Allelopathic potential from cover crops aqueous extract on weeds and maize

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v9i10.8579

Keywords:

Phytotoxicity; Phenolic compounds; Allelopathy; Agroecology.

Abstract

Cover crops are used as a strategy to recover degraded soils, improving their physical, chemical and biological characteristics, as well as assisting in the control of weeds through allelochemical compounds released by the shoot degradation process. This work aimed to evaluate the phytotoxicity of the aqueous extract of the cover crops Raphanus sativus L., Avena strigosa (Schreb) and Vicia villosa R. on the germination and initial growth of Zea mays, Amaranthus spinosus L. and Ipomoea grandifolia (Dammer) O'Donnell, as well as to identify and quantify the phenolic compounds present in the extract. Straws from the dried and crushed cover crops were used. The extracts were obtained by mixing 10% R. sativus and A. strigosa, and 12% V. villosa in distilled water (m/v). DIC was used, with four replications, in a 3x4 factorial scheme, with 3 cover crops (R. sativus, A. strigosa and V. villosa) and 4 concentrations (0%, 25%, 50% and 75%). The variables analyzed were: germination, germination speed index (GSI), seedling growth, root protrusion (RP), root protrusion speed index (RPSI) and dry mass of the root and shoot. Higher concentrations of the extracts affected the initial development of maize and weeds. The phenolic compounds identified in greater quantity were benzoic acid, p-coumaric acid, followed by ferulic acid and p-hydroxybenzoic acid. It is suggested that studies of the same nature be carried out in the field, since the interactions between soil microorganisms, climatic conditions can interfere with the results.

Author Biographies

Maicon Reginatto, Universidade Tecnológica Federal do Paraná

He holds a degree in Engineering in Agroecology from the Latin American University Institute of Agroecology Paulo Freire - Venezuela (2012). Master in Agroecology and Sustainable Rural Development by the Federal University of Fronteira Sul (PPGADR-UFFS), Campus Laranjeiras do Sul - PR, where he worked as a CAPES Scholarship. PhD in Agronomy at the Federal Technological University of Paraná, Pato Branco Campus (PPGAG-UTFPR-PB), Acting as a Scholarship by Academic Doctorate Program for Innovation of CNPq. He is a member of the research group in Organic No-Tillage System. He worked at Cooperativa Oestebio as a member of the Technical Team during the years 2006, where he served as technical manager in an international cooperation project between the years 2012 to 2014 and in the ATER Agroecology Project during the years 2015-2017.. He has experience in the field of Agronomy with emphasis in Agroecology, working mainly in the following subjects: Agroecology, Cover Crops and Alelopathy, Organic No-tillage System, Seeds Multiplication and Processing, Technical Assistance and Rural Extension.

Lisandro Tomas da Silva Bonome, Federal University of Fronteira Sul

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Federal de Lavras (2001), mestrado em Agronomia (Fitotecnia) pela Universidade Federal de Lavras (2003), doutorado em Agronomia (Fisiologia Vegetal) pela Universidade Federal de Lavras (2006) e Pós-Doutorado em Agronomia (Fisiologia Vegetal) pela Universidade Federal de Lavras (2007). Atualmente é Professor Adjunto da Universidade Federal da Fronteira Sul. Tem experiência na área de Agronomia, com ênfase em Fisiologia de Plantas e Tecnologia e Produção de Sementes, atuando principalmente nos seguintes temas: Metabolismo de Plantas, Metabolismo de Assimilação e Transporte de Carbono e Nitrogênio em Plantas sob Diferentes Condicões Ambientais, Bioquímica de Plantas, Biologia Celular, Microscopia de Luz e Eletrônica, Fisiologia de Sementes, Desenvolvimento de Sementes, Tolerância à Dessecação, Fisiologia da Germinação, Armazenamento de Sementes, Tratamento Alternativo de Sementes e Criopreservação.

