Uso de la termometría infrarroja como criterio de programación de

TEMPERATURA
DE
CANOPIA, CWSI
Y
RENDIMIENTO
EN
GENOTIPOS
DE
TRIGO.
J.P.SANMARTÍN Y E. ACEVEDO.LABORATORIO DE RELACIÓN SUELOAGUA-PLANTA. FAACULTAD DE CIENCIAS AGRONÓMICAS. UNIVERSIDAD
DE CHILE. AÑO 2001.
ÍNDICE
1.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 1
2.
OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 3
3.
2.1
OBJETIVOS GENERALES ................................................................................................................... 3
2.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................................. 3
REVISIÓN DE LITERATURA............................................................................................................. 4
3.1
IMPORTANCIA DEL AGUA EN LAS PLANTAS Y LA PRODUCCIÓN ......................................................... 4
3.2
EVAPOTRANSPIRACIÓN .................................................................................................................... 5
3.2.1
Evaporación ............................................................................................................................... 5
3.2.2
Evapotranspiración .................................................................................................................... 6
3.2.3
Transpiración ............................................................................................................................. 7
3.2.4
Fisiología de estomas ................................................................................................................. 8
3.3
BALANCE DE RADIACIÓN, BALANCE DE ENERGÍA Y TERMOMETRÍA INFRARROJA ........................... 11
3.4
NECESIDADES DE REGADÍO Y FRECUENCIA DE RIEGO ..................................................................... 14
3.4.1
Capacidad de estanque del suelo ............................................................................................. 14
3.4.2
Métodos de estimación de la evapotranspiración .................................................................... 17
3.4.3
Otros métodos para determinar necesidades de riego ............................................................. 19
3.5
4.
ÍNDICE DE ESTRÉS HÍDRICO DEL CULTIVO ....................................................................................... 21
3.5.1
Teoría ....................................................................................................................................... 22
3.5.2
Problemas asociados a la determinación del CWSI................................................................. 28
MATERIALES Y MÉTODO............................................................................................................... 31
4.1.1
Ubicación del ensayo................................................................................................................ 31
4.1.2
Clima ........................................................................................................................................ 31
4.1.3
Suelo ......................................................................................................................................... 31
4.1.4
Material Vegetal....................................................................................................................... 32
5.
4.1.5
Diseño....................................................................................................................................... 33
4.1.6
Manejo...................................................................................................................................... 33
4.1.7
Riego......................................................................................................................................... 34
4.1.8
Porómetro................................................................................................................................. 34
4.1.9
Termómetro Infrarrojo ............................................................................................................. 35
4.1.10
Psicrómetro ventilado.......................................................................................................... 36
4.1.11
Cálculo del CWSI................................................................................................................. 36
4.1.12
Medición del rendimiento y sus componentes...................................................................... 37
4.1.13
Análisis estadístico .............................................................................................................. 37
RESULTADOS Y DISCUSIÓN .......................................................................................................... 41
5.1
BALANCE HÍDRICO ......................................................................................................................... 41
5.2
TEMPERATURA DE CANOPIA .......................................................................................................... 43
5.3
APERTURA ESTOMÁTICA ................................................................................................................ 46
5.4
INDICE DE ESTRÉS HÍDRICO DEL CULTIVO ....................................................................................... 48
5.5
RENDIMIENTO ................................................................................................................................ 53
5.6
CWSI Y BALANCE HÍDRICO ........................................................................................................... 54
6.
CONCLUSIONES ................................................................................................................................ 57
7.
RESUMEN .............................................................................. ¡ERROR!MARCADOR NO DEFINIDO.
8.
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 58
1.
INTRODUCCIÓN
Actualmente, el agua representa mundialmente, uno de los recursos de mayor
importancia en la producción agrícola, dada su escasez relativa, su baja disponibilidad y
calidad.
Debido a esto, se han desarrollado diversas tecnologías tendientes a mejorar el
uso de este recurso, sistemas de conducción y métodos de riego más eficientes, que
permiten aumentar la superficie regada, mejorar rendimientos y ampliar la rentabilidad de
los cultivos y el predio.
La determinación de la frecuencia de riego es una actividad muy importante dentro de
cualquier explotación agrícola que dispone de regadío, ya que permite que la planta se
mantenga en óptimas condiciones hídricas durante todo el desarrollo del cultivo.
Un
cultivo con una buena dotación de agua, está transpirando a su tasa potencial, generando un
efectivo enfriamiento de la planta, es decir, permitiendo que la canopia se mantenga
relativamente más fría que el ambiente (Tanner, 1963).
A medida que se pierde la
humedad del suelo cercano a la zona radicular, la transpiración se reduce debido a un cierre
parcial de los estomas, provocando una disminución en la fotosíntesis y en consecuencia
una merma del rendimiento final (Díaz et al., 1983).
Dada la problemática anteriormente expuesta, se ha buscado diversos métodos, para
determinar el umbral de riego al cual la planta no se ve afectada. Estos incluyen el uso de
tensiómetros, bloque de yeso, neutrómetro para conocimiento de contenido de humedad, y
otros. Sin embargo, en suelos pedregosos, estos métodos presentan dificultad en su uso e
instalación.
Diversos estudios realizados en los años 80, determinaron que la temperatura de la
planta, específicamente la temperatura de la hoja, es un buen parámetro para determinar el
estado hídrico de la planta, y de esta manera, su necesidad de riego. Idso et.al (1981) y
Jackson et al.. (1981) formularon el CWSI, o Crop Water Stress Index (índice de estrés
hídrico del cultivo), el cual se basa, principalmente, en la asociación de el diferencial de
2
temperatura entre la hoja y el aire, incluyendo la variabilidad ambiental, debida al déficit de
presión de vapor (dpv). Con el desarrollo de los termómetros infrarrojos portátiles la tarea
de medir la temperatura de la canopia se ha hecho mucho más fácil, impulsando a su vez la
utilización del CWSI.
Por consiguiente, el CWSI determinado por la relación entre el diferencial térmico
cultivo-ambiente y vpd, podría ser un importante y útil parámetro a considerar, a la hora de
realizar la programación de riego de un cultivo, en suelos en que por su pedregosidad es
complejo conocer su disponibilidad hídrica por otros métodos, hasta el momento, de difícil
instalación.
3
2.
2.1
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
Los objetivos generales del estudio son los siguientes:
•
Comparar la eficacia de CWSI como criterio para determinar frecuencia de riego, en
relación a otros métodos, como el balance hídrico.
•
Asociar el CWSI a parámetros fisiológicos como apertura estomática y temperatura de
canopia.
2.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Los objetivos específicos del estudio son los siguientes:
•
Determinar Líneas Base del cultivo estresado y no estresado, en 30 genotipos de trigo.
•
Determinar el CWSI en 30 genotipos de trigo.
•
Asociar la temperatura de canopia y el CWSI, al rendimiento.
4
3.
3.1
REVISIÓN DE LITERATURA
IMPORTANCIA DEL AGUA EN LAS PLANTAS Y LA PRODUCCIÓN
Los vegetales se encuentran sometidos constantemente a agentes que pueden afectar
la integridad de la planta, tales como los producidos por temperaturas anormales,
condiciones físicas y químicas desfavorables en el suelo, y la presencia de elementos
patógenos.
Sin embargo, a largo plazo, el déficit hídrico reduce el crecimiento y la
producción de los cultivos más que los otros déficit combinados, principalmente porque se
involucra en todos los procesos físicos y químicos del organismo (Martin de Santa Olalla y
De Juan, 1993).
Aravena (1991), menciona algunas de las funciones vitales del agua, las cuales son:
•
Constituyente del citoplasma, en el que junto a las proteínas, determina su estructura y
grado de agregación.
•
Disolvente de gases, iones y solutos, estableciendo un sistema continuo en toda la
planta, dada la alta permeabilidad de las membranas celulares al agua.
•
Participa directamente como metabolito en diversas reacciones, como procesos de
óxido-reducción en fotosíntesis y respiración.
•
Mantiene la turgencia celular y orgánica.
•
Regula la temperatura de la planta a través del proceso de transpiración
El estrés hídrico puede llegar a afectar negativamente al conjunto de las funciones
fisiológicas de la planta, como fotosíntesis, respiración y reacciones metabólicas diversas,
además de repercutir en variaciones anatómicas sobre el crecimiento, reproducción y
desarrollo del fruto y la semilla. En términos agronómicos estos efectos se traducen en
bajas de rendimiento cuantitativo y/o cualitativo, como es la modificación de la
composición química de los productos agrícolas (Israelsen y Hansen, 1985).
5
Todo déficit hídrico produce una reducción de los rendimientos, sin embargo, todos
los cultivos tienen períodos críticos en los cuales son más sensibles a los efectos de la
sequía. Estos son estados fenológicos en donde el efecto detrimental de un estrés hídrico es
mayor, debido a que son etapas con un activo crecimiento y división celular, las que
generan en un breve período de tiempo, grandes cambios de tamaño en algún componente
de producción de la planta. La utilidad de conocer el o los períodos críticos de un cultivo
radica en que se puede administrar el recurso hídrico en períodos de escasez, asignando el
agua de acuerdo al estado fenológico, de manera de minimizar los daños en la producción
(Jara y Valenzuela, 1998).
La capacidad de almacenamiento de agua en los tejidos de la mayoría de los
cultivos es muy limitada, por lo que el equilibrio hídrico de la planta entre el ingreso y
egreso de agua se debe mantener en forma constante. Para restaurar el desequilibrio que
produce la pérdida de agua por transpiración, la planta absorbe agua desde el suelo.
3.2
EVAPOTRANSPIRACIÓN
3.2.1 Evaporación
La evaporación es la pérdida de agua de la superficie de un cuerpo hacia la atmósfera,
a través de la vaporización del agua líquida. Este proceso ocurre si en la superficie existe
una cantidad de agua disponible además de la energía necesaria para el cambio de estado
físico, es decir, la evaporación se produce como resultado de una demanda atmosférica y un
cierto contenido de humedad en el suelo (Aravena, 1991).
En una superficie de suelo desnuda húmeda, la tasa de evaporación depende de
factores meteorológicos y edafológicos.
Cuando la tasa de evaporación es baja, ésta
depende principalmente de factores meteorológicos, debido a que la conductividad
hidráulica del suelo y el gradiente de potencial son suficientes para mantener la superficie
6
de suelo húmeda. En tanto, si la tasa de evaporación es elevada, dependerá principalmente
de las características del suelo, ya que la velocidad de evaporación es mayor a la velocidad
de ascenso capilar y difusión de vapor, por lo que la superficie del suelo se deseca (Martin
de Santa Olalla y De Juan, 1993).
3.2.2 Evapotranspiración
Perrier (1984) define el concepto de evapotranspiración (ET) como: “La pérdida total
de agua de una cubierta vegetal bajo forma de vapor a través de la evaporación y
transpiración durante un intervalo de tiempo dado”. Según lo señalado, la
evapotranspiración es la suma de los términos evaporación y transpiración.
