Weed dynamics in integrated crop-livestock systems in subtropical Brazil

Abstract

Resumo: Foi demonstrado que os Sistemas Integrados de Produção Agropecuária (SIPA), baseados na agricultura de conservação, alteram as comunidades de plantas daninhas e melhoram a produção agropecuária em geral. No entanto, o efeito dos SIPA na infestação de plantas daninhas pode variar de acordo com o arranjo do SIPA e práticas manejo, especialmente na fase pastagem. Além disso, ainda existe uma lacuna no conhecimento a respeito das plantas daninhas em SIPA. A presente tese teve como objetivo examinar a dinâmica de plantas daninhas em SIPA no Brasil Subtropical, em diferentes escalas espaço-temporais de integração de culturas e pecuária, e fertilização de pastagens. O capítulo 1 investigou o impacto de um SIPA, que inclui uma pastagem tropical perene por um período de três anos antes do cultivo de milho, na infestação de plantas daninhas e na produção de milho. Dois sistemas foram comparados, um SIPA e um sistema de rotação baseado em culturas agrícolas, em um experimento de SIPA de quatro anos, onde não há controle químico de plantas daninhas, em Pinhais, PR. Foram avaliadas as condições pré-experimentais da comunidade de plantas daninhas, o banco de sementes, e a ocorrência e interferência de plantas daninhas na quarta safra de verão do experimento. A estratégia de incluir uma pastagem tropical por três anos antes da safra de verão proporcionou redução na infestação e interferência de plantas daninhas no milho. Este arranjo de SIPA altera a composição do banco de sementes no curto prazo, selecionando as plantas daninhas folha larga sobre as gramíneas. O capítulo 2 teve como objetivo avaliar o impacto da adubação nitrogenada na cultura de cobertura hibernal sob pastejo no banco de sementes de plantas daninhas, e o efeito da palhada na flora emergente na safra de verão (feijoeiro), em um experimento de 10 anos do SIPA, em Guarapuava, PR. Para isso, foram testadas quatro doses de adubação nitrogenada (0, 75, 150 e 225 kg N ha-1) e presença / ausência de resíduo no feijoeiro comum - safra 2016/17. Foram avaliados o banco de sementes e a flora emergente ao longo do ciclo do feijoeiro. O tamanho do banco de sementes de plantas daninhas diminuiu fortemente na maior dose de fertilização nitrogenada da cultura de cobertura hibernal sob pastejo. A densidade de plantas daninhas foi afetada pela adubação nitrogenada no inverno e presença de resíduo no início do ciclo da cultura do feijoeiro. O resíduo da cultura de cobertura hibernal sob pastejo é um fator importante para o controle de plantas daninhas em SIPA. O capítulo 3 teve como objetivo avaliar o impacto de um cultivo de arroz tradicional e 4 arranjos de SIPA em terras baixas sobre o banco de sementes de plantas daninhas, em protocolo experimental de 4 anos, localizado em Cristal, RS. O banco de sementes foi avaliado no quarto ano experimental, em três profundidades de solo. Em uma escala temporal de médio prazo, a diversificação em terras baixas por meio de SIPA não afeta o tamanho do banco de sementes de plantas daninhas. Arranjos de SIPA em terras baixas que compreendem a integração de culturas de verão com pastagens hibernais diminuem a proporção de espécies ciperáceas na camada mais superficial do banco de sementes do solo. A diminuição do banco de sementes de arroz vermelho é mais pronunciada nos arranjos de SIPA em terras baixas que contemplam diferentes culturas de verão em rotação integradas a pastagens hibernais. Palavras-chave: integração lavoura-pecuária. controle cultural de plantas daninhas. banco de sementes de plantas daninhas.

Abstract: Integrated crop-livestock systems (ICLS), based on conservation agriculture, have been shown to alter weed communities and enhance overall crop production. However, the effect of the ICLS on weed infestation may vary depending on the ICLS design and management practices, especially in the pasture phase. Additionally, there is still a gap in knowledge regarding weeds in ICLS. The present thesis aimed to examined weed dynamics in ICLS in Subtropical Brazil, in different spatial-temporal scales of crop and livestock integration and pasture fertilization. Chapter1 investigated the impact of an ICLS, which includes a perennial tropical pasture for a period of three years before maize cultivation, on weed infestation and maize yield. Two systems were compared, an ICLS and a crop-based rotation system, in a 4-year non-chemical weed control ICLS experiment, in Pinhais, PR. It was assessed the pre-experimental condition of weed community, the weed seedbank, and the occurrence and interference of weeds in the fourth experimental summer season. The strategy to include a tropical grassland for three years before summer crop provided reduction on weed infestation and weed interference in maize. This integrated crop-livestock system design changes the seedbank composition in the short-term, selecting broadleaf weeds over grasses. Chapter 2 aimed to assess the impact of nitrogen fertilization in winter grazing cover crop on the weed seedbank and the effect of residue on the emerged flora in the summer crop (common bean), in a 10-year ICLS experiment, in Guarapuava, PR. To do so, four nitrogen fertilization rates (0, 75, 150 and 225 kg N ha-1) and the presence/absence of residue on the 2016/17 common bean crop were tested. The weed seedbank and the emerged flora throughout the common bean growing season were assessed. Weed seedbank size strongly decreased in the highest nitrogen fertilization rate of the winter grazing cover crop. Weed density was affected by nitrogen fertilization in winter and presence of residue in common bean early growing season. Grazing cover crop residue is an important factor to weed control in ICLS. Chapter 3 aimed to assess the impact of a traditional paddy field and four lowland ICLS on the weed seedbank, in 4-year ICLS experiment, in Cristal, RS. The weed seedbank was assessed in the fourth experimental year, at three soil depths. In a mid-term temporal scale, the diversification of paddy field through ICLS do not affect weed seedbank size. Lowland ICLS designs that comprises the integration of summer crops with grazing winter cover crops decrease the proportion of Cyperaceae weed species in the topsoil seedbank. The depletion of weedy rice seedbank is more pronounced in lowland ICLS designs that integrates different summer crop in rotation with grazing cover crops. Keywords: crop-livestock integration. cultural weed control. weed seedbank.