O N é o único nutriente mineral essencial absorvido pelas plantas tanto em uma forma reduzida (NH4+ ou amônio) quanto em uma forma oxidada (NO3- ou nitrato). O aumento da concentração de nitrato em solução nutritiva leva ao aumento da produtividade e precocidade de hortaliças folhosas hidropônicas. As hortaliças são a principal fonte de nitrato na alimentação humana em razão da alta capacidade de acúmulo dessa forma de nitrogênio por parte desse grupo de cultivos, principalmente pelas folhosas, como a alface. ). É fundamental não apenas conhecer a composição mineral das hortaliças produzidas sob ambiente controlado, mas de que forma as variáveis ambientais, para além da solução nutritiva, afetam a composição mineral das plantas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de massa fresca e o acúmulo de nitrato de folhas de alface cultivado em sistema hidropônico DFT com soluções nutritivas contendo diferentes proporções de nitrato e amônio, em condições controladas e sob iluminação artificial. Os experimentos foram conduzidos em sistema hidropônico DFT, em ambiente controlado do tipo container-farm, sob iluminação artificial. Utilizou-se mudas de alface crespa da variedade Vanda e alface romana da variedade Branca de Paris. Em um delineamento experimental inteiramente casualizado, foram testados os efeitos de quatro (4) níveis de nitrato na solução nutritiva sobre o crescimento, a produção de massa fresca e o teor de nitratos em folhas de alface. O teor de nitrato na seiva de folhas de alface aumentou à medida que se elevou a concentração de nitrato na solução nutritiva. A maior disponibilidade de nitrato na solução nutritiva, dentro das concentrações avaliadas neste trabalho, favoreceu a produção de biomassa fresca em ambas as cultivares de alface testadas. Os teores de nitrato em seiva de alface hidropônica sob condições de ambiente controlado aumentam com o incremento da relação nitrato/amônio na solução nutritiva, mas permanecem dentro dos teores considerados seguros em condições de iluminação e temperatura adequados. Teores de N-NH4+ em solução nutritiva acima de 15% causam decréscimo no crescimento e na produção de biomassa fresca de alface cultivada em ambiente controlado.

Além de luz, água e CO2 (dióxido de carbono), os vegetais superiores absorvem certos elementos químicos, os nutrientes minerais – alguns são necessários em maiores quantidades e, por isso, são chamados macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg e S); outros são absorvidos em quantidades bem menores e recebem a denominação de micronutrientes (Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Cl e B). Na hidroponia, esses nutrientes são fornecidos através da solução nutritiva, que deve conter todos os nutrientes em concentrações e proporções adequadas (Jones Jr., 2016). Os nutrientes absorvidos pelas plantas têm papel importante também na nutrição humana, com a possível exceção do boro. Uma das grandes vantagens da hidroponia em relação a outros sistemas produtivos é a possibilidade de se garantir os teores de macro e micronutrientes por meio do controle rigoroso da composição da solução nutritiva (Jan et al., 2020).

Embora não faça sentido, do ponto de vista da fisiologia vegetal, dizer que um nutriente é mais importante que qualquer outro, Smil (2020) afirma categoricamente que “o nitrogênio é o macronutriente mais importante no cultivo agrícola”. Um dos nutrientes requeridos em maiores quantidades pelas plantas e constituinte de aminoácidos, proteínas e da própria clorofila, entre outros compostos, com papel essencial no crescimento, no desenvolvimento e na produção das plantas (Jones Jr., 2016), o N (nitrogênio) é o único nutriente mineral essencial absorvido pelas plantas tanto em uma forma reduzida (NH4+ ou amônio) quanto em uma forma oxidada (NO3- ou nitrato) (Marschner, 2011). As plantas diferem na forma química de nitrogênio preferencialmente absorvida, mas geralmente têm a capacidade de absorver as duas formas, ambas inorgânicas (Souza; Fernandes, 2006). O nitrato absorvido deverá necessariamente ser reduzido antes de ser assimilado aos compostos orgânicos (Marschner, 2011).

