Avances de investigación sobre el piñón mexicano Jatropha curcas L.en México

Transcripción

1 VI SEMINARIO LATINOAMERICANO Y DEL CARIBE DE BIOCOMBUSTIBLES Avances de investigación sobre el piñón mexicano Jatropha curcas L.en México Alfredo Zamarripa Colmenero José Luis Solís Bonilla Biaani Beeu Martínez Valencia Maritza del Carmen Hernández Cruz Mariana Esquivelzeta Rabell Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias México Cuernavaca, Morelos. Agosto 2012

2 Introducción Por qué Jatropha en México? Alta diversidad genética (Zamarripa et al., 2010) Originaria de Mexico (Pecina et al., 2011) Alto potencial de rendimiento (Zamarripa et al., 2010) Alto contenido de aceite y proteína (Martínez, et al., 2011) Calidad del aceite (Martínez, et al., 2011) Balance energético (López et al., 2010) Mitigación de GEI (Riegelhaut et al., 2012) Zamarripa et al., In: 18th European Biomass Conference and Exhibition. Lyon, France Pecina et al., BIOMASS & BIOENERGY. 35 (2011) Zamarripa et al., VII Reunión Nacional Red Mexicana de Bioenergía A.C. México. Martinez et al, LVI Reunión del PCCMCA. El Salvador. López et al., RENIAF. INIFAP. México. Riegelhautl et al., Informe convenio de cooperación INIFAP REMBIO. Balance de emisiones de GEI.

3 Campos Experimentales del INIFAP realizando Investigación en Jatropha curcas 1 2 # 15 Campos Experimentales # # Rosario Izapa 30 Investigadores en Jatropha curcas L.

4 LINEAS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN Jatropha curcas L. Modelaje y sistemas de información geográfica Conservación y caracterización morfológica, bioquímica y molecular de recursos genéticos Mejoramiento genético Propagación in vitro Manejo agronómico Inoculantes microbianos para cultivos energéticos Calidad de los Biocombustibles Estudios de balance energético y balance de emisiones Estudios de rentabilidad, competitividad, sustentabilidad ambiental

5 ESTRATEGIA DE INVESTIGACIÓN BANCOS DE GERMOPLASMA INSTITUCIONALES CARACTERIZACIÓN DE GENOTIPOS SELECCIÓN DE GENOTIPOS MORFOLÓGICA (hoja, tallo, flor, fruto, semilla) BIOQUÍMICA (aceite, proteína, perfil de ácidos grasos) MOLECULAR (distancias y relaciones genéticas) EVALUACIÓN DE GENOTIPOS EN DIFERENTES AMBIENTES 14 estados MÉTODOS DE SELECCIÓN ( hibridación intraespecífica, selección individual, SRR ) Propagación in vitro Desarrollo de tecnología de producción Balances energéticos SELECCIÓN DE VARIEDADES SELECCIÓN DE TECNOLOGIAS Figura 1.- Esquema para el mejoramiento de plantas y el desarrollo de tecnología de producción de piñón (J. curcas L.).

6 Avances de Investigación en Jatropha curcas L.

7 Modelaje y sistemas de información geográfica Identificación de zonas con las mejores condiciones de éxito para la producción de un cultivo. Ubicación por condiciones climáticas, edáficas y topográficas * Condiciones consideradas en el presente estudio Topográficos edáficos climáticos Altitud Pendiente Suelos Textura Fases físicas Fases químicas Precipitación Temperatura Climas En los estudios de zonificación que INIFAP realiza, se utilizan los Sistemas de Información Geográfica (SIG).

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9 COLECTA Y CONSERVACIÓN DE RECURSOS GENÉTICOS Colecta de materiales silvestres en diferentes estados del país Caracterización morfológica, bioquímica y molecular Colectas de piñón Año Registro de datos de pasaporte Registro de variables fenológicas y agronómicas Establecimiento en el Banco Nacional de Germoplasma Se registraron las coordenadas geográficas (GPS)

10 Banco Nacional de Germoplasma Jatropha curcas L. 422 accesiones de J. curcas con una gran diversidad genética en precocidad, arquitectura, adaptación, tipo de flores, contenido de aceite, composición de ácidos grasos, toxicidad y rendimiento de grano.

11 CARACTERIZACIÓN Cuadro 1. Variación en las características de flor, fruto y semilla de Jatropha en una población de 288 plantas. Características Variación (1) Número de inflorescencias Número de flores masculinas Número de flores femeninas Número de frutos Peso de semilla (g) Largo de semilla(cm) Ancho de semilla (cm) Toxicidad (2) forbol esteres(mg/g) ) , Absence (1) Por planta. (2) La información corresponde a una población de 25 plantas

12 MEJORAMIENTO GENÉTICO Evaluación y selección de genotipos nativos en diferentes regiones agroecológicas Ensayos de adaptación en 14 condiciones agroecológicas del país Métodos de selección (hibridación intraespecífica, selección individual, SRR)

13 Rendimien nto de grano (kg ha -1 ) año 2 año INIFAP-MX294 INIFAP-MX32 INIFAP-MX952 INIFAP-MX42 INIFAP-MX331 INIFAP-MX314 INIFAP-MX714 INIFAP-MX721 Figura 2. Rendimiento de grano seco (kg ha -1 ) durante dos ciclos productivos en ocho genotipos de Jatropha curcas, en el trópico húmedo de México.

