El crecimiento y la producción de la vid dependen de la armonía

Qué podrían representar los cambios climáticos
para las especies arbóreas
Dr. Fernando Santibáñez
Profesor de agroclimatología
Facultad de Ciencias Agronómicas
Universidad de Chile
[email protected]
La producción de los árboles frutales está fuertemente determinada por
la buena sintonía que se establezca entre los procesos fisiológicos internos de
la planta y las condiciones climáticas. No podemos olvidar que los arboles en
producción, están siendo forzados por el ser humano a gastar la mayor parte
de su energía en producir, mientras que en condiciones naturales las plantas
gastan la mayor parte de su energía en sobrevivir y perpetuarse. Debido a esto
es que en producción frutícola debemos hacer un gran número de
intervenciones como poda, fertilización, controles sanitarios, aplicación de
hormonas, todo lo cual en cierta forma no estaba previsto por la evolución
natural y representa un verdadero cambio de programa en el comportamiento
de las especies.
A pesar de las intervenciones humanas, las especies frutales mantienen
un precario y delicado equilibrio con el clima. Pequeñas desviaciones en el
comportamiento habitual de las variables climáticas, pueden ejercer profundos
efectos sobre el reposo invernal, la polinización, la persistencia de los frutos en
la planta, las tasas de crecimiento y los procesos de maduración. El verdadero
motor del crecimiento y la reproducción de la planta es su capacidad
fotosintética, la que depende de los niveles de radiación solar, de las
temperaturas, del estado hídrico de las hojas e incluso, de las temperaturas
nocturnas que pueden cambiar el destino de los carbohidratos sintetizados
durante el día. La cantidad total de carbohidratos producidos depende además,
del área foliar desplegada por los árboles, y de la geometría del follaje, lo que
determina el grado de intercepción de la radiación solar incidente. Si bien la
acumulación de azúcares está fuertemente determinada por la luminosidad, el
destino de estos deben ser sabiamente distribuido por la planta entre la
construcción de nuevas estructuras vegetativas (hojas, tallos, raíces), la
generación de órganos reproductivos (flores y frutos) y la necesaria
acumulación de reservas de un año para otro. Cualquier factor climático o
intervención humana que limite este justo equilibrio, llevará a la planta a
debilitarse y decaer en su capacidad productivo en el mediano plazo. Las
noches frescas (8°C>Tmin<14°C) tienden a frenar el crecimiento de los brotes,
favoreciendo la generación de excedentes de carbohidratos acumulables en los
frutos. Por el contrario, las noches cálidas (Tmin>14°C) favorecen el
crecimiento continuo de los brotes, afectando el desarrollo de los frutos
(Santibáñez F.,1994, Gil, 2000).
Los carbohidratos que la planta va produciendo se van enviando a los
diferentes órganos en función de la etapa del ciclo fenológico, lo que se
determina según un complejo código genético interno. Esta es una de las
maravillas de la naturaleza, por cuanto los cambios hormonales que permiten la
diferenciación de los tejidos, así como el destino de los carbohidratos, son
gobernados por toda una secuencia de genes que se van activando y
desactivando durante la estación, en forma análoga como las notas musicales
del organillo o de la cajita de música. A pesar de este programa genético que
determina las prioridades del crecimiento en cada fase del desarrollo de las
plantas, el clima puede modificar el patrón de distribución de los carbohidratos
(Santibáñez , 1992). Es así como ambientes altamente luminosos tienden a
reducir el desarrollo aéreo en beneficio del subterráneo, temperaturas muy
elevadas tienden a reducir el peso de los frutos, la sequía frena el crecimiento
de los ápices, reduciendo la relación hojas/frutos.
Además de crecer, las plantas deben sincronizar el desarrollo con la
estación del año. Es así como ellas van pasando de una fase a otra a través de
graduales cambios fenotípicos, al igual como lo hacen los animales. A
diferencia de los animales, donde es el tiempo la variable que gobierna el
envejecimiento, en las plantas, la velocidad con que ellas atraviesan las
distintas fases de su ciclo, depende mas bien del clima que del tiempo
cronológico. La progresión de su desarrollo se debe más bien a la acumulación
de estímulos climáticos, fundamentalmente térmicos. Se ha establecido que las
temperaturas que superan al umbral de crecimiento, se van acumulando y que
cada fase de desarrollo se completa cuando una cantidad de estas “unidades
térmicas” o “días-grado”, alcanzan ciertos valores exigidos por cada fase.