Há evidências de que a utilização contínua e exclusiva de adubos contendo N na forma de amônio (N-NH4+) traz efeitos tóxicos a algumas espécies vegetais, o que alguns estudiosos chamam de “síndrome do NH4+” (Horchani et al., 2010). Guedes et al. (2018) observaram redução no número e na massa de frutos com padrão comercial e aumento no número de frutos afetados pela podridão apical de tomate hidropônico fertirrigado com soluções nutritivas com mais de 15% de nitrogênio na forma amoniacal. Morgan (2021) recomenda o uso de amônio na composição de soluções nutritivas hidropônicas apenas em condições de baixa luminosidade e temperatura, e nunca em concentrações acima de 15% do N total, visando evitar a ocorrência de desordens fisiológicas como o tipburn da alface. Segundo Jones Jr. (2016), os efeitos tóxicos do amônio nas plantas são potencializados sob alta intensidade luminosa. A presença de altas concentrações de NH4+ e NH3 (amônia) livres nos tecidos vegetais (Gill e Reisenauer, 1993), ou a acidificação da rizosfera e do meio intracelular (Horchani et al., 2010) são provavelmente as causas dos efeitos tóxicos observados pelo uso predominante do amônio.

Em alface há uma forte correlação positiva entre a aplicação de nitrogênio e o aumento da área foliar (Mahlangu et al., 2016). O aumento da concentração de nitrato em solução nutritiva leva ao aumento da produtividade e precocidade de hortaliças folhosas hidropônicas, embora em baixas intensidades luminosas haja um maior acúmulo de nitrato nas folhas (Cometti et al., 2011). O incremento da concentração de um nutriente em solução nutritiva não necessariamente se traduz em aumento nos teores nas plantas, uma vez que há seletividade na absorção de nutrientes pelas mesmas. Embora a maior parte do amônio seja incorporado às estruturas orgânicas ainda na raiz, o nitrato apresenta alta mobilidade no xilema e tende a ser acumulado nos vacúolos na parte aérea. Com o aumento da disponibilidade do nitrato, a capacidade de redução do mesmo nas raízes se torna limitante e uma maior proporção do nitrato é translocada para a parte aérea das plantas (Marschner, 2011).

Apesar dos ganhos produtivos observados pelo uso predominante de adubos nitrogenados contendo nitrato, há problemas ambientais relativos ao uso de adubos nítricos, como a maior emissão de óxido nitroso (N2O), um dos mais potentes gases de efeito estufa (Rahman & Forrestal, 2021) ou a eutrofização de corpos d’água em consequência da lixiviação de nitrato, principalmente em solos pouco intemperizados (Kotlar et al., 2020). Em sistemas hidropônicos, particularmente os fechados ou recirculantes, há redução da emissão de N2O (Sonneveld e Voogt, 2009) e do descarte e lixiviação de água enriquecida em nitrato (Jan et al., 2020).

As hortaliças são a principal fonte de nitrato na alimentação humana em razão da alta capacidade de acúmulo dessa forma de nitrogênio por parte desse grupo de cultivos, principalmente pelas folhosas, como a alface (Iammarino et al., 2013). Pelo menos 80% do nitrato da dieta humana provém do consumo de hortaliças (Tamme et al., 2007). Diversas variáveis ambientais afetam o acúmulo de nitrato pelas hortaliças folhosas, tais como composição de adubos nitrogenados, temperatura, intensidade luminosa, estágio de desenvolvimento e estado hídrico das plantas (Marschner, 2011).

Apesar de ter sido implicado por muito tempo como a principal causa da metahemoglobinemia, ou síndrome do bebê azul (Addiscott & Benjamin, 2006), pesquisas recentes indicam não haver ligação direta entre o consumo de nitrato e a metahemoglobinemia, embora o acúmulo de nitrito possa estar relacionado (Iammarino et al., 2013). Apesar disso, ainda há preocupação em relação à presença de nitrato em hortaliças e alguns países têm preconizado limites máximos. A legislação europeia, por exemplo, prevê a concentração limite máxima de nitrato em alface de 2500 ppm no verão, quando temperatura e luminosidade não são limitantes, e de 4500 ppm durante o inverno (European Comission, 2011).

A difusão de sistemas de produção hidropônica e de iluminação artificial em empreendimentos de agricultura em ambiente controlado, como as fazendas verticais, traz a preocupação de que os valores de variáveis ambientais que afetam o acúmulo de nitrato em folhosas, como intensidade luminosa, temperatura e teor de nitrato na solução nutritiva, sejam adequados (Nicole et al., 2019). É fundamental não apenas conhecer a composição mineral das hortaliças produzidas sob ambiente controlado, mas de que forma as variáveis ambientais, para além da solução nutritiva, afetam a composição mineral das plantas.

