Bases Eco-Fisiológicas para el Manejo Orientado a la Disminución del Riesgo en Cultivos para Grano
María E. Otegui
Facultad de Agronomía UBAIFEVA-CONICET
Contenidos
• 1- Introducción: requerimientos de los cultivos para máximos rendimientos. Oferta foto-termal.
• 2- Captura de recursos por parte de los cultivos: qué genera la demanda?
• 3- Oferta de recursos: variaciones entre sitios y años.
• 4- Relación Oferta-Demanda• 5- Ambiente, manejo y uso de los recursos• 6- Conclusiones
Transpiraciónplantas
Escurrimiento
Evaporación suelo
Drenajeprofundo
Aportenapas
CO
2
Nutrientes
Agua ú
til
Cosechamos Biomasa ...
Rendimiento en grano
Biomasa Aérea Total
RFAi
IAF
Aparición de hojasFloración
TT desde siembra
Ho
jas
visi
ble
s Fecha de siembra24-Sep26-Oct28-Nov
a
Expansión foliarNúmero de hojas
IAF
Fecha de siembra24-Sep26-Oct28-Nov
8 plantas m-2
b
IAF
e i
fIPAR= 1 – e (-k IAF)
k= 0.53 Coeficiente de
atenuación de luz(k, 0.3-0.8)
c
Eficiencia en el uso de la Radiación
(EUR, 2-4 g MJ-1)
pendiente= EUR
RFAiBio
mas
a aé
rea
(g m
-2) Floración
d
Indice de cosecha(IC, 0.3-0.5)R
end
imie
nto
(g m
-2)
e
pendiente= IC
Biomasa aérea(g m-2)
MODELO CONCEPTUAL: Producción de biomasa y partición
Radiación Solar (MJ/m2)Temperatura media (ºC)
369121518212427
Rad
iaci
ón
So
lar;
Tem
per
atu
ra
Mz Sj IV
0
2
4
6
8
10
12
14
IAFTr
IAF (m2 hojas/m2 suelo)Período crítico
28-May 17-Jul 5-Sep 25-Oct 14-Dec 2-Feb 24-Mar
-2-1
Profundidad Raíces (m)
Tr Mz Sj
Pro
fun
did
ad
369121518212427
Rad
iaci
ón
So
lar;
Tem
per
atu
ra
28-May 17-Jul 5-Sep 25-Oct 14-Dec 2-Feb 24-Mar
0
5
10
15
20
25
T/h
aBiomasa total aérea (T/ha)
Tr
Mz
Sj
Rendimiento en grano (T/ha)
369121518212427
Rad
iaci
ón
So
lar;
Tem
per
atu
ra
28-May 17-Jul 5-Sep 25-Oct 14-Dec 2-Feb 24-Mar
kg N
/ha; m
m
0
100
200
300
400
500600
700
Evapotranspiración del cultivo (mm)
Tr
N grano (kg/ha)
MzSj
N total parte aérea (kg/ha)
Oferta Foto-termal
Tiempo térmico
NBA-ArgentinaAlta latitud (Francia)
Temperatura Radiación SolarNBA-Argentina
En siembras de ppios Sept la temperatura >8ºC pero <15ºC, se prolonga la fase siembra-emergencia y el cultivo puede sufrir daños por heladas tardías. En siembras de ppios de Octubre las temperaturas son <15ºC, pero se reduce riesgo de heladas.Atrasos en la fecha de siembra (ppios Nov-Dic) acortan el largo del ciclo, exponen al período de floración (R1) a menores niveles de radiación y > temperatura y a daños por heladas tempranas (ciclo MR125).
Oferta Fototermal
¿De qué depende el nivel de rendimiento potencial de una localidad y fecha de siembra?
Del valor de radiación solar (regula el crecimiento) y de la temperatura (modifica el largo de las etapas) alrededor de floración (R1+-15 días).En general, atrasos en la fecha de siembra implican menores Coef. Q y con ello menores rendimientos potenciales.
Fecha de siembra: la estación de crecimiento
Captura de recursos por parte de los cultivos: qué genera la
demanda?
