ABSTRACT This review article analyzed studies on nitrate leaching in an agricultural context, specifically comparing nitrate leaching between conventional and no-tillage systems, and also investigated the trends in research regarding this topic across two decades (2001-2011 and 2012-2022), both globally and in Brazil. The number of global studies focused on nitrate leaching during both decades varied across the analyzed databases, whereas Brazilian researches were scarce. Notably, the research on nitrate leaching in the no-tillage system was scarce overall, both globally and particularly in Brazil. Nevertheless, the global interest in agriculture-associated nitrate leaching increased between 2001-2011 and 2012-2022, as evidenced by the increasing number of publications across all the databases. In addition, the number of global studies on nitrate leaching in the no-tillage system increased during the last two decades, although this interest has not been emulated in Brazil. Among the 22 analyzed articles, 13 supported the no-tillage system as a strategy to reduce nitrate leaching, when compared to conventional tillage; 6 showed no significant difference between both systems; and 3 detected a reduction in leaching in the conventional tillage.

RESUMO Esta revisão de literatura avaliou estudos sobre lixiviação de nitrato que foram realizados em contexto agrícola, especificamente comparando a lixiviação entre manejo convencional e plantio direto, bem como tendências de pesquisa sobre esse tema no Brasil e no mundo, ao longo de duas décadas (2001-2011 e 2012-2022). O número de estudos no mundo com foco na lixiviação de nitrato durante ambas as décadas variou entre os bancos de dados analisados, enquanto as pesquisas no Brasil foram escassas. Notavelmente, a pesquisa sobre lixiviação de nitrato em plantio direto foi escassa no mundo todo e, particularmente, no Brasil. No entanto, o interesse mundial na lixiviação de nitrato associado à agricultura aumentou entre 2001-2011 e 2012-2022, fato evidenciado pelo aumento no número de publicações em todas as bases de dados. Além disso, o número de estudos ao redor do mundo sobre lixiviação de nitrato em plantio direto aumentou nas duas últimas décadas, embora esse interesse não tenha se refletido no Brasil. Entre os 22 artigos analisados, 13 apoiam o uso do plantio direto como estratégia para reduzir a lixiviação de nitrato, em comparação com o plantio convencional; 6 não apontaram diferença significativa entre os sistemas; e 3 detectaram redução da lixiviação em plantio convencional.

RESUMO A baixa disponibilidade de fósforo (P) é um fator limitante para o crescimento de plantas no Cerrado Brasileiro, onde a difusão do P é baixa e o solo tem grande capacidade de fixação do P por óxidos de ferro e alumínio. Nesse estudo foi investigado a variação da absorção de P por diferentes cultivares de algodão cultivados em solo proveniente da região do Cerrado. Foi conduzido um experimento de casa de vegetação em delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 17, dois tratamento com P (baixo P = 20 mg kg-1 e alto P = 120 mg kg-1) e 17 cultivares de algodão. As plantas foram cultivadas em vasos com um solo marcado com o radioisótopo 32P. Houve variação genética para eficiência uso de P entre cultivares de algodão. O tratamentos com P influenciaram significativamente a matéria seca da parte aérea, acúmulo de P, atividade específica do 32P, valor L e valor L descontando o P proveniente das sementes. A análise multivariada classificou os cultivares de algodão em grupos distintos e homogêneos internamente. Os resultados desse trabalho sugerem que pode-se selecionar cultivares de algodão mais eficientes em absorver e utilizar P em solos com baixa disponibilidade de P para as plantas. Os cultivares FMT 523, FM 910 e CNPA GO 2043 foram os mais responsivos a adubação fosfatada, enquanto que os cultivares Barbadense 01, FM 966LL, IPR Jataí, BRS Aroeira e BRS Buriti foram os mais eficientes na utilização de P.

