Variabilidad espacial de la co-limitación de agua y nitrógeno, efecto sobre la eficiencia de uso de agua y nitrógeno en maíz

El rendimiento en grano del cultivo de maíz (Zea mays L.) se encuentra principalmente limitado por agua y nitrógeno (N), presentando la oferta de ambos recursos una importante variabilidad espacial y temporal. Debido a esto, sería esperable la existencia de colimitaciones de agua y N (CAN) que generarían variaciones intra-lote en la eficiencia de uso de agua (EUA) y del N (EUN). El objetivo de esta tesis fue evaluar el efecto de la variabilidad espacial y temporal de la co-limitación de agua y N sobre la EUA y EUN en el cultivo de maíz en lotes de producción en dos campañas agrícolas consecutivas. Se realizaron ensayos de fertilización nitrogenada por zonas de manejo (ZM) para evaluar la variabilidad espacial en dos lotes de producción (Lote 1 en campaña 2011/12 y Lote 2 en campaña 2012/13) y simulaciones de largo plazo para estudiar la variabilidad temporal de la CAN y su efecto sobre la EUA y la EUN. La EUA y EUN se asociaron estrechamente con la CAN, aunque la EUA resultó más sensible a los cambios en la CAN. Sin embargo, la relación entre la EUA y EUN con la CAN, difirió entre los Lotes evaluados. En el Lote 1 el aumento de la CAN generó aumentos en EUN y disminuciones en EUA, mientras que en el Lote 2 ocurrió lo opuesto. Los niveles de CAN variaron espacial y temporalmente, y se incrementaron con el aumento de la dosis de N. De acuerdo con esto, la CAN puede manejarse a través de la fertilización, sin embargo la dosis a la cual se obtiene la máxima co-limitación varió de acuerdo al lote considerado y a la ZM. La relación encontrada entre EUA y CAN resultó más estable en el tiempo que la relación entre la EUN y la CAN, esta relación podría utilizarse para realizar prescripciones de N por ZM de acuerdo con la disponibilidad de agua al inicio el cultivo.

Integración de la cría bovina en sistemas de agricultura en siembra directa : cómo cambian las propiedades físicas?

El sistema integrado agrícola - ganadero (IAG) enmarcado bajo siembra directa (SD) presentaría ventajas relacionadas a la incorporación de carbono orgánico (CO) al suelo y a la diversificación previniendo diferentes escenarios climáticos y coyunturales. Sin embargo, la presencia del ganado en estos sistemas implica una potencial condición de compactación del suelo durante el pastoreo invernal de residuos de cosecha durante la fase agrícola. Por ello se analizaron los camios de las variables físicas consecuencia del pisoteo del ganado en diferentes escalas de percepción en suelos de la Región Pampeana Norte. A escala regional no se observaron diferencias en el stock de carbono entre el sistema agrícola continuo (AC) bajo SD respecto de los IAG en SD, siendo la resistencia a la penetración (RP) la única variable que permitió diferenciar entre los sistemas hasta los 0.075 m (IAG mayor a AC). El análisis de la dinámica de las variables físicas a escala lote, comparando parcelas pastoreadas (P) y no pastoreadas (NP), permitió observar la ausencia de efectos perjudiciales del pastoreo, siendo las fuerzas de resiliencia del suelo durante ese período superiores a las fuerzas exógenas al mismo. Por otro lado, la presencia de raíces vivas de los cultivos (maíz y soja) contribuyeron positivamente a la estructura del suelo, siendo el efecto de la operación de cosecha la que llevó a procesos de compactación. En particular, el análisis de la densidad aparente (DA) permitió descubrir la existencia de procesos de expansión originadas por la presión de aire entrampado mediante la existencia de poaching o amasado del suelo. A microescala, se evaluaron las curbas de contracción (CC), bajo diferentes manejos, el cuasi - prístino (CP) presentó las mejores características estructurales respecto de los AC e IAG. En el ensayo de simulación de pisada con diferentes contenidos hídricos (CH), se presentó una interacción entre CH y del CO del suelo. Finalmente, se compararon las CC obtenidas de IAG., en parcelas P y NP, de campo y laboratorio, cuyas curvas se separaban en las zonas de saturación hídrica, dando lugar a una fase denominada expansión interpedal. En general, se concluye que los IAG no presentaron un daño estructural que no permita su desarrollo, diversificando los productos ofrecidos y la estabilidad que esto provee.

