Producción de biomasa de diferentes combinaciones de especies de sauces. Primeras evaluaciones en Italia y en Argentina aplicables a Cultivos de Corta Rotación (CCR) Gianni Facciotto 1, Teresa Cerrillo 2, Lorenzo Vietto 1, Sara Bergante 1, Laura Rosso 1 1 Unità di Ricerca per le Produzioni Legnose Fuori Foresta, Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura (Research Unit for Intensive Wood Production) C.R.A. PLF St. Frassineto Po 35 15033 Casale Monferrato (AL) Italia E-mail gianni.facciotto@entecra.it; lorenzo.vietto@entecra.it; plf@entecra.it 2 EEA Delta del Paraná, Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Paraná de las Palmas y Canal Laurentino Comas, Campana, Buenos Aires, Argentina E-mail: tcerrillo@correo.inta.gov.ar Resumen El uso de energía renovable, particularmente la bioenergía, concita creciente interés en el mundo con vistas al fortalecimiento y reaseguro energético de las generaciones futuras. Considerando los efectos negativos producidos en el ambiente por el uso de combustibles fósiles y ante la incertidumbre en la futura disponibilidad de fuentes convencionales de energía, la biomasa para uso energético es una valiosa alternativa para la mitigación del cambio climático, con capacidad para limitar las emisiones de gases de efecto invernadero. La biomasa leñosa (para producción de energía y para la industria) puede generarse a partir de plantaciones de rápido crecimiento, denominados cultivos de corta rotación (CCR). Los sauces (Salix spp), con más de 300 especies de amplia distribución, resultan muy versátiles para estas aplicaciones, debido a su adaptabilidad a ambientes ecológicos diferentes, evidenciándose una tendencia positiva hacia esta aplicación, particularmente en Europa. Este trabajo presenta los resultados de una evaluación de clones experimentales correspondientes a 3 combinaciones de especies de sauces arbóreos, con la finalidad de identificar criterios aplicables a la selección clonal para CCR destinados a la producción de la biomasa. Los genotipos estudiados fueron originados mediante dos cruzamientos controlados interespecíficos (Salix matsudana x Salix alba y Salix babylonica x Salix alba) y un intraespecífico (Salix alba x Salix alba), obtenidos en Casale Monferrato, Italia y en el Delta del Paraná, Argentina; siendo el origen de los progenitores: España, Italia y China. Las evaluaciones a campo se llevaron a cabo en dos sitios del norte de Italia y dos sitios del Delta del Paraná. En cada sitio, se establecieron plantaciones experimentales con diseños de bloques completos aleatorizados, con 4 repeticiones. El espaciamiento fue de 3m x 3m en todos los casos (1.111 plantas/ha) En cada sitio, se midieron a los 5 años de edad las variables altura total y circunferencia a 1,30 m de todos los ejemplares. Sobre esta base de información, fue estimada la producción de biomasa, aplicando una ecuación de regresión diámetro peso. Adicionalmente, se registraron los valores de densidad básica de la madera de los genotipos seleccionados entre las combinaciones más destacadas, que variaron entre 0.327 a 0.455 g.cm-3. Algunos de los clones de valores más altos para esta variable podrían tener un alto potencial de aplicación en la producción de bioenergía. Los individuos originados en el cruzamientos interespecífico Salix matsudana Salix alba han mostrado la mayor producción de biomasa, diferenciándose significativamente de las otras combinaciones. Palabras clave: Salix, CCR, biomasa, clones, selección