Como a iluminação artificial responde por grande parte do custo de produção de plantas em ambiente controlado, é natural que se multipliquem trabalhos visando aumentar a eficiência no uso da luz e avaliar de que forma o incremento da intensidade luminosa afeta a performance produtiva das culturas (Cometti et al., 2011; Pennisi et al., 2020; Grzegorzewska et al., 2023; Jin et al., 2023). Cometti et al. (2011), por exemplo, observaram redução nos teores de nitrato em folhas de alface hidropônica com o aumento da intensidade luminosa de 118 μmol.m-2.s-1 para 455 μmol.m-2.s-1, embora Grzegorzewska et al. (2023) não tenham encontrado diferenças claras na qualidade de folhas de alface Romana cultivadas a 160 μmol.m-2.s-1 e a 200 μmol.m-2.s-1. Uma vez que a intensidade luminosa afeta não apenas a produtividade, mas provavelmente também a qualidade da alface produzida em ambiente controlado, a decisão quanto à quantidade de luz a usar deve levar em consideração o custo de produção, o aspecto produtivo e o aspecto nutricional da cultura.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de massa fresca e o acúmulo de nitrato de folhas de alface cultivado em sistema hidropônico DFT com soluções nutritivas contendo diferentes proporções de nitrato e amônio, em condições controladas e sob iluminação artificial.

Os experimentos foram conduzidos em sistema hidropônico DFT, em ambiente controlado do tipo container-farm, sob iluminação artificial.  A unidade de ambiente controlado de cultivo consistiu em um contêiner marinho de 40 pés, modificado com acréscimo de termopainéis e unidades de controle de temperatura, mantida em 25 ºC ± 1 ºC, e umidade relativa do ar de 70%.

Utilizou-se mudas com cerca de 20 dias de germinadas, cultivadas em bandejas plásticas de 200 células de alface crespa da variedade Vanda e alface romana da variedade Branca de Paris. O experimento com a alface crespa foi instalado no dia 31 de maio, e o de alface romana no dia 01 de agosto de 2022 e a colheita foi realizada dia 29 de agosto de 2022. A colheita da alface crespa foi realizada no dia 29 de junho de 2022. Embora não se tenha avaliado a influência da intensidade luminosa nesse trabalho, decidiu-se utilizar uma intensidade relativamente alta na condução dos experimentos. A iluminação foi feita com luz branca-fria (6500K), fornecendo uma integral de luz diária (DLI) média de 14,5 mol.m-2.dia-1, como recomendado por Pennisi et al. (2020).

Em razão da homogeneidade do ambiente experimental, decidiu-se pelo uso de delineamento inteiramente casualizado com quatro repetições. Foram testados os efeitos de quatro (4) níveis de nitrato na solução nutritiva sobre o crescimento, a produção de massa fresca e o teor de nitratos em folhas de alface. Os tratamentos consistiram em 4 soluções nutritivas, todas com as mesmas concentrações de nutrientes (Tabela 1), mas com proporções variáveis de nitrogênio na forma de nitrato (N-NO3-) e nitrogênio na forma de amônio (N-NH4+): Solução 1 (15% NO3-, 85% NH4+), Solução 2 (35% NO3-, 65% NH4+), Solução 3 (65% NO3-, 35% NH4+) e Solução 4 (85% NO3-, 15% NH4+) (Tabela 2). Foram preparadas soluções-estoque com as proporções de N-NO3- e N-NH4+ correspondentes a cada tratamento e o preparo das soluções finais usadas para o cultivo das plantas avaliadas foi realizado pela diluição das soluções-estoque de acordo com o tratamento aplicado, até a condutividade elétrica desejada.  A condutividade elétrica (CE) das soluções nutritivas foi mantida em 1,4 (± 0,1) mS.cm-1 e o pH foi mantido em 5,5 (±0,2) ao longo da duração do experimento.

Os níveis de nitrato em seiva foram determinados utilizando-se medidor de NO3- modelo LAQUAtwin da Horiba. Duas folhas completamente desenvolvidas do terço médio de cada planta amostrada foram coletadas e prensadas manualmente utilizando-se espremedor de alho de aço inoxidável. Cerca de 2,5ml de seiva assim extraída foram coletados e a determinação da concentração do nitrato foi feita imediatamente após a coleta. Foram amostradas quatro plantas por tratamento.