14 Rendim miento de grano (kg ha -1 ) año 2 año 3 año INIFAP-MX294 INIFAP-MX32 INIFAP-MX952 INIFAP-MX42 INIFAP-MX331 INIFAP-MX314 INIFAP-MX714 INIFAP-MX721 Figura 3. Rendimiento de grano seco (kg ha -1 ) durante tres ciclos productivos en ocho genotipos de Jatropha curcas, en el trópico húmedo de México.

15 entode grano (kg ha -1 ) Rendimi año 2 año 3 año 4 año INIFAP-MX294 INIFAP-MX32 INIFAP-MX952 INIFAP-MX42 INIFAP-MX331 INIFAP-MX314 INIFAP-MX714 INIFAP-MX721 Figura 4. Rendimiento de grano seco (kg ha -1 ) durante cuatro ciclos productivos en ocho genotipos de Jatropha curcas, en el trópico húmedo de México.

16 Rendim miento de grano (kg ha -1 ) Ascendente Estable Descendente año 2 año 3 año 4 año 5 año 173 INIFAP-MX294 INIFAP-MX32 INIFAP-MX952 INIFAP-MX42 INIFAP-MX331 INIFAP-MX314 INIFAP-MX714 INIFAP-MX721 Figura 5. Rendimiento de grano seco (kg ha -1 ) durante cinco ciclos productivos en ocho genotipos de Jatropha curcas, en el trópico húmedo de México.

17 CALIDAD DE LOS BIOCOMBUSTIBLES Materia prima Contenido de lípidos. Humedad Cenizas Proteínas Calidad del aceite Perfil de ácidos grasos. Viscosidad Densidad Índice de Yodo Índice de Saponificación Valor de peróxidos Acidez Titulable Laboratorio de Bioenergía Calidad del Biodiesel Contenido de esteres Glicerina libre y total Mono, di y triglicéridos Contenido en metanol Viscosidad Densidad Humedad Índice de Acidez Índice de Yodo Estabilidad de Oxidación Residuo carbonoso Punto de inflamación Corrosión en lamina de cobre Contaminación total

18 Número de genotipos Rangos del contenido de aceite Figura 6. Frecuencia de contenido de aceite en 138 genotipos de J. curcas. Chiapas, México Nota: Se utilizó el método de Soxhlet de acuerdo a la norma oficial NMX-F-089-S-1978.

19 13% 5% 3% 2% 2% 3% 2% Oleic acid (C18:1) Linoleic acid (C18:2) Palmitic acid (C16:1) 38% Stearic acid (C18:0) Lignoceric acid (C24:0) Erucic acid (C22:1n9) Nervonic acid (C24:1) Docosadienoic acid (C22:2) Others 32% Figura 7. Distribución porcentual de los principales ácidos grasos presentes en el aceite de J. curcas L.

20 Linoleic acid Oleic acid Percent Genotypes Figura 8. Ácido oleico y linoleico presente en el aceite de 13 genotipos de Jatropha curcas. Fuente: Martínez, et al LVII Reunión del PCCMCA. Panamá.

21 PROPAGACIÓN IN VITRO Propagación asexual de especies energéticas mediante el cultivo de tejidos vegetales En Jatropha curcas se han logrado procedimientos para el establecimiento aséptico y la inducción de la organogénesis.

22 TECNOLOGIA DE PRODUCCION Respuesta a la fertilización orgánica e inorgánica de J. curcas e higuerilla o 300 a 700 % de incremento en los rendimientos de J. curcas Respuesta a la poda de formación y productiva en J. curcas. o Producción temprana e incremento en los rendimientos Evaluación de sistemas de producción; piñón mexicano asociado con maíz con relevo de frijol o Rentabilidad de 102 % en sistema piñón-maíz-fríjol Figura 9. Plantación de piñón mexicano, a) monocultivo, b) intercalado con maíz y c) frijol en relevo.

23 Sistemas de producción Distancias de 2 X 4 m; 4.1 t/ha de maíz Distancias de 2 X 4 m; 1.0 t/ha de frijol Rentabilidad de 102 % en sistema piñón-maíz-fríjol Figura 10. Evaluación de sistemas de producción maíz asociado con piñón y fríjol asociado con piñón mexicano. Fuente: Zamarripa, et al LVII Reunión del PCCMCA. Panamá.

