Evolución del rendimiento de trigo y su estabilidad. Factores genéticos y de manejo que lo controlan

Transcripción

1 Evolución del rendimiento de trigo y su estabilidad. Factores genéticos y de manejo que lo controlan Daniel F. Calderini Universidad Austral de Chile Jornadas Variabilidad del Rendimiento Rosario, Julio 2013

2 Estructura de la presentación - El desafío para la agricultura del incremento poblacional - Tendencia de la producción y los rendimientos de trigo - Posible incremento del rendimiento potencial y en especial el rol del mejoramiento - Estabilidad del rendimiento, su cuantificación y los efectos del mejoramiento y el manejo

3 Evolución de la población mundial ( *) * datos estimados FAO (2009)

4 Población mundial y producción de trigo

5 Escenario de demanda mundial de alimentos ( ) El incremento poblacional ha sido estimado en cerca del 40% de la línea base de FAO del año 2006 hasta el 2050 En ese contexto, y considerando que la cantidad de calorías podría incrementarse a 3130 kcal persona -1 día -1, la producción agrícola mundial debería aumentar entre el 50 y 60% desde 2006 hasta 2050 Se ha estimado que la cosecha de cereales debería aumentar en un rango entre 1,16 y 1,31% año -1, dependiendo de la demanda de bio-comustibles Bruinsma (2009); Fischer (2009); Hall & Richards (2013)

6 World population (billions) Entorno del crecimiento poblacional ( ) segura Cambio climático Naciones Unidas (2009)

7 Producción (M t) Producción mundial de trigo ( ) 1000 Tasa últimos 20 años: 1,05% año -1 (<1,16% año-1) y = 11,49x R² = 0,97 y= 5,98x R 2 = 0, Años FAO (2013)

8 Área cosechada de trigo (M ha) Superficie mundial de trigo ( ) Años FAO (2013)

9 Rendimiento (kg ha- 1 ) Rendimiento mundial de trigo ( ) 4000 Tasa últimos 20 años: 1,17% año -1 (1,16% año-1) y = 46,14x R² = 0,97 y= 30,06x R 2 = 0, Años FAO (2013)

10 Evolución del rendimiento a escala país en el siglo XX Rendimiento (t ha-1) Años desde 1900 Calderini & Slafer (1998) Field Crosp Research

11 Indicadores de la evolución del rendimiento de los países

12 Aumento de rendimiento (% año -1 ) Tasa de incremento del rendimiento mundial de trigo , , , (estimado) Años Adaptado de Fischer et al. (2009)

13 Evolución del rendimiento de trigo en Chile

14 CLASIFICACIÓN DE RENDIMIENTO Y FACTORES LIMITANTES A LA PRODUCCIÓN Logrado Alcanzable Potencial Medidas de Aumento del rendimiento Medidas de Protección del rendimiento L A P Factores definitorios Localidad, fecha de siembra Factores limitantes Fertilización, Riego Factores reductores Control de malezas y plagas -Radiación -Temperatura -CO2 -Genotipo -Fecha de siembra -Agua -Nutrientes Nitrógeno Fósforo -Malezas -Enfermedades -Plagas -Granizo, etc. t ha -1 Niveles de Producción de trigo adaptado de Rabbinge, 1993.

15 Rendimiento (t ha -1 ) Rendimiento potencial y rendimiento promedio país 4 8 Argentina Años Reino Unido from Slafer & Calderini (2005) Food Product Press El impacto positivo del incremento del rendimiento potencial sobre los rendimeintos de los productores ha sido demostrado en trigo y otros cultivos (e.g., Rajaram, 1996; Reynolds et al., 1996; Abeledo et al., 2005; Foulkes et al., 2009; Reynolds et al., 1996; Fischer & Edmeades, 2010)

16 Rendimiento relativo (%) El mejoramiento de trigo ha mostrado tendencias similares en diferentes países del mundo Argentina Australia Italy U.K. r=0.91; p< Año de liberación Calderini & Slafer (1999) Euphytica

17 Materia seca de espigas Materia seca de tallos Determinantes fisiológicos del impacto del mejoramiento sobre el rendimiento potencial Antesis cv. Antiguos cv. Modernos cv. Modernos cv. Antiguos Mayor índice de cosecha Mayor número de granos Tiempo

18 Cambios en la partición de biomasa de cultivares argentinos liberados en distintos años Año de Rendimiento Tallos liberación (g m -2 ) (g m -2 ) Diferencia Calderini et al. (1995) Plant Breeding

19 Rendimiento (t/ha) 8 6 El incremento del índice de cosecha fue la principal causa del aumento del rendimiento Argentina Australia 4 Canada r=0.95; p<0.001 r=0.93; p<0.001 r=0.68; p<0.05 (Calderini et al., 1995a) (Siddique et al., 1989b) India 5 Italia 8 (Hucl & Baker, 1987) Inglaterra 4 2 r=0.99; p<0.01 (Kulshrestha & Jain, 1982) r=0.97; p< Índice de cosecha (%) 6 (Canevara et al., 1994) (Austin et al., 1989) 4 r=0.97; p<

