Descargar la comunicación completa

VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
ANÁLISIS FOLIAR, PARÁMETROS EDÁFICOS, CONTENIDO EN ACEITES
ESENCIALES Y ESPECTROFOTOMETRÍA IR APLICADA AL CULTIVO
ECOLÓGICO DE ESPECIES AROMÁTICAS
MD Soriano, *MJ Molina,V. Castell, M Cortes, L García-España, **J Llinares
ETSMRE. Universidad Politécnica de Valencia, C/ Blasco Ibañez nº 10 46010 Valencia,
*Centro de Investigaciones sobre desertificación- CIDE (CSIC-UV-GV, Camí de la Marjal
s/n 46470 Albal (Valencia), ** EPSG Universidad Politécnica de Valencia, Ctra. NazaretOliva s/n 46730 Grao de Gandía (Valencia)
RESUMEN
Se estudia en un cultivo ecológico de especies aromáticas el efecto del diferente manejo
con la variante regadío/secano sobre el crecimiento vegetal y el aspecto de la planta, en
cuanto al desarrollo del leño, la mortalidad y el rendimiento en la extracción de las
esencias, así como sobre las características físicas y químicas y sus variaciones en los
suelos.
En la distribución de agregados en el suelo influye el manejo de regadío o secano
principalmente en lo que se refiere a tamaños extremos. En los valores de macro y
micronutrientes destacan contenidos de nitrógeno elevados principalmente para el suelo
de lavanda frente a ajedrea, lo cual se corresponde proporcionalmente con los obtenidos
en hojas para estas especies.
La mortalidad de las plantas en secano fue mayor que en regadío dado las elevadas
temperaturas en verano, que origina un importante stress hídrico en las especies
cultivadas. Los contenidos de nitrógeno y fósforo en las hojas analizadas son normales,
observándose una pequeña carencia en cuanto al contenido de potasio, se observa que
los nutrientes en la hoja de lavanda en secano tienden a concentrarse más que en la de
regadío.
Destaca el rendimiento en la extracción de esencias de la planta de Lavanda siendo de
1,75% en secano y 0,44% en regadío. Para la ajedrea el valor del rendimiento de la
extracción fue de 1,30%. La extracción de aceite en la planta bajo regadío fue mayor en
todos los casos debido a la mayor riqueza en agua y menor lignificación.
Las especies vegetales analizadas por espectroscopia infrarroja muestran diferencias en
cuanto al manejo secano/regadío en cultivo ecológico. Las señales alrededor de los 1600
cm-1 son indicadoras de menor lignificación en la planta de ajedrea frente al resto de
plantas analizadas. Diferentes rasgos debidos al manejo también se observan a través de
la microscopia electrónica.
Palabras clave: Cultivo ecológico, plantas aromáticas, propiedades físicas y químicas en
suelos, biomasa
INTRODUCCIÓN
El cultivo de plantas aromáticas y medicinales ocupa en España una gran superficie
cultivada, y de ella más de la mitad se dedican a la producción de lavanda, seguido de los
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
de espliego, manzanilla, melisa, mentas, anís y salvia (Laurent, 1982; Peris et al, 1996). El
cultivo de plantas medicinales es una de las opciones de la agricultura Ecológica
(Lampkin, 1998). Este tipo de producción proporciona productos medicinales
ecológicamente limpios, de alta calidad sin contaminar o destruir el ambiente, además de
ello se podrían incluir entre los cultivos apropiados para la conservación del suelos
(Hudson, 1982).
Los objetivos del presente trabajo consisten en estudiar en un cultivo ecológico con
manejo de regadío y secano de especies vegetales aromáticas, concretamente lavanda y
ajedrea, el desarrollo del cultivo (crecimiento, biomasa, etc) al mismo tiempo que se
analiza el efecto de estas especies sobre el suelo, y el rendimento y riqueza en esencias
aromáticas aplicando técnicas como la cromatografía gases-masas, espectroscopia
infrarroja y microscopia electrónica.
MATERIAL Y MÉTODOS.