24 ESTUDIO DE PLAGAS EN Jatropha curcas L. Cuadro 3. Insectos asociados a Jatropha curcas en el Soconusco y depresión Central de Chiapas Nombre común Orden y Familia Género y especie probable o afín Ramas y Tallos Barrenadores del tallo y las ramas Raíces Gusano de alambre Hojas Chicharritas Minador Frutos Coleoptera: Cerambycidae Coleoptera: Elateridae Hemiptera: Cicadellidae Lepidoptera Chinches Hemiptera: Scutelleridae Pachycoris spp. Perforador de frutos Hemiptera: Coreidae Lepidoptera: Pyralidae Lagocheirus sp., Chrysobothris distincta, Psapharochrus sp. Flores Avispitas Hymenoptera:Eucaritidae Fuente: López, et al Entomología Mexicana 11:

25 Daño por minador de la hoja. Puerto Madero, Febrero de 2011 Foto: G. López-Guillén Chinche P. klugii. C. E. Rosario Izapa, Mayo de Foto: J. Gómez Barrenador de las ramas. C. E. Rosario Izapa, Marzo de 2011 Foto: G. López-Guillén

26 Insectos encontrados en Depresión Central de Chiapas: Pachycoris sp., Leptoglosus sp., Chrysobothris sp. y Lagocheirus sp.

27 DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES EN J. curcas Antracnosis causado por Colletotrichum sp. Síntomas de roya del piñón (Phakopsora sp. ) en hojas

28 Estudios de balance energético El Balance Energético permite contabilizar el flujo de energía no renovable a través de un inventario de insumos de las diferentes etapas y actividades en la obtención del Biocombustible, así como las salidas del sistema tomando como sistema de análisis un periodo determinado.

29 Cuadro 4. Balance energético del piñón mexicano en el segundo año del cultivo BALANCE ENERGÉTICO EN CULTIVO INTENSIVO DE Jatropha curcas L. INSUMOS INVENTARIO DE INSUMOS DEL CULTIVO AÑO 2 ETAPA AGRÍCOLA RELACIÓN ENERGÉTICA GASTO ENERGETICO MJ/ha HERBICIDA 327 PLAGUICIDA 474 FERTILIZANTE 3384 GASTO ENERGÉTICO 4185 ETAPA DE TRANSPORTE INSUMOS GASTO ENERGÉTICO MJ/ha GASOLINA 3306 DIESEL 144 GASTO ENERGÉTICO 3451 ETAPA DE TRANSFORMACIÓN INSUMOS GASTO ENERGÉTICO MJ ha -1 ELECTRICIDAD + SOLVENTES : 7.67 PRODUCCIÓN ENERGÉTICA Zamarripa et al., VII Reunión Nacional Red Mexicana de Bioenergía A.C. México.

30 Estudio del balance de emisiones Cuadro 5. Balance de emisiones en cultivo intensivo de Jatropha en el año 2. ETAPA AGRÍCOLA Insumo Emisiones (kgco 2 e ha -1 ) Herbicida 4.4 Insecticida 2.4 Fungicida 11 Fertilizante subtotal ETAPA DE TRANSPORTE Insumo Emisiones (kgco 2 e ha -1 ) Gasolina + Diesel 142 ETAPA INDUSTRIAL Insumos Emisiones (kgco 2 e ha -1 ) Electricidad + solventes 45 Total de emisiones Emisiones BD (kgco 2 eq GJ) Mitigación % Referencia fósil 83.8 kgco 2 eq GJ Fuente: Zamarripa Informe final de proyecto SAGARPA-INIFAP

31 Cuadro 6. Resumen de balance energético Resumen de balance energético J. curcas L. (Año 1) 1: 1.90 J. curcas L. (Año 2) 1: 7.67 Cuadro 7. Balance de emisiones de gases de efecto invernadero EU USA México REFERENCIA FÓSIL [kgco 2 eq/gj] Sistema de producción BD UNIDADES MITIGACIÓN (%) Piñón unicultivo año Piñón unicultivo año kgco 2 eq/gj o Estudio realizado en colaboración con UNAM-REMBIO-INIFAP

32 Conclusiones El desarrollo de componentes tecnológicos de la producción como la fertilización y la poda permiten incrementar hasta en 700 % los rendimientos de J. curcas El sistema de producción de cultivos intercalados piñón-maíz-fríjol durante los primeros tres años de cultivo, permitió la producción de energía y de alimentos con buena rentabilidad comparado con el unicultivo de piñón. El comportamiento en campo de genotipos de J. curcas fue diferente a través del tiempo (cinco años). Se encontraron genotipos con rendimientos ascendentes, con tendencia a estabilizarse y genotipos en los cuales decreció el rendimiento.

33 J. curcas presentó alta eficiencia energética con una relación de 1:7.6 al segundo año del cultivo por lo que se considera una opción sustentable para la producción de energía renovable. El piñón mexicano, de acuerdo a los estudios realizados y los componentes tecnológicos empleados es un cultivo altamente recomendable en términos de mitigación de GEI con valores de hasta 73 % de mitigación al segundo año del cultivo. El germoplasma mexicano de J. curcas presenta alta diversidad genética que debe ser usada en programas de mejoramiento genético para la creación de variedades mejoradas de alto rendimiento agroindustrial y competitividad.

34 GRACIAS Dr. Alfredo Zamarripa Colmenero