas a diferenciação entre os nutrientes
individuais pode ser difícil.
28
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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33
8. APÊNDICE
- ROTINA NO SOFTWARE ESTATÍSTICO R
#Leitura do pacote utilizado para o filtro de alisamento de Savitzky-Golay.
library("signal")
#Leitura do arquivo e procedimento de alisamento dec (decimal), header (cabeçalho)
#OBS: o arquivo está disposto em coluna
An <- read.csv("arquivo.csv",sep = ";",dec = ".", header = T)
An<- t(An)
arquivo1<-as.matrix(A1)
# Savitzky-Golay
Ansg<- t(apply(arquivo1,1,sgolayfilt,p=2,n=111,m=1))
Ansg <- t(A1sg)
#para salvar o arquivo
write.csv(Ansg, file = "nome_dado_ao_arquivo.csv")
Filtro de alisamento Savitzky-Golay
t(apply(matrizdosespectros,1,sgolayfilt,p=2,n=111,m=1))
Onde:
Matrizdoespectro: arquivo para o procedimento
sgolayfilt: filtro de alisamento
p: grau do polinômio a ser adotado
n: janela de dados
m: suavização (0), ou n derivadas do espectro.