Critical potassium dilution curve for potato crops

Resumo

Contexto ou problema:

A nutrição adequada de potássio (K) é um fator chave de manejo para alcançar altos rendimentos de tubérculos e qualidade na cultura da batata (Solanum tuberosum L.). Portanto, desenvolver ferramentas diagnósticas para avaliar o status de K da cultura através da utilização de uma curva de diluição crítica de K (Kcr = aW-b) e cálculo do índice de nutrição de K (KNI) é essencial para avançar no manejo da fertilização de K em culturas de batata.

Objetivo:

Os objetivos deste estudo foram: (i) calcular e comparar diferentes curvas de diluição crítica de K através de uma abordagem Bayesiana hierárquica para diferentes cenários de genótipo × ambiente × manejo (G × A × M) e (ii) avaliar a relação entre o rendimento de tubérculos e o índice de nutrição de K (KNI) testado sob diversos cenários G × A × M.

Métodos:

Cinco experimentos de campo foram conduzidos no Brasil (exp. 1 e 2) e no Chile (exp. 3–5), durante as safras de 2020–2022, utilizando quatro a cinco taxas de fertilização de K (0–500 kg K ha−1) e duas cultivares (Asterix ou Patagonia-INIA). Uma abordagem Bayesiana hierárquica foi aplicada para quantificar os parâmetros da curva de diluição e suas incertezas sob oito cenários G × A × M.

Resultados:

De todas essas curvas, uma curva de diluição crítica genérica de K foi estabelecida sob esses cenários [(Kcr (%) = 6.32 W^{-0.27})], para uma ampla variação de rendimento total de tubérculos frescos (27–98 Mg ha−1), biomassa total seca da planta (1.1–22.6 Mg ha−1) e concentração de K na planta (1.3–6.9 %). O KNI integrado descreveu significativamente o rendimento relativo de tubérculos (RrT) (p < 0.01; R^2 = 0.78) por uma função linear, alcançando o RrT máximo com um valor de KNI de 1. Além disso, um padrão semelhante foi observado entre RrT e KNI instantâneo calculado a partir de uma data de amostra de um conjunto de dados independente.

Conclusões:

Uma curva de diluição crítica genérica para K foi determinada como o melhor modelo em diferentes cenários G × A × M. Assim, apoiando o conceito de usar uma curva de diluição de K genérica em vez de curvas específicas para diferentes cultivares e/ou ambientes.

Implicações ou significado Esta curva de diluição crítica de K é uma ferramenta valiosa para quantificar o KNI e melhorar o uso eficaz deste nutriente para sistemas de produção de batata sob ambientes diversos.

Abstract

Context or problem
Proper potassium (K) nutrition is a key management factor to attain both high tuber yields and quality in potato (Solanum tuberosum L.) crop. Therefore, developing diagnostic tools to assess crop K status via utilization of a critical K dilution curve (Kcr = aW-b) and calculation of the K nutrition index (KNI) is essential to advance K fertilization management in potato crops.

Objective or research question
The aims of this study were to: (i) compute and compare different critical K dilution curves via a hierarchical Bayesian approach for different genotype × environment × management (G × E × M) scenarios and (ii) assess the relationship between tuber yield and K nutrition index (KNI) tested under diverse G × E × M scenarios.

Methods
Five field experiments were conducted in Brazil (exp. 1 and 2) and Chile (exp. 3–5) during the 2020–2022 growing seasons, using four to five K fertilization rates (0–500 kg K ha−1) and two cultivars (Asterix or Patagonia-INIA). A hierarchical Bayesian approach was applied to quantify the parameters of the dilution curve and their uncertainties under eight G × E × M scenarios.

Results
From all those curves, a generic critical dilution K curve was established under those scenarios [(Kcr (%) = 6.32 W−0.27)], for a broad range of variation of total fresh tuber yield (27–98 Mg ha−1), total dry plant biomass (1.1–22.6 Mg ha−1), and plant K concentration (1.3–6.9 %). The integrated KNI described the relative tuber yield (RY) significantly (p < 0.01; R2 = 0.78) by a linear function, reaching the maximum RY with a KNI value of 1. Furthermore, a similar pattern was observed between RY and instantaneous KNI calculated from one sample date from an independent dataset.

Conclusions
A generic critical dilution curve for K was determined as the best model across different G × E × M scenarios. Thus, supporting the concept of using a generic K dilution curve rather than specific curves for different cultivars and/or environments.

Implications or significance
This critical K dilution curve is a valuable tool for quantifying KNI and improving the effective use of this nutrient for potato production systems under diverse environments.