Adicionalmente, las condiciones del reposo invernal tienen una gran influencia
sobre el equilibrio entre órganos vegetativos y reproductivos, por cuanto el éxito
de la fructificación depende en una cierta medida del cumplimiento de los
requerimientos de frío invernal y de la diferenciación floral producida durante la
temporada anterior (Santibáñez, 1994).
Entender esto es esencial para comprender el efecto que un cambio
climático podría tener sobre el comportamiento de las especies frutales.
Analicemos algunos de los componentes de la relación clima planta que
sufrirán variaciones con consecuencias productivas.
Niveles de estrés térmico
Cuando las temperaturas se remontan por sobre lo que llamamos optimo
de crecimiento, la capacidad de crecer comienza a caer rápidamente como
consecuencia de una aceleración de la respiración, la perdida de turgencia de
los tejidos y el consecuente cierre estomático. Cuando las temperaturas se
acercan al máximo tolerado y crecimiento prácticamente se detiene, y si esta
situación se mantiene por muchas horas, se inicia un proceso bioquímico que
busca defender a la planta de la muerte. Es así como se gatilla la síntesis de
acido abscísico (ABA) cuya misión es hacer que la planta se desprenda de las
hojas pero a la vez protegiendo las yemas que están en la base de estas por
cuanto el ABA es un fuerte inductor de dormancia, fase en la cual las yemas
pueden resistir condiciones climáticas muy adversas (Shilpi M, Narendra T,
2005). Elevadas temperaturas tienden a producir compuestos oxidativos
(llamados ROS), los que degradan las membranas celulares cambiando su
funcionalidad (Wahid et al, 2007)
Otro efecto secundario de las elevadas temperaturas son las
alteraciones en la membrana celular, la cual luego de varias horas de expuesta,
se torna mas impermeable al paso del agua y especialmente de los iones
minerales, esenciales en la síntesis de proteínas. En floración las temperaturas
muy elevadas (T>32ºC) pueden tornar infértiles a los óvulos, reduciendo
dramáticamente la cuaja. Todos estos procesos son controlados por una
compleja cadena de enzimas activadoras y represoras (Sanjeev et al, 2004).
Igualmente, temperaturas muy variables de un día para otro, tienden a dificultar
el ciclo fotosintético, retardando las cadenas de asimilación del carbono
(Damian and Donald, 2001)
Altas
temperaturas
Estabilidad
membranas
celulares
limitado flujo de
agua y nutrientess
reducción metabolismo
secundario
viabilidad de los
óvulos
Sintesis de
acido abscisico
aceleración
tasa respiratoria
Reducción sintesis y
disponibilidad de
carbohidratoss
Reducción tasa de
crecimiento
Reducción de la
productividad
Figura 1. Cadena de causa-efecto que las altas temperaturas producen en las
plantas, afectando negativamente el rendimiento.
Precocidad
Las elevadas temperaturas (28-32ºC) aceleran el desarrollo de todas las
fases fonológicas de la planta, adelantando y, por lo tanto acortando el periodo
de crecimiento y maduración de los frutos. Esto tiene como consecuencia una
reducción en el tiempo que los frutos tienen para crecer, reduciendo su peso.
Por sobre los 32ºC el desarrollo tiende a detenerse pero los frutos no
progresan ni en aumento de peso ni en madurez por cuanto la capacidad
fotosintética del árbol está reducida a un mínimo o francamente detenida.
El aumento de precocidad en perjuicio del rendimiento solo puede
resultar interesante en el extremo norte del país, donde esto permite obtener
las primeras frutas del hemisferio sur, alcanzando precios interesantes que
compensan el menor rendimiento, tal es el caso de la uva al interior de los
valles de Copiapó y Huasco.
Niveles de estrés hídrico
Hay dos dimensiones importantes que tienen que ver con el agua. La
primera tiene que ver con los equilibrios hídricos internos de los tejidos, los que
son esenciales para mantener tasas de crecimiento adecuadas. El alza en la
temperatura, junto con un posible aumento en la ventosidad que podría traer el
nuevo escenario climático, hará más difícil para las plantas mantener buenos
estado de hidratación de los tejidos, haciendo operar el control estomático
(cierre de estos) durante mas horas al día. La consecuencia de esto es una
caída en la capacidad para realizar fotosíntesis y, por lo tanto, unas menores
tasas de crecimiento y productividad.