Introducción La utilización de diversas formas de energía renovable, especialmente la bioenergía, concentra interés creciente en el mundo con vistas a crear estrategias alternativas para el fortalecimiento y reaseguro energético de las generaciones futuras. Considerando los efectos negativos producidos en el ambiente por el uso de combustibles fósiles y ante la incertidumbre en la futura disponibilidad de fuentes convencionales de energía, la biomasa para uso energético es una valiosa alternativa para contribuir a la mitigación del cambio climático, limitando las emisiones de gases de efecto invernadero. La biomasa leñosa (para producción de energía y para la industria) puede generarse a partir de plantaciones de rápido crecimiento, denominados cultivos de corta rotación (CCR). Los sauces (Salix spp), con más de 300 especies de amplia distribución, resultan muy versátiles para estas aplicaciones, principalmente debido a la tolerancia altas densidades de plantación (10000 a 20000 plantas/ha), la posibilidad de obtener rendimiento altos en ciclo corto (2-4 años), la elevada capacidad para multiplicarse en forma agámica y la habilidad para rebrotar después de cada cosecha (Komlenovic et al, 1996). El género botánico Salix incluye entidades de gran variabilidad de formas aplicables a la obtención de biomasa, desde arbustivas a arbóreas, con gran adaptabilidad a ambientes ecológicos diferentes. Desde hace unos años se verifica una importante tendencia para conocer las capacidades del sauce para uso energético y crear germoplasma con características destacadas para ello, particularmente en Europa, Estados Unidos y Canadá, donde hay proyectos de mejoramiento genético específicamente desarrollados para generar material adecuado para ese propósito (Smart et al, 2005). Objetivo En este trabajo se presentan los resultados de una evaluación de clones experimentales resultantes de diferentes combinaciones de especies de sauces arbóreos, con la finalidad de identificar criterios y germplasma parental aplicable a la selección clonal para CCR orientados a la producción de la biomasa. Materiales y métodos Sitios: las evaluaciones a campo se llevaron a cabo sobre dos plantaciones experimentales del norte de Italia (Casale Monferrato AL, Motta dei Conti VC) y dos ubicadas en el Delta del Paraná; todas establecidas según diseños de bloques completos aleatorizados, con 2-4 repeticiones. El espaciamiento fue de 3 m x 2,5m, 3m x 3m y 4m x 4m en los diferentes casos (1.333, 1.111 y 625 plantas/ha), según se detalla al considerar los resultados. Genotipos estudiados: fueron originados mediante los cruzamientos controlados interespecíficos: Salix matsudana x Salix alba, Salix babylonica x Salix alba, Salix matsudana x Salix nigra, S.matsudana x[s. babylonica x S.humboldtiana] y Salix babylonica x Salix bondplandiana ; el intraespecífico Salix alba x Salix alba y familias obtenidas por polinizacion abierta de genotipos de S. alba, S. babylonica, S. matsudana y S. jessoensis, obtenidos en sendos programas de mejoramiento en Casale Monferrato, Italia y en el Delta del Paraná, Argentina. En los cuadro 1, 2 y 3 se detalla la información del material evaluado en casa sitio. Cuadro 1: Casale Monferrato, Azienda Mezzi, material genético evaluado Densidad de plantación: 625 plantas/ha Comparación entre 47 familias Cruzamiento Madre Padre Familia n. S.jessoensis? S.jessoensis SE63-016 Polinización abierta 1 S.matsudana? S.matsudana SE64-012 Polinización abierta 2 S.matsudana SE69-002 Polinización abierta 3 S.alba? S.alba SI61-048 Polinización abierta 4
