Diagnosis of the nutrient compositional space of fruit crops Translated title: Diagnóse da composição nutricional em plantas frutíferas

Abstract

Tissue analysis is a useful tool for the nutrient management of fruit orchards. The mineral composition of diagnostic tissues expressed as nutrient concentration on a dry weight basis has long been used to assess the status of 'pure' nutrients. When nutrients are mixed and interact in plant tissues, their proportions or concentrations change relatively to each other as a result of synergism, antagonism, or neutrality, hence producing resonance within the closed space of tissue composition. Ternary diagrams and nutrient ratios are early representations of interacting nutrients in the compositional space. Dual and multiple interactions were integrated by the Diagnosis and Recommendation Integrated System (DRIS) into nutrient indexes and by Compositional Nutrient Diagnosis into centered log ratios (CND-clr). DRIS has some computational flaws such as using a dry matter index that is not a part as well as nutrient products (e.g. NxCa) instead of ratios. DRIS and CND-clr integrate all possible nutrient interactions without defining an ad hoc interactive model. They diagnose D components while D-1 could be diagnosed in the D-compositional Hilbert space. The isometric log ratio (ilr) coordinates overcome these problems using orthonormal binary nutrient partitions instead of dual ratios. In this study, it is presented a nutrient interactive model as well as computation methods for DRIS and CND-clr and CND-ilr coordinates (CND-ilr) using leaf analytical data from an experimental apple orchard in Southwestern Quebec, Canada. It was computed the Aitchison and Mahalanobis distances across ilr coordinates as measures of nutrient imbalance. The effect of changing nutrient concentrations on ilr coordinates are simulated to identify the ones contributing the most to nutrient imbalance.

Translated abstract

A análise do tecido é uma ferramenta útil para o manejo de nutrientes em pomares de frutas. A composição mineral dos tecidos diagnósticos expressa a concentração de nutrientes em relação à matéria seca e, tem sido muito utilizada para avaliar o status dos nutrientes "puros". Quando os nutrientes interagem nos tecidos vegetais, suas proporções ou concentrações mudam relativamente entre si, como resultado do sinergismo, do antagonismo, ou da neutralidade, produzindo, portanto, uma ressonância dentro do espaço fechado da composição do tecido. Os diagramas ternários e as relações entre nutrientes são as representações iniciais da interação de nutrientes no espaço da composição. As interações duplas e múltiplas foram integradas pelo Sistema Integrado de Diagnose e Recomendação (DRIS) nos índices de nutrientes, e pela Diagnose da Composição Nutricional nas relações do log centralizado (CND-clr). O DRIS possui algumas falhas computacionais, tais como a utilização de um índice de matéria seca o qual não faz parte, bem como os produtos de nutrientes (por exemplo, NxCa) ao invés de relações. O DRIS e o CND-clr integram todas as possíveis interações de nutrientes, sem a definição de um modelo ad hoc interativo. Eles diagnosticam D componentes, enquanto D-1 componentes podem ser diagnosticados no espaço D-composicional de Hilbert. As coordenadas da relação log isométrica (ilr) supera esses problemas, usando partições de nutrientes binárias ortonormais, ao invés de relações duplas. Neste artigo, apresentamos um modelo interativo de nutrientes, bem como métodos de cálculo para DRIS, CND-clr e para as coordenadas CND-ilr (CND-ilr), utilizando dados analíticos foliares de um pomar experimental de maçã no sudoeste de Québec, no Canadá. Calculamos as distâncias de Mahalanobis e de Aitchison entre as coordenadas ilr como medidas de desequilíbrio nutricional. O efeito da alteração na concentração de nutrientes nas coordenadas ilr foi simulado para identificar aqueles que mais contribuem para o desequilíbrio de nutrientes.