ABSTRACT Biomass produced in agricultural areas stores energy that can be used, contributing to regional development. Among the widely cultivated agricultural species is oats, destined for the production of not only grains and forage, but also biomass. The objective of this study was to characterize oat biomass in terms of the potential for energy generation considering the genetic and cultivation environment variability. Four field experiments were conducted in the state of Paraná and one in the state of São Paulo, Brazil, with black oat (Avena strigosa) and white oat (Avena sativa) cultivars. At the milky grain stage, plants were collected to quantify the production of shoot biomass and its qualitative variables for energy production and energy potential. Biomass yield varied between cultivars and cultivation sites. The mean higher calorific value was 17.9 MJ Kg-1, varying more between cultivation sites than between cultivars, being inversely proportional to the ash content. The contents of carbon, fixed carbon, volatile materials and nitrogen in the biomass did not vary between oat cultivars. The power generation potential varied widely between cultivars and cultivation sites, from 1557 to 3091 KWh ha-1, influenced mainly by the biomass yield, which overlaps the effects of the variations found in biomass quality. We concluded that oats are a species with high potential for use as an energy product, and the selection of the most productive cultivars regionally is crucial.

RESUMO A biomassa produzida em áreas agrícolas armazena energia que pode ser aproveitada, contribuindo para o desenvolvimento regional. Entre as espécies agrícolas amplamente cultivadas está a aveia, destinada tanto para a produção de grãos e forragem quanto de biomassa. Este trabalho teve por objetivo caracterizar a biomassa da aveia quanto ao potencial de geração de energia considerando a variabilidade genética e de ambiente de cultivo. Para isso, foram conduzidos quatro experimentos a campo no estado do Paraná e um no estado de São Paulo, Brasil, com cultivares de aveia preta (Avena strigosa) e branca (Avena sativa). No estádio de grão leitoso as plantas foram coletadas para quantificar a produção de biomassa aérea e suas variáveis qualitativas para produção de energia e o potencial energético. A produtividade de biomassa variou entre as cultivares e locais de cultivo. A média do poder calorífico superior foi de 17,9 MJ Kg-1, variando mais entre os locais de cultivo que entre as cultivares, e sendo inversamente proporcional ao teor de cinzas. Os teores de carbono, carbono fixo, materiais voláteis e de nitrogênio na biomassa não variaram entre as aveias. O potencial de geração de energia variou amplamente entre cultivares e locais de cultivo, desde 1557 até 3091 KWh ha-1, influenciado principalmente pela produtividade de biomassa, que sobrepõe os efeitos das variações encontradas na qualidade da biomassa. Concluímos que a aveia é uma espécie com elevado potencial para uso como produto energético, sendo determinante a seleção das cultivares mais produtivas regionalmente.

A qualidade do solo em plantio direto está relacionada ao sistema de culturas e pode ser avaliada pelo teor de matéria orgânica particulada (>53 ∝m), em razão da funcionalidade que essa fração proporciona ao solo e à sua sensibilidade às diferenças de manejo. Visando estudar a qualidade do solo em sistemas de culturas em plantio direto, este trabalho foi conduzido em experimento de longa duração (21 anos) em Latossolo Vermelho distrófico típico nos Campos Gerais do Paraná. Seis sistemas de culturas foram avaliados, em que trigo-TR (Triticum aestivum L.), soja-SO (Glycine max L.), milho-MI (Zea mays L.), aveia-preta-AV, para cobertura (Avena strigosa Schreb.), ervilhaca-ER, para cobertura (Vicia villosa Roth); azevém-AZ, para feno (Lolium multiflorum Lam.); ou alfafa-AL, para feno (Medicago sativa L.) compuseram os seguintes sistemas: TR-SO (referência), ER-MI-AV-SO-TR-SO, ER-MI-TR-SO, AV-MI-TR-SO, AZ-MI-AZ-SO e AL-MI (milho a cada três anos). Os estoques de carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e de C e N na matéria orgânica (MO) particulada (>53 µm) e associada aos minerais (<53 µm) foram determinados em 0-5, 5-10 e 10-20 cm. O sistema semiperene AL-MI apresentou os maiores estoques de COT e NT na camada de 0-20 cm (63,6 Mg ha-1 COT e 4,6 Mg ha-1 NT), com incrementos anuais de 0,23 Mg ha-1 COT e 0,03 Mg ha-1 NT, em relação ao sistema TR-SO. O sistema AL-MI também teve os maiores estoques de C e N na MO particulada nessa camada (12,5 e 0,91 Mg ha-1, respectivamente), por causa da maior adição de fitomassa pelas raízes e a proteção física dos resíduos orgânicos. Os menores estoques de COT e NT na camada 0-20 cm ocorreram no sistema ER-MI-TR-SO (57,8 Mg ha-1 COT e 4,03 Mg ha-1 NT), sem apresentar incremento anual em relação ao sistema TR-SO. Os estoques de C e N na MO particulada foram de 10,4 e 0,67 Mg ha-1, respectivamente. Essa tendência repetiu-se para as camadas individuais, com diferença significativa entre os sistemas na camada de 0-5 cm e não significativa, para as de 5-10 e 10-20 cm. Na média dos sistemas, a MO particulada contribuiu em torno de 30 % para o estoque total de C na camada 0-5 cm. Rotação de culturas com espécies que tenham sistema radicular ativo por mais tempo, como o sistema semiperene AL-MI, tem potencial de incrementar o estoque total de C e N, especialmente da fração MO particulada, proporcionando funcionalidade ao solo e, consequentemente, qualidade.