Área de estudio.
La parcela de estudio se encuentra en la zona denominada Barranco de la Casella, una
pequeña cuenca que vierte sus aguas a la zona aluvial del Xúquer en la comarca de la
Ribera de la provincia de Valencia. El suelo presenta una textura arenoso franca, con bajo
contenido en carbonatos y la zona posee un tipo climático C1sB’3b’4 según Thorthwaite.
Tabla 1. Localización y características climáticas de la zona de estudio.
Estación Alcira
Pm (mm)
Tm (ºC)
120
30
100
25
80
20
60
15
10
40
5
20
0
0
En
Fb
Mz
Ab
My
Jn
Precipitación (mm)
Jl
Ag
Sp
Oc
Nv
Dc
Temperatura (ºC)
Tipo
Altitud
(m)
Latitud
Longitud
Termopluviométrica
20
39º 09’
N
0º 26’ W
Tipo climático
Piso bioclimático Ombroclima
C1 B’3 s a’. Seco
subhúmedo
Mesotérmico
Superávit
moderado en
invierno
Termomediterráneo
Subhúmedo
(P: 531 mm)
Los materiales litológicos se componen de acúmulos de arenas de decalcificación y
vaguadas donde se localiza la asociación vegetal Thymo piperellae-Cistetum crispi que
comprende un elevado número de plantas vivaces, ramosas y muy polimorfas, entre las
que se encuentran el tomillo (Thymus piperilla L.) endémico de nuestra comunidad y el
brezo de escoba (Erica scoparia) (Costa, 1986; Peris et al, 1996).
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
Metodología.
Las parcelas de cultivo de plantas aromáticas utilizadas presentan en regadío un marco
de plantación de 65 plantas en dos hileras, para cada una de las especies, repitiendo la
misma distribución en las especies cultivadas en secano, con unas dimensiones de
parcela de 95 por 150 metros.
En el año 2000 se plantaron las primeras especies aromáticas, y su número se fue
ampliando posteriormente. Tras labrar el suelo para la plantación se adicionaron a todas
las plantas 2 litros de agua, realizando a continuación aportes de agua sólo a las especies
en manejo de regadío. Durante este tiempo se ha estudiado la evolución de nutrientes en
los suelos bajo las especies vegetales cultivadas, y realizado la extracción de esencias
comparando los componentes esenciales de las plantas cultivadas en diferentes manejos.
Las muestras de suelo son secadas al aire y tamizas a 2mm de diámetro. Los métodos
analíticos empleados han sido los descritos en los Métodos oficiales de análisis del
Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación (MAPA, 1986). La materia orgánica se
determina mediante el método de Walkey y Black (Walkey, 1934). en presencia de ácido
sulfúrico, y valorando el exceso de dicromato con sulfato ferroso (Sal de Mohr). El
nitrógeno total se determina por el Método de Kjeldahl, (MAPA 1986). Los contenidos de
nitrógeno, fósforo y potasio se obtienen a partir del método de Spurway - Tamés. El
contenido de nitratos se valora con una solución de difenilamina, el examen de fósforo se
realiza con Molibdato Amónico midiendo a continuación en un espectroscopio, El potasio
se valora con cobaltinitrito sódico y alcohol etílico, valorando el precipitado obtenido. Las
bases de cambio se extraen utilizando una solución extractora de Acetato amónico 1N a
pH 7, y midiendo el Na total por absorción atómica. Para obtener la distribución de los
agregados del suelo se realiza el tamizado de las muestras utilizando una batería de seis
tamices de tamaños: 10mm, 5mm, 2mm y 1mm.
A partir de las muestras foliares de Lavanda (Lavandula officinalis) y Ajedrea (Satureja
Montana) se emplea el método de la vía seca para obtener el extracto de la muestra
determinando el nitrógeno, fósforo y otros nutrientes.
