Boletín Agro-AlDía 3 2013

Agro-AL DÍA
Boletín Técnico de la Estación Experimental Agrícola Fabio Baudrit, Universidad de Costa Rica
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En este número:
¿Qué es y para qué sirve
una curva de respuesta a
la luz?........................... 1
Importancia de los
radiosondeos del
Instituto Meteorológico
Nacional....................... 3
Eventos de interés...... 6
Marzo 2013 | Número 3
¿Qué es y para qué sirve una curva de respuesta a la
luz?
Werner Rodríguez-Montero
La fotosíntesis es un proceso biológico que captura de la energía luminosa proveniente del Sol. Las plantas verdes, para nuestra fortuna, logran
transformar la energía que cargan los fotones que componen la luz solar en
energía química. Cuando comemos alimentos vegetales consumimos energía
química previamente capturada por algún cultivo mediante el proceso fotosintético. De no ser por la fotosíntesis, los organismos que no “cosechamos”
la luz no podríamos subsistir en La Tierra.
Adicionalmente, la fotosíntesis es responsable de la presencia y renovación
constante del oxígeno en la atmósfera terrestre. En un paso inicial de la fotosíntesis, la energía luminosa
proveniente del Sol es utilizada para romper la molécula del agua liberando oxígeno a la atmósfera y poniendo a disposición de los fotosistemas sus electrones. Consecuentemente, sin fotosíntesis no habría suficiente
oxígeno en la atmósfera y los seres vivos terrestres estaríamos condenados a utilizar únicamente la energía
que permiten extraer los procesos respiratorios que no utilizan oxígeno (la llamada respiración anaeróbica),
todos ellos menos eficientes que la respiración aeróbica. Sin oxígeno, probablemente no existirían organismos complejos en La Tierra, tal y como ocurrió en el pasado del planeta antes de la existencia de plantas
fotosintéticas.
Podemos concluir de lo anterior que la fotosíntesis es un proceso esencial para el sostenimiento de la vida
terrestre, por lo menos, tal y como la conocemos. Otras formas de vida serían factibles sin la fotosíntesis
pero ellas serían menos complejas y de reducida eficiencia energética. Necesariamente, bajo esas condiciones los organismos serían más pequeños y simples que los actuales habitantes de nuestro planeta.
Una curva de respuesta a la luz muestra la relación entre la cantidad de luz fotosintéticamente activa que
absorben los fotosistemas de una hoja y la tasa fotosintética que ella produce (Figura 1). A esta tasa generalmente se le llama “fotosíntesis neta” (abreviado como Fn) para indicar que se ha descontado del valor de
dióxido de carbono fijado el carbono liberado de vuelta a la atmósfera por la respiración.
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Figura 1. Curvas de respuesta a la luz de una hoja de sol (adaptada a condiciones de luz) y una hoja
de sombra (adaptada a condiciones de penumbra).
La Figura 1 muestra dos curvas de respuesta a la luz. La azul, corresponde a la hoja de una planta bien
adaptada a la luz. La roja, representa la respuesta a la luz de una hoja adaptada a la sombra. En ambos
casos, al inicio de las curvas a mayor Radiación fotosintéticamente activa (es decir, luz en el rango de longitud de onda de los 400 a los 700 nm) mayor fotosíntesis neta. Esta correspondencia entre la cantidad de
luz y la Fn revela que en esta sección ascendente de las curvas la luz es el factor limitante. Posteriormente,
ambas curvas muestran un “aplanamiento” de la respuesta, es decir, que a pesar de suministrarse más luz
la Fn no sigue aumentando en la misma medida que en la fase inicial. Decimos que las curvas tienden a una
línea horizontal imaginaria llamada “asíntota”. Esta asíntota corresponde a uno de los parámetros que define
una curva de respuesta a la luz, la llamada “fotosíntesis máxima”, indicada en la Fig. 1 sólo para la curva
azul, para evitar sobrecargar el gráfico. La tendencia asintótica de las curvas de respuesta a la luz indica
que a partir de cierto punto la luz deja de ser el factor limitante de la fotosíntesis. Este rol es asumido por
la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, como puede demostrarse al medir la fotosíntesis en
atmósferas enriquecidas con dióxido de carbono.
Ambas curvas parten de un valor negativo relacionado con el intercambio de dióxido de carbono existente
cuando no hay luz (valor de Radiación fotosintéticamente activa igual a cero en el eje horizontal del gráfico).
