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Revisao da tecnologia de inoculantes.
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Farejador de Plágio - Registrado para - Não Registrado -
Programa de Pós-graduação Ciência, Tecnologia e Inovação Agropecuária – PPGCTIA
Inovação, Integração Regional e Internacionalização
Professor Cezar Augusto Miranda Guedes
Tecnologia de Inoculantes
Leonardo Araujo Terra
201415300016-3
Agosto 2014
Sumário
Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN)........................................................................................2
Panorama de inoculantes no Brasil................................................................................................2
Legislação de Inoculantes..............................................................................................................2
Inoculantes comerciais...................................................................................................................2
Conclusões.....................................................................................................................................2
Anexo I...........................................................................................................................................2
Anexo II.........................................................................................................................................2
Referências Bibliográficas.............................................................................................................2
Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN)
O aumento progressivo da população mundial, que deve atingir oito bilhões de
pessoas em 2030, demanda maiores recursos nas áreas de energia e de alimentos, parte
dos quais vem sendo alcançados através do cultivo em áreas novas, frequentemente
marginais e impróprias para a agricultura.
A necessidade de desenvolvimento e utilização de tecnologias que garantam a
segurança alimentar, mas que preservem o meio ambiente é importante para manter os
recursos naturais, pois nas ultimas décadas estima-se que cerca de dois dos 8,7 bilhões
de hectares de terras agricultáveis, pastagens permanentes e florestas do mundo tenham
sido degradadas. (HUNGRIA, 2007)
O nitrogênio (N) é um elemento químico que constitui proteínas e ácidos
nucleicos, macromoléculas biológicas fundamentais para todos os processos essências
às células, sendo o nutriente requerido em maior quantidade pelas plantas. Embora o
nitrogênio molecular (N2) seja o elemento químico mais abundante na atmosfera,
compondo aproximadamente 80% de sua totalidade, o fato de se encontrar em sua
forma mais estável, faz com que o mesmo não possa ser utilizado pela maioria dos seres
vivos. A estabilidade do gás N2 se deve à presença de uma forte ligação tríplice, entre as
duas moléculas de N. Portanto, o mesmo necessita ser transformado quimicamente em
formas combinadas, como nitrato, amônia, ou compostos mais complexos, como os
aminoácidos, para se tornar acessível a {www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103...}
maioria dos organismos vivos.
A reação de redução do N2 para amônia (NH3) ocorre em três rotas principais. A
primeira, chamada fixação não biológica é independente da ação de organismos vivos e
resulta de processos naturais, como a reação de descargas elétricas com o N2, a
combustão e o vulcanismo. Essa fonte contribui com, aproximadamente, 10% das
entradas de N na Terra. A segunda rota ocorre pelo método industrial Haber-Bosch,
utilizado na produção de fertilizantes nitrogenados (cerca de 50 % do N2 fixado por ano)
(FINAN et al., 2002). Este processo industrial requer altas temperaturas (300º a 600ºC)
e altas pressões (200 a 800 atm), além de catalisadores contendo ferro ( SMIL, 2001 ).
A terceira {www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S01 {www.scielo.br/….php?
script=sci_arttext&pid=S0100...} 00...} fonte de N para as plantas é representada pelas bactérias
fixadoras de N ou diazotróficas, bactérias e archeae que {www.scielo.br/….php?
script=sci_arttext&pid=S0100...} são capazes de reduzir o nitrogênio atmosférico a amônia
graças à ação da enzima dinitrogenase ( IGARASHI & SEEFELDT, 2003 ).
{www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100...} Essa enzima é capaz de romper a tripla
ligação do N2, uma das mais fortes de que se tem conhecimento na natureza, reduzindo-
o a NH3 da mesma forma obtida no processo industrial. Ao que se refere ao meio {www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0 {www.scielo.br/….php?script=sci_arttext&pid=S0102...} 100...}
ambiente e à agricultura mundial, esse processo é extremamente vantajoso, já que repõe
o conteúdo de nitrogênio na biosfera e compensa as perdas que ocorrem devido ao
processo de desnitrificação (DIXON & KAHN, 2004).