La lixiviación de nitratos en la Región Pampeana : análisis de procesos y factores determinantes

La fertilización nitrogenada es esencial para satisfacer la demanda global de alimentos, pero es uno de los principales causantes de contaminación de acuíferos subterráneos con nitratos a nivel mundial y nacional. El objetivo de esta tesis fue determinar los principales factores condicionantes de la distribución y lixiviación de nitratos en suelos de la Pampa Ondulada y analizar los destinos del nitrógeno (N) de los fertilizantes. Se determinó a campo el contenido de nitratos en suelos en diferentes situaciones productivas y se realizaron experimentos a campo e invernáculo con fertilizantes marcados isotópicamente (15N) para evaluar los destinos del mismo. Se utilizó el modelo NLEAP para simular la acumulación y lixiviación de nitratos en diferentes suelos. La precipitación pluvial fue el principal factor que determinó la lixiviación de nitratos en maíz, regulando la absorción de N por el cultivo y su desplazamiento vertical. La dinámica de los nitratos presentó pulsos de acumulación en el perfil o salida del mismo, cuando las precipitaciones fueron escasas o elevadas, respectivamente. La materia orgánica del suelo fue el principal destino del fertilizante ante un estrés hídrico en maíz, seguido por su acumulación en las plantas. Lo inverso ocurrió cuando no existió estrés hídrico. El N lixiviado, derivado del fertilizante aplicado en una determinada campaña agrícola fue mínimo, en relación a las pérdidas del N de fuentes preexistente en el suelo. Los Argiudoles (texturas más finas) fueron más susceptibles a sufrir pérdidas por lixiviación que los Hapludoles (texturas más gruesas). De acuerdo con el modelo utilizado, el período crítico para la ocurrencia de lixiviación de nitratos fue entre dos cultivos de verano. La inclusión de un cultivo de cobertura en dicho período redujo las pérdidas por lixiviación, incrementando la disponibilidad de N para un cultivo posterior. La retención del N del fertilizante en los residuos del cultivo de cobertura y en la materia orgánica del suelo podría atenuar la lixiviación de nitratos sólo en un corto plazo. El modelo de simulación utilizado fue apto para estimar situaciones de pérdidas de N, cuando las dosis de fertilización fueron las normales en la región.

Aspectos de las negociaciones agrícolas, reformas y su impacto interno en los agroalimentos en Japón y región Asia

En general, tanto a nivel empresarial y por parte del Ministerio de Relaciones Exteriores de Japón, existe la tendencia de avanzar con los Acuerdos de Asociación Económica2 (AAEs) en particular en la región Asia-Pacífico; pero ciertos sectores agrícolas y del Ministerio de Agricultura, Forestación y Pesca (MAFF) son más resistentes en hacer avances significativos, para evitar cualquier impacto significativo sobre su agricultura doméstica. Por más de cincuenta años las cooperativas agrícolas han usado su influencia política, apoyada por las comunidades rurales, para bloquear cualquier cambio de reforma. La agricultura japonesa ha disminuido mucho en los últimos 20 años. Las tierras abandonadas3 totalizan actualmente las 400 mil hectáreas. El promedio de edad de los agricultores es de 66 años; el número de productores ha caído a la mitad con 2,6 millones. Existe la predicción de que 1 millón de agricultores dejarán el sector en los próximos 10 años, y el deterioro de las comunidades rurales sigue creciendo. Incluso si Japón adhiere a algunos Acuerdos, la industria agrícola seguirá declinando. En la próxima década se pronostica que la población en Asia se incrementará en 400 millones, por lo que el gobierno japonés no quiere perder más tiempo en trazar sus nuevas estrategias sobre la región. Nunca Japón hizo un planeamiento tan profundo sobre los nuevos lineamientos de la agricultura, que se adoptó como primera prioridad estratégica a nivel nacional, basada sobre todo en la importancia y responsabilidad nacional en tener un suministro seguro de alimentos (incluso los importados) para sus ciudadanos y para la región.

