Un enfoque metodológico para estudios biomecanicos

Un enfoque metodológico

Estudiando estructuras

de tallos y raíces

Aproximación primera

Ciclo de Conferencias 2013 Colegio de Postgraduados, Jun. 2013

Ofelia Andrea Valdés Rodríguez

Las estructuras de las raíces y los tallos de las plantas

Su importancia en retención de suelos y control de la erosión

1 Porque

2 Para qué 3 ¿Cómo?

Porque estudiar

Tallos y raíces de plantas

1

Las raíces brindan el soporte de

toda la estructura de la planta

• el tallo

• y demás

Los tallos brindan el soporte de la

estructura aérea

• Ramas

• hojas

• flores

• frutos

Tallos y raíces –su función estructural

Tallos y raíces relacionados con los ecosistemas donde se encuentran

Tallos en mucho sol y poca agua

Almacenar agua

Almacenar agua y

nutrientes

Tallos Cortos y gruesos Fotosintéticos Consistencia suave

Mucha humedad o vientos frecuentes Riveras o zonas tropicales

Resistir vientos fuertes y/o huracanes

Tallos con gran flexibilidad y tolerancia al exceso de humedad

Resistir corrientes de agua y/o estancamientos

Mucha competencia por la luz Alcanzar grandes alturas es importante

Tallos largos y rectos

Tallos flexibles para trepar

Tallos muy largos rígidos o flexibles

Suelos arenosos poco agua y nutrientes

Raíces extendidas y superficiales

Raíces abundantes

Raíces Las superficiales para explorar, aunque no sujetan bien, pero

si son abundantes sí tienen gran

fuerza de sujeción.

Suelos profundos Rocosos o en pendientes

Raíces Pivotantes largas y fuertes proporcionan un sistema de anclaje robusto

Raíz de una plántula

Raíz del árbol

2 para qué estudiar

los tallos y raíces

Conocer sus formas nos permitirá conocer estrategias para

Retener los suelos

La forma de la planta tiene una fuerte

influencia genética

La unión hace la fuerza

Estrategias en suelos sueltos

Gran cantidad de raíces largas distribuidas de forma concéntrica

gran número de individuos compartiendo raíces que los sujetan

Una fuerte raíz pivotante que se refuerza con laterales de igual consistencia

Cada lateral tiene también sistemas de anclaje propios

Estrategias para mucho peso

Las raíces se distribuyen alrededor del tallo de manera uniforme para soportar fuerzas en cualquier dirección

3 ¿Cómo evaluar estas características?

¿Cuál será el tallo y la raíz apropiada para cada sitio?

Estudiar las formas de algunas especies de la región para determinar su potencial de establecimiento

Búsqueda de patrones en especies arbóreas tropicales

Acacia amarilla (Albizia lebbeck) Palo Mulato (Bursera simaruba)

Guayaba (Psidium guajava)

Sin embargo, las raíces no siempre crecen con patrones claramente definidos, por lo que su estudio se dificulta

Zapote negro (Diospyros digyna) Mango (Mangifera

indica)

Especies que tengan patrones definidos

Continuamos la búsqueda

Semillas abundantes y fáciles de propagar

Sus semillas son abundantes y el árbol es de rápido crecimiento Su tallo es flexible y resistente a fuertes vientos

Enterolobium ciclocarpum

Posee una fuerte pivotante y sus laterales también son fuertes

Sus raíces no tienen una cobertura densa

Sin embargo,

Enterolobium ciclocarpum

Por lo que su capacidad para retener suelos no es muy extensa

» Jatropha curcas (piñón) es una especie de la región

» Tallos muy flexibles » Fuerte raíz pivotante » Cuatro gruesas laterales

equidistantes que producen abundantes masas de raíces secundarias

Más prometedoras

» Ricinus communis (higuerilla) es un arbusto muy abundante en la región

» De rápido crecimiento » Tallos muy flexibles » Fuerte raíz pivotante » Entre 15 y 40 laterales

distribuidas a lo largo y alrededor del tronco

Más prometedoras

» Moringa oleifera (Moringa) es un árbol tolerante a sequías

» De rápido crecimiento » Tallos muy flexibles » Fuerte y gruesa raíz pivotante » puede desarrollar laterales