S.alba SI62-037 Polinización abierta 5 S.alba SI62-075 Polinización abierta 6 S.alba SI62-082 Polinización abierta 7 S.alba SE62-013 Polinización abierta 8 S.alba SE62-017 Polinización abierta 9 S.alba x? S-63-001 Polinización abierta 10 S.alba x? S-64-004 Polinización abierta 11 S.alba SE66-023 Polinización abierta 12 S.alba S.alba S.alba S-78-009 S.alba SI62-016 13 S.alba S-78-009 S.alba SE62-015 14 S.alba S-64-004 S.alba SI58-004 15 S.alba S-64-004 S.alba SI62-016 16 S.alba S-64-004 S.alba SE62-015 17 S.alba SE62-017 S.alba SI58-004 18 S.alba SE62-017 S.alba SI62-016 19 S.alba SE62-017 S.alba SE62-015 20 S.alba SI62-075 S.alba S-61-002 21 S.alba S-63-001 S.alba S-61-002 22 S.alba S-63-001 S.alba SI62-021 23 S.alba S-63-001 S.alba SE63-009 24 S.alba SI62-082 S.alba S-61-019 25 S.alba SI62-082 S.alba SI62-059 26 S.alba SI62-082 S.alba SE65-019 27 S.alba SE64-024 S.alba S-61-019 28 S.alba SI61-048 S.alba SI62-059 29 S.alba SI62-037 S.alba SE66-038 30 S.alba SE62-013 S.alba S-61-028 31 S.alba SI61-048 S.alba S-61-019 32 S.alba SI62-037 S.alba S-61-028 33 S.alba SI62-090 S.alba S-61-028 34 S.alba S-78-009 S.alba SI58-004 35 S.alba SI62-075 S.alba SI62-021 36 S.alba SE66-023 S.alba S-61-002 37 S.alba SE66-023 S.alba SI62-021 38 S.alba SE66-023 S.alba SE63-009 39 S.alba SE64-024 S.alba SI62-059 40 S.alba SE64-024 S.alba SE65-019 41 S.alba SI61-048 S.alba SE65-019 42 S.alba SI62-037 S.alba S-78-007 43 S.alba SE62-013 S.alba S-78-007 44 S.alba SE62-013 S.alba SE66-038 45 S.alba SI62-090 S.alba S-78-007 46 S.alba SI62-090 S.alba SE66-038 47 Cuadro 2: Motta dei Conti (VC, Italia), material genético evaluado Densidad de plantación: 1333 plantas/ha Cruzamiento N de clones Salix alba 5 Salix alba x? (polinización abierta) 3 S.babylonica S.alba 1 S.matsudana S.alba 1 S.matsudana? (polinización abierta) 5 Populus canadensis 2 P. alba 3
Cuadro 3: Delta del Paraná (Buenos Aires, Argentina), material genético evaluado en dos plantaciones experimentales (Establecimiento Las Carabelas, Río Carabelas. Papel Prensa SA y Quinta de la familia Schincariol, Arroyo Ing. Leber)-. Ambos sitios de ubicación de los ensayos con características generales muy similares en relación al suelo, la topografía y el manejo del agua en el terreno. Densidad de plantación: 1.111 plantas/ha Cruzamiento Familia Madre Padre N de N Salix alba x Salix alba 95.04 S.alba S-59-005 (a) ISP, Casale Monferrato, Italia Salix alba x? (p.a.) 94.20 S.alba SI64-004 (a) ISP, Casale Monferrato, Italia Salix matsudana x Salix alba 94.06 S.matsudana NZ692 94.08 S.matsudana NZ693 94.13 S.matsudana NZ692 95.12 S.matsudana NZ694 98.02 S.matsudana NZ692 98.06 S.matsudana NZ692 98.07 S.matsudana NZ693 Salix matsudana x? F-14 S.matsudana ROU (a) Ind. Pto. Arazatí, Uruguay F-37 S.matsudana NZ694 S.matsudana x (S. babylonica x S.humboldtiana) F-13 S.matsudana ROU (a) Ind. Pto. Arazatí, Uruguay Salix babylonica x? (p.a.) F-01 S.babylonica var sacramenta (a) Registro 8515 INTA Castelar Salix babylonica x Salix bondplandiana F-33 S.babylonica var sacramenta (a) Registro 8515 INTA Castelar Salix matsudana x Salix nigra 98.13 S.matsudana NZ693 total 15 familias (p.a.): polinización abierta (a) procedencia/ datos de registro de progenitores S.alba SI-58-004 (a) ISP, Casale Monferrato, Italia clones 4? 1 S.alba S6 (a) 1 SIA, Zaragoza, España S.alba S7(a) SIA, 8 Zaragoza, España S.alba SI-58-004 ISP, 1 Casale Monferrato, Italia S.alba S-62-002 ISP, 1 Casale Monferrato, Italia S.alba SI-58-004 ISP, 4 Casale Monferrato, Italia S.alba S6 1 S.alba S-62-002 ISP, 5 Casale Monferrato, Italia? 2? 1 híbrido S. babylonica x S.humboldtiana 114-1? S. bondplandiana (a) Registro 8517 INTA Castelar S. nigra 4 INTA Delta 3 1 33 clones