Ritchie (1972) demostró que el proceso de evapotranspiración está limitado
principalmente por la demanda evaporativa de la atmósfera, por las características del
suelo, por la cantidad de agua disponible y por el tipo de cubierta vegetal, es decir, está
determinado por factores meteorológicos, biológicos y edafológicos, sin embargo el
proceso no se puede atribuir a alguno de ellos en forma exclusiva. El medio local, las
prácticas agrícolas y de regadío, las plagas y enfermedades, los fertilizantes y otros factores
que afectan las tasas de crecimiento influyen también, de forma directa o indirecta, en la
evapotranspiración (Doorenbos y Pruitt, 1976).
Cuando el cultivo se encuentra en sus primeros estados de desarrollo, el componente
principal de ET es la evaporación. A medida que el cultivo se va desarrollando,
aumentando el área foliar y la cobertura, la transpiración comienza a tomar importancia,
hasta representar el principal componente de ET, llegando a comprender el 90 a 95% de
ésta, siendo mínimas las pérdidas por evaporación dado el alto porcentaje de cobertura
(Ritchie, 1972).
7
3.2.3 Transpiración
La transpiración es el proceso de evaporación del agua interna de los seres vivos. En
las plantas, hay un continuo movimiento de agua que se absorbe desde el suelo al interior
de las raíces, asciende por los tallos y es reestablecida a la atmósfera a través de la
transpiración (Israelsen y Hansen, 1985).
Del total de agua absorbida por las raíces, sólo una pequeña parte es retenida por la
planta, en los procesos fisiológicos y como parte de las células, siendo transpirada la mayor
parte, alcanzando incluso, en el caso de una planta de maíz hasta tres kilogramos de agua
por día (Taiz y Zeiger, 1993).
Este proceso se realiza principalmente por la superficie de las hojas, a través de
pequeños poros oclusibles llamados estomas, mediante los cuales el vapor de agua escapa a
la atmósfera por difusión, debido a una diferencia de potencial hídrico entre la hoja y la
atmósfera. Generalmente, el potencial hídrico de la atmósfera es mucho menor que el de la
hoja, y la intensidad del proceso depende del gradiente de presión de vapor (Sivori, 1986).
La transpiración tiene además un rol muy importante en el balance energético de la
planta, ya que la evaporación es un proceso refrigerante muy eficaz. Este se rige por la
distribución de Maxwell-Boltzmann para las velocidades moleculares, la cual sostiene que
las moléculas de agua que poseen velocidades elevadas se evaporan, y al abandonar la
superficie del líquido, la velocidad promedio de las moléculas restantes se ve disminuida,
es decir, el líquido se enfría. Para evaporar 1 kg de agua a 30°C se requiere 580 kcal, esta
energía requerida se llama calor latente de vaporización (Salisbury y Ross, 1994).
En el caso de las plantas, el agua es transpirada desde la superficie de las hojas, por lo
que el calor latente evaporado es absorbido de la hoja, generando un efectivo enfriamiento
de ésta con respecto a su ambiente (Jensen y Salisbury, 1988).
8
3.2.4 Fisiología de estomas
Los estomas, según la condición hídrica de la planta y factores ambientales, se abren
o cierran, permitiendo modificar o regular el intercambio gaseoso entre la planta y la
atmósfera. Tales intercambios incluyen el dióxido de carbono (CO2) empleado en la
fotosíntesis, el vapor de agua y materiales volátiles orgánicos y no orgánicos. Aunque la
transpiración estomática es la responsable de la mayor parte del agua transpirada, también
existen otras vías de pérdida de menor importancia, como son las lenticelas y la cutícula
(Jensen y Salisbury, 1988).
En la mayor parte de las plantas los estomas se mantienen abiertos por lo menos una
parte del día y se cierran durante la noche, siendo un mecanismo que reduce efectivamente
la pérdida total de agua (Israelsen y Hansen, 1985).
La apertura y cierre de estos poros es debida a cambios en la turgencia de las células
oclusivas. La apertura es causada por el ingreso de iones potasio (K+) hacia éstas, logrando
un potencial osmótico más negativo dentro de la célula y el posterior ingreso de agua (Taiz
y Zeiger, 1993).
Salisbury y Ross (1994) describen los efectos de ambiente sobre los estomas:
•
Luz : los estomas de la mayoría de las especies se abren al amanecer y se cierran en la
oscuridad, esto es porque en presencia de luz, los estomas se mantienen abiertos y
mantienen la concentración de CO2 necesaria para la fotosíntesis.
9
•
CO2 : el aumento de la concentración de dióxido de carbono por sobre los niveles
normales que se encuentran en el aire provoca el cierre de los estomas, debido a que los
estomas responden a niveles intercelulares de CO2 y no a la concentración en la
superficie de la hoja o en el poro estomático.
•
Humedad relativa del aire : expresa la relación entre la humedad actual del aire y una
atmósfera a saturación a la misma temperatura. A mayor temperatura, la atmósfera es
capaz de retener mayor cantidad de vapor de agua, entonces, la humedad relativa
disminuye. La transpiración es un proceso de difusión de vapor desde la cámara
estomática a la atmósfera, debido a un gradiente. A menor humedad relativa mayor es
el gradiente, por lo tanto, mayor es la velocidad de transpiración. Los estomas de
muchas especies son muy sensibles a la humedad atmosférica, cerrándose cuando la
diferencia entre el contenido de vapor del aire y de los espacios intercelulares supera un
nivel crítico. Un gradiente pronunciado induce al cierre, pero con una periodicidad de
apertura de 30 minutos, debido a que el CO2 interno se agota, forzando la apertura.
•
Temperatura : incrementos de temperatura entre cero y 30°C producen aumentos de la
apertura estomática, disminución de la humedad relativa, y por consiguiente, aumento
de la tasa transpiratoria. Esto es debido a que en la cavidad estomática disminuye la
concentración de CO2 porque se acelera el proceso de fotosíntesis, además se aumenta
el gradiente de humedad al disminuir la humedad relativa del aire, por lo que se
incrementa la velocidad de transpiración. Si la temperatura se eleva sobre los 35-40°C,
en la mayoría de los cultivos, los estomas se cierran debido a un incremento del CO2
interno por inhibición de la fotosíntesis y altas tasas respiratorias.
•
Velocidad del viento : el viento provoca generalmente un cierre parcial o total de los
estomas, dependiendo de la intensidad, debido a que llega más CO2 hasta los estomas,
aumentando su difusión hacia el interior de la hoja. También puede incrementar la
transpiración, provocando estrés hídrico y el cierre de estomas.
10
•
Contenido de humedad del suelo : la disminución del contenido de humedad del suelo
repercute en la cantidad de agua disponible para la planta, afectando directamente la
transpiración. Con contenidos de humedad cercanos a capacidad de campo, los estomas
se mantendrán abiertos y la planta transpirará a su potencial. Mientras que cercano al
punto de marchitez permanente los estomas se cierran y la transpiración se inhibirá, con
el fin de evitar la pérdida de turgidez. A medida que el potencial hídrico de la hoja
disminuye debido a baja disponibilidad de agua, los estomas se cierran. Este efecto es
el más dominante de todos los factores, sobrepasando incluso niveles intracelulares
bajos de CO2 y la luz intensa, debido a su valor protector durante la sequía.
Los niveles de absorción de agua desde el suelo y transpiración usualmente no son
iguales en la planta. Cuando la transpiración es más lenta que la absorción, el exceso es
almacenado en el tejido, sin embargo, la capacidad de almacenamiento de agua en las
plantas es muy limitada, por lo que disminuye el gradiente de potencial entre la planta y el
suelo, disminuyendo también la absorción. Por el contrario, cuando la transpiración es
mayor que la absorción, el déficit es cubierto por el agua del tejido, originando una
disminución del potencial hídrico de la hoja y el posterior cierre estomático (Hsiao, 1990)
Cambios en el potencial hídrico de las hojas afectan directamente a la turgencia de las
células de guardia, provocando el cierre parcial o total de los estomas en condiciones de
déficit de presión de vapor alto y/o déficit hídrico (Jones, 1985).
En presencia de déficit hídrico disminuye el potencial hídrico de las hojas,
acumulándose ácido abscísico (ABA) en los tejidos antes que los estomas se cierren, lo que
sugiere que el cierre de los estomas en respuesta al estrés hídrico en la hoja es mediado por
ABA (Jensen y Salisbury, 1988).
Davies et al. (1986) proponen que el cierre estomático mediado por ABA se produce
cuando las hojas no están sometidas a estrés hídrico, pero existe una disminución del
potencial hídrico del tejido radicular, es decir, cuando las raíces están siendo estresadas.
11
Zhang y Davies (1990) plantean que ABA proveniente del sistema radicular
provocaría el cierre estomático en situaciones de déficit hídrico. Obtuvieron una estrecha
relación entre el bajo contenido de humedad del suelo, reducción de la conductancia
estomática y la concentración de ABA en el xilema, sin embargo, la disminución de la
conductancia estomática no tuvo relación con la concentración de ABA en la hoja.
3.3
BALANCE DE RADIACIÓN, BALANCE DE ENERGÍA Y TERMOMETRÍA INFRARROJA
La radiación solar es modificada al pasar a través de la atmósfera, siendo absorbida la
mayor parte de la luz ultravioleta por la capa de ozono, y las bandas infrarrojas por las
partículas de agua, dióxido de carbono y otras partículas en suspensión, por lo que sólo una
parte del espectro de radiación llega a la superficie terrestre, la cual va de la radiación
visible (luz) a la radiación infrarroja (térmica) (Salisbury y Ross, 1994).
El balance de radiación de una superficie, mencionado por Huber et al. (1991), consta
de diversos componentes, y está dado por:
Rn = S (1 – Φ) + Lu – Ld
donde:
Rn :
radiación neta de todas las longitudes de onda [W m-2]
S :
radiación global (radiación directa y difusa) [W m-2]
Φ :
coeficiente de reflexión de onda corta de la superficie
Lu :
radiación de onda larga proveniente de la atmósfera [W m-2]
Ld :
radiación de onda larga emitida por la superficie de la tierra [W m-2]
Estos componentes tienen valores muy diferentes entre sí y su participación en el
balance total también puede variar considerablemente, dependiendo de las condiciones
12
climáticas, características físicas del suelo y de la cubierta vegetal. El monto de radiación
retenida por una superficie determina, entre otras cosas, la cantidad de energía disponible
para el flujo de calor latente y sensible, explicando en parte los procesos físicos y
biológicos que se producen en los ecosistemas (Baldocchi et al., 1981)
De todo el espectro de radiación que recibe un cultivo, éste absorbe la mayor parte de
la luz visible y el infrarrojo lejano (radiación térmica), y refleja el infrarrojo cercano. La
planta, al igual que todos los cuerpos sobre el cero absoluto, emite radiación térmica, pero
al recibir mayor cantidad de radiación que la que emite, debe disipar este exceso por
convección y/o transpiración para mantener el balance de energía (Salisbury y Ross, 1994).