Déficit hídrico
Síntesis de ácido
abscisico
Reducción niveles
citokininas
Cierre estomático
Alta temperatura
foliar
Detención de la división
celular
Bloqueo de la fotosintesis
Bajo peso de granos y
frutos
Aborto floral
Figura 2. Cadena de causa efecto que provoca el déficit hídrico en la planta
Balance de carbohidratos
El crecimiento y reproducción de las plantas depende fuertemente de la
capacidad de las hojas de producir y bombear carbohidratos hacia los
meristemos y a los frutos. Para maximizar esta función se requieren adecuados
niveles de iluminación del follaje y ausencia de estreses térmicos, hídricos,
nutricionales y sanitarios. El estrés térmico en sus estados iniciales produce un
aumento en las tasas respiratorias, reduciendo el excedente de carbohidratos
disponibles para el crecimiento. En estados mas avanzados, el estrés térmico
reduce además la fotosíntesis haciendo caer la producción de carbohidratos.
Similar efecto tiene el déficit hídrico y el aumento de la nubosidad (Bureau et al,
1998).
Aspectos sanitarios
Es bien conocido el triangulo sanitario que dice que para que se
produzca una enfermedad se requiere de la presencia de inoculo, un huésped
susceptible y condiciones ambientalmente favorables a la infestación.
Con el cambio de condiciones climáticas van a variar esencialmente las
susceptibilidad de algunas especies y la prevalencia de condiciones favorables
para la infestación. En el primer caso, es conocido el hecho de que plantas
sujetas a mayores niveles de estrés son más susceptibles a los patógenos, por
lo que puede establecerse una interacción positiva entre el estrés térmico y el
estrés hídrico y una mayor predisposición a la infestación. En el segundo caso,
las lluvias de primavera verano, así como el alza en las temperaturas mínimas
favorecerán por una parte las posibilidades de infestación y, por otra, se
extenderá el periodo de reproducción de patógenos e insectos, favoreciendo la
existencia de un mayor numero de generaciones en el año. Existen además
evidencias de que los elevados niveles de CO2 incrementan los riesgos de
infestación de ciertos patógenos. Los hongos producen más esporas y crecen
más rápido en atmósferas con alto nivel de CO2.
¿Que podría cambiar en el clima de las próximas décadas?
El calentamiento progresivo del aire ira provocando una serie de
cambios encadenados y graduales en la conducta de la atmosfera. El síntoma
mas directo del calentamiento será el aumento de la frecuencia de las
temperaturas elevadas (T>32ºC), lo que podría llevar al Valle Central, con
cierta frecuencia, a superar los 35ºC
Un segundo síntoma será el aumento de las temperaturas mínimas y
nocturnas, lo que podría estimular el vigor del crecimiento apical en perjuicio de
los frutos en muchas especies. Igualmente negativo puede ser este fenómeno,
para el desarrollo del color y aromas en vides y especies de piel coloreada.
Esta situación provocará además una reducción en las horas de frío invernales,
lo que deteriorará las condiciones de la dormancia en especies caducas,
reduciendo la fertilidad de yemas y el vigor de la brotación.
Un tercer síntoma será un aumento en la ventosidad, lo que podría
convertirse en un factor de estrés y de aumento en las tasas de
evapotranspiración, complicando con ello la gestión del riego. Este fenómeno
deberá ser compensado con mayores inversiones en estructuras de reducción
de viento.
Un cuarto síntoma será el aumento de la frecuencia de precipitaciones
de primavera verano y una disminución del numero de lluvias de invierno. Es
igualmente posible que aumente la frecuencia de ciclos nubosos como
consecuencia de un mayor intercambio de masas de aire entre el continente y
el océano. Si bien podría observarse una disminución en el total de lluvia anual,
las precipitaciones podrían aumentar en intensidad, lo que es particularmente
relevante en los casos que ellas coincidan con el periodo de fructificación.