La determinación de la biomasa vegetal de las muestras se lleva a cabo a partir del
método establecido por Usó, et al (1997). Los aceites esenciales en planta fresca se
extraen por medio de la técnica de destilación por arrastre de vapor, estudiando los
aceites esenciales por cromatografía de gases-masa (Blanco, 1983; Dabrio, 1979; Luna,
1981; Medrano, 1997).
Los grupos funcionales característicos de los aceites esenciales se determinan por
espectrometría infrarroja utilizado un espectrómetro IR BRUKER Equinos 55. El análisis
cuantitativo se hace midiendo la absorbancia de ciertas bandas, y la mínima
superposición con las bandas de otras especies que puedan estar presentes. La
microscopia electrónica se realiza utilizando un Microscopio electrónico de barrido
HITACHI mod. S-4100 con cañón de emisión de campo, detector BSE AUTRATA, sistema
de captación de imágenes EMIP3.0 y sistema de microanálisis RONTEC (Gimeno, 1990).
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
El suelo de la parcela de estudio se identifica como un Fluvisol eútrico (FAO, 1986)
característico de las terrazas fluviales. Posee una textura arenoso franca, con pH neutro y
escaso contenido en carbonatos, y bajos valores de capacidad de intercambio catiónico.
Este tipo de suelo posee una elevada potencialidad agrícola, y sobre él se localizan
amplias explotaciones citrícolas.
45
40
40
35
30
30
25
20
20
10
15
10
0
5
Lavanda regadí o
Lavanda secano
0
A jed rea reg ad ío
>10mm
10-5mm
5-2mm
2-1mm
>10mm
<1mm
10 -5mm
A jedrea secano
5-2 mm
2 -1mm
<1mm
Figura 1. Distribución de agregados en el suelo con cultivo de Lavandula Officinalis y
Satureja montana (secano y regadío).
Comparando la distribución de agregados en el suelo de la lavanda en regadío y secano
se observa que tanto los valores de la fracción mayor de 10 mm como la de 1 mm, son
mayores en el manejo de regadío. En el suelo de la ajedrea los agregados mayoritarios
corresponden al tamaño mayor de 10 mm. Para el resto de tamaños la distribución de
agregados se muestra bastante similar entre ambos cultivos (figura 1), siendo en ambos
casos elevado el contenido de la fracción más pequeña, principalmente para la ajedrea de
regadío.
Los valores de macro y micronutrientes en suelo se muestran en la tabla 2. Los
contenidos de nitrógeno son elevados principalmente para el suelo de lavanda frente a
ajedrea, lo cual se corresponde proporcionalmente con los obtenidos en hojas para estas
especies. A excepción del calcio, el resto de nutrientes se muestran mayoritarios en la
lavanda de secano frente a la de regadío. Mientras que para la ajedrea las
concentraciones más altas son para el manejo en regadío.
Tabla 2. Macro y micronutrientes en suelo.
Muestras suelo
N
MO P
K
Ca
Mg
(valores medios)
(%)
(%) ppm ppm (cmol+/Kg) (cmol+/Kg)
Lavanda secano
0.32 3.3
5.0
10
7.0
3.5
Lavanda regadío
0.49 2,3
2.5
3
8.0
2.0
Ajedrea regadío
0.23 2.3
2.5
2.5
5.7
2.5
Ajedrea secano
0.12 1.7
1.5
2
4.2
1.0
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
Los valores obtenidos en el cálculo de la biomasa de las especies vegetales se muestran
en la tabla 3.
Tabla 3. Evolución en altura de las plantas en el periodo estudiado. Biomasa vegetal.
Diámetro
Altura
V ap.
Biomasa
(cm)
cm)
(m3)
(g)
Ajedrea regadío
4,94
7,88
0,15
29,23
Ajedrea secano
4,73
7,69
1,35
22
Año
Año
6 años
Muestra
Periodo
2.000 2.006 2.000 2.006 Espacial Altura
Lavanda regadío 9,00
65,96 11,00 93,06 86,36
88,18
731,60
9,00
47,95 11,05 66,27 81,23
83,33
277,99
Lavanda secano
Los niveles más elevados para el valor de biomasa se obtienen para las especies de
lavanda, tanto en secano como en regadío, duplicando en este segundo caso el valor de
la biomasa respecto a las de secano (tabla 3).