A temperatura ambiente no momento da determinação era de 23°C (± 1°C).

A análise estatística dos dados foi feita pela análise de variância e as médias de tratamentos foram comparadas usando-se o teste de Tukey, com o auxílio do software estatístico Sisvar 5.8 (Build 92) (Ferreira, 2019).

Os resultados dos experimentos analisados estatisticamente são mostrados nas figuras abaixo. A análise estatística dos dados gerados é importante para que se tenha a certeza de que os resultados obtidos se deveram realmente aos tratamentos avaliados e não ao acaso.

O teor de nitrato na seiva de folhas de alface aumentou à medida que se elevou a concentração de nitrato na solução nutritiva, tanto para a alface romana quanto para a crespa (Figuras 1 e 3). A solução contendo a proporção de 85% de NO3- e 15% de NH4+ apresentou teores maiores de nitrato em folhas significativamente maiores para as duas variedades estudadas, embora em ambos os casos esses teores tenham permanecido abaixo dos limites estabelecidos pela legislação europeia, ou seja, 2500 ppm no verão e 4500 ppm no inverno (European Comission, 2011).

Figura 1. Teor de NO3 na seiva de folhas de alface romana tratada com soluções nutritivas com diferentes relações NO3-/NH4+. Barras com a mesma letra não diferem estatisticamente entre si pelo Teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

A maior disponibilidade de nitrato na solução nutritiva, dentro das concentrações avaliadas neste trabalho, favoreceu a produção de biomassa fresca em ambas as cultivares de alface testadas, com valores significativamente mais altos que os demais tratamentos. Por outro lado, o aumento da concentração relativa de N na forma amoniacal causou um marcado decréscimo nos teores de nitrato na seiva, e também no acúmulo de massa fresca. Em nenhuma das variedades houve diferença estatisticamente significativa para a produção de massa fresca entre as soluções contendo 65%NO3-/35%NH4+ e 85%NO3-/15%NH4+, embora na alface crespa os teores de nitrato em folhas tenha sido significativamente maiores nas plantas que receberam a solução com relação 85%NO3-/15%NH4+.

Figura 2. Comprimento de raiz, comprimento de parte aérea, comprimento total, número de folhas e massa fresca de alface romana submetida a diferentes relações NO3-/NH4+ na solução nutritiva. Barras com a mesma letra, dentro de uma variável, não diferem estatisticamente entre si pelo Teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

No geral, o aumento da concentração de nitrato em solução nutritiva causou incrementos em todas as variáveis de crescimento em ambas as variedades avaliadas, embora nem sempre estatisticamente significativos (Figuras 2 e 4). Assim como observado em outras espécies e em alface (Guedes et al., 2018), o aumento da proporção de N-NH4+ na solução nutritiva teve um efeito negativo sobre a produção de massa fresca em alfaces dos grupos varietais testados, além de as plantas apresentarem queima de bordas foliares e tipburn, sintomas geralmente associados com deficiência em cálcio.

Figura 3. Teor de NO3- em seiva de folhas de alface crespa tratada com soluções nutritivas com diferentes relações NO3-/NH4+. Barras com a mesma letra não diferem estatisticamente entre si pelo Teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

Figura 4. Comprimento de raiz, comprimento de parte aérea, comprimento total, número de folhas e massa fresca de alface crespa submetida a diferentes relações NO3-/NH4+ na solução nutritiva. Barras com a mesma letra, dentro de uma variável, não diferem estatisticamente entre si pelo Teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

Tanto os padrões de acúmulo de nitrato em folhas como os de crescimento e produção de biomassa em resposta ao aumento da relação nitrato/amônio na solução nutritiva foram semelhantes em ambas as variedades avaliadas assim como em variedades submetidas a tratamentos similares em outros trabalhos de pesquisa (Cometti et al., 2011), o que sugere haver uma base genética comum na resposta a ambas as formas de nitrogênio por parte de diferentes grupos varietais de alface.

Os teores de nitrato em seiva de alface hidropônica sob condições de ambiente controlado aumentam com o incremento da relação nitrato/amônio na solução nutritiva, mas permanecem dentro dos teores considerados seguros pela legislação europeia em condições de iluminação e temperatura adequados.

Assim como observado em outras condições de cultivo, teores de N-NH4+ em solução nutritiva acima de 15% causam decréscimo no crescimento e na produção de biomassa fresca de alface cultivada em ambiente controlado.

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