Reaping the benefits: science and the sustainable intensification of global agriculture

Food security is one of this century’s key global challenges. By 2050 the world will require increased crop production in order to feed its predicted 9 billion people. This must be done in the face of changing consumption patterns, the impacts of climate change and the growing scarcity of water and land. Crop production methods will also have to sustain the environment, preserve natural resources and support livelihoods of farmers and rural populations around the world. There is a pressing need for the ‘sustainable intensifi cation’ of global agriculture in which yields are increased without adverse environmental impact and without the cultivation of more land. Addressing the need to secure a food supply for the whole world requires an urgent international effort with a clear sense of long-term challenges and possibilities. Biological science, especially publicly funded science, must play a vital role in the sustainable intensifi cation of food crop production. The UK has a responsibility and the capacity to take a leading role in providing a range of scientifi c solutions to mitigate potential food shortages. This will require signifi cant funding of cross-disciplinary science for food security. The constraints on food crop production are well understood, but differ widely across regions. The availability of water and good soils are major limiting factors. Signifi cant losses in crop yields occur due to pests, diseases and weed competition. The effects of climate change will further exacerbate the stresses on crop plants, potentially leading to dramatic yield reductions. Maintaining and enhancing the diversity of crop genetic resources is vital to facilitate crop breeding and thereby enhance the resilience of food crop production. Addressing these constraints requires technologies and approaches that are underpinned by good science. Some of these technologies build on existing knowledge, while others are completely radical approaches, drawing on genomics and high-throughput analysis. Novel research methods have the potential to contribute to food crop production through both genetic improvement of crops and new crop and soil management practices. Genetic improvements to crops can occur through breeding or genetic modifi cation to introduce a range of desirable traits. The application of genetic methods has the potential to refi ne existing crops and provide incremental improvements. These methods also have the potential to introduce radical and highly signifi cant improvements to crops by increasing photosynthetic effi ciency, reducing the need for nitrogen or other fertilisers and unlocking some of the unrealised potential of crop genomes. The science of crop management and agricultural practice also needs to be given particular emphasis as part of a food security grand challenge. These approaches can address key constraints in existing crop varieties and can be applied widely. Current approaches to maximising production within agricultural systems are unsustainable; new methodologies that utilise all elements of the agricultural system are needed, including better soil management and enhancement and exploitation of populations of benefi cial soil microbes. Agronomy, soil science and agroecology—the relevant sciences—have been neglected in recent years. Past debates about the use of new technologies for agriculture have tended to adopt an either/or approach, emphasising the merits of particular agricultural systems or technological approaches and the downsides of others. This has been seen most obviously with respect to genetically modifi ed (GM) crops, the use of pesticides and the arguments for and against organic modes of production. These debates have failed to acknowledge that there is no technological panacea for the global challenge of sustainable and secure global food production. There will always be trade-offs and local complexities. This report considers both new crop varieties and appropriate agroecological crop and soil management practices and adopts an inclusive approach. No techniques or technologies should be ruled out. Global agriculture demands a diversity of approaches, specific to crops, localities, cultures and other circumstances. Such diversity demands that the breadth of relevant scientific enquiry is equally diverse, and that science needs to be combined with social, economic and political perspectives. In addition to supporting high-quality science, the UK needs to maintain and build its capacity to innovate, in collaboration with international and national research centres. UK scientists and agronomists have in the past played a leading role in disciplines relevant to agriculture, but training in agricultural sciences and related topics has recently suffered from a lack of policy attention and support. Agricultural extension services, connecting farmers with new innovations, have been similarly neglected in the UK and elsewhere. There is a major need to review the support for and provision of extension services, particularly in developing countries. The governance of innovation for agriculture needs to maximise opportunities for increasing production, while at the same time protecting societies, economies and the environment from negative side effects. Regulatory systems need to improve their assessment of benefits. Horizon scanning will ensure proactive consideration of technological options by governments. Assessment of benefi ts, risks and uncertainties should be seen broadly, and should include the wider impacts of new technologies and practices on economies and societies. Public and stakeholder dialogue—with NGOs, scientists and farmers in particular—needs to be a part of all governance frameworks.