Se realiza el análisis de la varianza (Anova) para observar el efecto del tratamiento
(riego/no riego) sobre la altura de las plantas de Lavanda y sobre las propiedades del
suelo en que está cultivada.
Los resultados indican que excepto para la variable % agregados de suelo de tamaño 2-1
mm, que podemos considerar que varía significativamente (0,05) el resto de variables de
suelo no muestran variaciones debidas al tratamiento. Esto significa que, en los 6 años de
experimento no se han producido cambios importantes en el suelo debido a la
combinación planta/riego/no riego. Posiblemente la variabilidad climática interanual
pueda ser un factor que interviene además del tratamiento de riego/no riego. En el caso
de la variable % agregados del suelo de 2-1 mm, el suelo en regadío posee un contenido
medio de 12% de agregados de este tamaño mientras que en el de secano es de 16%.
Este resultado indica que en el suelo del valle de la Casella, el riego disminuye la
proporción de agregados estables de este tamaño.
Se ha calculado el crecimiento (en cm) experimentado en cada año y los datos se han
ajustado por medio de una regresión lineal para conocer la tasa de crecimiento media
anual. Los resultados se muestran en la Figura 2, e indican que la Lavanda en regadío
crece 56 cm/año mientras que en secano crece 19 cm/año. Es decir, en el periodo de
estudio, por término medio, la Lavanda en regadío crece 3 veces más rápido que en
secano.
Crecim iento (cm )
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
Regadío y = 56,033x Secano y = 19,367x
R2 = 0,9474
R2 = 0,9532
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
Años
Lavanda regadío
Lavanda Secano
Figura 2. Representación gráfica del ajuste lineal de los datos de crecimiento de lavanda
en cm respecto a condiciones de secano y regadío con el tiempo (5 años estudiados).
Tabla 4. Contenido de nutrientes en hojas.
Muestra
K
Na
Ca
Mg
Cu
Mn
Fe
Zn
(%)
(%)
(%)
(%)
(ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (%)
Lavanda
regadío
0,65 0,32 1,36 0,25 1
56
1000
33
Lavanda
secano
0,46 0,09 1,99 0,45 2
66
850
41
Ajedrea
regadío
1,55 0,55 0,96 0,60 16
44
625
21
Ajedrea
secano
0.75 0,33 0,85 0,61 15
55
412
12
Nt
P
(%)
1,56
0,030
1,09
0,061
0,27
0,057
0,12
0,033
Los elementos nitrógeno y fósforo muestran valores normales en las hojas analizadas,
observándose una pequeña carencia en cuanto al contenido de potasio (Vivaldi, 1988).
Entre las concentraciones de microelementos destaca el alto contenido de cobre en la
planta de ajedrea, y bajos de hierro si comparamos con la lavanda.
Los valores obtenidos del rendimiento en la extracción de aceites esenciales en las
especies de lavanda fueron de 0,44% de esencia en secano y 1,75 en regadío y para la
ajedrea es de 1,30%. Según Muñoz, (1996), se estima que el rendimiento en la extracción
de aceites esenciales en la lavanda varía entre un 0,3 y un 0,7%, disminuyendo a partir
del séptimo u octavo año de plantación. Para nuestro estudio los valores del rendimiento
oscilan de 1,75% en secano a 0,44% para regadío. La extracción de aceite en la planta
bajo regadío fue mayor debido a la mayor riqueza en agua, menor lignificación y mayor
desarrollo. Los valores de rendimiento se muestran en consonancia con la bibliografía
consultada, siendo en especial elevado para la lavanda en regadío.
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
En la planta de la ajedrea en cultivo de regadío es el único del que se poseen esencias.
En concreto el rendimiento de la extracción 1,30%, es elevado si se compara con la
bibliografía consultada.