En cada uno de los 4 ensayos, se midieron las variables altura total y circunferencia a 1,30 m de todos los ejemplares. Sobre esta base, fue estimada la producción de biomasa, aplicando una ecuación de regresión diámetro peso (Cerrillo et al, 2008). Dw = D 130 2.107687 (R 2 ajustada= 0.99) Dw= peso seco = biomasa seca (g/árbol) D 130 = diámetro (DAP en mm) La variable dependiente Dw se relacionó a la variable independiente DAP (diámetro a 1,30 m) utilizando la regresión de STATISTICA 6.0 para Windows (StatSoft). Sobre la variable biomasa seca se realizaron en todos los casos los correspondientes análisis de varianza y comparaciones de medias, como se detalla en Resultados. En el caso de los dos ensayos del Delta, para la comparación a los 5 años de edad de los 33 clones de 15 familias (correspondientes a las 8 combinaciones de especies, incluidos los 3 cruzamientos de polinización abierta) se realizó un análisis grupal, sobre la base de los clones comunes (10) para ambos ensayos, ajustándose los tratamientos no comunes de acuerdo a los valores de los tratamientos comunes. Adicionalmente, se registraron los valores de densidad básica de la madera de los genotipos seleccionados entre las combinaciones más destacadas, que variaron entre 0.327 a 0.468 g.cm-3. Algunos de los clones de valores más altos para esta variable podrían tener un alto potencial de aplicación en la producción de bioenergía. Resultados y discusión Los resultados obtenidos en los 4 ensayos o plantaciones experimentales (Cuadros 4 a 8 y Figs. 1 y 2) demuestran diferencias significativas entre las distintas combinaciones de especies. Considerándose las combinaciones de especies en común entre los ensayos establecidos en Italia (2) y en Argentina (2), las que demostraron la mayor producción de biomasa fueron: el cruzamiento interespecífico Salix matsudana Salix alba (Sm X Sa) y el originado por polinización abierta de Salix matsudana. A continuación se indican los resultados obtenidos en los diferentes ensayos: Casale Monferrato, Italia: habiéndose comparado las 47 familias, compuestas por un número variables de entre 3 a 6 clones cada una (Cuadro 1), los resultados relativos a la producción de biomasa seca (t ha -1 ) al final de los años 5, 6 y 7 las diferencias de producción resultaron estadísticamente significativas entre familias y los tres años (Cuadro 4). Cuadro 4: Producción de biomasa seca al final del 5, 6 y 7 año en Casale Monferrato, Italia. Anova Año Biomasa seca t ha-1 F media mínimo máximo 5 16,2 4,4 44,6 2,4 ** 6 23 6,2 63,7 2,5 ** 7 29,2 7,8 81,2 2,6 ** Las 11 familias mejores observadas en Casale Monferrato se presentan en Cuadro 5 con números de clones y datos de densidad básica. La producción de biomasa seca a las tres edades se grafica en la Figura 1. Las mejores combinaciones resultaron ser: Salix alba Salix alba (familia N 17) y Salix matsudana? (familia N 2). Cuadro 5: Densidad básica de las mejores 11 familias del ensayo de Casale Monferrato.
