introducción_fisiología_cultivos
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Introducción al curso de Fisiología de Cultivos
Ing. Agr. PhD. Santiago Dogliotti
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Introducción al curso de Fisiología de Cultivos
• Ubicación del curso en la carrera
• Factores que determinan el rendimiento– Radiación
– Temperatura
– Disponibilidad de agua
– Disponibilidad de nutrientes
• Modelo de formación del rendimiento
• Análisis clásico del crecimiento y desarrollo
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Establecimiento agrícola
Productor y su familia
Sistema de producción de
cultivos
Sistema de producción
animal
Sistema de producción de cultivos (rotación)
Malezas Patógenos Cultivos Suelos Insectos
Cultivo (comunidad de plantas)
Asimilación o Fotosíntesis
Absorción Transporte
Transpiración
Control exógeno y
endógeno del Desarrollo
Transporte de asimilados Partición
Nivel de estudio
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Establecimiento agrícola
Productor y su familia
Sistema de producción de
cultivos
Sistema de producción
animal
Sistema de producción de cultivos (rotación)
Malezas Patógenos Cultivos Suelos Insectos
Cultivo (comunidad de plantas)
Asimilación o Fotosíntesis
Absorción Transporte
Transpiración
Control exógeno y
endógeno del Desarrollo
Transporte de asimilados Partición
Nivel de estudio
Fisiología Vegetal
Fisiología de cultivos
Forrajeras, Cereales, Horticultura, Fruticultura
Taller IV
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El desafío paralos próximos 40 años en la producción de alimentos
• La población mundial crecerá de 6.8 a 9 billones de habitantes
• La demanda por productos de origen animal aumentará proporcionalmente al crecimientoeconómico
• La demanda de energía de fuentes renovablesaumentará llegando a representar 8 veces la producción actual de alimentos si fuera a abastecerse toda con granos.
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Area cultivada
Población
R. trigo
R arroz
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Escenario Demanda de biomasa vegetal (Giga toneladas de equivalente grano)
Actual 7 2050 = alimentación humana y animal
12
2050 = alimentación + 10% energía
>17
2050 = anterior + todos los ciudadanos con dieta europea
>23
El desafío paralos próximos 40 años en la producción de alimentos
Producción potencial32 GT EG (de Koning & Van Itersum, 2009)
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El desafío paralos próximos 40 años en la producción de alimentos
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Factores que definen el rendimiento de los cultivos
POTENCIAL
ALCANZABLE
ACTUAL
ton ha-13 4 7
Nivel productivo
Factores determinantes
Factores limitantes
Factores reductores
- CO2- radiación- temperatura- fisiología - fenología- arquitectura del canopeo
- agua- nutrientes- suelo
- malezas- enfermedades- plagas
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Principios básicos de la producción de cultivos
Efecto teórico de la radiación, temperatura, agua y nitrógeno en la tasa de crecimiento de un cultivo de boniato.
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Factores determinantes del rendimiento de los cultivos:1. Radiación
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 100 200 300 400
PAR absorbido (J m -2 s -1)
Tasa
de
asim
ilaci
ón b
ruta
(k
g C
O2 h
a-1 h
-1)
hoja
cultivo
Fuente: Lovenstein et al., 1993
7 g CO2 MJ-1
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Intercepción de la luz por un cultivo
Distribución del área foliar en profundidad e intensidad luminosa relativa dentro de un cultivo de remolacha azucarera.
IAFIntensidad relativa de la luz en la canopia
Intensidad relativa de la luz en la canopia
IAFProfundidad en la
canopia (cm)
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Intercepción de la luz por un cultivo
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
Indice de Area Foliar
Fra
cció
n de
l PA
R in
cide
nte
inte
rcep
tado
por
la c
anop
ía
k = 0.3 k = 0.6 k = 1
Efecto del IAF y de la arquitectura del canopeo en la fracción del PAR incidente interceptado por el cultivo.
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Estimación de la tasa de crecimiento de un cultivo C3 (2.5 g MS MJ-1) que cubre totalmente el suelo y en condiciones óptimas de crecimiento
(datos de radiación incidente en el Sur de Uruguay, año 1997)
Acumulado anual : 67 Mg MS ha-1
0
200
400
600
800
1000
1200
11-dic 21-mar 29-jun 7-oct 15-ene
Fecha
TA
B (
kg C
O2 h
a-1 d
-1)
TC
(kg
MS
ha-1
d-1
)
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¿Es realista esta estimación de la cantidad de materia seca producida por
ha y por año?, ¿Por qué?