Tendo em vista que a disponibilidade de nitrogênio é um fator limitante à
produtividade agrícola, há um aumento cada vez maior na utilização de fertilizantes
pelo homem (DIXON & KAHN, 2004; GALLOWAY, 1998; SOCOLOW, 1999).
Consequentemente, nos últimos 60 anos, a atividade humana está acelerando a taxa de
fixação do nitrogênio, através da produção industrial de fertilizantes nitrogenados e da
combustão de combustíveis fósseis (VITOUSEUK et al., 1997; GALLOWAY, 1998).
Os fertilizantes nitrogenados representam a forma assimilada com maior rapidez pelas
plantas, porém a um custo muito elevado. O gasto de fontes energéticas por tonelada de
amônia sintetizada é de, aproximadamente, seis barris de petróleo, inviabilizando a
manutenção de qualquer programa energético. (REIS et al., 2009)
No que diz respeito às bactérias, as primeiras a alcançar renome internacional, e
que até hoje representam o grupo mais estudado, foram aquelas conhecidas
popularmente como rizóbios, posicionadas na subdivisão alfaproteobacteria. A
contribuição pela fixação biológica de N por estas bactérias ocorre de forma simbiótica
entre plantas da família Leguminosae com bactérias pertencentes a diversos gêneros
consagrados [ Allorhizobium (=Rhizobium), {www.scielo.br/scielo.php?
script=sci_arttext&pid=S0103...} Azorhizobium, Bradyrizobium, Mesorhizobium, Sinorhizobum
(=Ensifer), Rhizobium], além de outros gêneros recentemente descritos como
simbióticos [Burkholderia, Methylobacterium Devosia, OchrolactrumPhyllobacterium,
Ralistonia (Cupriavidus)]. A simbiose ocorre devido a formação de nódulos, facilmente
identificados nas raízes das plantas leguminosas. Nesses nódulos, o amônio sintetizado
abundantemente nas células bacterianas é distribuído para a planta hospedeira e
incorporado em diversas formas de N {www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100...}
orgânico, como os ureidos, aminoácidos e amidas; em contrapartida, a planta hospedeira
oferece a bactéria proteção e matéria orgânica (WEIR, 2010)
O N é o nutriente requerido em maior quantidade pela cultura da soja. Estima-
se que para produzir 1000 {www.cnpso.embrapa.br/producaosoja/inoculacao.htm
{www.cnpso.embrapa.br/producaosoja/inoculacao.htm} } kg de grãos são necessários aproximadamente
80 kg de N. Basicamente, as fontes de N para a cultura da soja são os fertilizantes
nitrogenados e o N atmosférico que se torna disponível através da FBN (HUNGRIA et
al., 2001).
A FBN representa um dos principais fatores de competitividade da cultura da
soja. Com a exploração desta tecnologia, que é prática amplamente difundida e
utilizada pelos produtores de soja no Brasil, estima-se a economia de fertilizantes
nitrogenados em três bilhões de dólares anuais (HUNGRIA et al., 2005 ), e obtém-se
alta produtividade de grãos (ZILLI et al., 2006).
A caracterização de espécies de bactérias fixadoras de nitrogênio associadas a
gramíneas tem despertado interesse em seu potencial uso como inoculante nessas
culturas, para além do já estabelecido uso de Bradyrhizobium na soja. Dentre essas
bactérias, encontram-se o consórcio de cinco espécies de bactérias diazotróficas,
Azospirillum amazonense, Gluconacetobacter diazotrophicus, Herbaspirillum
seropedicae, Herbaspirillum rubrisubalbicans e Burkholderia tropica, que tem
demonstrado efeito de promoção do crescimento vegetal quando inoculada em cana-
de-açúcar (OLIVEIRA et al., 2006). Por essa razão, esse consórcio de bactérias tem
sido recomendado pela Embrapa como inoculante para a cana-de-açúcar.
Panorama de inoculantes no Brasil
No século passado, estudos com a bactéria Rhizobium, revolucionaram e
melhoraram a cultura de soja no Brasil. Graças ao forte empenho desenvolvido ao
longo de décadas por pesquisadores em centros como a Empresa Nacional de Pesquisa
Agropecuária (EMBRAPA) e a Fundação Estadual de Pesquisa Agropecuária
(FEPAGRO) a produção de soja é para o Brasil atualmente o carro chefe do sucesso
de inoculantes no país. Como resultado desse trabalho, o Brasil tem hoje uma produção
de soja em torno de 56 milhões de toneladas por ano e já economizou dezenas de
bilhões de dólares, ao deixar de consumir adubos nitrogenados nas últimas décadas.