Cruzamiento Familia N N de clones Db Salix alba x Salix alba 17 5 0,416 14 6 0,468 16 5 0,453 47 6 0,440 20 3 0,439 18 5 0,452 Salix alba x? (polinización abierta) 11 6 0,467 12 4 0,426 Salix matsudana x? (polinización abierta) 2 6 0,456 3 6 0,429 Salix jessoensis x? (polinización abierta) 1 5 0,454 Db: densidad básica Fig 1: Producción de biomasa de las mejores 11 familias (correspondientes a 4 combinaciones de especies) del ensayo de Casale Monferrato. Italia. Biom t ha-1 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 17 14 16 47 20 18 11 12 2 3 1 Motta dei Conti, Italia: en el Cuadro 6 se presentan los resultados obtenidos de comparar 15 clones de sauce (correspondientes a 5 familias) y 5 de álamo (correspondientes a 2 familias) respecto al enraizamiento, la superviviencia y la producción de biomasa seca (BS) del 1 al 5 años de edad. Las mejores familias de sauce fueron las correspondientes a las combinaciones: Salix alba? (polinización abierta); S.matsudana? (polinización abierta) y Salix matsudana Salix alba. Como información adicional en este sitio en particular, se determinó una mayor producción de biomasa por parte de los sauces respecto a la generada por los álamos. Cuadro 6: Sitio Motta dei Conti (VC, Italia) Densidad de plantación: 1333 plantas/ha. ANOVA de enraizamiento, sobrevivencia e produción de biomasa seca (B.S.) Cruzamiento N de Clones B.S. Enraiza miento 1 año Sobre vivencia 5 año 1 año 2 año 5 año 6 año 7 año 3 año 4 año 5 año Salix alba 5 77 74 0,8 6,9 23,2 45,5 59,7 AB Salix alba x? (polinización abierta) 3 94 92 1,2 10,1 31,8 61,0 79,0 A S.babylonica C S.alba 1 92 84 1,3 6,7 19,3 37,5 47,4 S.matsudana ABC S.alba 1 92 88 1,5 10,0 29,6 55,9 70,0 S.matsudana ABC? (polinización abierta) 5 90 87 0,7 5,0 20,0 45,5 59,2 Populus ABC canadensis 2 83 77 1,2 8,8 23,4 45,3 63,1 P. alba 3 86 80 1,2 6,0 18,2 38,9 54,7 BC
F cruz. 1,8 * 1,7 n.s. 3,2 ** 2,5 ** 2,9 ** 3,4 ** 4,7 ** Sauces 15 89,1 85,0 1,1 7,7 24,8 49,1 63,1 A Álamos 5 84,5 78,3 1,2 7,4 20,8 42,1 58,9 B F especie 8,3 ** 9,3 ** 4,2 * 0,4 n.s. 7,8 ** 12,5 ** 7,6 ** Media general 90,3 86,1 1,06 7,56 24,53 49,56 65,42 n.s. no significativo (p> 0,05) * significativo (p 0,05) ** altamente significativo (p 0,01 ) Delta del Paraná: (Cuadro 7). El análisis de varianza demostró diferencias significativas en la biomasa seca entre combinaciones de especies. Efectuado el contraste de las medias ajustadas de los tratamientos (aplicando el test de Tukey al 5% de nivel de significancia) se constató la superioridad de un primer grupo estadísticamente equivalente integrado por las combinaciones de S.matsudana x S. nigra (con una media de 68,12 t/ha), Salix matsudana x? (55,39 t/ha) y S. matsudanax S. alba (53,37 t/ha). Seguidamente, con diferencias significativas del primer grupo, se posiciona un grupo homogéneo integrado por el cruzamiento de polinización abierta de Salix alba, con 51,81 t/ha (una familia representada por un solo individuo) y el cruzamiento intraespecífico S. alba x.s.alba (39,56 t/ha), que a su vez no se distinguieron de S. matsudanax S. alba. La peor performance respecto a la producción de biomasa la mostraron las dos familias originadas en la polinización de S. babylonica var sacramenta (uno controlado, con 29,09 t/ha y otro de polinización abierta, con 21,25 t/ha). Cuadro 7: Comparación de las medias ajustadas de dos ensayos en el Delta a los 5 años, por combinación de origen, sobre la base del análisis grupal. Combinación Biomasa seca t/ha (media) Comparación de medias S.matsudana x S. nigra 68,12 A S.matsudana x? (poliniz. abierta) 55,39 A S.matsudana x S. alba 53,37 A B Salix alba x? (poliniz. abierta) 51,81 B S. alba x.s.alba 39,56 B C S.matsudana x (S. babylonica x S.humboldtiana) 30,11 C