Contenido parcial de la Unidad Temática Nº 3

Transcripción

1 Contenido parcial de la Unidad Temática Nº 3 La difusión del CO2 y su resistencia en el cultivo y en la planta. Influencia de la temperatura, el agua y el CO2. Punto de saturación y punto de compensación de la luz. Especies heliófilas y umbrófilas. Productividad primaria. Medición. Conceptos de ecofisiología vegetal. Formas de aumentar la producción. NOTA: Esta presentación es una síntesis de los temas desarrollados en clases Teóricas de Fisiología Vegetal (FCA-UNER), recomendando al alumno consultar Y leer la bibliografía recomendada al final.

2 Eficiencia Fotosintética (su medición a nivel de cultivo) Cálculo de Fotosíntesis Aparente o NETA FN= F.B. - R (+Fr) La F.N. en la mayoría de las especies oscila entre 10 y 20 mg CO 2.dm -2.h -1 equivalente a aproximadamente 0,5 a 2 g MS. m -2.h -1. R = 0,3 de F.B. F.N. = FB - 0,3 F.B. ; por factor común FN = FB (1-0,3) ó = 0,7 * FB

3 Ej. Cultivo de maíz. Producción de fitomasa : Grano, 100 qq; rastrojo; 50 qq y raíces 50 qq. Total : 200 qq de Materia Seca por ha. 200 qq de M.O. o M.S. le cuestan a la planta 200 = 0,7.FB = 200/0,7 = 285 q R = 85 o sea R = 0,3 de F.B. = 285 x 0,3 = 85,5 q. FB = = 285 qq. EFICIENCIA FOTOSINTETICA (E.F.) E.F. = E. ÚTIL APROVECHADA E. APROVECHABLE

4 2, g.ha -1 x 10-8 ha-cm -2 = 2, g.cm -2 Energía aprovechada = 0,285 g.cm -2 x 4000 cal.g -1 = 1, cal.cm -2 En la zona el promedio de radiación recibida es de 400 cal.cm -2.d -1 El ciclo del maíz es de aproximadamente 140 días. Energía aprovechable = 400 cal.cm -2.d -1 x 140 d = 5, cal.cm -2 E.F. = 1, cal.cm -2 / 5, cal.cm -2 = 0,0203 ===> 2,03 %

5 Razones de la baja eficiencia fotosintética Los valores comunes de E.F. están entre 1 a 1,5 %. Valores mayores de 2 a 2,5 % se pueden dar en cultivos de cereales de regiones templadas de países de agricultura avanzada. En Japón en cultivos de arroz se puede alcanzar el 4 % y algo más.

6 Razones de la baja eficiencia fotosintética 1) Eficiencia Cuántica. CO 2 + H 2 O + n cuantos --> (CH 2 O) + O 2 (gas) De acuerdo a la Ley de Equivalencia Fotoquímica: mol CO 2 N cuantos = 1mol de cuantos = 1EINSTEIN = Einstein CO2 (CH2O) F o G = cal. Cuantos necesarios?? 4 6 u 8-10 El promedio de la E. del cuanto en el rango de E. visible es aprox cal/mol

7 Ef. q = cal/mol cal/mol 2) Eficiencia del cloroplasto Varía a medida que aumenta la intensidad lumínica. = 22,8% FN x 10_3 bj/pie Plena Luz Eficiencia límite = 0,22 x 0,20 = 0,04 4% El límite de eficiencia máxima de un cultivo varía entre 0 y 5 %. Lo normal 1 a 2 %. En cultivos eficientes 4 %.

8 Eficiencia cuántica moles CO reducidos = Einsteins absorbidos Ø 2 Eficiencia de conversión de energía lumínica ε = Ganancia de E.libre Luz total incidente FN Ef. q. El límite de la fotosíntesis es determinado no solo por la capacidad del proceso fotoquímico sino también por el proceso bioquímico. I luz

9 Los factores limitantes en fotosíntesis El sistema de engranajes

10 Efecto del sombreado en la FN g m -2 sem % Intensidad de iluminación Solar máxima 60 % Girasol 23 % Tiempo

11 La difusión del CO2 y su resistencia en el cultivo y en la planta 1) Difusión en la atmósfera. Altura Con cultivo Sin cultivo Extinción - Viento Perfiles de extinción del CO 2