Jackson et al. (1981) presenta el balance de energía para la canopia de un cultivo
cualquiera, descrito por la siguiente ecuación:
Rn = G + H + λE
donde:
Rn: radiación neta (W m –2)
G:
flujo de calor bajo la canopia (W m –2)
H:
flujo de calor sensible desde la canopia hacia el aire (W m –2)
λE: flujo de calor latente (W m –2)
Habitualmente, el balance energético diurno de cultivos y frutales está compuesto por
la pérdida de energía a través de la transpiración (λE), convección (G y H) y radiación por
parte de la hoja, y las ganancias dadas por la radiación procedente del sol y otros cuerpos
cercanos (Jensen y Salisbury, 1988).
La radiación emitida por la hoja se caracteriza por estar compuesta principalmente
por la parte infrarroja del espectro, y su magnitud depende de la temperatura de la hoja.
13
Esto se expresa en la ley de Stefan-Boltzmann, la cual postula la cantidad de energía
emitida por un cuerpo es función de la cuarta potencia de su temperatura absoluta:
Q = e σ T4
Donde:
Q:
cantidad de energía radiada (cal)
e :
emisividad
σ:
constante de Stefan-Boltzmann (cal cm-2 min-1 °K-4)
T:
temperatura absoluta (°K)
Es decir, cuando la temperatura de una hoja expuesta a la luz solar se eleva, la energía
radiante que emite también se incrementa, pero en una mayor magnitud.
Basados en la ley de Stefan-Boltzmann, se desarrollaron sensores capaces de
determinar a distancia la temperatura de los cuerpos, midiendo la cantidad de radiación
infrarroja proveniente de ellos (Tanner, 1963).
El desarrollo de estos instrumentos de teledetección térmica llamados termómetros
infrarrojos, permitió mejorar y fomentar el estudio de las relaciones temperatura foliarestrés hídrico, ya que otorga facilidad y rapidez en la determinación de la temperatura de la
planta, además de ser una técnica no destructiva y que no afecta las condiciones del
ambiente ni de la planta (Gurovich, 1989).
14
3.4
NECESIDADES DE REGADÍO Y FRECUENCIA DE RIEGO
El principal objetivo del riego agrícola es evitar que se afecten los rendimientos
debido al déficit hídrico, para lo que es necesario suministrar el agua en el momento
oportuno y en la cantidad requerida por el cultivo, es decir, suplir las necesidades de riego.
Teóricamente, se busca mantener una disponibilidad máxima de agua en el suelo, es decir,
que la evapotranspiración real de los cultivos dada por la demanda atmosférica sea igual a
la evapotranspiración máxima determinada por el clima y el estado fenológico de la planta,
de manera de no afectar los rendimientos del cultivo. Sin embargo, existen restricciones
físicas y económicas que limitan el tiempo de aplicación y la cantidad de agua aplicada
(Gurovich, 1999).
La programación de riego es una metodología que permite determinar el nivel óptimo
de riego considerando las variables anteriormente expuestas, y consiste en establecer la
frecuencia de riego (intervalo de tiempo entre un riego y otro) y la cantidad de agua a
aplicar, de acuerdo a las condiciones edafoclimáticas en las que se encuentre el cultivo. Por
lo tanto, para programar el riego es esencial estimar la cantidad de agua que puede
almacenar el suelo explorado por las raíces del cultivo y la evapotranspiración (Israelsen y
Hansen, 1985).
3.4.1 Capacidad de estanque del suelo
En los métodos de riego gravitacionales el suelo se utiliza como un estanque que
almacena el agua aplicada en cada riego o proveniente de precipitaciones, por lo que la
capacidad de estanque de un suelo se denomina humedad aprovechable (HA), y determina
la cantidad de días que pueden transcurrir entre un riego y otro sin que se afecte el cultivo.
Ortega y Acevedo (1999) mencionan que HA está definida por:
15
HA =
(CC − PMP) Da
*
* Ps
100
Dw
donde:
HA:
CC:
altura de agua aprovechable para el cultivo (mm)
contenido gravimétrico de agua en el suelo a capacidad de campo (%)
PMP: contenido gravimétrico de agua en el suelo a punto de marchitez permanente (%)
Da:
densidad aparente del suelo (gr cm-3)
Dw:
densidad del agua (gr cm-3)
Ps:
profundidad del suelo (mm)
Sin embargo, la planta no puede captar toda la humedad aprovechable del suelo sin
que se afecte el rendimiento, ya que con contenidos cercanos a PMP no puede seguir
absorbiendo agua desde el suelo. Por otra parte, el suelo tiene una capacidad máxima de
retención de humedad (CC), por sobre la cual se produce drenaje libre en el perfil del suelo.
Con el objetivo de no mermar los rendimientos, se establece un umbral de riego (Ur), con el
fin de aplicar el riego antes de que se afecte la producción del cultivo. En general se utiliza
un límite conservador de un 50% de la HA, pero depende de la respuesta productiva del
cultivo frente al déficit hídrico (Ortega y Acevedo, 1999).
Cada cultivo y etapa fenológica tiene distintas necesidades en cuanto a la tensión de
humedad del suelo máxima o distanciamiento entre dos riegos.
La mayoría de las
hortalizas y especies de las que se extraen productos frescos requieren niveles altos y
constantes de humedad en el suelo durante todas las fases del desarrollo, de lo contrario se
afecta su calidad y/o rendimiento, siendo muy sensibles al déficit hídrico (ej; Papa:
Solanum tuberosum L.).
En algunas especies frutales, como manzanos, durazneros,
ciruelos y olivos; en el tabaco, la caña de azúcar y en semilleros de alfalfa, el déficit hídrico
en ciertas etapas favorece la calidad del producto cosechado. Sin embargo, en la mayoría
de los cultivos no hay efectos sobre la calidad y el rendimiento mientras la humedad del
16
suelo se mantenga por sobre el 50% de HA, por lo que este límite establecido es suficiente
para suplir los requerimientos hídricos, incluso en los períodos críticos específicos de cada
cultivo (Doorenbos y Pruitt, 1976), (Gardner et al., 1992b).
.
Entonces, lámina neta (Ln), es la altura de agua que debe utilizar la planta para no
afectar su rendimiento, y está definida por:
Ln = HA * (Ur /100)
donde:
Ln:
lámina neta (mm)
Ur:
umbral de riego (%)
La frecuencia de riego permite establecer el número de días transcurridos entre dos
riegos consecutivos, y se puede estimar de la siguiente forma:
FR =
Ln
Et R
donde:
FR:
frecuencia de riego (días)
ETR:
evapotranspiración real o de cultivo (mm día-1)
La ETR determina la cantidad de agua consumida por el cultivo entre dos riegos
consecutivos. Debido a que ETR depende de muchos factores asociados al clima, suelo,
características de la planta, manejo agronómico, etc., se introdujo un valor de referencia
(ETO) definido como “la tasa de evapotranspiración de una superficie extensa de gramíneas
verdes de 8 a 15 cm de altura, uniforme, de crecimiento activo, que asombran totalmente al
suelo y que no escasean de agua”, con el fin de poder estimar ETR a través del ajuste de
17
ETO por un coeficiente de cultivo (Kc), el cual introduce las características propias de cada
cultivo según su fase de desarrollo y las condiciones climáticas predominantes (Doorenbos
y Pruitt, 1976). Por lo tanto, ETR se puede expresar como:
ETR = ETO * Kc
donde:
ETO :
evapotranspiración de referencia (mm día-1)
Kc :
coeficiente de cultivo
El valor de Kc, representa la evapotranspiración de un cultivo determinado, en
condiciones óptimas y que produzca rendimientos óptimos, y tiene como fin tener en cuenta
los efectos de las características del cultivo sobre sus necesidades de agua. Para escoger el
Kc apropiado, se debe tener en cuenta las características del cultivo, fecha de siembra o
plantación, fase de desarrollo, vientos, humedad y temperatura.
3.4.2 Métodos de estimación de la evapotranspiración
Para estimar la evapotranspiración existen varios métodos con diferentes grados de
complejidad, los que se calculan a partir de variables climáticas, debido a la dificultad de
obtener mediciones directas y exactas en condiciones reales.
Entre los más utilizados y simples se encuentra el método de Blaney-Criddle, el que
requiere como datos de ingreso la temperatura media y el porcentaje de horas diurnas para
el cálculo de un factor de uso consuntivo (f), el que luego es afectado por un coeficiente de
cultivo (k). Debido a que las necesidades de agua varían en climas con temperatura de aire
similares (por ejemplo, entre climas secos y húmedos; o entre zonas con vientos muy
fuertes y con vientos leves) los efectos del clima sobre las necesidades de agua no quedan
18
totalmente definidas con la temperatura media y la proporción de horas diurnas. Para
subsanar en parte este inconveniente, f debe ser calculado para un gran número de
situaciones y climas diferentes, que incorporan los efectos de la humedad, radiación y
viento (Doorenbos y Pruitt, 1976).
Otro de los métodos empleados para el cálculo de la evapotranspiración es el método
de la radiación, que requiere como datos de ingreso la radiación solar y un índice de
ponderación que depende de la temperatura y la altitud. Los resultados obtenidos mediante
este método son por lo general más fiables que los de Blaney-Criddle, debido a que se
considera la energía que ingresa al sistema por radiación. No obstante, en este método no
se consideran las condiciones específicas de viento y humedad, tomándose en
consideración sólo los niveles generales de estas variables climáticas (Doorenbos y Pruitt,
1976).
El método de Penman-Monteith se destaca por tener una mayor transparencia en
cuanto a los fenómenos físicos involucrados, al contener explícitamente dos términos que
aportan claridad en este aspecto: el balance de radiación (radiación neta) y balance
aerodinámico (viento y humedad), por lo que este método requiere los parámetros
temperatura, humedad, velocidad del viento y radiación. La modificación del método de
Penman realizada por Monteith introduce el concepto de resistencia aerodinámica, para
reemplazar la función empírica en la ecuación de Penman, permitiendo definir condiciones
más aproximadas al régimen aerodinámico de los cultivos (Doorenbos y Pruitt, 1976).
El método del evaporímetro de bandeja permite medir los efectos integrados de la
radiación, el viento, la temperatura y la humedad sobre la evapotranspiración en función de
la evaporación de una superficie de agua libre, ya que la planta responde a las mismas
variables climáticas, aunque existen factores importantes que pueden introducir cambios
significativos en la pérdida de agua. Sin embargo con una buena colocación, mantención y
la normalización del medio que circunda la cubeta, es un buen indicador de las necesidades
de los cultivos. A fin de relacionar la evaporación de la cubeta con ETO, se establecen
19
coeficientes de cubeta (Kp) obtenidos empíricamente, los que incluyen el clima, el tipo de
cubeta y el medio circundante (Doorenbos y Pruitt, 1976).
