La Fisiología del Alto Rendimiento


 Densidad

Figura 1. La densidad adecuada es aquella que permita aprovechar eficientemente los recursos.

Foto: Ross, 2012.

El alto rendimiento en cualquier cultivo puede lograrse con una adecuada combinación entre variedad, ambiente y prácticas agrícolas, entendiendo desde luego los procesos fisiológicos que envuelven a la producción. Dicho lo anterior, la decisión de realizar una u otra práctica agrícola será a partir del entendimiento de la fisiología del cultivo. Cada cultivo tiene particularidades en cuanto a los factores que inciden en su rendimiento; sin embargo, de acuerdo con el Dr. Hugh Earl, existen nueve principios fundamentales relacionados a la fisiología de la planta que determinan el alto rendimiento de manera general.

El rendimiento potencial genético casi nunca es una limitación en la producción

El rendimiento potencial genético de una especie no limita la productividad del cultivo, ya que dicho rendimiento no solo depende de la variedad, sino que  también  estará en función de otros factores como: prácticas agrícolas, nutrición, riego, radiación, entre otros. Como ejemplo de lo anterior, se reportó para maíz un rendimiento potencial genético de 28 t/ha (Tollenaar, 1983), el cual ha sido superado varias veces, muestra de ello son las 31.5 t/ha en 2014 en Georgia, EE. UU. y actualmente el récord mundial de 33.4 t/ha logrado por David Hula en Virginia.  

Las verdaderas causas de grandes variaciones de rendimiento son a menudo desconocidas

Generalmente los factores que limitan el rendimiento  interactúan o incluso pueden ser co-limitantes, como ejemplo tenemos que, si existen sequías, la apertura de estomas  se reduce y esto lleva a una disminución en el intercambio C02/O2, teniendo como consecuencia una reducción de la fotosíntesis. También el factor más limitante que llegara a presentarse en algún momento puede cambiar durante la temporada o  a lo largo del día, caso común es la temperatura, la cual suele ser baja en las mañanas y muy alta en las horas centrales del día.  Otro ejemplo muy claro es un estudio en el que se encontró que cada intervención agronómica al cultivo (fertilización, reguladores de crecimiento, arrancadores, entre otros), excepto el riego, por lo general aumentan el rendimiento entre 0.3 a 0.5 t/ha.

La comunidad de plantas o dosel vegetal es más importante que las plantas individuales

Muchos procesos que determinan el rendimiento solo pueden entenderse o estudiarse adecuadamente en la  comunidad de plantas, conocido también como dosel vegetal. Para evaluar el dosel vegetal, se toma como referencia la materia seca por unidad de superficie, con el objeto de conocer el crecimiento sigmoide del cultivo a lo largo del ciclo y no tanto el de la planta, que permita una mejor estimación del rendimiento. Bajo este principio, se estudia la densidad más adecuada para expresar el máximo rendimiento del cultivo, donde se ha encontrado de manera general, que conforme se incrementa el número de plantas por unidad de superficie se incrementa el rendimiento hasta un cierto punto en el que, como en el maíz, después de superar dicha densidad reduce su productividad abruptamente debido a que se incrementa el porcentaje de plantas estériles, causado por no contar con las reservas suficientes para alimentar al elote. En soya, una vez se llega a esa densidad, cualquier incremento no tiene respuesta alguna sobre el rendimiento. Algunos cultivos no presentan cambio alguno en su rendimiento al incrementar la densidad de siembra, un digno representante es la canola.

 Medicion

Figura 2. Medición de la biomasa de cultivos (materia seca) en base a un área de terreno.

Foto: Earl, 2015.

La acumulación de biomasa está principalmente determinada por la captura de la radiación  

La cantidad de biomasa que se acumula en el cultivo está estrechamente relacionada con la cantidad de radiación interceptada, dicha cantidad varía a lo largo del año. Es necesario considerar que no toda la radiación que intercepta el cultivo logra ser asimilada, por ello, al momento de estimar la biomasa que puede producir un cultivo, es necesario considerar la eficiencia en el uso de radiación por parte del cultivo mismo. Tanto la eficiencia en el uso de la radiación y la absorción de esta, depende en gran medida de la edad de la planta, ya que en el primer caso se ha encontrado que a mayor edad se reduce dicha eficiencia, debido principalmente al incremento en la respiración, la cual no se ve compensada en gran medida por la fotosíntesis. En el segundo caso, se incrementa la absorción por tener una mayor área de intercepción conforme crece el cultivo. Entonces, la acumulación de biomasa será mayor conforme se incremente la absorción a pesar de reducir su tasa de eficiencia.

Lo que importa es la intercepción de la radiación, no el área de la hoja

 La radiacion

Figura 3.La evaluación a nivel de dosel vegetal en maíz permite mejores aproximaciones en relación a la evaluación en una sola hoja.

Foto: INTA.