Demanda de agua
Evaporación desde las hojasEvaporación
desde el suelo
Intercambio de Energía
Rn
Flujos de calor latenteFlujos de calor sensible Uniones químicas
Temperaturacanopeo
Temperatura suelo
FotosíntesisRespiración
CO2
CO2
Balance de Energía
L*(T+Es)-400
-200
0
200
400
600
Hora del día5 10 15 20
Rn
W m
-2W
m-2
-600
-400
-200
0
200
400
600
H
Cultivo de sojacobertura total
Córdoba
Consumo de agua de los cultivos:factores que regulan T y ES
0 1.0 2.0 3.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
IAF
4.0 5.0
E / ETC
T / ETC superficie del suelo húmeda
superficie del suelo seca
IAF
Inte
rcep
ció
n d
e ra
dia
ció
n (
%)
0 2 4
100
80
60
40
20
0
Alta cobertura
Baja cobertura
Otegui (1992)
0 20 40 60 80 100 120
100
200
300
400
500
600
0
Co
nsu
mo
(m
m)
Maíz siembra temprana
0 20 40 60 80 100 120
100
200
300
400
500
600
0
Días desde emergencia
Maíz siembra tardía
Fl Fl
ETC
ETC
Consumo de agua de los cultivos:evolución en el ciclo
T T
ES ES
T + ESETc=
Pp + R + Nf ± Esc ± D Alm– D
Demanda atmosférica y Consumo de agua de los cultivos
Oct Nov Dic Ene Feb Mar AbrAbr May Jun Jul Ago Sep Oct
0
2
4
8
ET
P (
mm
/día
)
Gramíneaperenne1100 mm
6
Maíz706 mm
(813 mm)
Remolachaazucarera851 mm
(953 mm)
Tomate648 mm
(876 mm)
Poroto401 mm
(569 mm)
adaptado deLoomis y Connor
(1992)
Demanda atmosférica y Consumo de agua de los cultivos
ETC: consumo de agua del cultivo
0
0,20,4
0,6
0,81,0
1,2
0 50 100 150 200
Soja
Trigo
Días desde la siembra
0
Kc
Cultivo KC
Girasol 1.13
Maíz 0.99
Soja 1.04
Trigo 0.96
Kc= f (cobertura, altura, rugosidad)
Kc= ETC/ETP Kc: coeficiente de cultivo
Oferta de recursos: variaciones entre sitios y años.
Adecuar períodos críticos a la estación lluviosa
Diferentes estrategias según la especie:• Mantener alto nivel de agua o• Tolerar bajos niveles de agua transitorios
100
0S MF
AD
C (
%)
Climas mediterráneos con sequías terminales
F
S: siembraF: floraciónMF: madurez fisiológica
climas monzónicos
S F MF
100
0
AD
C (
%)
Déficit hídrico en cualquier momento del ciclo
100
S F0
MF
AD
C (
%)
Oferta de agua: el climaIC= RG/BT
RendimientoGrano
BiomasaTotal
MáximoRG
0 0.5 1.0Proporción del ADC utilizada en prefloración
Passioura (1992)
Oferta de agua: el suelo
Ratcliff et al. 1983
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Are Fran-are
Fran Fran-limo
Fran-arc-limo
Arc
Co
nte
nid
o V
olu
mét
rico
(%
)
5
20
25
40
Co
nte
nid
o V
olu
mét
rico
(%
)
CC
PMP
ADC
aprox. 120 mm por m de suelo
sojamaíz
trigo
200
girasol
Días desde la siembra
-250
-200
-150
-100
-50
00 50 100 150
Pro
fun
did
ad
de
su
elo
(c
m)
Sin impedancias físicas
severas para la penetración de
raíces (ej. tosca), la mayoría
de los cultivos alcanza a
explorar el perfil hasta ca. 2 m
Contenido volumétrico de agua
0.05 0.15 0.25 0.35
CC-250
-200
-150
-100
-50
0
PMP
Dicha profundidad representa al menos 200 mm de agua disponible, pero no necesariamente aprovechable por todas las especies. Dardanelli et al. (2003)
Dinámica de extracción de agua:exploración del perfil
Dinámica de extracción de agua: variación entre horizontes
Déficit hídricoalrededor de
floración
Argiudoltípico
Argiudolvértico
Hapludol
Soja
Extracción de agua(%)
Riego
0
-90
20 60
Maíz
Pro
fun
did
ad d
e su
elo
(cm
)
-180
-45
-135
Otegui et al (1995)
-250
-200
-150
-100
-50
00.00 0.03 0.06 0.09 0.12
Tasa de extracción(mm/mm día)
Dardanelli et al. (2003)
Pues la textura condiciona
fuertemente la tasa de
extracción.