3.4.3 Otros métodos para determinar necesidades de riego
Existen otros métodos a través de los cuales se puede determinar las necesidades de
riego de un cultivo, como es la determinación directa o indirecta del contenido de humedad
del suelo. A través de este dato puede calcularse los aportes del riego, y la frecuencia se
determina cada vez que la lectura de humedad de suelo alcance cierto nivel establecido.
El método gravimétrico permite conocer directamente el contenido hídrico de un
suelo. Consiste en tomar muestras de suelo y pesarlas de inmediato para obtener el peso
fresco (suelo+agua), y posteriormente secarlas en estufa por 48 horas a 105ºC con el fin de
llevarlas a peso constante. La diferencia entre el peso fresco y seco entrega el contenido de
agua que poseía la muestra. A pesar de ser sencillo y directo, este método presenta ciertas
dificultades, ya que es muy difícil de realizar en terrenos pedregosos, no es de inmediata
determinación, y se hace engorroso realizarlo cada vez que quiera determinar el momento
de riego. Además no se puede realizar en suelos con un alto contenido de materia orgánica.
(Martin de Santa Olalla y De Juan, 1993).
Actualmente se utilizan métodos indirectos para la determinación de humedad en el
suelo, los cuales miden alguna propiedad relacionada al contenido hídrico y quedan
permanentemente instalados en el terreno, con el fin de tomar medidas repetidas en el
mismo punto. La mayoría de ellos requiere establecer curvas de calibración previas a la
medición.
La sonda de neutrones es utilizada en la actualidad ya que permite la determinación
de la humedad en forma cómoda, rápida y precisa. Se basa en el principio de que los
átomos de hidrógeno del agua son capaces de desacelerar y dispersar los neutrones rápidos
20
emitidos por la sonda, siendo los neutrones lentos captados por un sensor y registrados en
el medidor portátil. Este método presenta algunos inconvenientes, como la inaplicabilidad
del método para suelos orgánicos, ya que los átomos de hidrógeno de la materia orgánica se
confunden con los del agua, entregando una lectura sobreestimada. Otras desventajas para
su uso son el alto costo del equipo, las precauciones que hay que tener para su uso por
llevar material radioactivo, y los elevados costos de mantenimiento.
La técnica de reflectometría en el tiempo es un método que mide la constante
dieléctrica del suelo, a través del tiempo de recorrido de un impulso electromagnético entre
dos varillas de acero. El tiempo de recorrido es proporcional a la constante dielétrica del
suelo y sólo varía con el contenido de agua en el suelo. Este método no requiere de
instalación de elementos permanentes en el suelo y es muy preciso.
Los tensiómetros son utilizados para medir el potencial matricial del suelo, y constan
de una cápsula de cerámica porosa permeable a los solutos y al agua, conectada a un
manómetro por un tubo lleno de agua. El suelo ejerce una tensión sobre el agua de la
columna, la cual pasa al suelo, provocando una presión negativa en el tubo, la cual es
medida por el manómetro. Se caracteriza por ser relativamente económicos y muy rápidos
para la medida de potenciales matriciales in situ, sin embargo, altera en parte el suelo que
está en contacto con la cápsula, por lo que de su instalación depende la exactitud de las
lecturas, lo que lo hace algo complicado de situar. Además, es difícil de utilizar en suelos
pedregosos.
Los bloques de resistencia eléctrica se utilizan para conocer el potencial del agua en
el suelo, ya que se instalan bloques de yeso u otro material poroso en el suelo, los cuales
igualan su contenido de agua con el del suelo, siendo la resistencia eléctrica del bloque
función del agua contenida en él.
Presentan ciertos inconvenientes como su difícil
calibración, su inaplicabilidad en suelos salinos y en suelos húmedos.
21
3.5
ÍNDICE DE ESTRÉS HÍDRICO DEL CULTIVO
La temperatura de la cubierta vegetal, y particularmente la temperatura de las hojas,
ha sido acreditada ampliamente como un indicador de la respuesta de la planta a factores
ambientales adversos. La escasez de agua en el suelo, causa que las plantas transpiren a
una tasa menor que la demanda evaporativa de la atmósfera, lo que genera un
calentamiento de la hoja, debido a que disminuye el efecto refrigerante de la transpiración
(Kramer, 1974).
Las primeras aproximaciones para determinar un indicador del estado hídrico de la
planta a partir de la temperatura de la canopia, resultaron tener una gran cantidad de
factores ambientales y de la planta involucrados, de forma que se hacía muy difícil su
interpretación y aplicación en terreno (Gardner et al., 1992a). Con el fin de solucionar este
problema, muchos investigadores plantearon diferentes modelos, para poder utilizar la
temperatura de canopia con fines prácticos, como la programación de riego (Idso, 1982).
Idso et al. (1977) desarrollaron el modelo más simple, llamado “stress-degree-day”, el
cual relaciona la temperatura de la canopia medida por un termómetro infrarrojo (Tc), con
la temperatura del aire (Ta), de manera de que si Tc-Ta (∆T) es negativo, las plantas están
bien dotadas de agua, y si ∆T es positivo, existe un estrés hídrico. Sin embargo, este
modelo no considera factores ambientales diferentes que TA, como presión de vapor del
aire, radiación neta o velocidad del viento, lo que lo inhabilita en condiciones ambientales
diferentes a las medidas por los investigadores (Idso et al., 1981). Ehler (1973), ya había
demostrado experimentalmente en plantas de algodón que ∆T es altamente dependiente del
déficit de presión de vapor.
Dados los precedentes, Jackson et al. (1981) desarrollaron el índice de estrés hídrico
del cultivo, o crop water stress index (CWSI).
22
3.5.1 Teoría
La literatura hace mención a dos formas de obtener el CWSI, una aproximación
analítica propuesta por Jackson et al. (1981) y una empírica descrita por ldso et al. (198l).
Jackson et al. (1981) basa su método en el balance de energía para la canopia de un
cultivo cualquiera, en el cual la planta absorbe energía de la radiación solar y ambiental, y
la pierde para mantener el balance a través de la radiación, convección (G y H) y la
evapotranspiración (λE).
Se define radiación neta (Rn) como la diferencia entre la
radiación absorbida por un objeto y la que emite. El balance de energía es descrito por la
siguiente ecuación:
Rn = G + H + λE
(1)
donde:
Rn: radiación neta (W m –2)
G:
flujo de calor bajo la canopia (W m –2)
H:
flujo de calor sensible desde la canopia hacia el aire (W m –2)
λE: flujo de calor latente (W m –2)
En forma simple se puede escribir:
H=
ρ Cρ (Tc − Ta )
ra
ρ Cρ (ec* − e a )
λE =
γ ( r c + ra )
(2)
(3)
donde:
ρ:
densidad del aire (kg m-3)
23
Cp :
capacidad calórica del aire (J kg –1 °C –1)
Tc :
temperatura de la canopia (°C)
Ta :
temperatura del aire (°C)
ec* :
presión de vapor a saturación a Tc (Pa)
ea :
presión de vapor del aire (Pa)
γ :
contante psicrométrica (Pa °C –1)
ra :
resistencia aerodinámica (s m –1)
rc :
resistencia de la canopia al transporte de vapor (s m –1)
Combinando las ecuaciones anteriores (1,2, y 3), asumiendo que G es despreciable y
definiendo ∆ como la pendiente de la función de presión de vapor a saturación:
e c* − e a*
∆=
Tc − Ta
donde:
ea* :
presión de vapor a saturación a Ta (Pa)
se obtiene:
Tc − Ta =
γ (1 + rc ra )
e a* − e a
ra Rn
×
−
ρ Cρ ∆ + γ (1 + rc ) ∆ + γ (1 + rc )
ra
ra
(4)
Esta ecuación muestra que la diferencia de temperatura entre la canopia y el aire
depende de los parámetros ambientales radiación neta (Rn), déficit de presión de vapor del
aire (ea* - ea), resistencia aerodinámica (ra) y parámetros de la hoja como la resistencia al
transporte de vapor (rc).
24
Si un cultivo se encuentra en condiciones evidentes de estrés, los estomas se
encuentran cerrados, por lo que podría asumirse que la planta opone gran resistencia al
transporte de vapor hacia el aire, o lo que es similar, la resistencia de la cubierta vegetal al
transporte de vapor tiende a infinito:
rc → ∞
luego,
Tc − Ta =
ra Rn
ρ Cρ
(5)
Este es el límite superior de Tc-Ta, el cual representa un cultivo en condiciones de
estrés hídrico severo. Dado que el proceso de transpiración se encuentra detenido, Tc-Ta es
independiente del déficit de presión de vapor del aire, y el balance energético de la hoja
resulta del aporte de radiación por parte del ambiente y la pérdida de energía sólo por
radiación y convección.
Al contrario, si un cultivo se encuentra en óptimas condiciones hídricas, no opone
resistencia al transporte de vapor desde su interior, tendiendo prácticamente a cero:
rc → 0
luego
Tc − Ta =
e * − ea
ra Rn
γ
×
× a
ρ Cρ ∆ + γ
∆ +γ
(6)
Esta es la ecuación del límite inferior de Tc-Ta, que representa un cultivo en óptimas
condiciones hídricas transpirando a su tasa potencial. De esta manera, se puede apreciar
que la diferencia de temperatura entre la hoja y el aire es una función lineal del déficit de
presión de vapor del aire. Debido a la dificultad para obtener los valores de radiación neta
25
(Rn), velocidad del viento, y la estimación correcta de la resistencia aerodinámica, es que
se suponen estos parámetros como constantes. Aunque estas condiciones no se encuentran
en la práctica, se pueden obtener relaciones muy cercanas a lo lineal en forma experimental,
como las calculadas por Idso (1982).
La ecuación dada para el límite inferior de Tc-Ta representa un cultivo transpirando
a su tasa potencial, la cual supone el valor de resistencia de la canopia al transporte de
vapor (rc) igual a cero, lo que en la práctica no sucede. Esto puede variar según el cultivo y
probablemente tenga un valor levemente mayor que cero, definiéndose como resistencia de
la canopia a transpiración potencial (rcp). Al sustituir rc por rcp en la ecuación derivada del
balance de energía (4), se obtiene:
Tc − Ta =
e a* − e a
ra Rn
γ*
×
×
ρ Cρ ∆ + γ * ∆ + γ *
Donde:
γ * = γ (1 + rcp ra )
Por otra parte, al resolver la ecuación originada del balance de energía (1,2 y 3) en
función de λE, resulta la ecuación de evapotranspiración de Penman-Monteith (Dorenbos y
Pruitt, 1977):
λE =
∆Rn + ρ Cρ (e a* − e a ) ra
∆ + γ ( rc + ra )
A medida que la disponibilidad de agua en el suelo disminuye, la
evapotranspiración disminuye bajo la tasa potencial, de esta manera, se puede establecer
una aproximación del déficit de transpiración, calculando la evapotranspiración actual (ET)
sobre la potencial (ETp) para un cultivo determinado:
26
ET
ETp
=
∆ + y*
∆ + γ ( rc + ra )
De esta forma, en el caso de que el cultivo se encuentre transpirando a su tasa
potencial, rc es igual a rcp, por lo que ET/ETp=1. Por el contrario, si el cultivo se encuentra
en condiciones de evidente estrés, ET/ETp=0.