Dois pesquisadores pioneiros nessa área e que merecem destaque são Johanna
Döbereiner e João Rui Jardim Freire, que colaboraram de forma fabulosa nas pesquisas
de inoculantes, colocando o Brasil no topo no cenário mundial nas tecnologias de
inoculantes desenvolvidas atualmente.
Johanna Döbereiner, nascida em 28 de novembro de 1924 em Aussig (nos
Sudetos) na então Tchecoslováquia, foi contratada em março de 1951 como assistente
de pesquisa do Dr. Álvaro Barcellos Fagundes, diretor do Serviço Nacional de
Pesquisas Agronômicas do Ministério da Agricultura (SNPA), passando a trabalhar
no Laboratório de Microbiologia de Solos. O SNPA posteriormente se transformaria na
EMBRAPA, onde ela trabalhou até o final de sua vida. Na década de 1970, seus estudos
levaram a descoberta da ocorrência de uma associação entre as bactérias do gênero
Spirillum e as gramíneas, na qual a bactéria fixava nitrogênio para a planta sem ter a
necessidade de fertilizantes químicos. Diante da sua descoberta, Johana aplicou seu
método no cultivo da cana de açucar e os bons resultados permitiram a implementação
do Programa Nacional do Álcool (PROALCOOL), um programa de substituição em
larga escala dos combustíveis veiculares derivados de petróleo por álcool, financiado
pelo governo brasileiro a partir de 1975. Além disso, seu trabalho levou o país a
melhorar a produção de diversas leguminosas, a um custo mais baixo e com menor
poluição do meio ambiente, valendo a ela a indicação ao prêmio Nobel da Paz em 1997.
Também tornou-se uma das cientistas brasileiras mais citada pela comunidade científica
mundial e também a mais citada entre as mulheres (Fonte: CNPq).
Outro pesquisador que contribuiu fortemente para o avanço de inoculantes no
país foi João Rui Jardim Freire. Carioca, nascido em 1923, foi precursor da técnica do
uso de inoculantes de rizóbios, reduzindo assim os custos na cultura de soja. Passou a
maior parte da vida trabalhando na área de agropecuária, iniciou sua carreira
profissional na Seção de Bacteriologia da Secretaria Estadual da Agricultura,
atualmente denominado Laboratório de Fixação Biológica de Nitrogênio (LFBN), da
FEPAGRO. Freire teve participação importante na instalação da primeira indústria para
a produção comercial de inoculantes de rizóbios para leguminosas no Rio Grande do
Sul.
Foi através dele também que houve a implantação do trabalho de seleção de
estirpes, coletando material em diversas áreas do estado, identificando material de
alta capacidade de fixação do nitrogênio, sendo algumas destas estirpes ainda hoje
utilizadas na produção de inoculantes. Mas, a par de todo o trabalho de laboratório, de
fundamental importância, vale ressaltar que, para a indústria de inoculantes, a
contribuição do pesquisador não foi menos importante, principalmente em três
aspectos: a orientação técnica para a implantação da primeira fábrica de inoculantes no
Brasil, a formação de mão de obra especializada para produzir inoculantes de qualidade
e a criação da estrutura de pesquisa e legislação para a área de inoculantes. Graças as
suas pesquisas, o Brasil é hoje o maior produtor mundial de inoculantes para
leguminosas, com índices de inoculação de cerca de 50% da área plantada com soja, o
que traz benefícios econômicos e ambientais para o país. (FREITAS, 2011)
Dois grandes eventos ocorridos na década de 1980 marcaram os passos
principais que alteraram os rumos de produção e melhoria da qualidade de inoculantes
no Brasil (Figura 1). O primeiro foi a elaboração da legislação de inoculantes, que
promoveu sua regulamentação e fiscalização, permitindo produtos mais eficazes para
atender melhor o agricultor. Através desta legislação, elaborada em conjunto pelo
Ministério da Agricultura com a contribuição de indústrias de inoculantes, grande
parte das empresas obtiveram registros legais de funcionamento e recursos mínimos
que garantiram produtos de boa qualidade aos agricultores. Além disso, a legislação
também permitiu o credenciamento de um profissional técnico para o exercício da
atividade nestas indústrias (Sessão de Legislação de Inoculantes).