12 Difusión CO2 en tejidos asimilatorios Fuente: Azcon Bieto y Talón, 2003

13 La difusión del CO2 y su resistencia en el cultivo y en la planta 2) Difusión en los tejidos asimilatorios. F CO2 = Kd C = L C = L Kd [ CO ] aire - [ CO ] 2 2 F = r C R mesófilo [ CO ] aire - [ CO ] F= Flujo. L= Distancia. Kd = Coeficiente de difusibilidad. C = Concentración R= Resistencia. mesófilo (CO ) F = = g r R g = conductancia a la difusión del CO2 (m 2 /seg.) g = 1/R

14 Conductancia La conductancia del CO 2 (g c ) es 1,6 veces menor que la conductancia del vapor de agua (g w ). La conductancia del CO 2 permite estimar la concentración de CO 2 intercelular (Ci) conociendo la concentración externa (Ca) Ci = Ca A/g c ó Ci= Ca 1,6 A/g w Ca: concentracion CO2 del aire (ppm o µmol de CO2 mol -1 de aire) A: Tasa de asimilacion neta de CO2 (µmol de CO2. m -2 s -1 gc y gw: mol de aire m -2 s -1

15 Difusión en los tejidos asimilatorios r = Rat + Raq + Re + Rm + Rc Dependen de la Planta y del ambiente Dependen de la planta C3 incorporan CO2 a razón de 4 20 mg CO 2 /dm 2 /h. C4 incorporan CO2 a razón de mg CO 2 /dm 2 /h. La fotosíntesis en una hoja, a plena luz, es de 8 a 10 veces mayor que la respiración. Considerando toda la planta y las 24 horas del día, la respiración oscura y la foto-respiración pueden gastar desde un 25 a 50 % de la MS foto-asimilada.

16 El CO2 como sustrato Si las plantas no poseen otras limitaciones, responden incrementando la Fotosíntesis a medida que incrementa la [CO2]. Las C3 responden mejor al incremento por el efecto de la disminución de la fotorespiracion.

17 Punto de compensación del CO2

18 FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN LA FOTOSINTESIS

19 Factores ambientales y fotosíntesis Curso diario de la tasa de fotosíntesis y radiación

20 Irradiancia y características de las hojas Fuente: Azcon Bieto y Talón. 2003

21 Factores ambientales y fotosíntesis

22 Factores ambientales y fotosíntesis Fuente: Azcon Bieto y Talón. 2003

23 Factores ambientales y fotosíntesis

24 Factores ambientales y fotosíntesis

25 Factores ambientales y fotosíntesis

26 Factores ambientales y fotosíntesis Puntos optimos de Temperatura en Fotosíntesis para Distintos tipos de plantas

27 Factores ambientales y fotosíntesis P Fuente: Azcon Bieto y Talón. 2003

28 Partición de biomasa

29 Partición de biomasa (soja)

30 Partición de biomasa En una maleza Eryngium horridum caraguatá

31 Punto de compensación de luz C4: 3000 a 4000 Lux C3: 1000 a 2000 Lux Pl sol: 20 a 30 µmol m -2 s -1 ; Pl sombra: 1-10 µmol m -2 s -1 Punto de saturación de luz (meseta) Plantas heliófilas (luz solar directa, P. Sat. > Lux) ó µmol m -2 s -1 (25 % luz solar máxima) Plantas umbrofilas (P. Sat. < Lux) ó µmol m -2 s -1 Unidades: 1 b. pie = 10,7 Lux 1000 Lux = 1 klx 1 lux = 0,0929 b. pie Día de verano: a Lux Valores máximos de PAR en un día soleado en latitutes medias son de µmol m -2 s -1

32 Dependencia frente a la luz de la FN de hojas separadas, con suministro de CO2 en condiciones naturales y temperatura óptima (fuente varios autores)

33 Bibliografía de síntesis - AZCON-BIETO, J. y M. TALON Fundamentos de Fisiología Vegetal. McGraw-Hill, Madrid. 522 p. Cap. 13. Fotosíntesis en un ambiente cambiante - LARCHER, W Ecofisiología Vegetal. Omega, Barcelona. 305 p. - MEDINA, E Introducción a la ecofisiología vegetal. Monog. Científica Nº 16. O.E.A. 102 p. - CARLSON, P.S Biología de la productividad de cultivos. AGT Editor, S.A., México. 413 p. - EVANS, L.T Fisiología de los cultivos. Hemisferio Sur, Bs.As. 402 p. RAMOS, E. Y RALLO L Nueva Horticultura. Ed. Mundi Prensa. 183 pp. Cap. 3. Bases fisiológicas de la producción hortícola (p ).