20 Grain yield (g m -2 ) El número de granos fue el componente mejor asociado con el rendimiento Argentina Australia India Italy Mexico UK r= 0,88; p<0, Grain number (N *1000 m -2 ) Calderini et al. (1999) Food Product Press

21 Determinantes fisiológicos del rendimiento Rendimiento = Biomasa x Índice de cosecha

22 Rendimiento (g m -2 ) Relación entre el rendimiento y la biomasa IC: 62% (Austin et al., 1980) IC: 44% y = 0.45x R² = Biomasa (g m -2 )

23 Adaptado de Foulkes et al. (2009) Crop Physiology Partición de la biomasa en el cultivo de trigo Órgano Máximo Reino Unido teórico cv. 70 cv. Consort (%) (%) (%) Granos (IC) Chaff Hojas Tallos

24 Rendimiento Altura óptima de planta Richards (1992) Field Crops Research Miralles & Slafer (1995) Plant Breeding DE SE A Altura de planta (cm)

25 Principales componentes numéricos del rendimiento Rendimiento = Número de granos x Peso de grano

26 Rendimiento (g m -2 ) Necesidad de equilibrar el peso y número de granos en trigo líneas y = -1E-06x x R 2 = Número de granos (m -2 ) Bustos, Hasan, Reynolds & Calderini (2013) Field Crops Research

27 C. Obregón Rendimiento (g m -2 ) Relación entre rendimiento y número de granos en líneas elite de CIMMYT Cirno 2008 (trigo duro) Camas Melgas Número de granos (m -2 ) Calderini et al. (2013)

28 Evaluaciones recientes de la ganancia genética del rendimiento en trigo Desvío del rendimiento (kg ha -1 ) Australia Año de liberación Sadras & Lawson (2011) Crop & Pasture Science

29 Rendimiento (t ha -1 ) Evaluaciones recientes de la ganancia genética del rendimiento en trigo España Chile Acreche et al. (2012) European Journal of Agronomy Matus et al. (2012) Chilean Journal of Agricultural Research

30 Desvío de la biomasa (kg ha -1 ) Biomasa aérea (t ha -1 ) La biomasa como el motor de la ganancia genética en trigo? Inglaterra Australia Año de liberación Shearman et al. (2005) Crop & Pasture Science Año de liberación Sadras & Lawson (2011) Crop & Pasture Science

31 Rendimiento (g m -2 ) Rendimiento y biomasa en 105 líneas DH Biomasa (g m -2 ) y = 0,56x - 178,26 R² = 0, Bustos, Hasan, Reynolds & Calderini (2013) Field Crops Research

32 Biomasa (g m -2 ) Índice de cosecha (%) Rendimiento (g m -2 ) Rendimiento y caracteres fisiológicos en 105 líneas DH % 44% DH Bacanora & Weebil Pandora & Invento DH Bacanora & Weebil Pandora & Invento % 19% 21% DH Bacanora & Weebil Pandora & Invento Adaptado de Bustos et al. (2013) Field Crops Research

33 Rendimiento (g m -2 ) Rendimiento de las 105 líneas DH y sus padres en ambientes de distinta potencialidad García et al. (en prensa) Crops Science

34 El aumento del rendimiento mediante el índice de cosecha no tuvo mayores implicancias sobre la demanda de los recursos (agua, nutrientes, etc.) mientras que un mayor potencial de rendimiento debido al incremento de la biomasa sí podría tenerlas dependiendo de las diferentes eficiencias de captura y conversión

35 Ciclo del Cultivo de Trigo S Em IF DL ET Bo Esp At MP Co Tiempo 15 d 130 días (4,2 meses) Adaptado de Slafer y Rawson (1994)

36 Radiación interceptada (%) INTERCEPCIÓN DE RADIACIÓN DE TRIGOS PRIMAVERALES EN LA ZONA SUR DE CHILE y = -0.01x x R 2 = Días desde emergencia S E IET A MF 51 d 34 d 43 d

37 Rendimiento (t ha -1 ) Relación entre el rendimiento y el número de granos en trigo, cebada y triticale Trigo Cebada Triticale Radiación interceptada hasta antesis 720 MJ m MJ m -2 y = 0,0006 x - 1,09 R 2 = 0, Número de granos (m -2 )

38 Estabilidad del Rendimiento de Trigo

39 Evolución del rendimiento a escala país en el siglo XX Rendimiento (t ha-1) Años desde 1900 Calderini & Slafer (1998) Field Crops Research

40 Rendimiento (t ha -1 ) Cálculo de la estabilidad del rendimiento Comparación de los desvíos de la media en 2 períodos Años Calderini & Slafer (1998) Field Crops Research

41 Rendimiento(Mg/ha) Metodología para calcular la estabilidad del rendimiento Se trabajó con datos a escala de país (FAO) para cuantificar la evolución de los rendimientos y estimar la estabilidad de los mismos. Los rendimientos fueron ajustados con modelos lineales. La estabilidad de los rendimientos se evaluó a través del análisis de la distribución de los residuales sobre los ajustes lineales. 2.0 Australia 1.5 Residuales absolutos (Mg/ha) Residuales relativos (%) Añosdesde190