Aportes de napa
Relación Oferta - Demanda
Consumo de agua en función de la relación Oferta-Demanda
ADCU (4 mm/día)
20 40 60 80
0.2
0.4
0.6
0.8
0CC
1.0
Agua disponible para el cultivo (%)suelo Haplustol
Tra
ns
pir
aci
ón
re
lati
va
al r
eg
ad
o
PMP
ADCU (8 mm/día)
Disponibilidad hídrica y ProducciónE
lon
ga
ción
(%)0
10
20
30
0 -4 -8 -12 -16
Girasol Soja
Potencial agua hoja decreciente (bares)
Maíz
0 -4 -8 -12 -16-4 -8 -12 -160
Boyer (1970)
20
40
60
Fo
tosí
ntes
is n
eta
(mg/
hora
en
100
cm2)
0
Los umbrales de sensibilidad difieren según el proceso Los umbrales de sensibilidad difieren según el proceso analizado ....analizado ....
A campo ...
Ta
sa a
la q
ue
oc
urr
e e
l pro
ce
so(%
)
Agua disponible para las plantas (%)
00
100
100
Transpiración(Expansión)
Fotosíntesis(Biomasa)
y su impacto sobre el rendimiento en grano se acentúa en función de la oportunidad del déficit...
Consumo de agua de los cultivos y Producción de biomasa
0 100 200 300 400 500 600
0
5000
10000
15000
20000
25000
Biomasa (kg/ha)
Consumo (mm)
Andrade et al. (1996)
EUAB,T
Fl
ES
0
100200
300400500500
0
5000
10000
15000
2000025000
0 20 40 60 80 100120 140
Días desde emergencia
Bio
ma
sa
(kg
/ha
)C
on
su
mo
(m
m)
Maíz
Factores que modifican la EUAT
CO2 H2O
Superficie hoja
Cámara subestomática
Atmósfera
Planta0 200 400 600 800 1000 1200 14000
1
2
3
4
5
Transpiración (g/planta)
Trigo (Heitholt, 1989)
Bio
mas
a to
tal
(g/p
lan
ta)
No FertilizadoBiomasa= 0.015 + 0.002 T
FertilizadoBiomasa= -0.018 + 0.0034 T
20
30
40
50
60
70
80
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0DPV (kPa)
EU
A (B
,T,c
) (kg
/mm
) Balcarce
Córdoba
Paraná
Pergamino
Trigo (Abbate et al. 2004)
CórdobaEUA= 36 kg/mm
BalcarceEUA= 73 kg/mm
0
3000
6000
9000
12000
15000
0 100 200 300 400
TC (mm)
Bio
ma
sa
aé
rea
(k
g/h
a)
EUADPV= 35 kg kPa/mm0
3000
6000
9000
12000
15000
0 100 200 300 400TC /DPV (mm/kPa)
Déficit alrededor de floración (mm)R
ind
e (T
n/h
a)
Disponibilidad hídrica y Rendimiento en Grano
Hall, 1984 Sadras y Calviño, 2001
Disponibilidad hídrica y Rendimiento en Grano
Maní déficit hídrico (Haro et al. 2008)
Maíz déficit hídrico (Otegui et al. 1995; Eck 1986)
Girasol déficit hídrico (Cox y Jolliff, 1986)
Soja déficit hídrico (Cox y Jolliff, 1986)
Cultivos Regados
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Número de Granos Relativo
Ren
dim
ien
to R
elat
ivo
Ambiente, manejo y uso de los recursos
Cuán limitada por agua está la producción?
Lluvia durante la estación de crecimiento (mm)0 200 400 600 800
0
2
4
6
8
Re
nd
imie
nto
en
gra
no
(T
/ha)
Trigo, AustraliaPassioura (2002)
Lluvia durante la estación de crecimiento (mm)0 200 400 600 800
0
2
4
6
8
Re
nd
imie
nto
en
gra
no
(T
/ha)
Caso de estudio local: girasol
Grassini, Hall, Mercau (FCR, 2008)
ADCi + lluvia durante el ciclo (mm)
Zona abarcada en el estudio
Re
nd
imie
nto
en
gra
no
(k
g h
a-1)
Fuente de datos: • AACREA (n= 169), lotes de producción (símbolos negros)• Bono et al. (n= 231), microparcelas ensayos fertilización (símbolos blancos)
EUA(RG, T)= 8 kg ha-1 mm-1
75 mm
Respuesta del RG al agua disponible
Re-análisis de resultados:Vías de pérdida de agua estimadas por simulación
Evaporación del suelo (mm) Drenaje profundo (mm)
Agua residual (mm) Escorrentía superficial (mm)
Fre
cuen
cia
esti
mad
a
La presencia de las napas pueden tener efectos negativos o positivos sobre el rendimiento, en función de su profundidad.