Leonardo Khaôe Giovanetti, Federal University of Santa Catarina

Mestrando no PPG em Recursos Genéticos Vegetais pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Engenheiro Agrônomo pela Universidade Federal da Fronteira Sul (UFFS). Técnico em agropecuária pela ETEC Dario Pacheco Pedroso, possui curso de inseminação artificial em suínos pela mesma instituição. Trabalhou como monitor de Física Geral e Química Geral pela UFFS e em projeto de extensão com a temática de manejo ecológico de insetos, educação ambiental e sementes crioulas. Atuou na Iniciação Científica na área de Interações aleloquímicas de Plantas de Adubação Verde em cultivos anuais e plantas espontâneas. Participou do projeto Rondon em parceira com o Núcleo Extensionista Rondon NER-UDESC em Luiz Alves, SC e pela UFFS, em comunidade quilombola em Campos Novos, SC. Realizou capacitação junto ao Núcleo de Pesquisa, Extensão e Ensino em Agroecologia (NEPEA, SC) na UFSC trabalhando com análises químicas, físicas e biológicas do solo e na área de microbiologia com ênfase em fungos micorrízicos. Realizou estágio no Instituto Paranaense de Assistência Técnica e Extensão Rural (EMATER, PR), na área de Bovinocultura de Leite e Conservação do Solo. Atualmente, desempenha pesquisa na área de alelopatia, fitossociologia de plantas espontâneas, microbiologia do solo, plantas de adubação verde e plantio direto de hortaliças.

Henrique von Hertwig Bittencourt, Federal University of Fronteira Sul

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Federal de Santa Catarina com período sanduíche e bolsa Capes na University of California at Berkeley sob orientação do professor Dr. Miguel Altieri, especialização em Controle Biológico pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná, mestrado em Agroecossistemas pela Universidade Federal de Santa Catarina com bolsa Capes e doutorado em Agronomia pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Atuou como professor substituto no departamento de Engenharia Rural da Universidade Federal de Santa Catarina (2007-2008). Foi pesquisador da área de Fitotecnia do Instituto Agronômico do Paraná, atuando no programa Sistemas de Produção (2008-2011). Desde 2011 é professor do departamento de Agronomia da Universidade Federal da Fronteira Sul no Campus Laranjeiras do Sul, atuando em cursos de graduação e como professor permanente no curso de pós-graduação em Agroecologia e Desenvolvimento Rural Sustentável. É avaliador de projetos de boas práticas na agricultura para a FAO/ONU no Brasil e revisor de manuscritos de periódicos científicos. Em suas atividades profissionais interagiu com 57 colaboradores de cinco países em co-autorias de artigos científicos. Tem experiência na área de Agronomia, com ênfase em Fitotecnia, atuando principalmente nos seguintes temas: Agroecologia e Herbologia.

Luciano Tormen, Federal University of Fronteira Sul

Possui graduação em BACHARELADO EM QUÍMICA pela Universidade Federal de Santa Catarina (2005), graduação em LICENCIATURA EM QUÍMICA pela Universidade Federal de Santa Catarina (2007), mestrado (2008) e doutorado (2012) em Química pela Universidade Federal de Santa Catarina. Tem experiência na área de Química, com ênfase em Análise de Traços, Química Ambiental e Cromatografia gasosa atuando principalmente nos seguintes temas: Substâncias húmicas, elementos traço, espectrometria de fluorescência atômica e molecular, espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) , espectrometria de absorção atômica (AAS) e análise de alimentos.