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Todos los cultivos, tanto anuales como perennes, tienen ciclos de vida afectados en su expresión por factores del ambiente, principalmente la temperatura y el fotoperíodo. A lo largo de ese ciclo de vida la cantidad de área foliar activa varía enormemente así como la eficiencia de uso de la luz. El largo del ciclo de producción es uno de los factores fundamentales que determina el rendimiento de los cultivos.
Rendimiento = Tasa de crecimiento * Largo del ciclo * Indice de cosecha
(Kg ha-1) (Kg ha-1 día-1) (días) Kg Kg-1
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0
200
400
600
800
1000
1200
1400
2-Ago 1-Sep 1-Oct 31-Oct 30-Nov 30-Dic 29-Ene
Are
a F
olia
r po
r pl
anta
(cm
2)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Indi
ce d
e A
rea
Fol
iar
FechaFecha 11
Fecha 2
Fecha 3
Pantanoso
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
2-Ago 1-Sep 1-Oct 31-Oct 30-Nov 30-Dic 29-Ene
Are
a F
olia
r po
r pl
anta
(cm
2)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Indi
ce d
e A
rea
Fol
iar
FechaFecha 11
Fecha 2
Fecha 3
Pantanoso
Efecto de la fecha de trasplante en el crecimiento del área foliar de cebolla cultivar Pantanoso del Sauce CRS. Fuente = Arias y Peluffo, 2001 (Tesis Facultad de Agronomía)
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Esta estimación no considera las variaciones de temperatura que se dan a lo largo del año y que afectan fuertemente a la tasa de asimilación bruta y a los requerimientos de mantenimiento de las estructuras vegetales.
A medida que los cultivos crecen y aumenta la biomasa acumulada, también aumentan los requerimientos de energía para mantenimiento de las estructuras vegetales (respiración de mantenimiento), por lo tanto la eficiencia de uso de la luz para el crecimiento también disminuye a lo largo del ciclo por esta razón.
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1. Efecto de la temperatura en la Tasa de Asimilación Neta
2. Efecto de la temperatura en el desarrollo de los cultivos
Factores determinantes del rendimiento de los cultivos:
2. Temperatura
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Influencia de la temperatura sobre la asimilación y la respiración (línea inferior) de hojas de papa expuestas a diferentes intensidades de luz. (Burton, 1990)
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0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Te m pe ra tura ªC
Tas
a de
apa
rició
n de
hoj
as (
hoja
s . d
-1)
Tasa de aparición de hojas en tomate en función de la temperatura media diaria (De Koning, 1995)
Influencia de la temperatura en la tasa de desarrollo
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0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0 10 20 30 40
Temperatura ºC
Tas
a de
ger
min
ació
n (d
-1)
Tiempo térmico (ºC día) = Tiempo (d) * (T media – T base)
Influencia de la temperatura en la tasa de desarrollo
![Page 23: Introducción_Fisiología_Cultivos](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042905/577cc7941a28aba711a160a4/html5/thumbnails/23.jpg)
Efecto de la humedad del suelo en la transpiración de maíz a tasas de evaporación alta (•), media (t) y baja (ο). Fuente: Denmead y Shaw, 1962.
Transpiración (mm d-1)
Contenido de agua en el suelo (fracc. vol.)
Factores determinantes del rendimiento de los cultivos:
3. Disponibilidad de agua
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Conductividad estomática afectada por el potencial hídrico de las hojas
Relación entre la conductividad estomática, como porcentaje de la máxima, y
potencial hídrico de la hoja para varios cultivos.(Fuente: Turner, 1974).
(10 bar = 1 Mpa)
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TAB limitada por agua
TAB potencial=
Transpiración limitada por agua
Transpiración potencial
Factores determinantes del rendimiento de los cultivos:
3. Disponibilidad de agua
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Deficiencia severa
Concentración de nutrientes en los tejidos de la planta
Tasa de crecimiento
Deficiencia media
Concentración mínima
5% reducción
Concentración crítica
Consumo de lujo
Rango tóxico
Fuente: Smith, 1962
Concentración máxima
Factores determinantes del rendimiento de los cultivos:
3. Disponibilidad de nutrientes
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Efecto del N en el crecimiento del área foliar
Relación entre concentración de N en las hojas y tasa relativa de expansión del área foliar (Fuente: Greenwood, 1966)
![Page 28: Introducción_Fisiología_Cultivos](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042905/577cc7941a28aba711a160a4/html5/thumbnails/28.jpg)
Influencia de la disponibilidad de N en la TAN
TAN (kg CO2 ha-1 h-1) = 725*N(kg kg-1) – 2.75
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Respiración de Mantenimiento
Tasa de asimilación bruta
Asimilación Bruta
IAF
TemperaturaRadiaciónNitrógeno CO2Agua
Asimilación Neta
Biomasa total
RM (20 ºC) = 0.015 g CH2O g MS-1
(se duplica cada 10 ºC)
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Asimilación Neta
Hojas Tallos Raíces Frutos
Crecimiento
ParticiónFC FC FC FC
Desarrollo
Estado de desarrollo
Semillas
FC
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Respiración Manten.