Muchas veces se piensa que un cultivo con muchas hojas tienen una mayor intercepción de luz y crece más rápidamente en relación a uno que tiene unas cuantas hojas, esto no necesariamente es cierto, ya que una vez que es interceptada la radiación, las hojas adicionales son de poco beneficio, debido a que son sombreadas; es decir, se busca que las pocas hojas que se logren tener sean capaces de lograr la máxima eficiencia en el uso de la radiación. Todo esto es importante al momento de establecer densidades de siembra, patrones de siembra y/o selección de variedades. La diferencia entre especies en cuanto a la acumulación de biomasa puede deberse quizá a la estructura de la hoja y/o el ángulo de inserción de la hoja respecto al sol, permitiéndole incrementar la intercepción de la radiación y la eficiencia en su uso. Diversos estudios se han llevado a cabo para demostrar que la intercepción de la radiación durante el ciclo es un factor determinante para el rendimiento, donde se ha encontrado que al incrementar el número de días de emergencia a madurez se incrementa el rendimiento, en el caso de maíz al incrementar 26 % el ciclo de cultivo, se tuvo un incremento en el rendimiento del 29 %, esto no quiere decir que una variedad de ciclo largo es mejor que la de ciclo corto, ya que existen muchos factores que determinan dicha cuestión.

Las hojas individuales no nos dicen mucho sobre la cosecha en su conjunto

Las evaluaciones siempre se han hecho en base al rendimiento por unidad de área, ya que el análisis de una hoja no nos da el panorama o no representan lo que pasa en el dosel en todo el ciclo. Se ha encontrado que las evaluaciones a nivel dosel son más importantes para determinar el rendimiento que las empleadas a nivel hoja, existiendo actualmente tecnologías que permiten medir la actividad fotosintética por áreas de cultivo, que aunque son de poco alcance, muestran mejores acercamientos que las técnicas empleadas en la evaluación de hojas individuales en una posición en la planta y nivel de luz determinados, debido esencialmente a que no hay relación entre la fotosíntesis de una sola hoja y el rendimiento de la variedad.

La etapa crítica del desarrollo de cualquier cultivo es aquella en la que se determina el componente del rendimiento más variable

Como es bien sabido, el rendimiento está en función de distintos componentes, y es lo que hace necesario saber cuándo se determina el componente más variable y hacer todo lo posible para llegar a aumentar la tasa de crecimiento durante el periodo crítico mediante la máxima intercepción de luz.  La tasa de crecimiento está relacionada estrechamente con el flujo de asimilados, entendiendo que cualquier factor que afecte este flujo perjudica de manera directa la tasa de crecimiento y por tanto, el rendimiento del cultivo. De manera general se sabe que el periodo crítico en la mayoría de los cultivos es el de floración a formación de la semilla o fruto. Dentro del periodo crítico es donde se determina el componente del rendimiento más variable como en el caso de maíz, donde el número de granos se determina por el aborto o amarre de los granos, dicho amarre estará en función de la cantidad de agua y flujo de asimilados que tenga la planta en ese momento, por ello durante dicha etapa se hace necesario contar con la cantidad adecuada de agua y nutrientes que le permitan a la planta llenar los granos formados, pues como se sabe el 50 % de la biomasa formada en el ciclo se va a los granos. En soya el periodo crítico es el que va de R3 a R5 y es donde se determina su componente más variable, es decir la formación de vainas, ya que su rendimiento al igual que otras leguminosas, está relacionado directamente con el número de vainas.

 Vainas

Figura 4. El número de vainas es el componente del rendimiento más variable en soya.

Foto: oleaginosas.org

Uso del agua por los cultivos es accidental

Normalmente un kilo de maíz requiere de 1000 litros de agua, pero la cuestión es ¿por qué se requiere tanta agua para producir un solo kilo de maíz?, la explicación es sencilla y determinante para la productividad de cualquier cultivo. El agua dentro de las plantas es un componente estructural muy importante, debido a que es un elemento esencial para el adecuado funcionamiento de las células, además de ser un reactivo de la fotosíntesis y participar en procesos de transpiración (intercambio entre agua y CO2) y enfriado de la planta, por estos últimos procesos se dice que su uso es accidental y en donde se emplea la mayor parte del agua consumida.

Bajo estrés por sequía la conductancia estomática disminuye, reduciendo tanto la difusión externa de agua y hacia el interior la  difusión de CO2. Los cultivos pueden reducir el uso de agua en un 90 % o más, pero el costo es el de reducir la fotosíntesis y el crecimiento. El elevado uso de agua por la planta es síntoma de una alta fotosíntesis y por tanto de un mayor rendimiento.

La sequía no suele lesionar al cultivo, lo priva de alimentarse

El estrés hídrico reduce la capacidad fotosintética de la planta, lo anterior ocasiona que se reduzca la formación de biomasa y por lo tanto la formación de grano en el caso de cereales. La pérdida de rendimiento se debe a la reducción de la fotosíntesis durante el estrés y no a la perdida de la función de la hoja, ya que al aplicar un riego la hoja restablece su función.

Fuentes consultadas

Earl, H. 2015. Fisiología del Alto Rendimiento. Conferencia del 4° Congreso Internacional de Nutrición y Fisiología Vegetal Aplicadas. Intagri. México.

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usuario_801267655 comentó:
Publicado: 2016-06-15 11:50:41
Muy buena información.
alvaro_bonilla comentó:
Publicado: 2016-06-20 10:27:00
Muchas gracias por el comentario, esperamos te sea de utilidad. Saludos.
usuario_835349324 comentó:
Publicado: 2016-10-07 14:07:06
muy buenos articulos, basicos y de muy buena utlilidad.. saludos¡
alvaro_bonilla comentó:
Publicado: 2016-10-12 11:05:58
Agradecemos el comentario. Juntos reduciendo la brecha entre la ciencia y el agricultor. Saludos.