PRODUCTIVIDAD PRIMARIA

Contenido parcial de la
Unidad Temática Nº 3
La difusión del CO2 y su resistencia en el cultivo y en la
planta. Influencia de la temperatura, el agua y el CO2.
Punto de saturación y punto de compensación de la luz.
Especies heliófilas y umbrófilas. Productividad primaria.
Medición. Conceptos de ecofisiología vegetal. Formas
de aumentar la producción.
NOTA: Esta presentación es una síntesis de los temas desarrollados en clases
Teóricas de Fisiología Vegetal (FCA-UNER), recomendando al alumno consultar
Y leer la bibliografía recomendada al final.
Eficiencia Fotosintética
(su medición a nivel de cultivo)
• Cálculo de Fotosíntesis Aparente o NETA
FN= F.B. - R (+Fr)
• La F.N. en la mayoría de las especies
oscila entre 10 y 20 mg CO2.dm-2.h-1
equivalente a aproximadamente 0,5 a 2 g
MS. m-2.h-1.
• R = 0,3 de F.B.
• F.N. = FB - 0,3 F.B. ; por factor común
• FN = FB (1-0,3) ó = 0,7 * FB
• Ej. Cultivo de maíz. Producción de fitomasa :
Grano, 100 qq; rastrojo; 50 qq y raíces 50 qq.
Total : 200 qq de Materia Seca por ha.
• 200 qq de M.O. o M.S. le cuestan a la planta
200 = 0,7.FB = 200/0,7 = 285 q
• R = 85 o sea R = 0,3 de F.B. = 285 x 0,3 = 85,5
q.
• FB = 200 + 85 = 285 qq.
• EFICIENCIA FOTOSINTETICA (E.F.)
E.F. = E. ÚTIL APROVECHADA
E. APROVECHABLE
• 2,85 . 107 g.ha-1 x 10-8 ha-cm-2 = 2,85 . 10-1 g.cm-2
• Energía aprovechada = 0,285 g.cm-2 x 4000 cal.g-1 =
1,14 . 103 cal.cm-2
• En la zona el promedio de radiación recibida es de 400
cal.cm-2 .d-1
• El ciclo del maíz es de aproximadamente 140 días.
• Energía aprovechable = 400 cal.cm-2 .d-1 x 140 d = 5,6 .
104 cal.cm-2
• E.F. = 1,14 . 103 cal.cm-2 / 5,6 . 104 cal.cm-2 = 0,0203
===> 2,03 %
Razones de la baja eficiencia
fotosintética
• Los valores comunes de E.F. están entre
1 a 1,5 % .
• Valores mayores de 2 a 2,5 % se pueden
dar en cultivos de cereales de regiones
templadas de países de agricultura
avanzada.
• En Japón en cultivos de arroz se puede
alcanzar el 4 % y algo más.
Razones de la baja eficiencia
fotosintética
• 1) Eficiencia Cuántica.
• CO2 + H2O + n cuantos --> (CH2O) + O2(gas)
•
De acuerdo a la Ley de Equivalencia Fotoquímica:
mol CO
N cuantos = 1 mol de cuantos = 1 EINSTEIN∴=
Einstein
2
• CO2 Æ (CH2O)
∆F o ∆G = 114.000 cal.
• Cuantos necesarios?? Æ 4 – 6 u Æ 8 - 10
• El promedio de la E. del cuanto en el rango de
E. visible es aprox. 50.000 cal/mol
114.000 cal/mol
Ef. q =
= 0.228 ⎯
⎯→ 22,8%
500.000 cal/mol
• 2) Eficiencia del cloroplasto.
•
Varía a medida que aumenta la intensidad lumínica.
FN
2
4
6
8
10
12
14
x 10_3 bj/pie
Plena Luz
•
•
•
Eficiencia límite = 0,22 x 0,20 = 0,04 Æ 4%
El límite de eficiencia máxima de un cultivo varía entre 0 y 5 %.
Lo normal 1 a 2 %. En cultivos eficientes 4 %.
Eficiencia cuántica
moles CO reducidos
Ø=
Einsteins absorbidos
2
FN
Ef. q.
I luz
Eficiencia de conversión
de energía lumínica
Ganancia de E. libre
ε=
Luz total incidente
El límite de la fotosíntesis
es determinado no solo por
la capacidad del proceso
fotoquímico sino también
por el proceso bioquímico.
Los factores
limitantes en
fotosíntesis
El sistema de
engranajes
Efecto del sombreado en la FN
g m-2 sem-1
100 %
Intensidad de iluminación
Solar máxima
60 %
Girasol
23 %
Tiempo
La difusión del CO2 y su resistencia
en el cultivo y en la planta
• 1) Difusión en la atmósfera.
Altura
Con cultivo
Sin cultivo
Extinción - Viento
Perfiles de
extinción del CO2
Difusión CO2 en tejidos asimilatorios
Fuente: Azcon Bieto
y Talón, 2003
La difusión del CO2 y su resistencia
en el cultivo y en la planta
• 2) Difusión en los tejidos asimilatorios.
∆L= Distancia.
∆C
∆C
∆C F= Flujo.