TAB
Asimilación Bruta
Hojas Tallos Raíces Frutos
Crecimiento
ParticiónFC FC FC FC
IAF
Desarrollo
Estado de desarrollo
AFE
TemperaturaRadiaciónNitrógeno CO2Agua
Semillas
FC
![Page 32: Introducción_Fisiología_Cultivos](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042905/577cc7941a28aba711a160a4/html5/thumbnails/32.jpg)
Costos de conversión de azúcares simples a moléculas más complejas
Compuesto Biosíntesis Transporte Factor de Conv.
(g gluc g-1 prod) (g gluc g-1 prod) (g prod g-1 gluc)
Grasas 3.030 0.159 0.31
Lignina 2.119 0.112 0.45
Proteínas 1.824 0.096 0.52
Carbohidratos 1.211 0.064 0.78
Acidos Org. 0.906 0.048 1.05
![Page 33: Introducción_Fisiología_Cultivos](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042905/577cc7941a28aba711a160a4/html5/thumbnails/33.jpg)
Costos de conversión de azúcares simples a distintos órganos vegetales
Organo Carboh. Prot. Grasas Lignina Ac. Org. Minerales FC
Poroto 55 29 1 7 4 4 0.57
Maíz 75 8 4 11 1 1 0.67
Papa 78 9 0 3 5 5 0.78
Trigo 76 12 2 6 2 2 0.70
Soja 29 37 18 6 5 5 0.46
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Diferencias en el rendimiento entre cultivos
Cultivo Rendimiento (kg / ha)
Contenido MS (%)
Rendimiento en MS (kg/ha)
Indice de
cosecha
Producción total MS (kg/ha)
Trigo 4500 85 3825 0.45 8500
Papa 35000 20 7000 0.78 8970
Tomate 150000 5 7500 0.60 12500
Arroz 7000 85 5950 0.45 13200
![Page 35: Introducción_Fisiología_Cultivos](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042905/577cc7941a28aba711a160a4/html5/thumbnails/35.jpg)
Diferencias en el rendimiento entre cultivos
Cultivo Rendimiento (kg / ha)
Contenido MS (%)
Rendimiento en MS (kg/ha)
Indice de
cosecha
Producción total MS (kg/ha)
Trigo 4500 85 3825 0.45 8500
Papa 35000 20 7000 0.78 8970
Tomate 150000 5 7500 0.60 12500
Arroz 7000 85 5950 0.45 13200
![Page 36: Introducción_Fisiología_Cultivos](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042905/577cc7941a28aba711a160a4/html5/thumbnails/36.jpg)
Diferencias en el rendimiento entre cultivos
Cultivo Rendimiento (kg / ha)
Contenido MS (%)
Rendimiento en MS (kg/ha)
Indice de
cosecha
Producción total MS (kg/ha)
Trigo 4500 85 3825 0.45 8500
Papa 35000 20 7000 0.78 8970
Tomate 150000 5 7500 0.60 12500
Arroz 7000 85 5950 0.45 13200
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Algunos conceptos básicos
![Page 38: Introducción_Fisiología_Cultivos](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042905/577cc7941a28aba711a160a4/html5/thumbnails/38.jpg)
Análisis clásico del crecimiento de cultivos
Se basa en la toma de muestras del cultivo a intervalos regulares en el tiempo a lo largo de todo su ciclo.