Paulo Cesar Conceição, Federal Technological University of Paraná

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Federal de Santa Maria (1995), Mestrado em Agronomia pela Universidade Federal de Santa Maria (2002), Doutorado em Ciências do Solo pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2006) e Pós-Doutorado pela UFRGS (2007). É Professor na Universidade Tecnológica Federal do Paraná- Câmpus Dois Vizinhos desde 2008 e atuou como Diretor de Pesquisa e Pós-graduação no período de 2008 a 2013. Ministra disciplina e orienta no Programa de Pós-Graduação em Agronomia (Mestrado e Doutorado) e também no Programa de Pós-graduação em Agroecossistemas (Mestrado). Foi Coordenador Institucional do Projeto CT-INFRA 2010 FINEP e está coordenador do CT-INFRA 2011. Atuou como Tutor do Grupo PET- Conexões de Saberes- Agricultura Familiar (2013-2015). Atuou como secretário do Núcleo Paranaense de Ciência do Solo-NEPAR 2017-2019. Bolsista Produtividade em Pesquisa Nivel 2- Fundação Araucária. É consultor da Revista Brasileira de Ciência do Solo, Ciência Rural e Revista Brasileira de Agroeocologia. Tem experiência na área de Ciência do Solo, com ênfase em Manejo e Conservação do Solo, atuando principalmente nos seguintes temas: agroecologia, plantas de cobertura, adubos orgânicos, qualidade do solo, carbono orgânico, fracionamento físico da matéria orgânica, plantio direto e manejo e conservação do solo.

References

Almeida, G. D., Zucoloto, M., Zetun, M. C., Coelho, I., & Sobreir, F. M. (2008). Estresse oxidativo em células vegetais mediante aleloquímicos. Facultad Nacional de Agronomia, 61(1), 4237-4247.

ANVISA. (2012). Mercado e Regulação de Agrotóxicos. http://www.consea.pr.gov.br/arquivos/File/ANEXO4AGROTOXICOSCONSEAPR.pdf.

Araújo, E. O., do Espirito Santo, C. L., & Santana, C. N. (2010). Potencial Alelopatico de Extratos Vegetais de Crotalaria juncea sobre Germinação de Plantas Daninhas. Revista Brasileira de Agroecologia, 5(2).

Bàrberi, P. (2002). Weed management in organic agriculture: are we addressing the right issues? Weed Research, (42), 177- 193.

Baziramakenga, R., Leroux, G. D., & Simard, R. R. (1995). Effects of benzoic and cinnamic acids on membrane permeability of soybean roots. Journal of Chemical Ecology, (21), 1271-1285.

Bergmark, C. L., Jackson, W. A., Volk, R. J., & Blum, U. (1992). Differential inhibition by ferulic acid of nitrate and ammonium uptake in Zea mays L. Plant Physiol, (98), 639-645.

Bernardes, V. A. P., Poletto, R. de S., & Alves, V. S. (2020). Aspectos do potencial alelopático do extrato aquoso das folhas de Mimosa ramosissima Benth, na germinação e crescimento inicial de Panicum maximum cv. aruana e Amaranthus retroflexus L. Research, Society and Development, 9(9), e691997757. https://doi.org/10.33448/rsd-v9i9.7757.

Bittencourt, H. von H. (2017). Ecologia da germinação e potencial alelopático de capim-annoni-2 (Eragrostis plana Nees). [Tese de doutorado Universidade Tecnológica Federal do Paraná]. Pato Branco, Paraná. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2379

Bittencourt, H. von H., Trezzi, M. M., Teixeira, S. D., Bonome, L. S., Vargas, A. G., Souza Filho, A. P. S., & Oldoni, T. C. (2018). Chemical ecology of Eragrostis plana helps understanding of the species' invasiveness in an agroecosystem community. Crop & Pasture Science, 69(10), 1050-1060.

Blum, U. (1994). The Value of Model Plant - Microbe - Soil Systems for Understanding Processes Associated with Allelopathic Interaction. Allelopathy, (9), 127-131.

Blum, U. (1996). Allelopathic Interactions Involving Phenolic Acids. Journal of Nematology, 28(3), 259-267.

Blum, U. (2004). Fate of phenolic Allelochemicals in soils – the Role of soil and Rhizosphere Microorganisms. In F. A. Macías, J. C. G. Galindo, J. M. G. Molinillo, & H. G. Cutler. Allelopathy chemistry and mode of action of allelochemicals. CRC Press LLC.