Estudio de una estrategia alternativa de ingeniería genética para incrementar la fijación biológica de nitrógeno atmosférico

Para satisfacer los altos rendimientos que impulsan la agricultura moderna la aplicación de fertilizantes nitrogenados ha sido fundamental. Dado que la base de la producción industrial de los fertilizantes químicos esta basado en el uso de combustibles fósiles, estos, actualmente, incrementan el costo económico debido a la disminución constante de las reservas de petróleo. Además, dada la baja eficiencia en el uso del fertilizante aplicado por parte de las plantas y el alto impacto ambiental debido a la emisión de óxido nitroso, resulta necesario emprender la búsqueda de nuevas estrategias para aumentar la concentración del nitrógeno fijado. Una de las propuestas para disminuir la aplicación de fertilizantes es el uso de microorganismos fijadores de nitrógeno; que ya son ampliamente utilizados en leguminosas por su capacidad de establecer asociaciones simbióticas; las cuales, lamentablemente, aún no han sido encontradas entre los principales cultivos de cereales. El objetivo del presente trabajo es la producción de una técnica de ingeniería genética que permita obtener bacterias fijadoras de nitrógeno recombinantes capaces de asociarse a distintos cultivos vegetales incrementando la productividad de los mismos. Para ello, los genes que sintetizan la nitrogenasa (nif), que están co-localizados en una isla genómica, en Pseudomonas stutzeri A1501 se transfirieron, vía el cósmido recombinante X940, a un promotor del crecimiento vegetal, Pseudomonas protegens Pf-5. La bacteria recombinante obtenida, P. protegens Pf-5 X940, fue capaz de crecer en medios de cultivo deficientes en nitrógeno o con el agregado de amonio; mostró una alta actividad nitrogenasa, liberando al medio de cultivo cantidades significativas de amonio y presentó expresión de los genes nif, sugiriendo que el proceso de fijación, en esta bacteria, es constitutivo. Las inoculaciones de especies vegetales (arabidopsis, alfalfa, festuca alta y maíz) con Pf-5 X940 aumentaron la concentración de amonio en el suelo y la productividad de las plantas en condiciones deficientes de nitrógeno. Estos resultados inician un nuevo camino hacia la producción efectiva de inoculantes recombinantes para la fijación de nitrógeno en un amplio rango de cultivos

Control de la inducción a floración en la especie perenne Lesquerella mendocina: un potencial cultivo oleaginoso

La floración es el resultado de complejas interacciones entre factores ambientales, y está mediada por señales endógenas y por el programa genético de la planta. Las respuestas a la floración fueron poco estudiadas en especies perennes facultativas como la autóctona Lesquerella mendocina, potencial cultivo oleaginoso. El objetivo general fue generar avances en el conocimiento de los mecanismos que regulan la floración en especies herbáceas perennes, utilizando a L. mendocina como objeto de estudio. Se caracterizó el papel de factores que controlan el crecimiento en la regulación del tiempo a floración, encontrándose una asociación entre la adquisición de una tasa de crecimiento Umbral (TCu) y el momento de floración, que resultó ser de naturaleza causal. Se puso en evidencia la participación de las giberelinas en la cascada de eventos que, iniciada por la adquisición de la TCU, desemboca en la iniciación floral. La exposición de las plantas a condiciones que aumentan la tasa de crecimiento (i.e. alta radiación incidente) suprimió la expresión del gen que codifica para la enzima GA2-oxidasa (lo que conduciría a la acumulación de giberelinas activas) y aumentó la proteína codificada por el gen FT. Además, se corroboró un rol positivo de los carbohidratos que actuarían como una señal a distancia para desencadenar la floración. Sobre la base de estos resultados, se elaboró un modelo conceptual para explicar los mecanismos que regulan la transición del estado vegetativo a reproductivo en L. mendocina, que se integra con conocimientos previos acerca del efecto de la temperatura sobre el desencadenamiento de la floración en esta especie. La información obtenida en esta tesis implica un avance en el conocimiento de los mecanismos que controlan la inducción a floración en especies perennes, y además sienta las bases para la puesta en cultivo y diseño de estrategias de manejo de cultivos alternativos con estas características.