Períodos de interferência das plantas daninhas na cultura do algodoeiro (Gossypium hirsutum)

Com o objetivo de determinar os efeitos de períodos de controle e de convivência das plantas daninhas na produtividade da cultura do algodoeiro (Gossypium hirsutum), cultivar Delta-Opal, realizou-se um experimento que constou de dois grupos de tratamentos. No primeiro, a cultura permaneceu livre da competição das plantas daninhas desde a emergência até 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63 dias e colheita (159 dias). No segundo, a cultura permaneceu em competição com a comunidade infestante desde a emergência até os mesmos períodos descritos para a primeira série de tratamentos. Dentre as espécies de plantas daninhas encontradas na área experimental, destacaram-se a tiririca (Cyperus rotundus), o fedegoso (Senna obtusifolia), a anileira (Indigofera hirsuta) e o capim-carrapicho (Cenchrus echinatus). Pelas condições edáficas, climáticas e florísticas sob as quais foi conduzida a cultura de algodão, o Período Anterior à Interferência (PAI) dessa comunidade que reduziu em 5% a produtividade da cultura foi de oito dias após a emergência da cultura (DAE); o Período Total de Prevenção da Interferência (PTPI) foi de 66 DAE; e o Período Crítico de Prevenção da Interferência (PCPI) foi dos 8 aos 66 DAE.

Períodos de interferência de maria-pretinha sobre tomateiro industrial

Determinou-se os efeitos da convivência com plantas de maria-pretinha sobre a produtividade do tomateiro industrial, híbrido Heinz 9992, em um experimento com dois grupos de tratamentos: no primeiro, o tomate permaneceu livre da competição (60 mil plantas ha-1 de maria-pretinha) do transplantio até 15; 30; 45; 60; 75; 90; 105 e 120 dias (colheita); no segundo, a cultura permaneceu em competição com a maria-pretinha do transplantio até os mesmos períodos citados. Utilizaram-se blocos casualizados, três repetições e parcelas de quatro linhas. Altura, área foliar e massa seca da parte aérea da maria-pretinha foram obtidas a partir de amostras de dez plantas. A área foliar das plantas de maria-pretinha cresceu até 75 dias de convivência com as plantas de tomate (1.588 dm² planta-1), a altura até 60 dias de convivência (85 cm) e a massa seca da parte aérea até 120 dias de convivência (31,7 g planta-1). As produtividades mais alta (108,6 t ha-1 ou 87,6% da produção total de frutos) e mais baixa (14,2 t ha-1; 59,0%) de frutos maduros de tomate foram observadas quando a convivência entre tomate e maria-pretinha ocorreu respectivamente apenas nos 15 primeiros dias e ao longo de todo o ciclo do tomate. Nestes tratamentos, o peso médio de frutos maduros foi de respectivamente 58,7 e 38,0 g. Verificou-se que cada cm² de acréscimo em área foliar das plantas de maria-pretinha causou uma redução de 0,04 t ha-1 na produção de frutos maduros (PFM) (R² = 0,90), cada centímetro em altura da planta daninha reduziu 0,82 t ha-1 na PFM (R² = 0,78) e cada grama de acréscimo em massa seca de caules e folhas da planta daninha causou uma redução de 2,84 t ha-1 PFM (R² = 0,97). O período anterior à interferência, considerando-se a redução na produtividade do tomate em 5%, foi de 27 dias após o transplantio (DAT) da cultura; o período total de prevenção à interferência foi de 46 DAT e, o período crítico de prevenção à interferência, de 27 a 46 DAT.