Este valor de Fotosíntesis neta negativa determinado por la carencia total de luz es llamado “Respiración
oscura”. Conforme aumenta la luz por encima del valor de cero, ambas curvas muestran valores ascendentes
de Fn hasta tocar el eje horizontal. Este punto de intersección de la curva de respuesta a la luz con el eje horizontal es conocido como el “punto de compensación de la luz” pues indica cuánta luz es necesaria para que
el dióxido de carbono liberado por la hoja a través de la respiración sea igual al del dióxido de carbono fijado
por la fotosíntesis. En otras palabras, el punto de compensación de la luz nos dice cuánta luz es necesaria
para empatar los procesos contrarios de la fotosíntesis (que gana dióxido de carbono) y la respiración (aquel
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que pierde dióxido de carbono). Nuevamente, en la Figura 1 sólo se ha indicado el punto de compensación
de la luz de la hoja adaptada a la luz.
Invito al lector a comparar la fotosíntesis máxima, el punto de compensación de la luz y la respiración oscura
de la hoja de sol (puntos azules) contra la hoja de sombra (puntos rojos). Por esta vía es posible concluir
que la adaptación a la luz determina una Fotosíntesis máxima más alta. Por el contrario, la hoja de sombra
alcanza valores de Fotosíntesis máxima menores pero logra el punto de compensación a la luz antes que la
hoja de sol, lo cual revela una mayor eficiencia de sus fotosistemas adaptados a funcionar en la penumbra.
Finalmente, resulta notable que la hoja adaptada a la sombra respira menos que la adaptada a la luz (hoja
de sol). Otra forma de sintetizar esta conclusión sería que las hojas de sombra logran fotosintetizar más con
menos luz o, en términos económicos, que el rédito (fotoasimilados) por unidad de insumo (luz) es mayor
en la hoja de sombra que en la adaptada a la luz.
¿Para qué sirven estas curvas de respuesta a la luz?
Hemos visto que ellas logran caracterizar cómo responde la fotosíntesis a la luz. Esta respuesta permite
identificar claras diferencias entre las hojas adaptadas a la luz y a la sombra. Esta caracterización cuantitativa es útil para estimar la fotosíntesis neta de un dosel de hojas (todas las hojas de una planta o de un
conjunto de plantas). Para ello es necesario contar con algún algoritmo que pueda indicarnos como varía la
luz conforme penetramos el dosel del cultivo de afuera hacia adentro. Obviamente, las hojas más externas
tenderán a mostrar curvas de respuesta a la luz parecidas a las de las llamadas hojas de sol en la Fig. 1, en
tanto, las ubicadas en capas de hojas más internas, serán más similares a las llamadas hojas de sombra.
En última instancia, la fotosíntesis del dosel de una planta es igual a la sumatoria de la fotosíntesis de todas
sus hojas activas. Esta suma no es simple ni lineal porque varía en función de una serie de factores, entre
ellos: la luz, la humedad relativa del aire y la edad de la hoja. No obstante, es posible obtener estimaciones
razonables de la fotosíntesis del dosel de una planta a partir del escalamiento de la fotosíntesis foliar a la
fotosíntesis del dosel. La pieza de conocimiento clave para hacer esta extrapolación es la curva de respuesta
a la luz del cultivo de interés.
Importancia de los radiosondeos del Instituto Meteorológico Nacional
José Joaquin Agüero y Werner Stolz
El Instituto Meteorológico Nacional (IMN) instaló en Costa Rica
una estación de radio sondeo para disponer de observaciones
de altura a partir del año 1972. Este esfuerzo además mejoró la
red de telecomunicaciones, necesaria para intercambiar información con el resto del istmo, el Caribe y Norte América.
Consecuentemente, el IMN dispone de una base de datos de más
de 30 años –aunque no continua- por las interrupciones ocasionales que ha sufrido el sistema. Durante este largo periodo de
observación, la radiosonda fue lanzada, durante la mayor parte
del tiempo, desde la oficina del IMN localizada en el Aeropuerto
Internacional Juan Santamaría. A partir del año 2012, como consecuencia de un convenio interinstitucional suscrito entre el IMN
y la Universidad de Costa Rica, comenzó a lanzare una radiosonda desde la Estación Experimental Agrícola Fabio Baudrit Moreno
(EEAFBM, Barrio San José, Alajuela) diariamente.