Figura 1. Linha do tempo da trajetória de inoculantes no Brasil. (ARAUJO, 2013)
Outro grande passo importante, por iniciativa de Jardim Freire, foi realizado em
Curitiba-PR no ano de 1985. Neste ano ocorreu a primeira reunião entre
pesquisadores da área de Fixação Biológica de Nitrogênio para discutir os progressos
de estirpes de leguminosas. Após várias reuniões, foi aprovada pelo Ministério da
Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), em junho de 1988, a RELARE
(REDE DE LABORATÓRIOS, PADRONIZAÇÃO E DIFUSÃO DE
TECNOLOGIA DE INOCULANTES MICROBIOLÓGICOS DE INTERESSE
AGRÍCOLA), que teve como objetivos as aprovações de protocolos para a validação de
produtos à base de diversos microrganismos, além da aprovação de estirpes para
diversas leguminosas (RELARE, 2007).
Atualmente, é na assembléia geral da RELARE que pesquisadores e
representantes das indústrias de produtos microbianos, devidamente credenciados,
reúnem-se em caráter ordinário, de dois em dois anos, para apresentar trabalhos nas
etapas finais de recomendação de estirpes, tecnologia e metodologias.
Das reuniões da RELARE surgiu à criação de um banco de estirpes, local onde
fica armazenada a coleção de estirpes de Rhizobium e Bradyrhizobium, as quais são
distribuídas para as empresas com garantia de pureza e outras características
essenciais para a produção dos inoculantes. Desde então, a FEPAGRO é a instituição
responsável por assegurar a manutenção e distribuição das estirpes recomendadas,
enquanto que o MAPA legaliza e rege as leis para a produção de comerciantes
comerciais no território nacional.
Legislação de Inoculantes
O órgão responsável pela inspeção, fiscalização da produção, importação,
exportação e comércio de inoculantes é o MAPA, promulgado em 16 de dezembro de
1980. O primeiro decreto, nº 6.894, dispõe sobre “A inspeção e fiscalização da
produção e do comércio de fertilizantes, corretivos, inoculantes, estimulantes ou
biofertilizantes, destinados à agricultura”. Nos anos posteriores foi publicado o decreto
n° 4.954 com instruções normativas, portarias, leis ordinárias e resoluções, e a Instrução
Normativa nº 13, de 24 de março de 2011, que aprovou normas sobre especificações,
garantias, registro, embalagem e rotulagem dos inoculantes destinados à agricultura,
bem como as relações dos microrganismos autorizados e recomendados para produção
de inoculantes no Brasil.
A Coordenação de Fertilizantes, Inoculantes e Corretivos (CFIC) é o órgão do
MAPA responsável pela organização da fiscalização em âmbito nacional, orientado a
ação fiscal dos estados onde se concentram a produção e o consumo de inoculantes
(QUEIROZ, 2005).
Afim de impedir a má qualidade de inoculantes, além de sistemas inadequados que
resultariam em números reduzidos de células viáveis nas sementes, com consequente
perda de FBN, a Legislação vigente, em relação às leguminosas, exige uma
concentração mínima de 1,0 x 109 de células viáveis por grama ou mililitro de produto
adquirido , mantendo a garantia registrada até a data de seu vencimento. Entretanto,
na cultura de soja é recomendada concentração mínima de 600.000 células bacterianas
para 50 kg de sementes (Anexo I). E no caso de aplicação no sulco de semeadura,
deverá ser utilizada, por hectare, seis vezes a dose recomendada para a aplicação nas
sementes (MAPA, 2006). É importante salientar, porém, que para pesquisas já há uma
recomendação do uso de 1.200.000 células.semente-1 (Anexo II).
No Brasil, ainda não há uma legislação para a regulamentação de inoculantes para
culturas específicas de gramíneas. Assim, os valores de referência para riqueza dos
inoculantes para gramíneas usados pela indústria são baseados na proposta elaborada
pela RELARE de 1,0x108 células por mililitro ou grama do produto (RELARE, 2010).