Efeito da densidade e da distância de caruru-de-mancha e amendoim-bravo na cultura do feijoeiro

O objetivo deste trabalho foi avaliar a interferência causada pelo caruru-demancha (Amaranthus viridis) e amendoim-bravo (Euphorbia heterophylla), em função das densidades e distâncias, no feijoeiro (Phaseolus vulgaris) cultivar Pérola. Como recipientes, foram utilizadas caixas de cimento-amianto, com capacidade para 50 litros, preenchidas com LatossoloVermelho-Escuro. As mudas foram formadas em bandejas de 128 células preenchidas com substrato hortícola; quando as plântulas atingiram o estádio V2, foram transplantadas para as caixas, sendo as de feijoeiro numa linha central, reproduzindo a semeadura em campo, e as das plantas daninhas nas densidades de 8, 16 e 32 plantas m-2, distanciadas de 0, 12 e 24 cm das plantas de feijão e igualmente entre si. O experimento foi conduzido no delineamento experimental de blocos casualizados, com os tratamentos dispostos em esquema fatorial 3x3+2T, com quatro repetições, constituindo as parcelas experimentais. Foram avaliadas características de crescimento e de produtividade da cultura e das plantas daninhas. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância pelo teste F, e as médias, comparadas pelo teste de Tukey. Observou-se que as plantas daninhas obtiveram maior desenvolvimento quando em maior distância da cultura. O caruru-de-mancha causou reduções no número de vagens e na produtividade estimada do feijoeiro. Para o caruru-de-mancha, o aumento da densidade só causou redução na produtividade da cultura quando as plantas estavam distanciadas em pelo menos 12 cm. A 0 cm, o feijoeiro tornou-se mais competitivo e não sofreu interferência das plantas daninhas, independentemente da densidade destas.

Períodos de interferência das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar: I - Tiririca

Com o objetivo de estudar períodos de interferência entre plantas daninhas e a cultura da cana-de-açúcar, foi instalado um experimento no município paulista de Pradópolis, numa área pertencente à usina São Martinho, onde a cana-deaçúcar foi plantada no mês de abril de 1995 e colhida quinze meses depois. As condições climáticas no estado de São Paulo após o plantio deste experimento (época normal de plantio da cana-de-açúcar no estado de São Paulo) são caracterizadas por deficiência hídrica e temperaturas amenas, sendo que o períodos chuvoso iniciou-se apenas quatro meses após o plantio. O resultados obtidos no experimento permitiram concluir que a cana-de-açúcar suportou um pequeno período de convivência inicial, de zero aos 41 dias após o plantio (DAP), sem sofrer interferência significativa de diminuição da produção. No entanto, o controle da tiririca por um período curto (dos aos 22 dias após o plantio da cana-de-açúcar foi suficiente para assegurar a produção.

Períodos de interferência das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar: III - capim-braquiária (Brachiaria decumbens) e capim-colonião (Panicum maximum)

Um experimento foi conduzido em São João da Boa Vista-SP, com o objetivo de determinar o período anterior à interferência (PAI) e o período total de prevenção à interferência (PTPI) das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar. A cana foi plantada em abril de 1995, na época de plantio caracterizada por maior deficiência hídrica. A comunidade infestante presente foi variada, sendo Brachiaria decumbens e Panicum maximum as espécies mais importantes. Essa comunidade tendeu a apresentar acúmulo crescente de matéria seca durante todo o período de avaliação e reduziu em até 40% a produtividade de colmos da cana-de-açúcar. A cultura conviveu com a comunidade infestante até 74 dias após o plantio, sem sofrer redução significativa na produtividade (PAI). O período mínimo de controle para garantir a produtividade foi de 127 DAP (PTPI). Dessa forma, o controle das plantas daninhas foi crítico no período compreendido entre 74 e 127 dias após o plantio.

Acúmulo de massa seca e de macronutrientes por plantas de Glycine max e Solanum americanum