La composición química de la lavanda en regadío analizada de nuestro cultivo muestra un
elevado contenido de eucaliptol y contenidos importantes de terpenos. Los componentes
principales del aceite esencial obtenido son: carburos terpénicos; alcoholes libres, como el
hexenol, acetico, genariol y borneol y pequeñas cantidades de canfeno. Las hojas de la
lavanda en cultivo de secano muestran diferencias con la misma cultivada en regadío. En
este caso el máximo componente del aceite esencial obtenido es el β-pineno, seguido de
canfeno y sabineno; y diferentes terpenos y óxidos.
La composición del aceite esencial de Satureja montana posee cantidades elevadas de
fenoles y terpenos, con un 6,08% de carvacol, y 6 % de bisaboleno, entre otros
componentes.
Por MEB en las hojas de lavanda en regadio y secano, y ajedrea se observan fragmentos
dispersos del tejido de la hoja y bordes agudos mostrando escasos signos de alteración
del tejido vegetal. En las especies con manejo de regadío se observa una mayor
dilatación de las fibras vegetales, así como mayor tamaño y menor lignificación (figura 2).
*
(a)
**
*
(b)
**
* (c)
Figura 3: Observación mediante el microscopio electrónico de barrido de las hojas de
lavanda en regadio (a) y secano (b), y de ajedrea (c), *escala 100 μm, y **escala 1000
nm.
Los espectros infrarrojos de las hojas de las especies estudiadas muestran señales
características comunes que corresponden a los distintos grupos funcionales típicos
variando en su intensidad al comparar los espectros, lo que se interpreta como aumentos
o disminuciones de algunos de estos grupos. Los cambios más característicos entre las
hojas de lavanda en cultivo de secano y regadío son el aumento de la intensidad del pico
a 3400 cm-1 (grupos OH y NH) mas intensa en regadío, el aumento de la señal
correspondiente al CO2 (2360 cm-1) la cual no se manifiesta en la planta de secano, un
hombro más marcado hacia 1720 cm-1 (ácidos carboxílicos) y un aumento de la señal
hacia 1050 cm-1 (entre 1170-950 cm-1 característica de los polisacáridos). Los cambios se
interpretan como derivados de la oxidación y actividad biológica que resultan en un
aumento de los grupos con O (ácidos carboxílicos) y N, la producción de CO2 y el
aumento de polisacáridos.
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
1,2
Transmitanc
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
1000
2000
3000
4000
5000
-1
cm
Figura 4. Espectro infrarrojo de la esencia de Lavandula Officinalis (regadío).
1,2
Transmitancia
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
1000
2000
3000
4000
5000
cm-1
Figura 5. Espectro infrarrojo de la esencia de Lavandula Officinalis (secano).
Los espectros de las hojas de ajedrea de regadío se componen de las típicas señales
bastante similares a los de la lavanda de regadío, con la ausencia de un pico alrededor de
los 2500 cm-1que aparecía en la especie de cultivo de secano. La disminución de las
señales alrededor de los 1600 cm-1 es otra indicación de la escasa lignificación en la
planta de ajedrea frente al resto de plantas analizadas. La intensidad de las señales en
conjunto es bastante inferior al resto de especies.
CONCLUSIONES
En el estudio de las propiedades del suelo de cultivo de lavanda en condiciones de
regadío y secano se observa que a lo largo del tiempo de cultivo se produce una
disminución del contenido de materia orgánica, un aumento del contenido de nitrógeno
total y un aumento de las proporciones de agregados de menor tamaño necesitando un
estudio más largo en el tiempo para confirmar los resultados.
La mortalidad fue mayor en cultivo de secano debido a la menor resistencia a los fuertes
aumentos de temperatura en verano que origina un elevado stress hídrico en las especies
cultivadas.
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
La extracción de aceite en la planta bajo regadío fue mayor en todos los casos debido a la
mayor riqueza en agua, menor lignificación y mayor desarrollo cuando se cultiva en
regadío. Los valores de rendimiento se muestran en consonancia con la bibliografía
consultada, siendo en especial elevado para la lavanda en regadío. En cuanto al análisis
químico de las esencias extraídas los componentes de las plantas en secano y regadio
manifiestan pequeñas diferencias en cuanto a su composición y contenido. En cuanto a
las esencias de la ajedrea el componente esencial es el Canfeno, mientras que en las
lavandas son el Pineno y Eucaliptol.