Soil quality in no-till systems is related to the crop systems and may be evaluated through particulate organic matter (>53 ∝m) stock due to the functionality this property provides to the soil and its sensitivity to management practices. Aiming to assess soil quality no-till crop systems, this study was carried out through a long-term experiment (21 years) in a Latossolo Vermelho distrófico típico (typical Oxisol) in Ponta Grossa, PR, Brazil. Six crop systems were assessed. Wheat-TR (Triticum aestivum L.), soybean-SO (Glycine max L.), corn-MI (Zea mays L.), oat-AV (Avena strigosa Schreb.) as a cover crop, vetch-ER (Vicia villosa Roth) as a cover crop, ryegrass-AZ (Lolium multiflorum Lam) for hay, or alfalfa-AL (Medicago sativa L.) for hay comprised the following systems: TR-SO (reference), ER-MI-AV-SO-TR-SO, ER-MI-TR-SO, AV-MI-TR-SO, AZ-MI-AZ-SO and AL-MI (corn every three years). The stocks of total organic carbon (COT) and total N (NT) and C and N in particulate (>53 ∝m) and mineral-associated organic matter (<53 ∝m) were determined at 0-5, 5-10 and 10-20 cm. The semiperennial AL-MI system had the greatest COT and NT stocks in the 0-20 cm layer (63.6 Mg ha-1 COT and 4.6 Mg ha-1 NT), and increased annual sequestration rates in relation to the TR-SO baseline system (0.23 Mg ha-1 year-1 COT and 0.03 Mg ha-1 year-1 NT). The AL-MI system also had the highest C and N stocks in the particulate organic matter in the same layer (12.5 and 0.91 Mg ha-1, respectively) due to its higher C addition from root plant matter and the physical protection of organic crop litter. The ER-MI-TR-SO system had the lowest C and N stocks in the 0-20 cm layer with values of totals stocks of 57.8 and 4.03 Mg ha-1, respectively, and without an increased annual sequestration rate because the stocks were similar to the TR-SO baseline system; C and N stocks in particulate organic matter were 10.4 and 0.67 Mg ha-1, respectively. This tendency was repeated for individual layers with a significant difference between systems in the 0-5 cm layer and no significant difference in the 5-10 and 10-20 cm layers. The particulate organic matter contributed around 30 % to total C stocks in the 0-5 cm layer on average in the systems. Crop rotations with species that have active root systems for a longer time, such as the semi-perennial AL-MI system, could increase total C and N stocks, especially the particulate organic matter, which promote soil functionality and, consequently, greater soil quality.

O plantio direto de qualidade depende de um manejo adequado do solo que promova melhorias em sua estrutura. Isso está associado ao sistema de culturas adotado. O objetivo deste trabalho foi avaliar a contribuição de sistemas de culturas de longo prazo (18 anos) na qualidade estrutural de um Latossolo Vermelho mesoférrico argiloso sob plantio direto nos Campos Gerais do Paraná. Foram avaliados cinco sistemas de culturas: trigo-soja [Tr-So]; aveia-milho-trigo-soja [Av-Mi-Tr-So]; ervilhaca-milho-trigo-soja [Er-Mi-Tr-So]; azevém-milho-azevém-soja [Az-Mi-Az-So]; e alfafa-milho [Alf-Mi]. Amostras de solo foram coletadas nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm, em anéis volumétricos e em blocos com estrutura preservada. Na camada de 0-5 cm, as menores densidades de solo tenderam a ocorrer nos sistemas Av-Mi-Tr-So (0,96 Mg m-3) e Er-Mi-Tr-So (0,93 Mg m-3). Nas camadas de 5-10 e 10-20 cm, as menores densidades de solo ocorreram no sistema Alf-Mi (1,14 e 1,17 Mg m-3, respectivamente). Tendência coerente foi observada para a macroporosidade, que na camada superficial foi maior nos sistemas Av-Mi-Tr-So (0,29 m³ m-3) e Er-Mi-Tr-So (0,30 m³ m-3) e, nas camadas de 5-10 e 10-20 cm, tendeu a ser maior no sistema Alf-Mi (0,19 m³ m-3). A microporosidade não apresentou tendência clara entre os sistemas. A condutividade hidráulica saturada teve relação direta com a macroporosidade, com Er-Mi-Tr-So apresentando o maior valor na camada de 0-5 cm (224 mm h-1) e Alf-Mi nas camadas de 5-10 (170 mm h-1) e 10-20 cm (147 mm h-1). O sistema Er-Mi-Tr-So apresentou o menor diâmetro médio ponderado úmido de agregados na camada de 0-5 cm (2,39 mm), e o Tr-So, o maior (3,04 mm). Os maiores valores de resistência mecânica do solo à penetração foram observados no sistema Tr-So, superando 1,5 MPa na camada de 7,5 a 22,5 cm de profundidade. O sistema Alf-Mi apresentou o menor grau de compactação (0,2 MPa cm). Os resultados são atribuídos, principalmente, à ação das raízes das espécies que constituem os sistemas de culturas e à intensidade de tráfego de máquinas em cada sistema. Considerando a camada de 0-20 cm como um todo, o sistema semiperene Alf-Mi possui maior capacidade de promover melhorias na qualidade estrutural do solo, em comparação aos sistemas baseados em cultivos de espécies anuais. Sistemas bianuais de rotação, baseados em plantas de cobertura como aveia-preta ou ervilhaca, promovem melhorias na qualidade estrutural do solo em relação à sucessão trigo-soja.