Análisis genético de la respuesta de los caracteres ecofisiológicos determinantes del rendimiento en grano a la disponibilidad de nitrógeno en maíz (Zea mays L.)

Un entendimiento del tipo de control genético subyacente a la expresión del rendimiento en grano por planta (RGP) en híbridos de maíz (Zea mays L.) cultivados en condiciones de baja disponibilidad de nitrógeno (N) es crucial para la selección y el desarrollo de genotipos más eficientes en el uso de N. El objetivo de esta tesis fue el estudio de los componentes de la variabilidad genética para componentes numéricos y ecofisiológicos del RGP con atención especial a la expresión de heterosis, tipo de acción génica, y sus interacciones con el ambiente. El estudio consistió de un dialélico completo conducido en condiciones contrastantes de N y disponibilidad de agua para evaluar 25 atributos ecofisiológicos de 6 lineas endocriadas y todos los posibles híbridos simples. Los resultados permitieron (i) demostrar una disminución de la expresión de heterosis en condiciones de restricciones abióticas con efecto predominante sobre la expansión de tejidos, tal como estrés de N o hídrico durante el periodo de crecimiento vegetativo previo a floración; (ii) identificar atributos ecofisiológicos asociados con heterosis para RGP en condiciones de baja pero no de alta disponibilidad de N (i.e. peso grano); (iii) modelar la respuesta de heterosis para RGP a índice ambiental como una relación linear-plateau, identificando un valor umbral por sobre el cual no se observa incremento de heterosis para RGP; (iv) determinar la magnitud y tipo de acción génica de caracteres ecofisiológicos, identificando a la tasa de crecimiento de la espiga durante el periodo crítico como un carácter secundario promisorio dado su fuerte control genético aditivo y asociación con el RGP, así como el índice de área foliar a madurez fisiológica y el peso de grano en condiciones de baja disponibilidad de N. La integración de un modelo genético y ecofisiológico con la finalidad de explorar las relaciones genotipo a fenotipo utilizando los paisajes de adaptación sugiere que atributos tales como la tasa de removilización de N foliar y el N foliar específico podrían ser útiles para la identificación de loci importantes para el control de caracteres cuantitativos en condiciones de baja disponibilidad de N.

Rol de los fitocromo B1 Y B2 en los rasgos arquitecturales y en la habilidad competitiva de las plantas de maíz (Zea mays l) ante cambios en la densidad de siembra