42 Estabilidad del rendimiento en valores absolutos Residualesdel rendimiento(mg/ha) 0.3 Argelia 0.3 Argentina 0.3 Australia 0.4 Canadá Chile 0.4 Egipto 0.4 Francia India 0.3 Alemania Italia 0.5 Japón Méjico 0.4 N. Zelandia 0.3 SudAfrica España 0.6 Swecia 0.4 Túnez 0.6 ReinoUnido Uruguay 0.3 EU 0.3 URS Añosdesde190 Calderini & Slafer (1998) Field Crops Research

43 Residualesrelativosdel rendimiento(%) Estabilidad del rendimiento en valores relativos 40 Argelia 30 Argentina 40 Australia 40 Canadá Chile Egipto Francia Alemania 20 India 20 Italia 30 Japón Méjico 20 N. Zelandia 30 SudAfrica España 30 Suecia 50 Túnez 10 RU Uruguay EU URS Añosdesde190 Calderini & Slafer (1998) Field Crops Research

44 Diferencia en residuales (t ha -1 ) Diferencia en residuales (%) Calderini & Slafer (1998) Field Crops Research Relación entre la variación en los residuales y la variación en el rendimiento Diferencia en rendimiento (t ha -1 )

45 Factores que afectan la estabilidad del rendimiento en el mediano y largo plazo Condiciones edafoclimáticas Mejoramiento genético Estabilidad del rendimiento Manejo del cultivo Condiciones socioeconómicas

46 Efecto del mejoramiento sobre la estabilidad del rendimiento Calderini & S lafer (1999) Euphytica

47 Rendimiento (g m -2 ) Respuesta del rendimiento al ambiente de dos líneas DH contrastantes Índice ambiental (g m -2 ) Hasan & Calderini (datos no publicados)

48 Efecto del mejoramiento sobre la estabilidad del rendimiento cv. Sensible cv. Tolerante Valle et al. (2009) Plant & Soil

49 Brecha entre rendimiento obtenido y potencial (t ha -1 ) Abeledo et al. (2008) Eur. J. Agronomy La brecha entre el rendimiento potencial y el manejo del cultivo afecta la estabilidad del rendimiento Disponibilidad de N a la siembra (kg ha -1 )

50 A partir de los resultados de estabilidad del rendimiento podemos asumir al mejoramiento y el manejo como dos fuerzas que se equilibraron en el cultivo de trigo Mejoramiento genético Estabilidad del rendimiento Manejo del cultivo

51 Conclusiones El aumento poblacional constituye un desafío para la agricultura en un escenario de cambio climático y la necesidad de bajo impacto ambiental Las tendencias de producción de trigo son decrecientes y es muy limitada la posibilidad de incrementar la superficie El aumento de rendimiento se ve como la vía más efectiva de aumento de producción

52 Conclusiones La mejora genética del rendimiento potencial de trigo deberá basarse en el aumento de biomasa lo que puede tener consecuencias sobre la demanda de recursos La estabilidad del rendimiento en el largo plazo se incrementó en términos relativos o no sufrió modificaciones en el cultivo de trigo Se puede utilizar el manejo del cultivo para equilibrar el efecto del mejoramiento sobre la estabilidad del rendimiento

53 Agradecimientos - Al comité organizador, a la Dra. Adriana Murillo, la Srta. Jennifer Gonzaga y en especial al Dr. Lucas Borrás - A Food Security Center, la Facultad de Ciencias Agrarias (U. de Rosario), la Fundación Ciencias Agrarias y CONICET - A las empresas que apoyan estas jornadas y a todos ustedes, Muchas Gracias!

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56 Componentes del Rendimiento Fases Crecimiento y desarrollo S Em IF DL ET Esp At MP Co Tiempo Iniciación de hojas Iniciación espiguillas Muerte flores Cuaje Llenado de granos Fase vegetativa Iniciación floral Plantas por m 2 Espiguillas por espiga Vastagos por planta Granos por m 2 Crecimiento espiga Crecimiento de tallo Fase Reproductiva (supervivencia) Espigas por planta Granos por espiga Iniciación de hojas Llenado de grano Peso granos RENDIMIENTO Adaptado de Slafer and Rawson (1994) Australian Journal of Plant Physiology

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59 C. Obregón TGW (g) Trade off between thousand grain weight and grain number in beds Grain number (# m -2 )

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61 Comparative assessment of the impact of pre- and post-anthesis temperature treatments on grain number of wheat

62 Relationship between the phase duration and temperature Lizana & Calderini (2013) Journal of Agricultural Science

63 Grain weight (mg) Similar response of grain weight to both pre- and early post-anthesis temperature treatments mg C % C Pre-An Post-An y = x R 2 = Temperature (ºC) Adapted from Lizana & Calderini (2013) Journal of Agricultural Science

64 Efecto del manejo del cultivo sobre la estabilidad del rendimiento Savin et al. (en prensa)