A soja é uma das principais culturas agrícolas do Brasil, sendo a sua produtividade muito influenciada pela competição exercida pelas plantas daninhas. Foram realizados dois experimentos em casa de vegetação, em Jaboticabal, SP, objetivando determinar o acúmulo de massa seca, assim como a distribuição e o acúmulo de macronutrientes em plantas de soja, no período de outubro de 2000 a fevereiro de 2001, e de Solanum americanum, no período de janeiro a maio de 1995. As plantas cresceram em vasos com capacidade de 7 litros, preenchidos com areia de rio lavada e peneirada; elas foram irrigadas diariamente com solução nutritiva. Os tratamentos foram representados pelas épocas de amostragem, realizada a intervalos de 14 dias, iniciando-se 21 dias após a emergência (DAE), até 161 DAE para S. americanum e 119 DAE para soja cv. BR-16 (precoce). O ponto de máximo acúmulo teórico de massa seca deu-se aos 104 DAE para a soja (35,0 g por planta) e 143 DAE para S. americanum (179,62 g por planta). da emergência até 49 e 63 DAE, as folhas apresentaram maior participação no acúmulo de massa seca para soja e S. americanum, respectivamente. Após esses períodos, verificou-se, em ambas as espécies, inversão na representatividade das folhas por caules para a espécie daninha e por caules e, posteriormente, por estruturas reprodutivas, para a cultura. A taxa de absorção diária dos macronutrientes atingiu maiores valores entre 69 e 87 DAE para a soja e entre 105 e 119 DAE para a planta daninha. Considerando a média dos valores de pontos de inflexão observados para a cultura da soja, tem-se que aos 75 DAE uma planta de soja acumula teoricamente 23,9 g de massa seca, 564,4 mg de N, 7,1 mg de P, 490,8 mg de K, 487,0 mg de Ca, 156,6 mg de Mg e 36,0 mg de S. Para o mesmo período, uma planta de S. americanum acumula teoricamente 33,75 g de massa seca, 875,96 mg de N, 88,46 mg de P, 983,54 mg de K, 647,60 mg de Ca, 100,93 mg de Mg e 42,15 mg de S.

Análise de crescimento em amendoinzeiro (Arachis hypogaea L.) submetido à matocompetição

Foram verificados os efeitos de diferentes períodos de controle e convivência de plantas daninhas (0; 14; 28; 42; 56; 70; 84 e 98 dias) na cultura do amendoinzeiro (Arachis hypogaea L.) em Moji-Guaçu (SP). As principais espécies invasoras da área experimental foram: Acanthospermum australe (Loef.) O. Kuntz, Waltheria indica L., Borreria alata DC., Richardia scabra L., Rhynchelytrum repens (Nees) Stapf. et Hubb. e Diodia teres Walt. de maneira geral, durante quase todo o ciclo, a espécie de maior importância relativa foi A. australe, sendo suplantada por outras espécies apenas na colheita, quando já estava encerrando seu ciclo de desenvolvimento. O período inicial de controle das plantas daninhas, além de reduzir a densidade da comunidade infestante, diminuiu sua riqueza em espécies e alterou a importância relativa das populações. A matocompetição resultou na redução do crescimento do amendoinzeiro, principalmente a partir de 42 dias de convivência, afetando a altura das plantas, a área foliar, o índice de área foliar e o acúmulo epígeo de matéria seca. Não foram afetados os números de ramos e de folíolos por planta, nem a qualidade dos grãos e o vigor das sementes do amendoim. A produção de frutos foi reduzida ao redor de 31,5% em decorrência da interferência das plantas daninhas. O período total de prevenção da interferência na produção foi de 14 dias e o período anterior à interferência foi de 70 dias.

Interferência das plantas daninhas sobre algumas características agronômicas e a produtividade de sete cultivares de milho

O presente trabalho teve por objetivo estudar o comportamento de 7 cultivares de milho (Zea mays L.) quanto à interferência da comunidade de plantas daninhas. Para tanto, os 7cultivares de milho (ESALQ VF-7, ESALQ VD-8, COMPOSTOS ARQUITETURA, FLINT e DENTADO, PIRANÃO e o híbrido CARGILL 501) foram submetidos a duas condições de interferência: com e sem, totalizando 14 tratamentos arranjados em esquema fatorial (7x2), instalados, no campo, em área experimental da FCAV/UNESP, Campus de Jaboticabal, seguindo o delineamento experimental de blocos ao acaso com 4 repetições. A comunidade infestante cujas espécies mais importantes foram SIDCO, BRAPL e ELEIN, estabeleceu-se a partir dos 14 dias após a semeadura, passando a interferir negativamente sobre a cultura a partir dos 35 dias. Os cultivares CD e CF apresentaram maior crescimento que os demais. A interferência da comunidade infestante reduziu a altura de inserção da primeira espiga; o comprimento e a circunferência das espigas, os pesos da espigas e dos grãos e a produção estimada da cultura, independente do cultivar. Os cultivares PIR e ARQ, independente da interferência, mostraram-se os menos produtivos. O cultivar Carg mostrou-se o mais produtivo mesmo quando sob interferência. O cultivar ARQ foi o mais sensível à interferência, enquanto PIR e VF-7 foram os menos sensíveis, podendo ser utilizados em programas de melhoramento genético visando tolerância a interferência de plantas daninhas.