Booker, F. L., Blum, U., & Fiscus, E. L. (1992). Short-term effects of ferulic acid on ion uptake and water relations in cucumber seedlings. Journal of Experimental Botany, 43(5), 649–655.

Brasil. (2009). Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Secretaria de Defesa Agropecuária. Regras para Analise de Sementes. Mapa/ACS.

Bruno, C. L. S., Costa, L. H. M., Montalli, M. H., Carvalho, J. P., & Silva, R. A. (2017). Plantas de cobertura no sistema plantio direto. Conexão Eletrônica,14(1), 611–619.

Bulegon, L. G., Meinerz, C. C., Castagnara, D. D., Battistus, A. G., Guimarães, V. F., & Neres, M. A. (2015). Alelopatia de espécies forrageiras sobre a germinação e atividade de peroxidase em alface. Scientia Agraria Paranaensis, 14(2), 94-99.

Calabrese, E. J., & Baldwin, L. A. (2002). Defning hormesis. Human & Experimental Toxicology, 21(1), 91-97.

Calegari, A. (2006). Plantas de cobertura. In R. Casão Jr., R. Siqueira, Y. R. Mehta, & J. J. Passini (Eds.), Sistema plantio direto com qualidade. IAPAR, ITAIPU Binacional.

Calegari, A. (2014). Perspectivas e estratégias para a sustentabilidade e o aumento da biodiversidade dos sistemas agrícolas com uso de adubos verdes. In O. F. Lima Filho, E. J. Ambrosano, F. Rossi, & L. A. Donizeti Carlos (Eds.), Adubação verde e plantas de cobertura no Brasil. (v.1., pp. 21-36) Embrapa, Brasilia.

Carneiro, F. F. (2015). Dossiê ABRASCO: Um alerta sobre os impactos dos agrotóxicos na saúde. (2. ed.). Expressão Popular.

Correia, N. M., & Durigan, J. C. (2006). Influência do tipo e da quantidade de resíduos vegetais associados a herbicidas residuais no desenvolvimento da cultura da soja. Bragantia, 65(3), 421-432.

Costa, B. B. (1993). Adubação verde no sul do Brasil. (2 ed.). AS-PTA.

Dias, F. S. (2010). Determinação de compostos fenólicos em vinhos e caracterização de vinhos elaborados na região do Vale do São Francisco Pernambuco. [Tese de doutorado Universidade Federal da Bahia], Bahia. http://repositorio.ufba.br/ri/handle/ri/10675

Einhellig, F. A. (2004). Mode of Allelochemical Action of Phenolic Compounds. In F. A. Macías, J. C.G. Galindo, J. M. G. Molinillo, & H. G. Cutler. Allelopathy chemistry and mode of action of allelochemicals. CRC Press LLC, Boca Raton, Florida.

Faria, T. M., Gomes Jr., F. G., Sá, M. E., & Cassiolato, A. M. R. (2009). Efeitos alelopáticos de extratos vegetais na germinação, colonização micorrízica e crescimento inicial de milho, soja e feijão. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 33(6), 1625-1633.

Farooq, N., Abbas, T., Tanveer, A., & Jabran, K. (2020). Allelopathy for Weed Management. In J. M. Mérillon, & Ramawat, K. (Eds.). Co-evolution of secondary metabolites. (pp. 505-519). Reference Series in Phytochemistry. Cham: Springer.

Ferreira, D. F. (2014). Sisvar: a Guide for its Bootstrap procedures in multiple comparisons. Ciência e Agrotecnologia, 38(2), 109-112. Recuperado de http://dx.doi.org/10.1590/S1413-70542014000200001.

Jefferson, L. V., & Pennachio, M. (2005). Allelopathic effects of foliage extracts from four Chenopodiaceae species on seed germination. Journal of Arid Environments, 55(2), 275-285.

