Valorisation and increased use efficiency of animal manures for the fertilisation of orchards and vineyards

Doutoramento em Uso Sustentável da Terra - Especialidade: Engenharia Agronómica. Universidade de Lisboa, Instituto Superior de Agronomia

Current agricultural systems face challenges to increase agricultural production while minimising environmental impacts. In this thesis, two approaches were suggested to address these challenges: the replacement of mineral fertilisers (MF) with manures and the adoption of variable-rate (VR) application of manures. In an apple orchard field experiment, mineral nitrogen (N) fertilisation was partially replaced with two different solid manures, a non-treated slurry and an acidified slurry, over a three-year period. The control (CTRL) was the conventional scenario of exclusively applying MF. Fruit quality and overall crop performance were not affected by replacing almost 60% of MF with manures, except replacement with cattle manure which decreased crop productivity compared with CTRL. Replacement with manures/slurries increased soil organic carbon (24-61% relative to CTRL), soil nutrient content, and ꞵ-glucosaminidase activity (22-64% relative to CTRL). Cattle slurry was the most suitable substitute for MF, as it resulted in the same global warming potential (GWP) and crop yield as the CTRL. In the vineyard, spatial variability was surveyed using remotely obtained data, allowing the delineation of management zones and the implementation of VR within the study area (6.77 ha). Subsequently, pig slurry (PgS) was applied using VR technique in soils with varying soil phosphorus (P) content, at lab-scale. PgS was found to be as effective as a mineral P fertiliser (superphosphate, SPP) at increasing soil P levels, without increasing the GWP. An exception was PgS application on medium-P soils, which resulted in higher emissions compared with SPP application in the same soil (922 and 698 mg CO2-eq kg-1 soil, respectively). In P-deficient soils, the use of PgS is recommended over SPP, since the slurry was able to sustain soil P levels at an optimal level, as opposed to SPP. The implementation of these practices reduces MF use, increases fertiliser use efficiency and potentially increases crop yield with no added environmental impacts.

Duas abordagens foram avaliadas nesta tese para reduzir os impactos ambientais da atividade agrícola, sem comprometer a produção: a substituição de fertilizantes minerais (FM) por estrumes e chorumes e a adoção da aplicação de fertilizantes a taxa variável. Num pomar de macieiras, dois estrumes e chorume bovino tratado ou não por acidificação substituíram parcialmente a fertilização mineral de azoto (N), ao longo de três anos. A qualidade e produção dos frutos não foram afetados pela substituição de quase 60% dos FM por estrumes, com a exceção de estrume bovino (CsM), que resultou numa menor produtividade em relação ao controlo (CTRL, uso exclusivo de FM). No solo, o uso de estrumes/chorumes aumentou o teor de carbono orgânico (24-61% face ao CTRL) e de nutrientes e a atividade da enzima ꞵ-glucosaminidase (22-64% face ao CTRL). Chorume bovino destacou-se como o substituto mais adequado aos FM, considerando que resultou no mesmo potencial de aquecimento global (GWP) e na mesma produção que o CTRL. Na vinha, a variabilidade espacial foi avaliada com dados remotamente obtidos, o que permitiu o delineamento de zonas de maneio e a aplicação de fertilizantes a taxa variável. À escala laboratorial, chorume suíno (PgS) foi aplicado a taxa variável em solos com diferentes teores de fósforo (P) e observou-se que PgS foi tão eficaz quanto o fertilizante mineral (superfosfato, SPP) a aumentar os níveis de P no solo, sem aumentar o GWP (exceto no solo M). Em solos pobres em P, é preferível o uso de PgS, visto que o chorume conseguiu aumentar ou manter os níveis de P num nível ótimo ao longo do ensaio, ao contrário do SPP. A implementação destas práticas reduz o consumo de FM, aumenta a eficiência dos fertilizantes, e tem potencial para aumentar a produção da cultura sem impactos ambientais adicionais.

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