Con el fin de aplicar estos conceptos a la determinación del umbral de riego en los
cultivos, se considera que la planta pase de una condición de óptima dotación hídrica a un
cierto nivel de estrés hídrico, por lo que es deseable que un índice de estrés hídrico sea de 0
a 1. Es así como se define el índice de estrés hídrico del cultivo (CWSI), el cual puede
variar de 0 (cero), en el caso de un cultivo transpirando a su potencial, a 1 (uno) en un
cultivo sin agua disponible en el suelo. Por lo que el CWSI se define como:
CWSI = 1 − ET
ETp
Idso et al. (1981) establecieron el CWSI en forma similar, con la diferencia de que
el índice se obtiene realizando mediciones de campo de diferencias de temperatura de la
canopia y del aire (∆T) en diferentes medioambientes (húmedo, seco), de manera de
conseguir un amplio rango de déficit de presión de vapor (dpv).
Para calcular el límite inferior de Tc-Ta (∆T), el que se denomina línea base inferior,
se obtienen datos de ∆T de un cultivo que se encuentre transpirando a su potencial en un
rango de dpv dentro del cual se va a calcular posteriormente el CWSI. Se demostró
experimentalmente que existe una relación lineal negativa entre ∆T y dpv, es decir, a
medida que la demanda evaporativa de la atmósfera se incrementa ∆T se hace más
negativo, es decir, la canopia se encuentra más fría que el ambiente. La magnitud del
27
cambio está dada por la pendiente de la línea base inferior. Idso (1982) comprobó que las
características de esta curva (pendiente e intercepto) son especie específicas, al medir 26
cultivos diferentes en diversos medioambientes.
En tanto para calcular el límite superior de ∆T, llamado línea base superior, se
realizan mediciones en un cultivo con un estrés hídrico severo o en condiciones de no
transpiración. Idso et al. (1981) demostraron que esta línea es independiente del dpv, es
decir, el valor de ∆T estaría dado por intercambios energía por radiación y convección, por
lo que no varía al aumentar el dpv.
La siguiente figura muestra ambas curvas y cómo se calcula el CWSI:
6
B
5
4
3
Tc-Ta (°C)
2
Estresado
1
No estresado
0
P
-1
-2
-3
A
-4
-5
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
dpv (mbar)
Figura 1: Representación de líneas base y cálculo del CWSI
Para una medición cualquiera de ∆T y déficit de presión de vapor (figura 1), el
punto P representa el estado actual del cultivo (dpv=18 mbar; ∆T= -1°C). Si la planta
tuviera el suministro hídrico suficiente para transpirar a su potencial, ∆T sería -3°C (punto
28
A), al interceptar la línea base inferior con el dpv en18 mbar. Por otra parte, si el cultivo no
transpirara, ∆T sería 5°C (punto B). Así, se puede definir el índice de estrés hídrico del
cultivo, como el cuociente entre las distancias que existen entre los puntos AP y AB:
CWSI =
AP
AB
=
(−1) − (−3)
(+5) − (−3)
=
2
8
= 0.25
Este índice es un número entre 0 y 1, asumiendo un valor 0 (cero) para un cultivo en
óptimas condiciones hídricas y 1 (uno) para un cultivo que se encuentra en estrés máximo.
3.5.2 Problemas asociados a la determinación del CWSI
Existen ciertos problemas asociados al cálculo del CWSI, dados principalmente por
factores ambientales, de la planta y de los instrumentos de medición, los que afectan la
determinación de la temperatura de canopia a través de termómetros infrarrojos,
introduciendo errores en la medición.
Estos problemas pueden ser disminuidos al
establecer reglas de muestreo, con el fin se estandarizar la mediciones (Gardner et al.,
1992a).
Gardner et al. (1992b) propone procedimientos de muestreo tendientes a minimizar
los factores que afectan la medición y el cálculo del CWSI, con el fin de que el índice sea
comparable entre mediciones realizadas en distintas localidades y válido para cualquier
medioambiente.
•
La contaminación con polvo u otras partículas en los instrumentos puede afectar
las mediciones. En el caso de los termómetros infrarrojos, éstos cuentan con un
lente altamente sensible, el cual debe ser limpiado periódicamente para evitar que
la suciedad del lente altere la radiación captada. Si el dpv es medido por un
psicrómetro, la muselina del bulbo húmedo debe estar limpia y libre de sales o
29
aceite, por lo que debe humedecerse sólo con agua destilada o por lo menos
desmineralizada, ya que cualquier contaminante puede hacer variar la lectura.
•
Es importante calibrar regularmente el termómetro infrarrojo con un objeto que
absorba toda la radiación que incide sobre él (cuerpo negro), de manera de poder
corregir cualquier diferencia que se registre. La emisividad del objeto que se va a
medir también debe ser correctamente fijada, para evitar errores en la lectura. En
el caso de una superficie vegetal verde varía entre 0,95 y 0,98.
•
Es indispensable estimar la dimensión del objetivo a medir con el termómetro
infrarrojo, basándose en la posición del sensor con respecto a la superficie que se
está midiendo y el campo visual del equipo, el que varía según el modelo y
fabricante. Se debe establecer entonces la distancia y el ángulo al que se sostiene
el sensor con respecto al objetivo, de manera de no medir parte del suelo, el
horizonte u otro cultivo, lo que alteraría la medición, afectando en gran medida el
cálculo del índice. Esto también ocurre frecuentemente cuando se desea medir en
estadios tempranos, sobre plantas pequeñas.
•
El viento y la radiación solar pueden afectar también la determinación del CWSI,
ya que estos parámetros no están considerados en el cálculo y varían
considerablemente entre cada localidad y en el tiempo, sin embargo, si estos
parámetros se mantienen estables durante el período de medición del CWSI y en
la determinación de las líneas base, se pueden obtener fieles resultados. La
alteración en el índice es mínima cuando las variaciones en la velocidad del
viento son sobre 2,5 m/s , ya que sobre ese nivel la resistencia aerodinámica
decrece lentamente, en cambio se producen grandes cambios en el CWSI cuando
el viento es variable bajo 2,5 m/s, debido a una mayor transferencia de calor
sensible al aumentar la velocidad del viento.
30
En condiciones de radiación solar alta y relativamente estable, aún podría existir una
variación en la temperatura de canopia medida, debido a la diferencia en el calentamiento
por radiación entre las hojas expuestas a la luz y las sombrías. Nielsen et al. (1984)
observaron que las mediciones de temperatura de canopia, medida en varios cultivos, varían
considerablemente dependiendo si son hojas sombrías o expuestas.
Gardner y Shock
(1989) mostraron en hojas no estresadas y en hojas sometidas a estrés hídrico, que al
ponerlas a la sombra, no presentaban diferencias en temperatura de canopia. Es por esto
que es recomendable tratar de medir hojas expuestas directamente al sol, en el caso que se
realicen mediciones muy cerca de la planta o que el campo visual del termómetro infrarrojo
sea muy reducido.
Según lo descrito por Idso (1982), las líneas base de ciertos cultivos pueden cambiar
significativamente al momento de pasar de la etapa de crecimiento vegetativo a la de
crecimiento reproductivo, debido a que se produce un cambio en la arquitectura de la
planta, apareciendo estructuras que modifican la temperatura de la canopia. Hutmacher et
al. (1991), plantean que en alfalfa para semilla, se requiere calcular 3 líneas base superior
diferentes para las etapas de desarrollo vegetativo, floración y desarrollo y maduración de
la vaina, debido a que los cambios morfológicos afectan la transpiración y la transferencia
de calor sensible. Por lo tanto, al utilizar la línea base calculada para el período vegetativo
sobre todo el desarrollo del cultivo, se incurre en errores en el cálculo del CWSI,
sobrestimando el índice hasta en 0,3 unidades.
31
4.
4.1
MATERIALES Y MÉTODO
UBICACIÓN DEL ENSAYO
El estudio se realizó en la Estación Experimental Antumapu (33º 34' Latitud Sur, 70º
38' Longitud Oeste), perteneciente a la Facultad de Ciencias Agronómicas de la
Universidad de Chile, ubicada en la comuna de La Pintana, provincia de Santiago, región
Metropolitana, Chile.
4.2
CLIMA
Santibañez y Uribe (1990), definen el clima del sector donde se llevó a cabo el
estudio como Mediterráneo Semiárido de tipo templado mesotermal estenotérmico. Se
caracteriza principalmente por presentar temperaturas promedio que varían entre 28,2 ºC en
Enero y 4,4 ºC en Julio. Cuenta con un período libre de heladas de 231 días, alcanzando a
acumular 1621 días grados y 1147 horas de frío en el mismo período.
En lo que se refiere
al régimen hídrico, la zona tiene una precipitación media anual de 419 mm, con un déficit
hídrico de 997 mm y un período seco de 8 meses. Por la ubicación del distrito, el régimen
térmico se caracteriza por veranos calurosos y secos e inviernos fríos, lo que corresponde al
clima tipo del valle central.
4.3
SUELO
El suelo donde se realizó el trabajo es de origen aluvial y pertenece a la serie
Santiago. Se caracteriza por ser moderado a ligeramente profundo, presentar una textura
franco arenosa fina, con topografía plana (0 a 2% de pendiente), buen drenaje y
permeabilidad rápida. (Comisión Nacional de Riego, 1981).
32
A través del método gravimétrico se determinaron las propiedades hídricas del suelo,
estando en capacidad de campo CC a 226 mm y en punto de marchitez permanente PMP a
117 mm, con densidad aparente del suelo (Da) igual a 1,3 g cm-3 y profundidad de raíces de
600 mm.
4.4
MATERIAL VEGETAL
Se utilizaron 30 genotipos de trigo (Triticum aestivum L.) de diversas procedencias,
con el fin de que las líneas base con las que se calcula el CWSI sean válidas para toda la
especie. Los genotipos provienen del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y
Trigo (CIMMYT), del Centro Internacional para Investigaciones Agrícolas en Zonas
Aridas (ICARDA), del Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria (INIA) y de la
Sociedad Nacional de Agricultura (SNA) (tabla 1).