ABSTRACT Low soil phosphorus (P) is a limiting factor for plant growth in the Brazilian savannah, where P diffuses slowly and has a high fixation rate in soil (as Al-P and Fe-P). In this study, we investigated the variation in P uptake by different cotton cultivars grown in savannah soil. We conducted a greenhouse experiment using a fully factorial 2 x 17 randomized design with two P treatments (low P = 20 mg kg-1 and high P = 120 mg kg-1) and 17 cotton cultivars. The plants were potted in Acrisol soil labeled with radioisotope 32P. There was genetic variation in the P use efficiency among the cotton cultivars. The P treatments significantly influenced the dry weight of shoots (DWS), P accumulation, the specific activity of 32P, and the L-value (both the standardized and L-values discounted the P present in the cottonseed). Hierarchical clustering analysis classified the cotton cultivars into distinct, internally homogeneous clusters. Our results suggest that cotton cultivars could be selected to maximize P absorption efficiency in conditions of low plant-available P. The cultivars FMT 523, FM 910 and CNPA GO 2043 were the most responsive to P fertilization, while Barbadense 01, FM 966LL, IPR Jataí, BRS Aroeira and BRS Buriti were most efficient at absorbing plant-available P.

As perdas de nitrato no perfil do solo por lixiviação devem ser monitoradas preferencialmente em ocasiões de altas precipitações pluviométricas e irrigações quando o uso de insumos nitrogenados é elevado. Foi utilizado o balanço hídrico climatológico empregando os modelos de Thornthwaite e Penman Monteith na obtenção da estimativa de evapotranspiração potencial para calcular os fluxos de drenagem de água abaixo da zona de raiz em lavoura de café fertirrigada. A extração da solução do solo a uma profundidade de 1 m permitiu o cálculo do nitrato lixiviado. A concentração de nitrato na solução do solo nas parcelas que receberam 400 kg ha-1 de nitrogênio foi em média 5,42 mg L-1, ultrapassando o limite da legislação brasileira de 10,0 mg L-1 em apenas um mês. Para as parcelas em que se aplicaram 800 kg ha-1 de nitrogênio, o valor médio foi de 25,01 mg L-1, que é 2,5 vezes maior do que o limite supraindicado. Essa informação mostra que doses de nitrogênio superiores a 400 kg ha-1 são potencialmente poluidoras de águas subterrâneas. Os montantes anuais de lixiviação de nitrato foram 24,2 e 153,0 kg ha-1 para aplicações de 400 e 800 kg ha-1 de nitrogênio, respectivamente. Essa perda seis vezes maior em ralação à menor aplicação indica um problema de custo/beneficio em fertirrigações acima de 400 kg ha-1.

Nitrate losses from soil profiles by leaching should preferentially be monitored during high rainfall events and during irrigation when fertilizer nitrogen applications are elevated. Using a climatologic water balance, based on the models of Thornthwaite and Penman Monteith for potential evapotranspiration, drainage soil water fluxes below the root zone were estimated in a fertigated coffee crop. Soil solution extraction at the depth of 1 m allowed the calculation of nitrate leaching. The average nitrate concentration in soil solution for plots that received nitrogen by fertigation at a rate of 400 kg ha-1, was 5.42 mg L-1, surpassing the limit of the Brazilian legislation of 10.0 mg L-1, only during one month. For plots receiving 800 kg ha-1 of nitrogen, the average was 25.01 mg L-1, 2.5 times higher than the above-mentioned limit. This information indicates that nitrogen rates higher than 400 kg ha-1 are potentially polluting the ground water. Yearly nitrate amounts of leaching were 24.2 and 153.0 kg ha-1 for the nitrogen rates of 400 and 800 kg ha-1, respectively. The six times higher loss indicates a cost/benefit problem for coffee fertigations above 400 kg ha-1.