también muy gruesos

Más prometedoras

Un modelo de un sistema de raíces

Estudios iniciales

Metodología 1. Tres tipos de suelo

seleccionados: – Arenoso – Franco-arenoso – Franco-arcilloso

2. 15 sujetos por sustrato

3. Una semilla por contenedor de 40x50cm

4. Mediciones de tallo y hojas

5. Desentierro de las raíces

Metodología A partir del nivel del suelo e iniciando por una raíz lateral

1. Medir los ángulos entre las raíces principales

2. Medir la distancia de emergencia de cada raíz principal

3. Medir diámetros e inclinación de cada raíz principal Ground level

ZRT=2.2Db

Reference for

θsymm

Db

θi

Lateral root

b23

LCi

LCmax

Ground level

Lateral root

Stumplength

Metodología 4. Estimar la inclinación

de la raíz pivotante

5. codificar la información en formato de gráfica de árbol (MTG)

6. Analizar estadísticamente las medidas de cada individuo

7. Comparar entre grupos de plantas en los tres suelos

Ground level

ZRT=2.2Db

Reference for

θsymm

Db

θi

Lateral root

ZRT TapIncAngle

Modelo de la estructura del sistema de raíces de J. curcas

Ángulos entre raíces: b12= b23= b34= b41=90º Distancia del tallo: d1=d2=d2=d4 Ángulos de inclinación: θ1= θ2= θ3= θ4 Inicio de las raíces: LC1=LC2=LC3=LC4 Inclinación de la pivotante: TapIncAngle=-90º

Metodología 8. Se propone un modelo

para la raíz con un índice de simetría para cada parámetro evaluado

9. Se establece una escala de 0-1 para evaluar la similitud de los individuos contra cada parámetro del modelo

10. Se determina un índice total de simetría

βsymm = [|(b1-2 - 90º)|+|(b2-3 -180º)|+|(b3-4 - 270º)|]/540º

Dsymm = (∑(dmax-di)/∑d1-4)/3

θsymm = (∑abs(θmax-θi)/∑θ1-4)/3

LCMsymm = *∑(LCmax-LCi)/3]*(StumpLength)

TapSymm = [(-90) – TapIncAngle]/90

SI=[(

symm+

symm+

symm+ LCMsymm+ Tapsymm)]/5

Resultados • No se encontraron diferencias

estadísticas en los índices de simetría en relación con el tipo de suelo (P>0.05)

• La desviación promedio del sistema de raíces respecto al modelo propuesto fue del 14%

Parámetros del sistema de raíces de J. curcas

18º

• El volumen de las raíces es estadísticamente diferente en cada tipo de suelo

• Sin embargo, la estructura permanece constante

• El mayor crecimiento aéreo ocurre en las plantas localizadas en suelos franco-arenosos y franco-arcillosos

c) Longitud de tallos (3-MESES)

Edad (días)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Longitud (

mm

)

0

100

200

300

400

Franco-Arcilloso

Franco-Arenoso

Arenoso

Resultados

Independientemente del tipo de suelo

• La biomasa de las plantas se distribuye mayormente en el tallo

• La longitud de las raíces se incrementa en suelos arenosos

• La biomasa subterránea se distribuye de manera superficial

• Las mayores coberturas ocurren en suelos franco-arenosos y franco-arcillosos

Arenoso Franco-Arenoso Arcilloso

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Long tallo

Lon R Pivot

Arenoso Franco-Arenoso Arcilloso

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Relaciones de masa

hojas

tallo

Raiz

AArreennoossoo

FFrraannccoo--AArreennoossoo

FFrraannccoo--AArrcciilllloossoo

Resultados

* Preliminares El sistema de raíces de J. curcas mantiene una estructura constante con una fuerte raíz pivotante que permite el anclaje en profundidad y cuatro laterales equidistantes que contribuyen al equilibrio

Más informes en: Jatropha curcas L. Root Structure and Growth in Diverse Soils Valdés et al., 2013. Hindawi Publishing Corporation The ScientificWorld Journal Volume 2013, Article ID 827295, 9 pages http://dx.doi.org/10.1155/2013/827295

? Lo que nos falta

Analizar su comportamiento ante los esfuerzos externos

» Establecer alguna escala para medir la contribución de las plantas a mantener la cohesión del suelo

» Y por tanto evitar la erosión o bien proteger el suelo contra la erosión

Será posible …

Gracias por su atención

Más informes en: Jatropha curcas L. Root Structure and Growth in Diverse Soils Valdés et al., 2013. Hindawi Publishing Corporation The ScientificWorld Journal Volume 2013, Article ID 827295, 9 pages http://dx.doi.org/10.1155/2013/827295