Optical crop sensor for variable-rate nitrogen fertilization in corn: II - indices of fertilizer efficiency and corn yield

Abstract

Generally, in tropical and subtropical agroecosystems, the efficiency of nitrogen (N) fertilization is low, inducing a temporal variability of crop yield, economic losses, and environmental impacts. Variable-rate N fertilization (VRF), based on optical spectrometry crop sensors, could increase the N use efficiency (NUE). The objective of this study was to evaluate the corn grain yield and N fertilization efficiency under VRF determined by an optical sensor in comparison to the traditional single-application N fertilization (TSF). With this purpose, three experiments with no-tillage corn were carried out in the 2008/09 and 2010/11 growing seasons on a Hapludox in South Brazil, in a completely randomized design, at three different sites that were analyzed separately. The following crop properties were evaluated: aboveground dry matter production and quantity of N uptake at corn flowering, grain yield, and vegetation index determined by an N-Sensor® ALS optical sensor. Across the sites, the corn N fertilizer had a positive effect on corn N uptake, resulting in increased corn dry matter and grain yield. However, N fertilization induced lower increases of corn grain yield at site 2, where there was a severe drought during the growing period. The VRF defined by the optical crop sensor increased the apparent N recovery (NRE) and agronomic efficiency of N (NAE) compared to the traditional fertilizer strategy. In the average of sites 1 and 3, which were not affected by drought, VRF promoted an increase of 28.0 and 41.3 % in NAE and NRE, respectively. Despite these results, no increases in corn grain yield were observed by the use of VRF compared to TSF.Geralmente, em agroecossistemas tropicais e subtropicais, a eficiência da fertilização nitrogenada para culturas agrícolas anuais é baixa, o que promove variabilidade temporal na produtividade das culturas, perdas econômicas e impacto ambiental. A fertilização à dose variada de nitrogênio (VRF) com base em sensores de culturas por espectrometria óptica pode aumentar a eficiência de uso do nitrogênio (NUE). Este estudo teve o objetivo de avaliar a produtividade do milho e a eficiência da VRF prescrita por um sensor óptico, em comparação com a fertilização à dose uniforme de nitrogênio (TSF). Com este propósito, três experimentos com milho sob sistema plantio direto foram conduzidos durante as safras agrícolas 2008/09 e 2010/11 sobre um Latossolo do sul do Brasil. O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado, com cada local sendo analisado isoladamente. Os seguintes atributos foram avaliados: produção de matéria seca, acúmulo de N na biomassa no pleno florescimento do milho, produtividade de grãos de milho e índice de vegetação (VI) medido pelo sensor óptico N-Sensor® ALS. Independentemente do local investigado, a fertilização nitrogenada incrementou a quantidade de N absorvido pelas plantas, resultando em incremento da produção de matéria seca e da produtividade de milho. Os menores incrementos na produtividade de milho foram observados na área 2, que apresentou déficit hídrico em estádio fenológico crítico. A VRF aumentou a eficiência de recuperação aparente de N (NRE) e a eficiência agronômica do uso de NAE pelo milho. Nas áreas 1 e 3, que não foram interferidas pela restrição hídrica, verificaram-se aumentos de 28,0 e 41,3 % na NAE e NRE, respectivamente, promovido pela VRF, em relação à TSF. Apesar desses resultados, não foi verificado aumento de produtividade do milho pelo uso da VRF, em comparação a TSF.