Períodos de interferência das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar: II - capim-braquiária (brachiaria decumbens)

Um experimento foi conduzido em Olímpia-SP, com o objetivo de avaliar os efeitos de períodos de convivência e controle das plantas daninhas na produtividade da cultura da cana-de-açúcar. A cana foi plantada em maio de 1995, sendo colhida 15 meses após; a cultura anterior havia sido pastagem de Brachiaria decumbens e, em conseqüência, esta espécie foi a principal planta daninha presente na área experimental. Essa época de plantio é caracterizada por grande deficiência hídrica; mesmo assim, a população de B. decumbens tendeu a apresentar acúmulo crescente de biomassa seca durante todo o período de avaliação. Esse comportamento proporcionou intensa interferência na cultura da cana-de-açúcar, ocasionando 82% de redução na produtividade de colmos. A cultura pôde conviver com a comunidade infestante até 89 dias após o plantio (DAP), sem sofrer redução significativa na produtividade. O período mínimo de controle, para assegurar a máxima produtividade, foi de 138 DAP. Dessa forma, o controle das plantas daninhas foi crítico no período compreendido entre 89 e 138 DAP.

Períodos de matocompetição na cultura da soja (Glycine max (L.) Merril), cultivares Santa Rosa e IAC-2: II - Efeitos sobre características morfológicas das plantas e constituição química dos grãos

Foram, conduzidos experimentos de campo com os cultivares Santa Rosa e IAC-2 em dois tipos de solos, Latossol Roxo e Latossol Vermelho Escuro - fase arenosa, no Município, de Jaboticabal (SP), com o objetivo de estudar a influência do período de competição das plantas daninhas sobre algumas características morfológicas relacionadas à produção e composição química dos grãos, na cultura da soja. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso, sendo os cultivares mantidos sem e com matocompetição por períodos cujas extensões foram 0, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 dias após a emergência. Com base nos resultados obtidos, pode-se chegar à conclusão que um período inicial curto (20 a 30 dias) livre da matocompetição, foi suficiente para que não ocorressem efeitos negativos, estatisticamente significativos, na altura final das plantas, no diâmetro do caule e na altura de inserção da vagem mais baixa, além de ser suficiente para que os teores de proteína, extrato-etéreo e cinzas, dos grãos, se mantivessem dentro dos valores normais esperados para os dois cultivares, nos solos estudados.

Períodos de matocompetição na cultura da soja (Glycine max (L.) Merril), cultivares Santa Rosa e IAC-2. I- efeitos sobre os parâmetros de produção

Visando estudar a influência do período de competição das plantas daninhas sobre alguns parâmetros de produção da cultura da soja, foram instalados experimentos de campo com os cultivares Santa Rosa e IAC-2 em dois tipos de solos, Latossol Roxo e Latossol Vermelho Escuro - fase arenosa, no município de Jaboticabal, Estado de São Paulo, Brasil. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso , sendo os cultivares mantidos sem e com competição das plantas daninhas por períodos cujas extensões foram 0, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 dias após a emergência. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que: o período mínimo do início do ciclo que deve ser mantido livre de competição é de 30 a 40 dias após a emergência para o cultivar Santa Rosa e de 50 dias para o 'IAC-2'; para os dois cultivares, a produção de grãos foi efetivamente aumentada após o 20.° dia sem competição no solo Latossol Roxo e 30.° dia no solo Latossol Vermelho Escuro - fase arenosa, atingindo um valor máximo no 50.° dia para o 'Santa Rosa' e ao redor do 60.° dia para o 'IAC-2'; no ano agrícola de 1977/78 (solo Latosso l Roxo), a competição durante os primeiros 20 dias após a emergência causou perdas de produção em ambos os cultivares, entretanto, no de 1978/79 (solo Latossol Vermelho Escuro - fase arenosa) este período foi de 40 dias, mostrando a importância das interferências e da foclimáticas e das diferentes espécies daninhas, no processo de competição; e, dentre todos os parâmetros relacionados à produção de grãos, o número de vagens por planta foi o mais afetado pela competição das plantas daninhas.