Los contenidos de nitrógeno, carbono y fósforo en las hojas analizadas se consideran
dentro de la normalidad, observándose una pequeña carencia en cuanto al contenido de
potasio.
Las especies vegetales analizadas por espectroscopia infrarroja muestran diferencias en
cuanto al manejo en secano y regadío de las especies. En concreto las señales alrededor
de los 2500 cm-1 aparecen solo en la especie de lavanda de secano. La disminución de
las señales alrededor de los 1600 cm-1 es otra indicación de escasa lignificación en la
planta de ajedrea frente al resto de plantas analizadas.
En los años de seguimiento anual del cultivo de lavanda en regadío y secano, se observa
que el tratamiento de regadío/secano afecta al crecimiento de la planta en una proporción
3:1. En el estudio de las propiedades del suelo de cultivo de lavanda en condiciones de
regadío y secano se observa que el crecimiento de las plantas es paralelo a una
disminución del contenido de materia orgánica, un aumento del contenido de nitrógeno
total y un aumento de las proporciones de agregados de menor tamaño.
BIBLIOGRAFÍA
Blanco, M., 1983. Análisis químico de aceites esenciales: I, La cromatografía gas-líquido;
tabulación de constantes de retención cromatográfica y patrones internos”. Serie
tecnológica agraria; 9. Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias. Madrid.
Dabrio, M.V., 1979. Cromatografía de gases. Vol 2. Ed. Alhambra, Madrid.
FAO-UNESCO. 1988. Soil map of de world. Revised legend. 1:5.000.000. Roma.
Fernandez- Pola, J., 1996: Cultivo de plantas medicinales, aromáticas y condimentarias.
Omega, Barcelona, 301 pp.
Foncen, M.I., 1983. Análisis químico de aceites esenciales: II, Valoración del 1,8-cineol
(eucaliptol) de las esencias oficinales. Serie tecnológica agraria; 10. Instituto
Nacional de Investigaciones Agrarias. Madrid.
Hudson, N., 1982. Conservación del suelo. Reverté. Barcelona.
Lampkin, N., 1998. Agricultura Ecológica. Mundi-Prensa. Madrid.
Laurent, E., 1982. Guía de plantas medicinales y comestibles de España y Europa. Ed.
Omega. Barcelona.
Luna, F., 1981. Destilación de plantas aromáticas. Ministerio de Agricultura.
MAPA 1986. Métodos oficiales de análisis de suelos, III. Madrid. 166 p.
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
Muñoz, F., 1987: Plantas medicinales y aromáticas: estudio, cultivo y procesado. MP,
Madrid, 365 pp.
Medrano, L. 1997. Extracción de aceites esenciales. Optimización de rendimientos.
Trabajo Fin de Carrera. E.U.I.T.A. Universidad Politécnica de Valencia.
Peris, J.B., Stubing, G. 1996. Plantas medicinales de la Comunidad Valenciana.
Generalitat Valenciana. Conselleria de Medio Ambiente
Usó, J. L. Mateu, J., Karjalainen T, Salvador P. (1997) en “ Allometric regression
equations to determine aerial biomasses of Mediterranean shrubs”.
Villalbi, I., Vidal, M., 1988. Análisis de suelos y foliares: Interpretación y fertilización.
Fundación Caja de Pensiones. Barcelona.
VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Ejemplo resumido Comunicación
FIGURAS
N2
P2O5
K2O
CaO
MgO
S
Fe
Zn/Mn
g/m2
g/m2
g/m2
g/m2
g/m2
g/m2
g/m2
g/m2
T-E
0
0
0
0
0
0
0
0
T-I
15,1
8,8
27
13
5
4
0
0
T-C
30,2
17,6
54
26
10
8
0
0
AÑO
2004