O nitrogênio possui uma dinâmica complexa no sistema solo-planta-atmosfera. Considerando o elevado custo dos adubos, é fundamental o desenvolvimento de manejos da adubação nitrogenada que visem ao melhor aproveitamento do N pelas culturas, como é o caso da fertirrigação e o mínimo impacto ambiental. Balanços hídricos e a lixiviação de N derivado do fertilizante são apresentados para um cafezal sob fertirrigação com uréia marcada com 15N no oeste baiano, em três cenários para um ciclo da cultura 2008/2009: i) precipitação + irrigação no ano inteiro, ii) apenas precipitação; e iii) precipitação + irrigação apenas na estação seca. Nos balanços hídricos os componentes ascensão capilar e escoamento superficial foram considerados nulos por se tratar de solo arenoso em declive praticamente nulo, com lençol freático profundo. A irrigação foi realizada por pivô-central e no balanço hídrico o volume de controle considerou a camada 0 - 1 m responsável pela disponibilidade de água pela cultura. A água drenada abaixo de 1 m foi considerada para os cálculos da lixiviação do nitrogênio do fertilizante. O balanço hídrico utilizado calculou a evapotranspiração baseado no modelo matemático de Penman-Monteith, considerando um coeficiente de cultura unitário. Foi possível verificar que a alta quantidade de N, associada precipitação concentrada são os grandes responsáveis pela lixiviação, cujos valores foram 14,7 e 104,5 kg ha-1 de N do fertilizante para as doses de 400 e 800 kg ha-1 de N aplicadas na forma de uréia, correspondendo a 3,7 e 13,1 % da quantidade total do fertilizante aplicado.

Nitrogen has a complex dynamics in the soil-plant-atmosphere system. N fertilizers are subject to chemical and microbial transformations in soils that can result in significant losses. Considering the cost of fertilizers, the adoption of good management practices like fertigation could improve the N use efficiency by crops. Water balances (WB) were applied to evaluate fertilizer N leaching using 15N labeled urea in west Bahia, Brazil. Three scenarios (2008/2009) were established: i) rainfall + irrigation the full year, ii) rainfall only; and iii) rainfall + irrigation only in the dry season. The water excess was considered equal to the deep drainage for the very flat area (runoff = 0) with a water table located several meters below soil surface (capillary rise = 0). The control volume for water balance calculations was the 0 - 1 m soil layer, considering that it involves the active root system. The water drained below 1 m was used to estimate fertilizer N leaching losses. WB calculations used the mathematic model of Penman-Monteith for evapotranspiration, considering the crop coefficient equal to unity. The high N application rate associated to the high rainfall plus irrigation was found to be the main cause for leaching, which values were 14.7 and 104.5 kg ha-1 for the rates 400 and 800 kg ha-1 of N, corresponding to 3.7 and 13.1 % of the applied fertilizer, respectively.

A cultura de cafeeiro, conduzida via fertirrigação por pivô-central, pode provocar perdas por drenagem profunda nas áreas irrigadas. Este trabalho analisa estas perdas para o caso de cultura de cafeeiro, conduzida em alto padrão tecnológico de fertirrigação por pivô central, estabelecida no oeste baiano, sobre planície de solo arenoso. Este estudo é uma tentativa de estimar, por meio do balanço hídrico climatológico (BHC), obtido a partir de dados meteorológicos e medidas físicas das características do solo, a perda por drenagem profunda (Q), com uso de pivô central em cultura de cafeeiro fertirrigada. O estudo visa a contribuir para o conhecimento do regime hídrico destas culturas manejadas por irrigação com pivô central, utilizando-se para isso três cenários (Sc) distintos de regime hídrico, durante o período de um ano do ciclo da cultura de cafeeiro: i) apenas precipitação; ii) precipitação + irrigação no ano inteiro; e iii) precipitação + irrigação apenas na estação seca. Os valores estimados de Q foram: Sc i = 811,5 mm; Sc ii = 1010,5 mm; e Sc iii = 873,1 mm, sendo que o corte da irrigação no período chuvoso (Sc iii) reduziu Q em 15,7% e não afetou o aparecimento de períodos de défices. Por meio do BHC, com a utilização de parâmetros climatológicos e medidas físicas da característica do solo, foi possível fazer a estimativa da drenagem profunda do solo em estudo.