Tabla 1: Genotipos de trigo utilizados en el estudio
Número
1
Genotipo
35
2
52
3
60
4
62
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
65
71
80
86
87
88
95
97
111
114
Nombre
PFAU/4BB/GIL/CJ/3/F35.70//KAL/BB/5/VEE.#7
CM92053-P-OY-OH-OKCM-OB-OY
4777(2)//Fkn/Gb/3/Vee’S’/4/Buc’S’/Pvn’S ‘
CM 66684-E-1M-6Y-1M-3Y-YO-OAP
Dove’S’/Buc’S’
CM58808-1AP-2AP-1AP-4AP-OAP
JUN’’S’’
CM 33483-C-7M-1Y-OM-5B-OY
Cruz Alta INTA
TEMPORALERA
Seri 82
Parula
Inia//NAPO/Cal..
SNB
Pitic 62
Yecora 70
SERI*3/BAC
RL6010/6*YR//3*SERI
33
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
4.5
117
130
131
133
141
143
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
VEE//RL6010/2*YR/3/2*VEE/4/GEN
KVZ//KAL/BB/3/CEP7596/4/CEP8064
IAS58/4/KAL/BB//CJ3/ALD/5/YAV79
OASIS
CNO79*2/PRL//CHIL
PFAU
Coyau INIA
Canelo INIA
Nobo INIA
SNA 208
Sofia U. UC
Maqui INIA
Queñoa INIA
Huayun INIA
Millaleu INIA
Huanil INIA
DISEÑO
El material vegetal fue sembrado en dos ensayos, uno no regado, con aportes hídricos
exclusivamente de precipitaciones, y otro regado por aspersión según el balance hídrico por
el método gravimétrico y evaporímetro de bandeja (Doorenbos et al., 1976), sin problemas
de humedad.
Cada ensayo tuvo dos repeticiones, siendo cada unidad experimental una parcela de 4
m de largo por 1,6 m de ancho (8 hileras separadas a 0,2 m). La siembra se realizó entre el
8 y 9 de julio de 1999 con una dosis de semilla de 15 g/m2.
4.6
MANEJO
Las parcelas fueron fertilizadas con 100 kg de nitrógeno/há (urea) y 80 kg de P2O5/há
(Superfosfato triple) a la siembra, y 100 kg de nitrógeno/há aplicado en macolla (49 días
después de emergencia). Las malezas se controlaron mediante la aplicación de AJAX 50
PE (Metsulfuron-metil), los pulgones mediante la aplicación de Lorsban 4E (Clorpirifos) y
34
control preventivo de enfermedades usando Tilt (Propiconazol), en las dosis recomendadas
por el fabricante.
4.7
RIEGO
El sistema de riego empleado en el ensayo regado fue por aspersión. El agua para el
riego de las parcelas proviene de un pozo profundo y es conducida hacia el campo por una
red de tuberías que se conectan a las líneas de aspersión.
Los riegos se realizaron según el balance hídrico del suelo, en el que ETR se estimó a
través del método de evaporímetro de bandeja, con datos obtenidos de la estación
meteorológica del Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria (INIA), ubicada a 800
m del ensayo.
La humedad aprovechable promedio se determinó en 109 mm, y se fijó el umbral de
riego a 50% de la humedad aprovechable, en 172 mm.
4.8
PORÓMETRO
Para medir la resistencia estomática se utilizó un Porómetro Li-cor modelo Li 1600.
Su principio consiste en determinar la resistencia de la hoja a la difusión de vapor de agua.
Un flujo de aire seco bombeado por el porómetro permite mantener la humedad relativa del
aire constante dentro de la cámara. En el estado de equilibrio se calcula la resistencia
estomática con el valor de este flujo (Fss).
La resistencia estomática (R) calculada por el porómetro se basa en la fórmula:
R=
C∗A
Fss
35
donde:
C : diferencia de concentración de vapor de agua entre la hoja y la cámara del porómetro al
momento de equilibrio
A : Superficie del tejido en contacto con la cámara
Fss: Flujo de aire seco.
Las mediciones se realizaron en dos hojas similares de cada parcela, considerando
que estuvieran totalmente expuestas al sol. En cada una de ellas se midió sobre las caras
abaxial y adaxial.
4.9
TERMÓMETRO INFRARROJO
La temperatura de la canopia y del aire fueron medidas por un termómetro infrarrojo
portátil marca Cole-Parmer®. Este instrumento, a través de un sensor, mide la cantidad de
radiación infrarroja emitida por los cuerpos, la cual depende de la temperatura y la
emisividad de éstos. Basándose en la ley de Stefan-Boltzmann entrega la lectura de
temperatura según la cantidad de radiación captada.
Por medio de una termocupla conectada al aparato, entrega en forma paralela la
temperatura del aire, de esta forma, permite obtener en la misma lectura la temperatura de
la canopia y del aire (∆T).
La precisión del termómetro infrarrojo es de ±1% de la lectura, con una visualización
de décima de grado (ºC), con un rango de espectros de 8 a 14 µm y una resolución óptica
de 60:1.
36
El aparato además posee una memoria interna con una capacidad de hasta 100
lecturas. En cada lectura se almacenan los parámetros: fecha, hora, temperatura de canopia
y temperatura del aire.
Las mediciones se realizaron en dirección Nor-Oeste en el ensayo regado y Sur-Este
en el no regado, debido a la disposición de las parcelas respecto al camino y la ubicación
del rótulo de cada parcela. El termómetro infrarrojo se sostuvo a una altura de 40 cm sobre
la parcela con un ángulo de 45 grados, con el fin de minimizar los errores en la medición
descritos por Gardner et al. (1992b).
4.10 PSICRÓMETRO VENTILADO
El déficit de presión de vapor se determinó simultáneamente con ∆T, a través de
datos proporcionados por un psicrómetro ventilado. Este instrumento se utiliza para medir
la humedad del aire, y consta de dos termómetros de mercurio, uno de los cuales tiene el
bulbo cubierto por una muselina húmeda (bulbo húmedo), con lo que se baja la temperatura
por la pérdida de calor latente debida a la evaporación. La diferencia de temperatura entre
el termómetro de bulbo húmedo y el seco (°C), y la temperatura del de bulbo seco son
ingresadas a tablas (Doorenbos y Pruitt, 1976) que entregan los valores correspondientes de
presión de vapor actual (ed) y presión de vapor a saturación (ea), ambos en mbar. Por lo
que el déficit de presión de vapor (dpv) se expresa como:
dpv = ea - ed
4.11 CÁLCULO DEL CWSI
Las observaciones de ∆T, dpv y R se realizaron entre 81 y 100 días después de
emergencia (d.d.e.), entre las 12:30 y las 16:00 hrs, ya que es el momento de máxima
demanda atmosférica diaria.
37
Se calculó el CWSI por el método descrito por Idso et al. (1981) siendo determinado
el límite inferior para ∆T en un cultivo sin déficit hídrico (ensayo regado) y en función del
dpv de la atmósfera (línea base inferior). El límite superior se obtuvo midiendo ∆T en
plantas cortadas, de manera que al momento de la medición la planta estuviera con los
estomas totalmente cerrados (línea base superior).
Para calcular las líneas base se
realizaron mediciones de ∆T y dpv entre las 8:00 y las 18:00 hrs. con el fin de obtener un
amplio rango de dpv para poder confeccionar las líneas base.
4.12 MEDICIÓN DEL RENDIMIENTO Y SUS COMPONENTES
Para determinar el rendimiento se cosecharon a ras de suelo 4 hileras de 1 m. de
largo (0,8 m2) en el centro de la parcela, de las cuales se apartaron 100 tallos, siendo
pesados y llevados a secado en estufa de aire forzado por 48 horas a 70 °C para determinar
la biomasa. El resto de las espigas cortadas se trillaron en una maquina estacionaria, los
granos entregados corresponden al rendimiento el que es llevado a rendimiento por
hectárea. También se determinó el peso seco de los 1000 granos, espigas por m2, granos por
m2 , granos por espiga, gramos de grano por espiga, tasa de producción de grano y tasa de
producción de biomasa.
4.13 ANÁLISIS ESTADÍSTICO
Se realizaron correlaciones y regresiones simples entre los parámetros de diferencia
de temperatura canopia-aire, resistencia estomática y rendimiento y sus componentes, con
el fin de relacionar estas variables entre sí.
38
Los valores de CWSI de cada genotipo fueron comparados de acuerdo al método
propuesto por Eberhart y Russell (1966) para análisis de estabilidad de rendimiento en
genotipos sometidos a diferentes medio ambientes.
Esta metodología fue definida con el objetivo de disminuir la interacción genotipomedioambiente que se genera con diferentes nuevas variedades al compararlas en una serie
de medioambientes. Generalmente, al hacer los ranking relativos de rendimiento para los
diferentes ambientes, éstos difieren en el orden de los genotipos, por lo que se dificulta
demostrar la superioridad de una variedad sobre otra. Por esto, se busca determinar las
variedades que presenten un rendimiento relativamente uniforme en todos los
medioambientes, es decir, los genotipos más estables, que presenten una baja interacción
con el ambiente.
Al realizar una regresión lineal en cada genotipo sobre un índice ambiental, Eberhart
y Russell establecieron el año 1965 el siguiente modelo para definir los parámetros de
estabilidad requeridos:
Yij = µi + βiIj + δij
donde:
Yij : promedio de la iesima variedad en el jvo medioambiente (i = 1,2,...,n)
µi : es el promedio de la iesima variedad sobre todos los medioambientes
βi : es el coeficiente de regresión que mide la respuesta de la iesima variedad al cambiar los
medioambientes
δij : es la desviación de regresión de la iesima variedad al jvo medioambiente
Ij : es el índice medioambiental obtenido como el promedio de todas las variedades al jvo
medioambiente menos el gran promedio.
El primer parámetro de estabilidad es un coeficiente de regresión estimado:
39
∑Y
ij
Ij
j
bi =
∑I
2
j
j
Esta regresión se obtiene al graficar el índice medioambiental y el rendimiento para
cada genotipo en todos los medioambientes.
La desviación δij puede ser elevada al cuadrado y sumada para proveer una
estimación de otro parámetro de estabilidad (σ2di)
s di2 =
∑ δˆ
2
ij
n−2
−
s e2
r
donde s2e/r es la varianza del promedio de una variedad en el jvo medioambiente, entonces:
∑ δˆ
j

Y 
= ∑ Yij2 − i  −
n 

2
2
ij
(∑ Yij I j ) 2
j
∑I
2
j
j
Este modelo permite dividir la interacción genotipo-medioambiente de cada
variedad en 2 partes: la variación debida a la respuesta de la variedad para diversos índices
medioambientales (suma de cuadrados debido a la regresión); y la desviación inexplicable
de la regresión sobre el índice ambiental.
De acuerdo a estos parámetros, se puede establecer como un genotipo estable a
aquel que tenga un alto promedio estimado sobre todos los ambientes, un coeficiente de
regresión unitario (bi =1) y la desviación de la regresión tan pequeña como sea posible (s2di
= 0), o sea la definición de un genotipo estable es bi =1 y s2di = 0.