Un quinto síntoma lo representará un aumento en el contenido de vapor
de la atmosfera lo que creará mayores riesgos de condensación de rocío,
favoreciendo la infestación de hongos y bacterias.
Todos estos cambios irán acompañados de un posible aumento en la
variabilidad climática. Las temperaturas extremas, la precipitación,
la
nubosidad y el viento podrían se mas inestables pasando de un extremo a otro
en breves tiempos, por cuanto una atmosfera mas caliente se torna mas
inestable e impredecible.
Vinculando estos posibles cambios conductuales con los conceptos
ecofisiológicos revisados en la primera parte, podemos vislumbrar una relación
clima árbol mas compleja y tormentosa si se cumplen los cambios proyectados
por los modelos mundiales. En los climas de la Zona Norte y Central de Chile,
las condiciones térmicas durante el desarrollo de los frutos, se encuentran en la
actualidad próximas a los óptimos fisiológicos para la mayor parte de las
especies frutales, por lo que un calentamiento adicional solo puede deteriorar la
producción. Al sur de la Araucanía, el clima actual se sitúa por debajo del
óptimo, por lo que un calentamiento puede inicialmente ser favorable,
mejorando los niveles productivos de la mayor parte de las especies.
Aumento del CO2 atmosférico
A estos cambios, se superpone un aumento del CO2 de la atmosfera a
razón de 2 ppm por año. Esto ha llevado la concentración de CO2 a 380 ppm
en la actualidad. La respuesta directa de las plantas ante un aumento de la
concentración de CO2 se traduce en incrementos en la fotosíntesis neta, la tasa
de producción de biomasa (Ehleringer y Cerling, 1995), un aumento en la
eficiencia de la utilización de luz, nutrientes y agua (Bindi et al., 1996a; Bazzaz,
1998). Una mayor concentración de CO2 mejora la eficiencia del uso del agua
(relación entre la fotosíntesis y la evapotranspitación (Schultz, 2000. Sin
embargo, la exposición a elevadas concentraciones de CO 2 (sobre 900 ppm)
puede tener efectos secundarios nocivos. Es posible que los aumentos
simultáneos de CO2 y temperaturas mínimas genere un desequilibrio en el
balance de carbono interno, aumentando excesivamente el vigor en perjuicio
del desarrollo reproductivo Bindi et al. (1996a). Los posibles efectos positivos
del aumento del CO2 no alcanzan, en el caso de las especies frutales, a
compensar los efectos negativos del estrés térmico sobre la fotosíntesis, de la
disminución de la calidad del reposo invernal y del acortamiento del ciclo,
adelantando la maduración.
La figura 3 muestra el encadenamiento de causa efecto que pueden gatillar los
cambios conductuales del clima, según los modelos de cambio climático.
excesivo vigor
vegetativo
acortamiento del
ciclo
mayor vapor
atmosferico
mayor incidencia
aumento de estrés
termico
de plagas
calentamiento
del aire
deteriodo de
la dormancia
aumento consumo
de agua
menor
produccion
carbohidratos
precipitaciones
de primavera
aumento
del viento
cantidad y
calidad de frutos
aumento estrés
hidrico
Figura 3. Principales interrelaciones gavilladas por los cambios conductuales
del clima en la zona norte y central del país.
Proyecciones futuras
La fruticultura deberá adaptarse a esta situación mediante cambios
tecnológicos que permitan atenuar los impactos negativos de un clima algo
mas adverso e inestable. Dentro de la agenda de adaptación deberán incluirse
mejoramientos en la gestión del riego, control de viento, posibles cambios en la
formación en áreas con aumento de nubosidad, relocalización de huertos,
sistemas de intra y extraprediales para la prevención y regulación de
temperaturas altas, control integrado de plagas junto a estrategias territoriales
para mantener mayor integridad en los equilibrios ecológicos, buenos sistemas
de alerta meteorológica, cambio de variedades, de sistemas de manejo del
suelo y gestión del reposo invernal, entre otros. Con esto no estamos diciendo
que la fruticultura no será posible seguir haciéndola tal como se hace en la
actualidad, estas adaptaciones vienen a prevenir una caída en la calidad y
cantidad de lo producido, en la medida necesaria como para que esta actividad
mantenga su viabilidad económica. Una fruticultura que no incorpore algunas
de estas variantes quizás podrá seguir produciendo fruta, pero sin garantía de
que ella sustentable y rentable en el largo plazo. De cualquier forma, las
estrategias de adaptación dependerán de la localidad, la especie y el mercado
de destino de la fruta. Ellas deberán irse adoptando gradualmente en la medida
que los citados síntomas vayan pasando por sobre el umbral razonable como
para reaccionar.
