Ilex paraguariensis silviculture : nutrition and planting density in a new cultivation system

Abstract

Resumo: Apesar de sua importância econômica, ecológica e social, a silvicultura da erva-mate ainda carece de informações importantes e alternativas aos sistemas tradicionais de produção de biomassa. Neste trabalho, tivemos por objetivo desenvolver um novo sistema de cultivo de erva-mate com alta densidade de plantio e adequada fertilização com nitrogênio; dividimos nosso estudo em 3 capítulos, que estão descritos a seguir. O primeiro capítulo é uma revisão sistemática de estudos com densidade de plantio em espécies florestais em que discutimos e demos uma visão geral d os estudos nas últimas décadas para entender como a densidade de plantio pode influenciar o crescimento e a produtividade dos povoamentos florestais. Em nossas buscas, não encontramos estudos com povoamentos de alta densidade de erva-mate, indicando a falta de conhecimentos na área. No segundo e terceiro capítulos, expusemos os resultados de um experimento de campo implantado em 2018 em General Carneiro, PR. O ensaio de campo foi estabelecido em esquema fatorial duplo com 3 densidades de plantio (9.090, 13.333 e 25.000 plantas ha-1) e 5 doses de nitrogênio (0%, 50%, 100%, 200% e 300% da dose recomendada de N) avaliado em 5 colheitas subsequentes realizadas de maio de 2019 a maio de 2021 com períodos de rotação reduzidos. No segundo capítulo, avaliamos a biomassa total (por hectare e por planta) de folhas jovens e maduras. No terceiro capítulo, avaliamos a atividade antioxidante e os teores de compostos fenólicos totais e metilxantinas (cafeína e teobromina) em folhas jovens e maduras. O aumento da densidade de plantio aumentou a biomassa total do povoamento, embora os teores de biomassa individual e compostos bioquímicos não tenham apresentado alterações significativas. O maior rendimento em biomassa total foi obtido com 25.000 plantas ha-1 e dose de 200% N - 1.792 kg ha-1 em janeiro de 2021. No tratamento de alta densidade (25.000 plantas ha-1), observou-se uma demanda expressiva de fertilização com N, com maiores produtividades nos tratamentos com maior disponibilidade de N. Considerando os compostos bioquímicos, a densidade de plantio e as doses de N influenciaram a atividade antioxidante, os compostos fenólicos totais e os teores de metilxantinas, embora não tenha havido uma resposta linear. Houve influência significativa das épocas de colheita e da idade das folhas em nossos resultados bioquímicos, indicando que outros fatores ambientais podem influenciar os metabólitos secundários da ervamate até 2 anos após o plantio. Nossos resultados demonstram o potencial da ervamate para o manejo em povoamentos de alta densidade, com períodos de rotação reduzidos e manejo adequado de nutrientes para a produção de altos volumes de biomassa.

Abstract: Despite its economic, ecological, and social importance, yerba mate silviculture still lacks important information and alternatives to the traditional leaves production systems. In this study, we aimed to develop a new cultivation system for yerba-mate with a high planting density system and adequate nitrogen fertilization; we divided our study into three chapters, which are described below. The first chapter is a systematic review of studies with planting density in forest species; we discussed and gave an overview of how far we have gone in the last decades to understand how planting density may influence the growth and yield of forest stands. In our searches, we did not find studies with high-density stands of yerba mate, indicating the lack of knowledge in this field. In the second and third chapters, we exposed the results of a field experiment established in 2018 in General Carneiro, PR, Brazil. The field trial was established in a double factorial scheme with 3 planting densities (9,090, 13,333, and 25,000 plants ha-1) and 5 N doses (0 %, 50 %, 100 %, 200 %, and 300 % of the recommended N dose) evaluated over 5 subsequent harvests performed from May 2019 to May 2021 in a reduced rotation period. In the second chapter, we evaluated total biomass (per hectare and per plant) of young and mature leaves. In the third chapter, we evaluated the antioxidant activity and total phenolic compounds and methylxanthines (caffeine and theobromine) contents in young and mature leaves. Increasing planting density increased stand total biomass, although individual biomass and biochemical compounds contents did not present significant changes. The highest yield in total biomass was obtained with 25,000 plants ha-1 and 200 % N dose - 1,792 kg ha-1 in January 2021. In the high-density treatment (25,000 plants ha-1), we observed an expressive demand of plants in N fertilization, with higher yields in treatments with higher N availability. Considering the biochemical compounds, planting density and N doses influenced antioxidant activity, total phenolic compounds, and methylxanthines contents, although there was not a linear response. There was a significant influence of harvest seasons and leaf age on our biochemical results, indicating that other environmental factors may influence yerba mate secondary metabolites until 2 years after planting. Our results demonstrate the potential of yerba mate to be managed in high-density stands, with reduced rotation periods and adequate nutrient management for high volume biomass production.