D S. babylonica var sacramenta x S. bondplandiana 29,09 D S. babylonica var sacramenta x? (poliniz. abierta) 21,25 D Letras distintas indican diferencias significativas(p<= 0,05) Cuadro 8: Cuadro resumen ensayo Delta del Paraná, Argentina Densidad de plantación: 1.111 plantas/ha Comparación entre 15 familias o combinaciones de orígenes (total 31 clones) en dos sitios. Origen clones Db (ton/m 3 ) S.matsudana x S. nigra 0,400 S.matsudana x? (poliniz. abierta) 0,407 S.matsudana x S. alba 0,373 Salix alba x? (poliniz. abierta) 0,404 S. alba x.s.alba 0,365 S.matsudana x (S. babylonica x S.humboldtiana) 0,391 S. babylonica x S. bondplandiana 0,425 S. babylonica x? (poliniz. abierta) 0,381 Db: densidad básica (Vasqueto y Grande, Laboratorio Central de Papel Prensa S.A, 2005)
Figura 2: Comparación de la producción de biomasa de las 15 familias del ensayo del Delta del Paraná. 120 biomasa (t/ha) 100 80 60 40 20 mínimo medio máximo 0 C-37. 98.13. 98.07. 94.13. 98.02. 94.08. 95.12. 94.20. 94.06. C-14. 95.04. C-13. C-33. 98.06. C-01. familia Las familias integradas por un único clon en el conjunto de los dos ensayos analizados, está representada en la Fig. 2 por el valor medio de dicho individuo. Conclusiones Considerando las combinaciones de especies en común en las experiencias a campo realizadas en Italia y en Argentina, S. matsudana S. alba y S. matsudana x? (polinización abierta) fueron las de mayor producción de biomasa. En los ensayos del Delta del Paraná, que incluyeron también a la combinación interespecífica S.matsudana x.s.nigra, ésta resultó la más destacada, sin diferencias significativas de las combinaciones: S. matsudana S. alba y Salix matsudana x? (polinización abierta) con las que conformaron un primer grupo homogéneo superior. En el único de los 4 experimentos que incluyó álamos (Motta dei Conti, Italia), los sauces han producido significativamente más biomasa que aquellos. Si bien las respuestas obtenidas en algunos casos corresponden a pocos individuos por cruzamiento, los resultados de los ensayos en las diferentes plantaciones experimentales aportan información útil sobre especies arbóreas de sauces y sus combinaciones para la selección de progenitores aplicables a los programas de cruzamientos controlados en Italia y Argentina, con el objetivo de obtener materiales de alta producción de biomasa. Asimismo, dado que los genotipos de las combinaciones Salix matsudana x Salix alba y Salix matsudana x Salix nigra se destacan, además de los alta producción de biomasa, por la forma de los fustes (alta rectitud y buena dominancia apical), ello permite presuponer a priori un espectro amplio de aplicaciones, incluidos usos sólidos, tales como el aserrado y el debobinado. Como paso futuro, es recomendable ensayar los clones que resultaron más destacados en una más amplia gama de sitios y densidades de plantación a fin de detectar la óptima en cada caso. Bibliografía Cerrillo, T.; Facciotto, G.; Bergante, S. 2008. Biomass production of different willow's combinations - preliminary results. In: Proceedings of the '16 European Conference & Exhibition, From Research to Industry and Markets'. Valencia, Spain 2-6 June 2008. 567-569 Komlenovic, N; Krstinic, A; Kajba, D and I. Bach. 1996. Selection of arborescent willow clones suitable for biomass production in Croatia- Environmental and social issues in poplar and willow cultivation and utilization. Proceedings - International Poplar Commission, Sess.20. Budapest (Hungary), 1-4 Oct 1996.
Smart, L; T.A. Volk, T; Lin, J; Kopp, R.F.; I.S. Phillips, I.S.; Cameron,L,; White E.H. and L.P. Abrahamson. 2005. Genetic improvement of shrub willow (Salix spp.) crops for bioenergy, bioproducts, and environmental applications. Unasylva. 56:51-55.