Aplicação excessiva de nitrogênio a longo prazo diminui a eficiência do uso de nitrogênio do milho da primavera ao suprimir características fisiológicas das raízes

A aplicação excessiva de nitrogênio (N) a longo prazo não aumenta ou até mesmo diminui a produção de grãos e a eficiência do uso de N (NUE) do milho, cujos papéis das características morfológicas e fisiológicas das raízes não estão claros. O objetivo deste estudo foi explicar o mecanismo subjacente à ausência de incremento na produção de grãos sob aplicação excessiva de N a partir da perspectiva das características morfo-fisiológicas das raízes. Um experimento de fertilização com N de longa duração de 10 anos foi conduzido na província de Jilin, Nordeste da China, cultivando milho em três níveis de fertilizante nitrogenado (zero N, N0; N recomendado, N2; e nível alto de N, N4) em 2019, 2020 e 2021. Dois genótipos de milho amplamente cultivados: 'Xianyu 335' (XY335) e 'Zhengdan 958' (ZD958) foram usados. O rendimento de grãos, teor de N, morfologia radicular e outras características fisiológicas foram analisados para avaliar melhor as relações entre a absorção de N, utilização de N, crescimento da planta e sistemas radiculares sob diferentes tratamentos de N. Comparado com N0, a biomassa radicular, a absorção de N pós-floração e o rendimento de grãos foram significativamente melhorados com o aumento da aplicação de N, enquanto nenhuma diferença significativa foi observada entre N recomendado e N alto. A aplicação alta de N aumentou o comprimento das raízes e a área superficial das raízes, mas diminuiu a atividade radicular (medida pelo método TTC (cloreto de 2,3,5-trifeniltetrazólio)), a atividade da nitrato redutase e a área de absorção da atividade radicular, independentemente dos genótipos. O comprimento das raízes e a razão raiz/parte aérea contribuíram negativamente para a absorção de N (-1,2% e -24,6%), enquanto a área superficial das raízes, a atividade radicular, a atividade da nitrato redutase e a área de absorção da atividade radicular contribuíram positivamente para a absorção de N. O efeito de interação entre o cultivar e a aplicação de N foi significativo sobre a NUE. XY335 obteve a maior NUE (11,6%) e eficiência de recuperação de N (18,4%) através de maior área superficial das raízes (23,6%), atividade radicular (12,5%), atividade da nitrato redutase (8,3%) e área de absorção da atividade radicular (6,9%) em comparação com outros tratamentos. No geral, a aplicação de N recomendada promoveu a absorção de N pós, a NUE e o rendimento de grãos pela área superficial das raízes e atividade radicular, atividade da nitrato redutase e área de absorção da atividade radicular, enquanto a aplicação alta de N não aumentou ou até mesmo diminuiu a NUE ao reduzir a área superficial das raízes, a atividade radicular, a atividade da nitrato redutase e a área de absorção da atividade radicular. Nosso estudo de caso revelou com sucesso que a área superficial das raízes, a atividade radicular, a atividade da nitrato redutase e a área de absorção da atividade radicular foram os fatores limitantes do aumento da NUE sob alta aplicação de N.