Juntamente com o Brasil, a Argentina é destaque na produção de inoculantes no
mundo, contando com uma legislação específica para o controle de qualidade,
estipulada pela SENASA (Servicio Nacional de Sanidad Agraria). Por isso, várias
pesquisas de inoculação vêm sendo desenvolvidas neste país, como por exemplo, o
estudo do Azospirillum brasilense, realizado na maior instituição de pesquisa no ramo, o
Instituto Nacional de Tecnología Agropecuária (INTA).
Mesmo havendo uma legislação de inoculantes na Argentina, a qualidade da
venda de inoculantes de soja aos agricultores vem sendo questionada, pois não há
controle sobre a estirpe utilizada. Além disso, constatou-se a presença de altos níveis de
contaminantes e, consequente diminuição do número de células de Bradyrhizobium
japonicum durante armazenamento e distribuição (BENINTENDE, 2010).
Inoculantes comerciais
A inoculação das sementes de soja com microrganismos fixadores de
nitrogênio substitui a adubação nitrogenada, promovendo uma economia de bilhões de
dólares anualmente (HUNGRIA, 2007). Outro benefício importante refere-se ao
aproveitamento do nitrogênio fixado, não existindo perdas como as que ocorrem ao se
utilizar fertilizantes ( LOMBARDI , 1999 ; CHUEIRE, 2000).
No Brasil, foram comercializados 20 milhões de doses de inoculantes em 2009,
das quais 99% foram para a cultura da soja, classificando o país como o maior produtor
mundial de inoculantes para leguminosas. A figura 2 mostra a projeção de vendas de
1999 a 2011 das empresas associadas à Associação Nacional dos Produtores e
Importatores de Inoculantes (ANPII, 2010).
Figura 2. Vendas de inoculantes das empresas filiadas à ANPI
O inoculante contendo bactérias formadoras de nódulos nas raízes das plantas
(rizóbios) é desenvolvido e produzido de acordo com protocolos estabelecidos pela rede
de laboratórios para recomendação, padronização e difusão de tecnologia de inoculantes
microbiológicos de interesse agrícola (RELARE, 2007).
A oferta de inoculantes no mercado é bastante variada, de acordo com as
necessidades do agricultor e sua utilização pode ser por utilização de suporte líquido,
turfoso, gel ou liofilizado, sendo o veiculo turfoso o mais utilizado.
O suporte turfoso é obtido a partir da turfa, que é um tipo de material
orgânico ácido, após passar por um processo de moagem, peneiração e correção de
pH. Para ser utilizado como veículo para inoculantes, a turfa deve possuir um percentual
de matéria orgânica acima de 80%, baixo teor de cloretos e ausência de areia, para não
causar dano às máquinas semeadeiras (CÂMARA, 1998). É importante ressaltar que a
turfa seja esterilizada, para aumentar o tempo de sobrevivência do inoculante e para que
não haja competição com outros microrganismos, como fungos, actinomicetos e outras
bactérias, os quais poderiam prejudicar seu crescimento e consequentemente,
dificultar a obtenção do número adequado de células (HUNGRIA et al, 2001)
O inoculante liquido é composto por um substrato estéril que simplifica o
processo de produção, pois pode ser produzido e esterilizado na própria indústria. Além
disso, por ser fluido, a adesão dos microrganismos, assim como sua aplicação é
facilitada. No entando, a sobrevivência de bactérias nesse tipo de inoculante e nas
sementes é dificultada devido a falta de proteção do estresse ambiental em relação aos
microrganismos presentes em um inoculantes como turfa (SINGLETON et al., 2002;
TITTABUTR et al., 2007).
Atualmente existem diversas instituições credenciadas a RELARE e a ANPII
que produzem e comerciazam inoculantes para diversas culturas de plantas para
atender as necessidades de produção do agricultor brasileiro.
Conclusões
Para o desenvolvimento e liberação de um inoculante são necessários diversos
estudos em laboratório. Testes fenotípicos, bioquímicos e moleculares são realizados
para permitir rápida identificação de estirpes para o levantamento de bactérias
endofíticas ou bactérias nativas formadoras de nódulos nas raízes das plantas (rizóbios),
além de estudos em condições controladas de casa-de-vegetação e no campo (REIS et
al., 2013).