Lafay, C. B. B. (2016). Caracterização quantitativa e qualitativa da matéria orgânica do solo em plantio direto. [Tese de doutorado, Universidade Tecnológica Federal do Paraná] Pato Branco, Paraná. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2206

López, P. J., & Juan, T. G. (2013). Determinación del contenido total de polifenoles en alimentos con el reactivo de Folin-Ciocalteau. Universidad de Valladolid, 11p.

Maguire, J. D. (1962). Speed of germination-aid selection and avaluation for seedling emergence and vigor. Crop Science, 2, 176-177.

Medeiros, A. R. M., & Lucchesi, A. A. (1993). Efeitos alelopáticos da ervilhaca (Vicia sativa L.) sobre a alface em testes de laboratório. Pesquisa agropecuária brasileira, 28(1), 9-14.

Molisch, H. (1938). Der Einflusseiner Pflanze auf die Andere, Allelopathie. Nature, 141, 493 p.

Navas, R., & Pereira, M. R. R. (2016). Efeito alelopático de Raphanus sativus em Urochloa decumbens e Lactuca sativa. Agro@mbiente, 10(3), 228-234.

Pires, N. M., & Oliveira, V. R. (2011). Alelopatia. In: Oliveira Júnior, R.S., Constantin, J., Inoue, M.H. Biologia e manejo de plantas daninhas. Ominipax, Curitiba, 348p.

Pires, N. M., Prates, H. T., Pereira Filho, I. A., Oliveira Jr., R. S., & Faria, T. C. L. (2001). Atividade alelopática da Leucena sobre espécies de Plantas daninhas. Scientia Agricola, 58(1), 61-65.

Politycka, B. (1999). Ethylene-dependent activity of phenylalanine ammonia-lyase and lignin formation in cucumber roots exposed to phenolic allelochemicals. Acta Societatis Botanicorum Poloniae, 68(2), 123-127.

Rice, E. L. (1984). Allelopathy. Academic Press, New York, 422p.

Sampietro, D. A., Vattuone, M. A., & Isla, M. I. (2006). Plant growth inhibitors isoleted from sugarcane (Saccharum officinarum) straw. Journal of Plant Physiology, 163(8), 837-846.

Siqueira, J. O., Nair, M. G., Hammerschmidt, R., & Safir, G. R. (1991). Significance of phenolic compounds in plant-soil-microbial systems. Critical Reviews in Plant Sciences, 10, 63-121.

Souza, M., Kuhnen, S., Kazama, D. C. S., Kurtz, C., Trapp, T., Müller Jr., V. & Comin, J. J. (2017). Predição dos teores de compostos fenólicos e flavonoides na parte aérea das espécies Secale cereale L., Avena strigosa L. e Raphanus sativus L. Por meio de espectroscopia no infravermelho próximo (NIR). Química Nova, 40(9), 1074-1081.

Wutke, E. B., Calegari, A. & Wildner, L. P. (2014). Espécies de adubos verdes e plantas de cobertura e recomendações para seu uso. In O. F. Lima Filho, E. J. Ambrosano, F. Rossi, & L. A. Donizeti Carlos (Eds.), Adubação verde e plantas de cobertura no Brasil. (v.1., pp. 61-167) Embrapa, Brasilia.

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Published

09/10/2020

How to Cite

REGINATTO, M.; BONOME, L. T. da S.; GIOVANETTI, L. K. .; BITTENCOURT, H. von H.; TORMEN, L.; CONCEIÇÃO, P. C. Allelopathic potential from cover crops aqueous extract on weeds and maize. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 10, p. e5859108579, 2020. DOI: 10.33448/rsd-v9i10.8579. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/8579. Acesso em: 23 nov. 2024.

Issue

Vol. 9 No. 10

Section

Agrarian and Biological Sciences

License

Copyright (c) 2020 Maicon Reginatto; Lisandro Tomas da Silva Bonome; Leonardo Khaôe Giovanetti; Henrique von Hertwig Bittencourt; Luciano Tormen; Paulo Cesar Conceição

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