40
Este modelo aplicado al rendimiento, también puede ser útil al ser empleado en la
variable de interés en este estudio, el CWSI, con el fin de determinar si existen diferencias
de este índice entre los genotipos, al considerar cada una de las mediciones como un
medioambiente distinto. De esta forma, se puede aislar el CWSI del ruido ambiental
incidente dado por una alta interacción genotipo-medioambiente, y determinar si existen
genotipos con un índice de estrés bajo y/o estable, a pesar de que el déficit hídrico sea
creciente.
41
5.
5.1
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
BALANCE HÍDRICO
El balance hídrico de los ensayos regado y no regado, muestra que hasta 69 días
después de la emergencia (d.d.e.), los dos ensayos presentaron un contenido de agua en el
suelo similar, debido a que los aportes hídricos durante ese período provenían
exclusivamente de precipitaciones (figura 2). El primer riego se realizó 70 d.d.e., el
segundo y tercer riego se dieron a los 80 y 94 d.d.e., respectivamente. El suelo en el
ensayo no regado alcanzó el 50% de la humedad aprovechable 91 d.d.e., recuperando en
parte su contenido hídrico el día 97, debido a precipitaciones en los días 95 y 96 d.d.e. En
el período de medición la humedad del suelo en el ensayo no regado varió entre 84 y 42%
de la humedad aprovechable (H.A.).
350
325
No Regado
P e r io d o d e
m e d ic ió n
Regado
300
Contenido de agua en el suelo (mm)
275
250
226
225
200
172
175
150
117
125
100
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
D ia s d e s d e la e m e r g e n c ia
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
Figura 2: Balance hídrico de los ensayos regado y no regado en todo el período de
crecimiento del cultivo
42
En la figura 3 se muestra el balance hídrico de los ensayos regado y no regado, en el
período de medición de diferencia de temperatura canopia-aire (∆T) y resistencia
estomática (R). Los puntos verdes unidos por líneas indican las fechas en las que se midió
∆T (76, 78,81,83,87 y 100 d.d.e) y las flechas rojas, las oportunidades en las que se evaluó
R (81,83,85 y 87 d.d.e.).
280
270
260
No Regado
250
Regado
240
226
Contenido de agua en el suelo (mm)
230
220
210
200
190
172
180
170
160
DT
150
R
140
130
117
120
110
100
65
70
75
80
85
90
Dias desde la emergencia
95
100
105
Figura 3: Balance hídrico de los ensayos regado y no regado en el período de medición
43
5.2
TEMPERATURA DE CANOPIA
Como se observa en la figura 4, los ensayos regado y no regado no difieren en su
comportamiento a través del tiempo en cuanto a la diferencia de temperatura canopia-aire
(∆T) promedio. Durante el período de determinación de ∆T, el contenido de humedad más
bajo al cual se realizó una medición fue en 58,7% de HA, indicando que el nivel de estrés
hídrico alcanzado por el ensayo no regado no fue suficiente para presentar diferencias en
∆T promedio de los 30 genotipos. Esto concuerda con lo planteado por Doorenbos y Pruitt
(1976), quienes afirman que la evapotranspiración real de los cultivos con moderada
sensibilidad al déficit hídrico no se afecta si el contenido de humedad del suelo se mantiene
por sobre el 50% de HA.
1,5
Diferencia de temperatura canopia-aire
1,0
0,5
0,0
-0,5
-1,0
No Regado
Regado
-1,5
-2,0
-2,5
76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
días desde emergencia
Figura 4: Diferencia de temperatura canopia-aire (∆T) promedio de 30 genotipos en
ensayo regado y no regado
44
Las curvas que representan cada uno de los ensayos se cruzan en dos oportunidades,
lo que pudiera deberse a que en los días 76 y 78 los ensayos presentaban contenidos de
humedad similares (regado 96%, no regado 83% de HA), y al ocurrir precipitaciones los
días 95 y 96, el ensayo no regado recibe un aporte hídrico que lo acerca nuevamente a la
condición del ensayo regado en la última medición (100 d.d.e.). Entonces, la distancia que
separa los dos ensayos en estos puntos de medición puede explicarse en parte por
diferencias ambientales y desigualdades de orientación de la medición al momento de
determinar ∆T para cada ensayo.
En la tabla 2 se muestra el instante en el cual se realizaron las mediciones para cada
uno de los ensayos, los cuales fueron evaluados bajo condiciones ambientales levemente
diferentes. El efecto ambiental presente en cada medición sería removido en parte al incluir
el déficit de presión de vapor de la atmósfera (dpv) en el cálculo del CWSI.
La determinación ∆T no se realizó en la misma dirección en los ensayos, siendo el
ensayo regado medido en dirección Nor-Oeste y el no regado hacia el Sur-Este, debido a la
disposición de las parcelas. Según lo señalado por Nielsen et al. (1984) y Gardner y Shock
(1989), existe una variación en la temperatura de canopia medida, debido a la diferencia en
el calentamiento por radiación entre las hojas expuestas a la luz y las sombrías. Por esto se
recomienda para futuras investigaciones, realizar dos o más mediciones desde diferentes
puntos cardinales frente al cultivo.
Tabla 2: Hora de medición de diferencia de temperatura canopia-aire en los ensayos
regado y no regado
Días después de emergencia
Ensayo
76
78
81
83
83
87
87
100
No Regado 1:00 PM 1:09 PM 1:53 PM 2:40 PM 12:29 PM 1:28 PM 3:04 PM 12:43 PM
Regado
1:47 PM 1:38 PM 2:54 PM 3:05 PM 12:55 PM 2:19 PM 3:53 PM 2:00 AM
45
La temperatura de la canopia fue medida en 30 genotipos de trigo, los cuales tienen
diferentes orígenes (tabla 1) y características de resistencia a la sequía, las que se expresan
en la medida que el estrés aumenta. En la tabla 2 se muestra la desviación estándar
genotípica de ∆T en cada una de las mediciones. Los valores de desviación estándar del
ensayo no regado fueron mayores y más estables en el tiempo que en el ensayo regado, el
que presenta cifras crecientes y mayores, reflejando un comportamiento desigual de los
genotipos en presencia del déficit hídrico. En el ensayo regado, que no presenta estrés
hídrico, las diferencias genotípicas respecto a la característica ∆T no se expresan, por lo que
los valores de ∆T de cada genotipo no difieren considerablemente del promedio en cada
medición.
Esto coincide con lo planteado por Blum et al. (1982), quienes al medir
temperatura de canopia en una serie variedades de trigo y triticale, encontraron diferencias
mínimas entre los genotipos cuando las plantas están en condiciones hídricas favorables,
pero a medida que el estrés hídrico aumenta las diferencias se hacen significativas.
Tabla 3: Desviación estándar genotípica de ∆T de los 30 genotipos de trigo para cada
una de las mediciones
Ensayo
76 dde
78dde
81 dde
83 dde
87 dde
100 dde
Regado
0,63
0,58
0,53
0,55
0,46
0,97
No Regado
0,55
0,70
1,33
1,31
1,09
1,22
46
5.3
APERTURA ESTOMÁTICA
La apertura estomática, medida a través de la resistencia estomática (R), tuvo un
comportamiento consistente con lo observado en el balance hídrico.
La resistencia
estomática promedio de los 30 genotipos en el ensayo no regado aumentó con el tiempo
(figura 5) a partir de la diferenciación en el contenido de humedad de suelo de los ensayos
(figura 3). En el ensayo regado se presentan valores de R promedio bajos, entre 0,68 y 0,90
s m-1, durante todo el período de mediciones (81-87 d.d.e.), lo que refleja que al no
presentar déficit hídrico, los estomas se mantienen abiertos.
5
4,5
4
Resistencia estomática
3,5
3
Regado
2,5
No Regado
2
1,5
1
0,5
0
81
82
83
84
85
86
87
Días despues de emergencia
Figura 5: Resistencia estomática (R) promedio de 30 genotipos en ensayos regado y no
regado
47
En la tabla 3 se presenta la desviación estándar de los valores de resistencia
estomática de los 30 genotipos en cada una de las mediciones. Al igual que en el caso de
∆T, en el ensayo regado, la resistencia estomática de cada genotipo se encuentra cercana al
promedio de todos los genotipos durante todo el periodo de medición, lo que se manifiesta
en valores de desviación estándar de R bajos y uniformes, a diferencia del ensayo no
regado, el cual presenta valores mayores y crecientes a medida que se acentúa el déficit
hídrico.
Esto se debe a que los genotipos utilizados tienen diferentes orígenes y
características de resistencia a la sequía, las que se expresan a medida que el estrés
aumenta.
Tabla 4: Desviación estándar genotípica de resistencia estomática de los 30 genotipos
de trigo para cada una de las mediciones
Ensayo
81 dde
83 dde
85 dde
87 dde
Regado
0,14
0,19
0,19
0,14
No Regado
0,43
1,05
3,59
1,68
Se realizaron correlaciones entre los parámetros ∆T y R para cada uno de los días de
medición coincidentes (81, 83 y 87 d.d.e.) en el ensayo no regado, siendo significativos en
los días 81 (r=0,352; P=0,056) y 83 (r=0,349; P=0,059), no así en el día 87 (r=0,127; P=1).
Con el fin de disminuir el efecto ambiental presente en los datos, se calculó el promedio de
las tres mediciones para cada uno de los parámetros y se correlacionó ∆T media y R media,
resultando altamente correlacionados (r=0,45; P=0,012). Esto advierte que en presencia de
déficit hídrico la apertura estomática explicaría en parte la temperatura de la canopia, es
decir, a mayor resistencia estomática, más alta debería ser la temperatura de la canopia en
el ensayo no regado.
48
5.4
INDICE DE ESTRÉS HÍDRICO DEL CULTIVO
El índice de estrés hídrico del cultivo (CWSI), fue calculado a partir de los datos de
diferencia de temperatura canopia-aire (∆T) y déficit de presión de vapor de la atmósfera
(dpv) obtenidos en forma simultánea entre los 76 y 100 d.d.e., durante las horas de máxima
demanda atmosférica.
El balance hídrico mostró que los dos ensayos presentaron contenidos de agua en el
suelo similares hasta 70 d.d.e., debido a esto, se comenzó a medir 6 días después de este
evento con el fin de que los ensayos presentaran distintos contenidos de humedad de suelo.