A parte de estas estrategias que dicen relación con el sistema de
producción, la fruticultura enfrentara una adversidad comercial que viene de la
reacción mundial frente al cambio climático. Esto traerá exigencias no
asociadas al producto mismo, sino a la forma como se obtiene el producto. Nos
referimos a la huella de carbono, la huella del agua y mas tarde podría venir la
huella ecológica, en la medida que el mundo se sienta agobiado por el
deterioro del ambiente mundial. Estos hecho que se avizoran en el horizonte,
requieren ir repensando desde ya como adaptamos los sistemas de producción
de modo de cumplir con los estándares ambientales, cualesquiera que ellos
sean en el futuro. En las ultimas década, nuestra fruticultura en general a
realizado enormes progresos en esta materia, pero se requerirá mantener el
paso por cuanto estar dentro de los exigentes estándares que vienen significa
simplemente mantenerse dentro de los mercados internacionales.
La tarea es compleja pero abordable, los países que comiencen antes a
hacerla llegarán a tiempo y serán compensados con el reconocimiento de un
trabajo serio y bien hecho.
Bibliografía
Bazzaz F.A.: «Elevated CO2 and Plant Productivity in the 21st Century: Can we feed
billions and preserve biological diversity?», En: Photosynthesis: Mechanisms and
Effects, Vol. V, Ed G. Garab Kluwer Academic Publishers, 1998: 3923-3940.
Bindi M., Fibbi L., Gozzini B., Orlandini S., Seghi L.: «The effect of elevated CO2
concentration on grapevine growth under field conditions», Acta Horticulturae 1996a;
427: 325-330.
Bureau S.M., Razungles A.J., Baumes R.L., Bayonove C.L.: «Effect of vine or bunch
shading on the carotenoid composition in Vitis vinifera L. berries. I. Syrah grapes», Vit
Enol Sci 1998; 53: 64-71.
Damian J. Allen and Donald R. Ort, 2001 Impacts of chilling temperatures on
photosynthesis in warm-climate plants, Trends in Plant Science Vol.6 (1): 36-42
Ehleringer J.R., Cerling T.E.: «Atmospheric CO2 and the ratio of intercellular to
ambient CO2 concentrations in plants», Tree Physiol 1995; 15: 105-111.
Gil S.G.2000, La producción de fruta. Colección Agricultura, Facultad de Agronomía y
Forestal, Pontificia Universidad Católica de Chile, 583 pp.
Sanjeev Kumar Baniwal, Kapil Bharti1, Kwan Yu Chan, Markus Fauth, Arnab Ganguli,
Sachin Kotak, Shravan Kumar Mishra2, Lutz Nover, Markus Port, Klaus-Dieter Scharf,
Joanna Tripp, Christian Weber, Dirk Zielinski And Pascal Von Koskull-Döring, 2004
Heat stress response in plants: a complex game with chaperones and more than twenty
heat stress transcription factors J. Biosci. 29(4), 471–487.
Santibáñez Q. F. 1992 El Clima como regulador del potencial vitivinícola. Seminario
Internacional: La vitivinicultura del futuro. INIA, Quilamapu, Talca 24-27 noviembre.
P9-17.
Santibáñez Q.F 1994 Crop requirements – temperate crops. IN: Griffith J (ED)
Handbook of Agricultural Meteorology. Oxford Univ. Press (Chapter 17)
Schultz H.R., Löhnertz O., Bettner W., Bálo B., Linsenmeier A., Jähnisch A., Müller
M., Gaubatz B., Váradi G.: «Is grape composition affected by current levels of UV-B
radiation?», Vitis 1998; 37: 191-192.
Shilpi M, Narendra T, 2005, Cold, salinity and drought stresses: An overview Archives
of Biochemistry and Biophysics 444 (2005) 139–158
Wahid, Gelani, Ashraf, Foolad, 2007, Heat tolerance in plants: An overview,
Environmental and Experimental Botany 61) 199–223