F CO = Kd ×
=
=
Kd = Coeficiente de difusibilidad.
∆L ∆L
R ∆C = Concentración
Kd
2
R= Resistencia.
[
CO ] aire - [CO ] mesófilo
F=
2
2
∑r
[
CO ] aire - [CO ] mesófilo
∆ (CO )
F=
=g
2
2
∑r
g = conductancia a la difusión del CO2 (m2/seg.)
2
R
g = 1/R
Conductancia
La conductancia del CO2 (gc) es 1,6 veces
menor que la conductancia del vapor de
agua (gw).
La conductancia del CO2 permite estimar la
concentración de CO2 intercelular (Ci)
conociendo la concentración externa (Ca)
Ci = Ca – A/gc ó Ci = Ca – 1,6 A/gw
Ca: concentracion CO2 del aire (ppm o µmol de CO2 mol-1 de aire)
A: Tasa de asimilacion neta de CO2 (µmol de CO2. m-2 s-1
gc y gw: mol de aire m-2 s-1
Difusión en los tejidos asimilatorios
∑ r = Rat + Raq + Re + Rm + Rc
Dependen de la
Planta y del ambiente Dependen de la planta
C3 incorporan CO2 a razón de 4 – 20 mg CO2/dm2/h.
C4 incorporan CO2 a razón de 50 – 80 mg CO2/dm2/h.
La fotosíntesis en una hoja, a plena luz, es de 8 a 10
veces mayor que la respiración. Considerando toda la
planta y las 24 horas del día, la respiración “oscura” y la
“foto-respiración” pueden gastar desde un 25 a 50 % de
la MS foto-asimilada.
El CO2 como sustrato
Si las plantas no poseen otras limitaciones, responden incrementando la
Fotosíntesis a medida que incrementa la [CO2]. Las C3 responden mejor
al incremento por el efecto de la disminución de la fotorespiracion.
Punto de compensación del CO2
FACTORES AMBIENTALES
QUE AFECTAN LA
FOTOSINTESIS
Factores ambientales y fotosíntesis
Curso diario de la tasa de fotosíntesis y radiación
Irradiancia y
características
de las hojas
Fuente: Azcon Bieto y
Talón. 2003
Factores ambientales y fotosíntesis
Factores ambientales y fotosíntesis
Fuente: Azcon Bieto y
Talón. 2003
Factores ambientales y fotosíntesis
Factores ambientales y fotosíntesis
Factores ambientales y fotosíntesis
Factores ambientales y fotosíntesis
Puntos optimos de
Temperatura en
Fotosíntesis para
Distintos tipos de plantas
Factores ambientales y fotosíntesis
P
Fuente: Azcon Bieto y
Talón. 2003
Partición de biomasa
Partición de biomasa (soja)
Partición de biomasa
En una maleza
Eryngium horridum
“caraguatá”
Punto de compensación de luz
C4: 3000 a 4000 Lux C3: 1000 a 2000 Lux
Pl sol: 20 a 30 µmol m-2 s-1; Pl sombra: 1-10 µmol m-2 s-1
• Punto de saturación de luz (meseta)
• Plantas heliófilas (luz solar directa, P. Sat. > 25000 Lux)
ó 400-600 µmol m-2 s-1 (25 % luz solar máxima)
• Plantas umbrofilas (P. Sat. < 10000 Lux) ó 60-200 µmol
m-2 s-1
• Unidades:
1 b. pie = 10,7 Lux 1000 Lux = 1 kLx
1 lux = 0,0929 b. pie
Día de verano: 80.000 a 120.000 Lux
Valores máximos de PAR en un día soleado en latitutes
medias son de 2000 – 2300 µmol m-2 s-1
Dependencia frente a la luz de la FN de hojas separadas,
con suministro de CO2 en condiciones naturales y
temperatura óptima (fuente varios autores)
Bibliografía de síntesis
• - AZCON-BIETO, J. y M. TALON. 2003. Fundamentos
de Fisiología Vegetal. McGraw-Hill, Madrid. 522 p.
Cap. 13. Fotosíntesis en un ambiente cambiante
• - LARCHER, W. 1977. Ecofisiología Vegetal. Omega,
Barcelona. 305 p.
• - MEDINA, E. 1977. Introducción a la ecofisiología
vegetal. Monog. Científica Nº 16. O.E.A. 102 p.
• - CARLSON, P.S. 1990. Biología de la productividad de
cultivos. AGT Editor, S.A., México. 413 p.
• - EVANS, L.T. 1983. Fisiología de los cultivos.
Hemisferio Sur, Bs.As. 402 p.
• RAMOS, E. Y RALLO L. 1992. Nueva Horticultura. Ed.
Mundi Prensa. 183 pp. Cap. 3. Bases fisiológicas de la
producción hortícola (p. 57-74).
PRODUCTIVIDAD PRIMARIA
Definiciones, factores y medición
Definiciones:
Productividad Primaria: en un ecosistema es la
velocidad a que es acumulada la energía por la
actividad foto y quimiosintética de los organismos
productores en forma de sustancia orgánica utilizable
como material nutritivo.