Coffee cultivation via central-pivot fertigation can lead to fertilizer losses by soil profile internal drainage when water application is excessive and soils have low water retention and cation adsorption capacities. This study analyses the deep water losses from the top 1 m sandy soil layer of east Bahia, Brazil, cultivated with coffee at a high technology level (central-pivot fertigation), using above normal N fertilizer rates. The deep drainage (Q) estimation is made through the application of a climatologic water balance (CWB) program having as input direct measures of irrigation and rainfall, climatological data from weather stations, and measured soil water retention characteristics. The aim of the study is to contribute to the understanding of the hydric regime of coffee crops managed by central-pivot irrigation, analyzing three scenarios (Sc): i) rainfall only, ii) rainfall and irrigation full year, and iii) rainfall and irrigation dry season only. Annual Q values for the 2008/2009 agricultural year were: Sc i = 811.5 mm; Sc ii = 1010.5 mm; and Sc iii = 873.1 mm, so that the irrigation interruption in the wet season reduced Q by 15.7%, without the appearance of water deficit periods. Results show that the use of the CWB program is a convenient tool for the evaluation of Q under the cited conditions.

A utilização de balanços hídricos climatológicos em substituição aos balanços hídricos completos e medidos diretamente no campo permite um manejo da cultura de forma mais prática, pois os balanços hídricos climatológicos se baseiam em dados coletados rotineiramente. Foi feita comparação entre estes balanços em termos de estimativas de evapotranspiração, armazenamento de água no solo, capacidade de água disponível, perdas por escoamento superficial e drenagem profunda, por um período de dois anos, tomando como exemplo a cultura de café, variedade Catuaí, de três a cinco anos de idade. Os balanços hídricos climatológicos baseados na estimativa da evapotranspiração pelos métodos de Thornthwaite e Penman-Monteith substituem razoavelmente as medidas de campo, porém subestimando as variáveis mencionadas.

The use of climatological water balances in substitution to complete water balances directly measured in the field allows a more practical crop management, since the climatological water balances are based on data monitored as a routine. This study makes a comparison between these methods in terms of estimatives of evapotranspiration, soil water storage, soil available water, runoff losses, and drainage below root zone, during a two year period, taking as an example a coffee crop of the variety Catuaí, three to five years old. Climatological water balances based on the estimation of the evapotranspiration through the methods of Thornthwaite and Penman-Monteith, can reasonably substitute field measured balances, however underestimating the above mentioned variables.

O estabelecimento de balanços hídricos no campo é difícil e dispendioso, sendo a variabilidade de seus componentes o maior problema para se obter resultados confiáveis. Esta variabilidade dos componentes é aqui apresentada para uma cultura de café desenvolvida no hemisfério sul, em um solo tropical com 10% de declividade. Foi observado que a chuva deve ser medida com número apropriado de repetições; a irrigação pode introduzir grande variabilidade dos cálculos; a evapotranspiração calculada a partir da equação do balanço hídrico tem coeficientes de variação muito altos; o componente armazenamento de água no solo é o que mais contribui na propagação dos erros; e que a enxurrada pode ser satisfatoriamente controlada nesse declive de 10% por meio de práticas de manejo.

Establishing field water balances is difficult and costly, the variability of their components being the major problem to obtain reliable results. This component variability is presented herein for a coffee crop grown in the Southern Hemisphere, on a tropical soil with 10% slope. It was observed that: rainfall has to be measured with an appropriate number of replicates; irrigation can introduce great variability into calculations; evapotranspiration, calculated as a remainder of the water balance equation, has exceedingly high coefficients of variation; the soil water storage component is the major contributor in error propagation calculations to estimate evapotranspiration; and that runoff can be satisfactorily controlled on the 10% slope through crop management practices.