Oferta de NapasNosseto et al. (2009, FCR)
Profundidad de napa (m)
Re
nd
imie
nto
re
lati
vo
Re
nd
imie
nto
re
lati
vo
Maíz
Soja
Trigo
2006-07
2007-08
Interacción factores a campo:Diferencias entre ambientes y sitios
Médanos: bajo contenido hídrico inicial0.5% de C y restricción de P
Médanos
Fuente: Satorre et al., Maicero 2007
Pie de loma
0 100 150 200 2500
4000
8000
12000
16000
50 100 150 200 25050
20%
50%
80%
N disponible (kg/ha)
Ren
dim
ien
to e
n g
ran
o (
kg
/ha
) América Junín, serie Sta. IsabelMaíz
Las precipitaciones durante el barbecho, que anteceden a las fechas de Septiembre, lograrían cargar los perfiles sólo en años medios y húmedos
(P=47% y 72% para Argiudol-Hapludol y Haplustoles). En Octubre, P de perfil cargado: 63% y 95% para Argiudol-Hapludol y Haplustol.
Fechas tardías alta probabilidad (P>95%) de partir con perfiles cargados.
(Capacidad de almacenamiento Haplustol: 211 mm y Argiduol 280mm)
Barbechos
Fecha de siembra y balances de agua en PehuajoTipos de suelo y almacenamiento de agua util
Fecha de siembra y balances de agua en Pehuajo
Oferta y demanda de agua
Fechas de siembra mas tardías que ubican la floración hacia principios de Febrero presentan mejor oferta de agua alrededor de floración y menores demandas atmosféricas.
Fecha de siembra y balances de agua en Pehuajo
Consumo=T+Es= Pp +± ∆ Alm (Agua final-Agua inicial)
Agua final = Consumo- Pp +Agua inicial.Agua útil = (Agua final-agua pmp )/capacidad de almacenamientoEn años secos, maíces de ppios de Octubre tienen mejor alimentación
hídrica que los de ppios de Septiembre.Los maíces tardíos de principios de Diciembre con floraciones en los
primeros días de Febrero, tiene una menor probabilidad de déficit hídrico.
En Pehuajó los rendimientos decrecen fuertemente hacia fin de Diciembre
Maíces de secano tardíos DK 752MG 65.000pl/ha y 130 kg N/ha
Maíces tardíos: ¿Hasta que fecha demorar?
Otegui et al. (2002, MA)
DK 752MG, 20/12, 65000 pl/ha
Maíces tardíos vs maíz de segunda
PotencialPerfil húmedo +130 kg N/ha
Pehuajó
0 4000 8000 12000 16000
Rendimientos (kg/ha)
Fre
cuen
cia
acu
mu
lad
a
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Perfil húmedo sólo en superficie + 130 kg N/ha
Perfil seco + 130 kg N/ha
Rindes potencialesmaíz tardío
(solo limitados por radiación, temperatura)
Maíz tardío(100% AU siembra)
Maíz de segunda(30% AU siembra
todo el perfil)
Maíz de segunda(100% AU primeros
60cm y 30% profundidad)
Otegui et al. (2002, MA)
Clima Pehuajó Sep Oct Nov Dic
Daño porHeladas 3% 37%
Rinde Pot.(q/ha) frec.50% 160 157 145 125
Días a 27 17 12 8 emergencia
Agua para sa>10mm 57%(3ra) >60% >60% >60%
Perfil cargado a la sa en un Argiudol 40% 60% 100% 100%
Golpe de calor (%) TempMax>35ºC 5 11 5 0.5
Consideraciones Fechas de siembra
Déficit p. critico >>> >> >
En suelos con baja carga de AU, reducir la densidad de siembra
Estrategias año 2008: manejo de la densidad
Conclusiones
• En condiciones normales de producción, todos los cultivos extensivos se ven expuestos en algún momento de su ciclo a condiciones de demanda atmosférica que normalmente determinan una absorción de agua insuficiente para compensar las pérdidas por transpiración, dando lugar a deficiencias hídricas.
• Estas deficiencias penalizarán más fuertemente el rendimiento en la medida que coincidan con períodos críticos para la determinación del número de granos
• Salvo situaciones muy extremas, la productividad de los cultivos raramente está condicionada por un único factor. Por el contrario, factores múltiples interactúan de un modo complejo, determinando que los estreses operen secuencial o simultáneamente.