Las plantas de maíz (Zea mays L.) perciben la presencia de individuos a través de cambios en la calidad de luz del ambiente (cambios del R/RL) en el que crecen y desencadenan respuestas foto-morfogénicas a fin de reducir el sombreo mutuo. Los fitocromos B1 y B2 estarían involucrados en estas respuestas. Por otro lado los sistemas de producción del cultivo de maíz en alta densidad de siembra promueven desde etapas tempranas cambios en el crecimiento de las plantas (i.e. distinta habilidad competitiva de los individuos), que podrían estar relacionados con su mayor o menor reactividad en percibir vecinos. Se realizaron dos experimentos a campo con una línea de maíz con fitocromos activos (WT) y sus iso-líneas con mutaciones en los fitocromos B1 y B2, en dos densidades de siembra (9 y 30pl m-2, i.e. variación en R/RL). Los objetivos fueron evaluar i) los determinantes del crecimiento de las plantas y del cultivo, ii) el rol de los fitocromos B en las variables medidas, iii) la variabilidad poblacional del crecimiento y iv) la habilidad competitiva de cada línea en poli-culturas (WT/phyB1, WT/phyB2, phyB1/phyB2 y WT/phyB1/phyB2). La línea phyB1 presentó menor altura y diámetro de tallos, menor área foliar y distribución aleatoria de hojas que la WT. La línea phyB2 sólo presentó menor área foliar. El crecimiento de los cultivos, la producción de biomasa y el rendimiento de grano, sin embargo, se vió afectado por ambas mutaciones de fitocromo B, con una penalidad mayor en phyB1 y con un mayor rendimiento de phyB2 en alta densidad de siembra por una mayor fertilidad de las espigas. Por último, ambas mutaciones redujeron la variabilidad poblacional del cultivo y confirieron a las plantas una menor habilidad competitiva en poli-culturas aunque esto no representó una penalidad en el rendimiento del lote por una mayor fijación de granos en la WT.

Ecofisiología de la generación del rendimiento y la calidad en genotipos de trigo y su comparación con cebada

La creciente demanda de materias primas de alta calidad por parte de la industria alimenticia plantea la necesidad de obtener aumentos en el rendimiento y en la calidad de los granos de trigo pan y cebada cervecera. El entendimiento de los diferentes procesos ecofisiológicos involucrados en la determinación del contenido final de nitrógeno (N) del grano cosechado constituye una herramienta indispensable para incrementar la calidad de estos productos, ya que a nivel productivo, altos contenidos de N en grano se relacionan en forma negativa con el rendimiento. Actualmente son escasos los trabajos que hayan analizado en forma conjunta la generación del rendimiento y su calidad en cultivos de trigo y cebada. El objetivo general de la presente tesis fue estudiar la economía del carbono y del N en trigo y cebada cervecera considerando tanto variables asociadas a la generación del rendimiento como de calidad del grano, mediante una aproximación desde la ecofisiología de los cultivos (nivel canopeo), nivel de órganos (granos) y nivel bioquímico (tipo de proteína). En este contexto, se evaluó el comportamiento de los cultivos de trigo y cebada bajo disponibilidades contrastantes de N y S durante el ciclo de cultivo. Si bien ambos cultivos mostraron niveles de rendimiento similares (ca. 470 g m-2), presentaron diferencias en como generan su rendimiento. Las principales diferencias se observaron durante post floración, en efecto, trigo alcazó niveles de biomasa superiores que cebada (ca. 40 por ciento), mientras que ésta mostró mayor partición de biomasa hacia los granos (ca. 0,39 para trigo vs. 0,47 para cebada). En cuanto a los parámetros relacionados a la economía del N, trigo presentó respecto a cebada menores eficiencias en el uso de N para generar rendimiento (ca. 10 por ciento) y relación entre la partición de carbono y N a los granos (ca. 0,55 para trigo vs. 0,67 para cebada), principales variables que explicaron, negativamente, las diferencias finales entre ambos cultivos en el porcentaje de N en los granos. La calidad de ambos cultivos respondió diferencialmente a las fertilizaciones y existió una notable diferencia entre cultivares de trigo en cuanto a su respuesta (cultivares de trigo indentificados a priori como de calidad panadera intermedia presentaron mayor variabilidad en su calidad que cultivares de calidades extremos y que cebada). La información presentada en esta tesis puede ser base importante tanto en el campo del manejo de la fertilización de cultivos como en el campo de la modelización y mejora genética de ambos cultivos.