Em reuniões técnicas, a RELARE avalia e divulga todos os resultados
apresentados tanto para seleção de estirpes eficientes e competitivas, de interesse agronômico,
quanto para a eficácia de uma determinada formulação e, em seguida, se pertinente, faz a
recomendação para o MAPA.
O desenvolvimento de inoculantes para as culturas da família Poaceae
(antiga Gramineae) é de interesse do setor agrícola e vem sendo trabalhado na Embrapa
Agrobiologia há muitos anos. Assim, diversos estudos foram realizados para definir um
produto que responda total ou parcialmente às necessidades da cultura (OLIVEIRA et
al, 2006). Na cultura da cana-de-açúcar, a inoculação dessas bactérias, previamente
selecionadas no laboratório, é feita por ocasião da implantação no canavial (diretamente
nos toletes) e após o corte das canas (nas soqueiras). Atualmente, o consórcio de
bactérias para a cultura de cana-de-açúcar é composto por cinco espécies de bactérias
diazotróficas, Azospirillum amazonense, Gluconacetobacter diazotrophicus,
Herbaspirillum seropedicae, Herbaspirillum rubrisubalbicans e Burkholderia tropica e
estão aguardando liberação pelo MAPA.
Os fertilizantes nitrogenados prejudicam a fixação biológica de N2 e, mesmo
uma dose inicial, não resulta em incrementos no rendimento de grãos. Em um cálculo
teórico, se forem consideradas as necessidades da cultura da soja em N (300 kg N. ha -1),
o preço do N-fertilizante e a área cultivada com essa leguminosa, verifica-se que a
fixação biológica do N2, representa, hoje, uma economia estimada em cerca de US$ 6,6
bilhões por safra para o Brasil (HUNGRIA, 2007). Deve-se destacar, ainda, o valor
inestimável pela menor poluição dos lagos e rios pelo nitrato, evitando futuros
investimentos na área de despoluição ambiental e, possivelmente, menor emissão de
gases de efeito estufa.
Anexo I
Como fazer o cálculo teórico do número de células de Bradyrhizobium por semente
(HUNGRIA, 2007).
Informações disponíveis
População desejada 600.000 células por semente
1 Kg de sementes da cultivar 7.000 sementes
Concentração do inoculante adquirido 2,4 x 109 células por g (turfa) ou mL (líquido)
do produto
Cálculo
O agricultor deseja 600.000 células x 7.000 sementes 4,2 x 109 células por kg de
sementes
Tendo um inoculante com 2,4 x 109, será necessário fazer a divisão 4,2 x 109/2,4 x
109 = 1,75 mL do produto por kg de semente
Para um saca de 50 Kg de sementes serão necessários, portanto 1,75 g ou mL do
produto x 50 kg de semente = 87 g ou 87 mL do produto
É muito importante salientar, porém , que as sementes devem receber uma cobertura
uniforme do inoculante. Na prática embora a concentração de células posso ser
adequada, dificilmente se obtém uma boa distribuição com volumes inferiores a 100 mL
por 50 kg de sementes.
Anexo II
Como fazer o cálculo teórico do número de células de Bradyrhizobium na
inoculação de sulco (HUNGRIA, 2007).
Informações disponíveis
População desejada 600.000 células por semente
1 Kg de sementes da cultivar 7.000 sementes
Concentração do inoculante adquirido 2,4 x 109 células por L do produto
Condições de semeadura 60 Kg de semente.ha-1
Cálculo
O agricultor deseja 600.000 células x 7.000 sementes 4,2 x 109 células por kg de
sementes
Tendo um inoculante com 2,4 x 109, será necessário fazer a divisão 4,2 x 109/2,4 x
109 = 1,75 mL do produto por kg de semente
Para 60 Kg de sementes.ha-1 serão necessários, portanto 1,75 g ou mL do produto x
60 kg de semente = 105 mL do produto
Como a inoculação no sulco requer seis vezes a dose recomendada 105 mL x 6 = 630
mL do inoculante.ha-1 (que devem se diluídos em, pelo menos, 50 litros de água de boa
qualidade).
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