Interferência e estudo fitossociológico da comunidade infestante em beterraba de semeadura direta

Este trabalho teve como objetivo o estudo fitossociológico e a determinação dos períodos de interferência da comunidade infestante na cultura de beterraba cultivada sob semeadura direta. Os tratamentos consistiram em períodos semanais crescentes de convivência e controle da comunidade infestante, a partir da segunda semana após semeadura. A comunidade infestante foi avaliada por meio do número de indivíduos e da massa seca acumulada correspondente, para cada população de planta daninha e período avaliado. A cultura foi colhida 91 dias após a semeadura, quando se avaliou o diâmetro transversal e a produção comercial de raízes. As principais plantas daninhas encontradas foram Amaranthus viridis, Coronopus didymus, Galinsoga parviflora, Nicandra physaloides e Solanum americanum. As populações encontradas apresentaram alta similaridade. O período anterior à interferência e o período total de prevenção à interferência foram de 14 e 36 dias após a semeadura, respectivamente. A produtividade da beterraba mantida no limpo foi de 37,99 t ha¹, e a redução devido à interferência das plantas daninhas por todo o ciclo pode ser maior que 90%.

Controle de plantas daninhas em arroz irrigado mediante o momento da admissão e da altura da lâmina de água

Este trabalho, desenvolvido ao nível de campo, na Fazenda Experimental Edgárdia, da Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, Botucatu, no ano agrícola 1990/91, objetivou avaliar os efeitos do momento de admissão da água e da altura da lâmina de água sobre o desenvolvimento das plantas daninhas e os reflexos sobre as de arroz. O delineamento experimental usado foi de blocos ao acaso com parcelas subsubdivididas. Às parcelas, corresponderam os momentos de admissão de água M1, M2 e M3, respectivamente, 15, 42 e 74 dias após a emergência das plantas de arroz. As subparcelas corresponderam às alturas das lâminas de água L5, L10 e L15, respectivamente, 5, 10 e 15 cm e as subsubparcelas, a dois sistemas de condução: com capina (cc) e sem capina (sc). Verificou-se que o desenvolvimento das plantas daninhas foi afetado tanto pelo momento de admissão de água como pela altura da lâmina de água sendo a produção de grãos reduzida 61,5% devido à competição das plantas daninhas com a cultura.

Determinação dos períodos de interferência de plantas daninhas na cultura do girassol

O objetivo deste estudo foi determinar o período anterior à interferência e o período total de prevenção à interferência da comunidade infestante sobre a cultura do girassol (híbrido M 734). O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições. Os tratamentos foram compostos por parcelas constituídas por períodos de controle e de presença de plantas daninhas. Para os períodos de controle, o girassol foi mantido livre das plantas daninhas pelos períodos crescentes de 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49 e 125 dias após a sua emergência (DAE). Quanto a convivência, a cultura foi mantida na presença da comunidade infestante pelos mesmos períodos. Foram avaliados a densidade e o peso da matéria seca das plantas daninhas e, no girassol, a altura de plantas, o diâmetro de capítulos e a produtividade de aquênios e de óleo. Para a produtividade de aquênios, o período anterior à interferência foi de 15 DAE da cultura, e o período total de prevenção à interferência, de 39 DAE. O período crítico de prevenção à interferência abrangeu 24 dias do ciclo da cultura. Quanto à produtividade de óleo, o período anterior à interferência foi de 32 DAE, e o período total de prevenção à interferência, de 28 DAE.