Secuestro de carbono y nitrógeno y emisiones de óxido nitroso del suelo bajo diferentes sistemas de labranza y secuencias de cultivo en la región semiárida pampeana argentina

El objetivo de esta tesis fue estudiar la influencia de diferentes secuencias de cultivos soja - maíz (sj - mz) y soja - soja (sj - sj), y sistemas de labranza, siembra directa con cultivo de cobertura (SDcc) y labranza reducida (LR); sobre los stocks de carbono orgánico total (COT) y nitrógeno total (Nt) y las emisiones de óxido nitroso (N2O) del suelo en condiciones de campo. El experimento está situado en Manfredi, Córdoba, Argentina. El clima de la región es semiárido y el suelo del experimento es un Haplustol éntico. Luego de 13 años se realizó un muestreo de suelo hasta 100 cm de profundidad y se analizó densidad aparente y composición química del suelo. Las emisiones de N2O se midieron durante un año a campo. Los stocks de COT y Nt comparado con LR y los tratamientos bajo sj-sj los menores stocks, tendencia que se mantuvo hasta los 100 cm. La siembra directa promueve la acumulación de COT y Nt y el efecto es mayor cuanto mayor es la inclusión de gramíneas en la secuencia. Respecto de las emisiones de N2O en general variaron considerablemente con el tiempo y las tasas más altas se asocian acon períodos de altos contenidos de agua y nitratos en el suelo. La aplicación de fertilizante nitrogenado en maíz aumentó las emisiones de N2O del suelo. Las emisiones anuales de N - N2O medidas fueron inferiores a las calculadas en base a Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), esta metodología sobreestimó las emisioens de N2O, para las condiciones estudiadas.

La aplicación de herbicidas sistémicos de amplio espectro en pastizales naturales : efectos sobre los atributos y procesos del ecosistema

Esta tesis analiza los efectos de la aplicación de un herbicida sistémico no selectivo, el glifosato, sobre atributos estructurales y funcionales de pastizales naturales pastoreados por herbívoros domésticos. Se realizaron experimentos en un establecimiento ganadero de la Pampa Deprimida, donde la pulverización recurrente de pastizales con glifosato a fin de verano para incrementar la oferta de forraje invernal se ha difundido ampliamente. La pulverización de glifosato produjo un drástico cambio de la composición florística de la vegetación y del banco de semillas, aumentando la contribución de pastos anuales invernales y disminuyendo la de pastos perennes invernales, estivales y leguminosas, redujo la riqueza y la diversidad y disminuyó la cobertura y la calidad forrajera estival. Estos cambios en la vegetación modificaron atributos funcionales, ya que la pulverización incrementó la absorción de radiación y la productividad primaria neta aérea del pastizal en invierno-primavera y las redujo en verano, pero el incremento invierno-primaveral no compensó la disminución estival. La menor producción primaria anual podría relacionarse con el menor contenido de materia orgánica y de fósforo edáfico en los lotes pulverizados. Mediante experimentos en condiciones controladas investigué la respuesta de mecanismos biológicos claves, la regeneración vegetativa y la emergencia y crecimiento de plántulas, a la aplicación de glifosato, de Paspalum dilatatum, Schedonorus arundinaceus, Lotus tenuis y Trifolium repens, principales miembros de los grupos funcionales más afectados. El glifosato provocó la muerte de todos los tejidos, impidiendo la regeneración vegetativa, y redujo la emergencia y el establecimiento de plántulas cuando se pulverizó sobre vegetación pre-existente hasta sesenta días antes de la germinación. Estos mecanismos explican, en gran medida los cambios en la composición de la vegetación y del banco de semillas. Los resultados sugieren que los drásticos cambios que la aplicación de glifosato causa en el pastizal pueden ser irreversibles, poniendo en riesgo la integridad del ecosistema y su sustentabilidad como recurso forrajero

When the key is integrate : introduction to development of dormancy behavior groups weeds in agricultural crops

p.153-169

Effect of agricultural management and weeds on feeding groups of nematode in Soybean

p.71-81

Satisfaction water index as corn yield estimate

p.1-16

Decreased weed emergence in different crops scenarios under no tillage

p.179-190