34 PRODUCTIVIDAD PRIMARIA Definiciones, factores y medición

35 Definiciones: Productividad Primaria: en un ecosistema es la velocidad a que es acumulada la energía por la actividad foto y quimiosintética de los organismos productores en forma de sustancia orgánica utilizable como material nutritivo. Productividad Primaria Bruta o total es el total de fotosíntesis incluida aquella M.0. consumida durante el período de medición. Productividad Primaria Neta (PPN): corresponde a la fotosíntesis aparente, o sea la porción de la M.0. acumulada en los tejidos vegetales descartando la consumida en respiración.

36 Definiciones: Productividad Secundaria: es la proporción de energía acumulada en los niveles tróficos de consumidores y desintegradores, la que es menor en los niveles sucesivos. Productividad Neta del Ecosistema (PNE) = P.B. - (R Aut. + R het. + R Desc. ) FN = FB - R (R +fr) FB = FN + R

37 Definiciones: Biomasa: Es el peso (cantidad) del material vivo (vegetales y animales) presente en un ecosistema en un momento determinado. Fitomasa: Es el peso del material vegetal presente en el sistema en un momento determinado. Productividad: Es la velocidad con que crece una determinada biomasa (es un flujo). En algunos casos puede ser igual a producción. La productividad biológica es continua en el tiempo, se expresa en los términos de días o años. Ej.: g.m -2.d -1 ó tn.ha -1.año -1

38 La productividad es el resultado de numerosos factores que interactúan o interfieren con la fotosíntesis. Factores que afectan la productividad: * Físicos ambientales * De acción directa * Biológicos

39 Factores que afectan la productividad Se pueden agrupar en a) Genéticos, b) Ecológicos y c) Fisiológicos Dentro de los Ecológicos tenemos: De acción directa De acción indirecta Fisiológicos Topografía Radiación solar Fotosíntesis Latitud Fotoperíodo Crecimiento Altitud Temperatura Floración Lluvia (pp) Agua en el suelo Balance hídrico Comp. Del suelo Aireación del suelo Respiración (FR)

40 Productividad en función de la latitud La Productividad primaria aumenta a medida que se acerca al Ecuador, y esto es debido a la distribución de la Energía en sus estaciones anuales y no a la cantidad total.

41 Productividad primaria en cultivos

42 Factores Fisiológicos Es la sumatoria de todos los procesos fisiológicos que se pueden expresar a través de 3 índices o coeficientes: 1) IAF (adimensional) 2) NAR (Coef. O Tasa de Asimilación Neta) NAR = P t 2 2 P t1 1 * Log e A2 A2 Log A1 3) R (Coef. O Tasa de Crecimiento Relativo) R 1 dw *( ) = w dt log e P2 log t 2 t1 e e A1 P1 g m -2 d -1 = g g -1 d -1

43 Métodos para medir la 1) Cosecha final productividad 2) Cosechas frecuentes de biomasa (fitomasa) total 3) Flujo del Carbono (corrección por compartimentos funcionales) Unidades: Masa x área x tiempo Ej: g m -2 d -1 ; kg ha -1 sem -1 ; tn ha -1 año -1

44 Factores que afectan la productividad primaria (flujo CO2) CO2 LUZ IAF VERDE SECO MANTILLO Fertilidad Agua Suelo Temperatura Fonología Agua Suelo TºC CO2

45 Métodos para medir la productividad T0 T1 T2 T3 Tiempo (días) Fitomasa Total Sp. 1 (g) Sp. 2 (g) Sp. 3 (g) Otras sp. (g) Calculo de los incrementos positivos de biomasa entre t1 y t3

46 Calculo de los incrementos positivos de biomasa entre t1 y t3 Sp. 1 = = 180 Sp. 2 = = 107 Sp. 3 = = 30 Otras sp.= = 170 Total 487 g Tiempo (días) Fitomasa Total Sp. 1 (g) Sp. 2 (g) Sp. 3 (g) Otras sp. (g) Método 1. Biomasa Final = 880 g. MS en 60 días = 880/60 = 14,4 g m -2 d -1 Método 2. Biomasa final B. inicial= = 280 g / 60 d = 4,46 g m -2 d -1 Método 3. Sumatoria de los incrementos positivos de biomasa verde. Total 497 g MS 487 / 60 = 8,11 g m -2 d -1

47 Otras especies? Soja Malezas

48 Finalizando La presentación de una clase es una tarea de constante actualización, por lo cual año a año se cambian, eliminan o reemplazan algunas transparencias. El alumno debe comprender que esto es una guía, no el tema completo, por lo cual se recomienda consultar la bibliografía especifica. Leyendo los libros aprenderás más. Para la elaboración de esta ayuda didáctica se emplearon 14 horas de trabajo, en distintos tiempos, desde el año 2008 al 2010.