Productividad Primaria Bruta o total es el total de
fotosíntesis incluida aquella M.0. consumida durante el
período de medición.
Productividad Primaria Neta (PPN): corresponde a la
fotosíntesis aparente, o sea la porción de la M.0.
acumulada en los tejidos vegetales descartando la
consumida en respiración.
Definiciones:
Productividad Secundaria: es la proporción de energía
acumulada en los niveles tróficos de consumidores y
desintegradores, la que es menor en los niveles
sucesivos.
Productividad Neta del Ecosistema (PNE) =
P.B. - (RAut. + Rhet. + RDesc.)
FN = FB - R (R +fr)
FB = FN + R
Definiciones:
Biomasa: Es el peso (cantidad) del material vivo
(vegetales y animales) presente en un ecosistema en
un momento determinado.
Fitomasa: Es el peso del material vegetal presente en
el sistema en un momento determinado.
Productividad: Es la velocidad con que crece una
determinada biomasa (es un flujo). En algunos casos
puede ser igual a producción.
La productividad biológica es continua en
el tiempo, se expresa en los términos de días o
años.
Ej.: g.m-2.d-1 ó tn.ha-1.año-1
La productividad es el resultado de numerosos factores
que interactúan o interfieren con la fotosíntesis.
Factores que afectan la productividad:
* Físicos ambientales
* De acción directa
* Biológicos
Factores que afectan la
productividad
• Se pueden agrupar en a) Genéticos, b) Ecológicos
y c) Fisiológicos
• Dentro de los Ecológicos tenemos:
De acción directa
De acción indirecta
Fisiológicos
Topografía
Radiación solar
Fotosíntesis
Latitud
Fotoperíodo
Crecimiento
Altitud
Temperatura
Floración
Lluvia (pp)
Agua en el suelo
Balance hídrico
Comp. Del suelo
Aireación del suelo
Respiración (FR)
Productividad en función de la latitud
La Productividad primaria aumenta a medida que se acerca al
Ecuador, y esto es debido a la distribución de la Energía en sus
estaciones anuales y no a la cantidad total.
Productividad primaria en cultivos
Factores Fisiológicos
Es la sumatoria de todos los procesos fisiológicos
que se pueden expresar a través de 3 índices o
coeficientes:
• 1) IAF (adimensional)
• 2) NAR (Coef. O Tasa de Asimilación Neta)
P 2 − P1 LogeA2 − LogeA1
NAR =
*
t 2 − t1
A2 − A1
g m-2 d-1
• 3) R (Coef. O Tasa de Crecimiento Relativo)
1 dw log eP 2 − log eP1
R = *( ) =
w dt
t 2 − t1
g g-1 d-1
Métodos para medir la
productividad
• 1) Cosecha final
• 2) Cosechas frecuentes de biomasa
(fitomasa) total
• 3) Flujo del Carbono (corrección por
compartimentos funcionales)
• Unidades: Masa x área x tiempo
• Ej: g m-2 d-1 ; kg ha-1 sem-1 ; tn ha-1 año-1
Factores que afectan la
productividad primaria (flujo CO2)
CO2
LUZ
IAF
VERDE
Fertilidad
SECO
MANTILLO
Agua
Suelo
Agua
Suelo
Temperatura
Fonología
TºC
CO2
Métodos para medir la productividad
T0
T1
T2
T3
Tiempo (días)
0
30
60
90
Fitomasa Total
630
600
700
880
Sp. 1 (g)
0
70
120
250
Sp. 2 (g)
150
80
187
0
Sp. 3 (g)
180
170
200
180
Otras sp. (g)
300
280
293
450
Calculo de los incrementos positivos de biomasa entre t1 y t3
Calculo de los incrementos positivos de biomasa entre t1 y t3
Tiempo (días)
Sp. 1
= 50 + 130 = 180
Sp. 2
= 107 + 0 = 107
Sp. 3
= 30 + 0
= 30
Otras sp.= 13 + 157= 170
Total
487 g
0
30
60
90
Fitomasa
Total
630
600
800
880
Sp. 1 (g)
0
70
120
250
Sp. 2 (g)
150
80
187
0
Sp. 3 (g)
180
170
200
180
Otras sp. (g)
300
280
293
450
Método 1.
Biomasa Final = 880 g. MS en 60 días = 880/60 = 14,4 g m-2 d-1
Método 2.
Biomasa final – B. inicial= 880-600 = 280 g / 60 d = 4,46 g m-2 d-1
Método 3.
Sumatoria de los incrementos positivos de biomasa verde.
Total 497 g MS 487 / 60 = 8,11 g m-2 d-1
Otras especies ?
Soja
Malezas
Finalizando
• La presentación de una clase es una tarea de
constante actualización, por lo cual año a año
se cambian, eliminan o reemplazan algunas
transparencias.
• El alumno debe comprender que esto es una
guía, no el tema completo, por lo cual se
recomienda consultar la bibliografía especifica.
• Leyendo los libros aprenderás más.
• Para la elaboración de esta ayuda didáctica se
emplearon 14 horas de trabajo, en distintos
tiempos, desde el año 2008 al 2010.