The quality of no-tillage systems depends on an adequate soil management that promotes soil structure improvements. This is associated to the cropping system adopted. This study investigated the effect of long-term no-tillage systems (18 years) on the structural quality of a sandy-clay to clay Oxisol (Latossolo Vermelho) in the region of Campos Gerais, Paraná, Brazil. Five cropping systems were assessed: wheat-soybean [Wt-So], black oat-maize-wheat-soybean [Ot-Mz-Wt-So], vetch-maize-wheat-soybean [Vt-Mz-Wt-So], ryegrass-maize-ryegrass-soybean [Rg-Mz-Rg-So]; and alfalfa-maize [Alf-Mz]. Soil was sampled from the layers 0-5, 5-10 and 10-20 cm, in cylinders and in blocks with undisturbed structure. In the 0-5 cm layer, bulk density was lowest in the Ot-Mz-Wt-So (0.96 Mg m-3) and Vt-Mz-Wt-So systems (0.93 Mg m-3). In the 5-10 and 10-20 cm layers, the bulk density tended to be lowest in Alf-Mz systems (1.14 and 1.17 Mg m-3, respectively). A similar trend was observed for macroporosity, which in the top layer was greater in Ot-Mz-Wt-So (0.29 m³ m-3) and Vt-Mz-Wt-So (0.30 m³ m-3) and in the 5-10 and 10-20 cm layers tended to be greater in the Alf-Mz system (0.19 m³ m-3). No clear trend was observed for microporosity. The saturated hydraulic conductivity was directly related with macroporosity, and was highest for Vt-Mz-Wt-So in the 0-5 cm layer (224 mm h-1) and Alf-Mz in the layers 5-10 (170 mm h-1) and 10-20 cm (147 mm h-1). In the Vt-Mz-Wt-So system, the mean weight diameter of aggregates was lowest in the 0-5 cm layer (2.39 mm) and highest (3.04 mm) in the Wt-So. The highest cone index values were observed in the Wt-So system, with over 1.5 MPa in the 7.5-22.5 cm layer. The compaction degree was lowest in the Alf-Mz system (0.2 MPa cm). Results were attributed mainly to the role of the crop roots of the systems and to the intensity of machinery traffic. Considering the 0-20 cm layer as a whole, the capacity to promote soil structural quality improvements was greater for the semi-perennial Alf-Mz system than for systems based on annual species. Bi-annual rotation systems, based on cover crops such as black oat and vetch, promote soil structural quality improvements compared to the wheat - soybean succession.

O objetivo deste trabalho foi avaliar, com um sensor ótico ativo, o comportamento do índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI - "normalized difference vegetation index"), nas culturas de trigo, triticale, cevada e milho. Cinco experimentos foram conduzidos no Paraná e São Paulo, com variação de classes de solo, doses e fontes de N, e variedades de trigo. As seguintes variáveis foram avaliadas: NDVI, teor de N foliar, matéria seca e produtividade das culturas. Análises de regressões foram realizadas entre as doses de N aplicadas e NDVI, teor de N foliar, matéria seca e produtividade. Análises de correlação entre as variáveis foram realizadas. O trigo, triticale e cevada apresentaram resposta às aplicações de doses crescentes de N, pelo aumento nas leituras do NDVI, no teor de N foliar e na produtividade. Medido pelo sensor ótico ativo utilizado, o NDVI apresenta alto potencial para manejo do N nas culturas do trigo, triticale e cevada, e baixo potencial para a cultura do milho. Há interferência das variedades de trigo nas leituras do sensor ótico ativo.

The objective of this work was to evaluate the behavior of the normalized difference vegetation index (NDVI), with an active optical sensor, in wheat, triticale, barley and corn crops. Experiments were conducted in Paraná and São Paulo, comparing different soil classes, N rates and sources, and wheat varieties. The following variables were determined: NDVI, N foliar content, dry mass and crop yield. Regression analyses were performed between NDVI and applied N rates, N foliar content, dry mass and yield. Correlation analyses among the variables were performed. Wheat, triticale and barley crops showed response to increasing N rates by the increase in the NDVI readings, to N foliar content and to yield. Measured by the used active optical sensor the NDVI shows high potential for N management wheat, triticale and barley crops, and low potential for corn crops. There is interference of wheat varieties in the active optical sensor's readings.