Las diferencias alcanzadas por los ensayos durante el período de medición no fueron
extremas, ya que se midió sólo hasta cuando el ensayo no regado presentó un 57,8% de
H.A. (100 d.d.e.), debido a que en ese momento se produjo la emergencia de la espiga, lo
que significa un cambio estructural y morfológico en la planta. Según lo descrito por Idso
(1982), la línea base inferior calculada para trigo cambia significativamente al momento de
pasar de la etapa de crecimiento vegetativo a la de crecimiento reproductivo, debido a que
la espiga absorbe la energía radiante convirtiéndola en calor sensible, además de ser una
efectiva barrera contra la transferencia de calor sensible hacia las hojas, lo que modifica
considerablemente la temperatura de la canopia. En este período se produce un incremento
en la resistencia de la canopia debido a la aparición de la espiga, la cual constituye una
parte importante de la superficie transpirante, oponiendo una mayor resistencia a la pérdida
de agua (Hatfield et al., 1984)
Por lo tanto, las líneas base calculadas para el período vegetativo quedan inhabilitadas
para utilizarse en todo el desarrollo del cultivo, requiriendo una nueva línea base para el
período reproductivo. Se sugiere para estudios posteriores calcular una línea base para la
etapa de crecimiento vegetativo y otra para el período reproductivo, con el fin de poder
obtener datos del cultivo sometido a un estrés hídrico severo.
49
La figura 6 presenta las líneas base superior e inferior del cultivo, calculadas a partir
de la regresión lineal de valores de dpv y ∆T de 30 genotipos de trigo.
Para la línea base
inferior se obtuvo la ecuación ∆T = -0,276 dpv + 1.163, con un coeficiente de correlación r
= -0,75 (P< 0,001).
8
6
y = 0,0069x + 4,9908
4
Delta T
2
0
-2
-4
y = -0,2756x + 1,1631
-6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
vpd (mbar)
Figura 6: Líneas base superior e inferior de trigo
El CWSI fue calculado para los 30 genotipos de trigo en cada uno de los días de
medición a través del método descrito por Idso et al. (1981), el cual es llamado método
empírico.
En la figura 7 se muestra la evolución del CWSI promedio de los 30 genotipos en el
tiempo, siendo similar a lo presentado para ∆T en los dos ensayos. Sin embargo, al incluir
el dpv de la atmósfera en el cálculo del índice, parte del efecto ambiental es removido, lo
50
que logra que las dos curvas se distancien más en comparación con lo presentado en la
figura 2 en los días 81, 83 y 87 d.d.e. y se estrechen más en los días 76, 78 y 100,
confirmando que las diferencias de ∆T promedio presentadas en la figura 4 se deben en
parte al efecto ambiental presente en cada hora de medición.
0.50
0.40
CWSI
0.30
0.20
0.10
Regado
No regado
0.00
-0.10
75
77
79
81
83
85
87
89
91
93
95
97
99
101
Días después de emergencia
Figura 7: Indice de estrés hídrico del cultivo (CWSI) en ensayos regado y no regado
Se correlacionaron cada una de las mediciones de CWSI de los 30 genotipos entre
sí, pero no presentaron resultados significativos entre ellas. Debido a esto, se considera
cada una de las mediciones como independientes entre sí.
51
Se realizó un análisis de regresión (Eberhart y Russell, 1966) para los valores de
CWSI de cada genotipo, con el fin de determinar si hay diferencias entre ellos, dada la
variabilidad observada en las tablas 2 y 3.
El CWSI de cada genotipo se graficó sobre la media de todos los genotipos en cada
una de las mediciones, ajustándose a un modelo lineal en el que la variable independiente
es la media de todos los genotipos en una observación, y la variable dependiente es el valor
de CWSI de un genotipo en esa observación.
La figura 8 muestra cuatro genotipos seleccionados por presentar pendientes
diferentes, demostrando que los genotipos 2 y 24 son más estables (pendiente <1) y
presentan un menor índice de estrés hídrico que los genotipos 25 y 26 (pendiente >1), es
decir, frente a condiciones de estrés hídrico creciente los genotipos 2 y 24 se mantienen con
un CWSI bajo y relativamente constante, en comparación con los genotipos 25 y 26.
1.2
1.0
G enotipo 24
G enotipo 2
G enotipo 26
0.8
G enotipo 25
CWSI
0.6
0.4
0.2
-0.10
0.0
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
-0.2
-0.4
Indice Ambiental
Figura 8: Estabilidad de CWSI de 4 genotipos de trigo seleccionados
52
La tabla 5 presenta los principales características de la regresión de cada genotipo
como resultado de un análisis de estabilidad de CWSI, ordenados de menor a mayor
pendiente.
Tabla 5: Estabilidad de CWSI de 30 genotipos de trigo
Genotipo
24
2
21
22
16
1
6
10
5
11
15
9
7
14
17
13
19
12
20
28
23
8
29
18
27
30
4
26
3
25
r
0.643
0.737
0.668
0.581
0.669
0.793
0.792
0.856
0.792
0.67
0.66
0.735
0.735
0.788
0.807
0.849
0.524
0.8
0.842
0.812
0.818
0.682
0.778
0.72
0.693
0.783
0.681
0.901
0.689
0.86
r2
0.414
0.543
0.446
0.337
0.448
0.629
0.627
0.732
0.628
0.449
0.436
0.54
0.541
0.621
0.652
0.72
0.275
0.641
0.709
0.659
0.669
0.465
0.605
0.519
0.48
0.613
0.464
0.812
0.475
0.739
M Probabilidad Respuesta media
0.558
0.026
0.207
0.686
0.082
0.168
0.707
0.187
0.227
0.743
1
0.183
0.763
0.313
0.154
0.767
0.161
0.235
0.828
0.332
0.196
0.85
0.293
0.23
0.875
1
0.22
0.899
1
0.287
0.91
1
0.177
0.916
1
0.136
0.97
1
0.179
0.988
1
0.203
1.005
1
0.215
1.006
1
0.2
1.013
1
0.265
1.014
1
0.251
1.05
1
0.274
1.052
1
0.176
1.085
1
0.206
1.089
1
0.292
1.096
1
0.219
1.189
1
0.222
1.198
1
0.352
1.205
1
0.228
1.233
1
0.252
1.233
0.163
0.207
1.324
1
0.28
1.746
0.018
0.305
53
5.5
RENDIMIENTO
Se determinó el rendimiento bajo estrés hídrico de los 30 genotipos, obtenido del
ensayo no regado. El CWSI estuvo altamente correlacionado con el rendimiento bajo estrés,
con un coeficiente de correlación r=-0,430 con probabilidad P= 0,01, por lo que se puede
afirmar que el rendimiento bajo condiciones de estrés hídrico se explica en parte por el
CWSI, es decir, los genotipos que presentaron un índice de estrés hídrico alto, obtuvieron
menores rendimientos y viceversa.
Se correlacionaron además otros componentes del rendimiento bajo estrés con ∆T,
R y CWSI medidos en el ensayo no regado.
Tabla 6: Correlación entre componentes del rendimiento con ∆T, R y CWSI, de 30
genotipos de trigo en ensayo no regado
∆T
R
CWSI
n.s.
n.s.
-0,355*
-0,42*
n.s.(•)
-0,43**
Peso seco 1000 granos
n.s.
n.s.
n.s.
Espigas por m2
n.s.
n.s.
n.s.
Granos por m2
n.s.
n.s.
n.s.
Granos por espiga
-0,502**
-0,531**
-0,485**
Gramos de grano por espiga
-0,642***
-0,449**
-0,647***
TPG
-0,373*
n.s. (•)
-0,374*
TPB
n.s.
n.s.
n.s.
Biomasa
Rendimiento grano
* P<0,05
** P<0,01
*** P<0,001
[[[en las correlaciones marcadas con (•) hay un valor de R que es muy alto, y deteriora la
regresión]]]
54
Los resultados indican que existe correlación entre los componentes granos por
espiga y gramos de grano por espiga y los parámetros ∆T, R y CWSI, lo que podría deberse
a que las mediciones se realizaron previo a la emergencia de la espiga, momento en el cual
se determina en parte el rendimiento. Según lo señalado por Acevedo et al. (1998), altas
temperaturas en la canopia desde inicio de floración hasta antesis afectan negativamente el
número de granos por unidad de área, lo que puede ser atribuido a un menor número de
espigas fértiles o a una menor cantidad de granos por espiga. Además si durante esta etapa
la planta es capaz de mantener los estomas abiertos aún en condiciones de altas
temperaturas, el efecto negativo del estrés sobre el peso final de la espiga se minimiza.
5.6
CWSI Y BALANCE HÍDRICO
La figura 9 muestra el CWSI promedio de 30 genotipos en función del contenido de
humedad del suelo estimado según el balance hídrico como porcentaje de la humedad
aprovechable (H.A.), el los ensayos regado y no regado. Cada medición realizada para
calcular el índice de estrés hídrico del cultivo, se realizó en ciertas condiciones de humedad
de suelo. Al correlacionar los valores se obtiene un coeficiente de correlación r=-0,371 con
probabilidad P=0,235,
55
0,5
0,45
0,4
0,35
CWSI
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
40
50
60
70
80
90
100
110
120
% de Humedad Aprovechable
Figura 9: Relación entre contenido de humedad del suelo y CWSI
Con el fin de determinar si la dispersión presente en los datos es debida al dpv, cada
valor de CWSI fue divido por el dpv correspondiente al día y la hora en que se realizó la
medición. Como se observa en la figura 10, el ajuste de los datos a la regresión mejora,
(r=-0,478; P=0,116), sin embargo, aún sigue siendo baja y no significativa.
Jalali-Farahani et al. (1993), al comparar tres modelos de CWSI, el método empírico
(M1) desarrollado por Idso et al. (1981), el método empírico incluída la variable radiación
neta (M2) y el método análítico (M3) desarrollado por Jackson et al. (1981), asegura que
éste último remueve en gran parte la variación diaria del CWSI y reduce en gran medida el
grado de dispersión dado en M1 y M2, ya que incluye una mayor cantidad de variables en
su cálculo.
56
0,0600
0,0500
CWSI/dpv
0,0400
0,0300
0,0200
0,0100
0,0000
40
50
60
70
80
90
100
110
% de Humedad Aprovechable
Figura 10: Relación entre contenido de humedad del suelo y CWSI/dpv
120
57
6.
•
CONCLUSIONES
No fue posible determinar la eficacia del CWSI como criterio para determinar la
frecuencia de riego, ya que el nivel de estrés hídrico alcanzado por el ensayo no
regado en el período de medición no fue lo suficientemente intenso para encontrar
diferencias en el CWSI promedio en los dos ensayos.
•
El umbral de riego utilizado en el ensayo es bastante conservador para la
programación de riego en trigo, lo que se manifiesta en que la temperatura de
canopia se midió siempre por sobre el 50% de la humedad aprovechable, y no hubo
diferencias entre los dos ensayos, sin embargo la respuesta de los genotipos fue
diferente en cada uno de ellos.
•
El CWSI y ∆T se encuentran asociados a la resistencia estomática.
•
El rendimiento bajo condiciones de estrés hídrico se explica en parte por el CWSI
determinado previo a espigadura.
•
Los 30 genotipos de trigo utilizados en el estudio presentaron diferentes respuestas
en cuanto a los parámetros fisiológicos ∆T y R, frente al déficit hídrico.
58
7.
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