Fig. 1. Radar y GPS requeridas para llevar a
cabo el radiosondeo desde la Estación Experimental Agrícola Fabio Baudrit Moreno (EEAFBM)
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El radiosondeo tiene como objetivo general registrar los valores diarios de las variables atmosféricas
del país, entre otras: temperatura, viento y humedad relativa. Los datos recabados son utilizados por
el IMN para:
1) Determinar la estabilidad atmosférica;
2) Nutrir con datos los modelos numéricos del tiempo y su previsión;
3) Darle seguimiento –por medio de las series de
tiempo que se van conformando- a la variabilidad
climática y al cambio climático.
El radiosondeo constituye uno de los insumos de
mayor utilidad en la Meteorología tanto a nivel
mundial como nacional. La radiosonda consiste en
una caja que contiene un transmisor, una batería
seca, dos antenas y sensores de temperatura, presión y humedad relativa.
Figura 2. Llenado del globo que transportará a la radiosonda con helio.
Diariamente, a las 5 a.m., un funcionario del IMN lanza la radiosonda a la atmósfera por medio de un
globo lleno de helio. La radiosonda hace un desplazamiento a través de la troposfera y la estratosfera
Figura 3. Variación altitudinal de variables de importancia meteorológica registradas con base en los datos
proveídos por la radiosonda.
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baja, recorriendo alrededor de 26 kilómetros en dos horas. Los datos transmitidos por la radiosonda son
registrados por el sistema DIGICORA, el cual recibe y procesa los datos. El archivo obtenido como producto
de cada lanzamiento es transmitido a las oficinas del IMN y a centros internacionales especializados.
Posteriormente, los especialistas analizan concienzudamente los resultados para determinar varios factores
termodinámicos locales de importancia, tales como, los índices de inestabilidad atmosférica, los niveles a
los cuales se forman las nubes, nivel de congelamiento, la probabilidad de tormenta eléctrica y velocidad y
dirección del viento, entre otros (Figura 3).
La red de estaciones de altura (GUAN, por sus siglas en inglés) de la Organización Meteorológica Mundial,
a la cual pertenece el IMN de Costa Rica, consta de una considerable número de estaciones de radiosondeo
alrededor del mundo. El conjunto de datos –registrados cada 12 horas en algunos países- muestra un inmejorable panorama dinámico y termodinámico de la atmósfera mundial en tiempo real. Además, este conjunto
de datos sirve para calibrar los valores registrados por los satélites meteorológicos alrededor de La Tierra.
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Eventos de interés
RECURSOS INSTITUCIONALES
Durante sus más de 25 años de
existencia, la Escuela de Ciencias
Agrarias (ECA), ha consolidado a
un equipo humano de primer nivel
académico, formado en las más
prestigiosas universidades del mundo. El Programa de Maestría en
Agricultura Ecológica cuenta con el
apoyo de ese personal, además de
especialistas de otras Escuelas de la
Universidad Nacional, en campos
como la Economía Ambiental, Contaminación Ambiental y Evaluación
del Impacto Ambiental. Así mismo
cuenta con el apoyo de especialistas de otras Universidades Nacionales e Internacionales.
Escuela de Ciencias Agrarias
Programa de Posgrado en
Agricultura Ecológica de la
Escuela de Ciencias Agrarias
de la Universidad Nacional
Teléfono: (506)2277-3656
Fax: (506)2261-0035
Apartado postal: 86-3000 Heredia,
Costa Rica.
Correo electrónico:
[email protected]
Sitio web:
www.una.ac.cr/agra/agrieco.html
Coordina la maestría Gabriela Soto M.,
Ing. Agr (UCR), MSc (Universidad de Virginia). Con amplia trayectoria en docencia
en la UCR, CATIE, EARTH, y en ONGs
(Presidenta EcoLOGICA, Vicepresidenta
IFOAM).
Créditos
Producción: Dr. Werner Rodríguez
Diagramación: Meliza Villegas
Contacto: Dr. Werner Rodríguez
[email protected]
UCR, Alajuela, COSTA RICA
Teléfono: (506) 2511 7798
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Maestría en Agricultura
Alternativa con Mención en
Agricultura Ecológica
2013-2014
Inicio: Abril de 2013