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.