Tasa de crecimiento = dW/ dt = W2 - W1 / t2 - t1
T iempo (días)
Mat
eria
Sec
a T
otal
(k
g m
-2)
W2
W1
t1 t2
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Análisis clásico del crecimiento de cultivos
Tiempo (días)
Tas
a de
cre
cim
ient
o (k
g m
-2 d-1
)
Tiempo (días)
Mat
eria
Sec
a T
otal
(k
g m
-2)
Tiempo (días)
Tas
a cr
ecim
ient
o re
lativ
o (k
g d-1
kg
-1)
TCR (kg d-1 kg-1) = (dW / dt ) * 1/W
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Análisis clásico del crecimiento de cultivos
Indice de área foliar (IAF) = Area foliar por planta (cm2)
Superficie ocupada por una planta (cm2)
0
1
2
3
4
5
T ie m p o (d ías )In
dice
de
Are
a F
olia
r (I
AF
)
Duración del área foliar (DAF) = Integral del IAF en función del tiempo
0
1
2
3
4
5
T iempo (días)
Indi
ce d
e A
rea
Fol
iar
(IA
F)
DAF
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Análisis clásico del crecimiento de cultivos
Partición de Materia seca a hojas, tallos, frutos, raíces, tubérculos, semillas, etc.:
Partición MS a los frutos (kg kg-1) = Peso seco frutos / Peso seco total
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 50 100 150 200
Día del año
Pes
o se
co a
cum
ulad
o (g
pla
nta
-1)
Total
Frutos
Hojas
Tallos
Producción acumulada de materia seca de hojas, tallos, frutos y total en función del día del año para un cultivo de morrón trasplantado el 12 de enero en invernáculo en Holanda. Fuente: Dogliotti S., 1997.
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Análisis clásico del crecimiento de cultivos
Tasa de Asimilación Neta (g m-2 hoja d-1)
Tasa de crecimiento (g m-2 suelo d-1)
IAF (m2 hoja m-2 suelo)
Rendimiento (kg ha-1) = TC (kg ha-1 d-1) * Largo del ciclo (d) * IC (kg kg-1)
=
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Definiciones de conceptos
- Crecimiento: proceso de aumento de peso y/o volumen asociado a la división celular y elongación celular.
- Desarrollo: cambios progresivos que reflejan estados sucesivos en el ciclo vital de un individuo. Es la ocurrencia sistemática de una secuencia de eventos genéticamente programados.
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Etapas en el desarrollo de la planta de cebolla
gancho
banderaPrimera hoja
Cuarta hoja
Inicio de bulbificación madurez
dormancia
brotaciónPlena floración
Etapa de almácigo
Trasplante
Desarrollo y crecimiento de
hojas
Desarrollo y crecimiento de
bulbo
Fase vegetativa Fase reproductiva
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Definiciones de conceptos
Tasa de crecimiento:aumento de peso o volumen por unidad de tiempo (ej. Kg día-1)
Tasa de desarrollo:inverso del tiempo transcurrido entre dos etapas del desarrollo (d-1).
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Definiciones de conceptos
- Fuente (1):órganos productores de sustratos o asimilados (azúcares simples).
- Reservas en las semillas
- Azúcares simples y metabolitos primarios producidos por las hojas
- Reservas de carbohidratos y compuestos nitrogenados en partes vegetativas de las plantas
- Carbohidratos y compuestos nitrogenados recuperados de partes senescentes de la planta.
- Fuente (2):disponibilidad total de asimilados para respiración y crecimiento en un período determinado (g CH2O por planta por día o kg CH2O por ha por día)
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Definiciones de conceptos
- Fosas:órganos o procesos dónde los sustratos o asimilados son consumidos o transformados y almacenados.
- todos los órganos en crecimiento
- lugares de almacenamiento de reservas
- Respiración de mantenimiento y crecimiento
- Fuerza de Fosa:capacidad potencialde un órgano (o toda la planta) de acumular o consumir asimilados en un determinado período de tiempo. (g CH2O por planta por día o kg CH2O por ha por día). Equivale a la Tasa de crecimiento de ese órgano o la planta entera cuando la disponibilidad de asimilados (Fuente) noes limitante.
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Definiciones de conceptos
Relación Fuente / Fosa = Fuente
Fuerza de Fosa
Fuente/Fosa < 1 Crecimiento limitado por la Fuente
Fuente/Fosa > 1 Crecimiento limitado por la capacidad de fosa
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Estimación de la tasa de asimilación bruta de un cultivo C3 queabsorbe toda la radiación incidente y en condiciones óptimas de
crecimiento (datos de radiación incidente en el Sur de Uruguay, año1997)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
11-dic 30-ene 21-mar 10-may 29-jun 18-ago 7-oct 26-nov 15-ene
Fecha
TAB
(kg
CO
2 ha
-1 d
-1)
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
PA
R (
MJ
m-2 d
-1)
Acumulado anual : 180 Mg CO2 ha-1