Factores anatómicos, dendrométricos y climáticos implicados en la producción de resina de Pinus pinaster AIT. : aplicación a la mejora de los métodos de resinación

Pinus pinaster Ait. es la conífera con mayor área de distribución en la Península Ibérica y es, a día de hoy, la única especie resinada en nuestro país. La inducción del flujo de resina al exterior para su recolección a través de distintos tipos de heridas ha sido practicada desde hace miles de años por distintas culturas. En todos los casos, las técnicas desarrolladas se basan en la estimulación del característico sistema de defensa de las pináceas. En los últimos siete años se viene observando una tendencia de incremento sustancial de la superficie resinada en España, acompañada por avances tecnológicos dirigidos a la mecanización y mejora de estimulantes. El aprovechamiento resinero se perfila como un sector estratégico en la generación de empleo rural y la conservación de ecosistemas. La industria resinera demanda métodos de extracción más eficaces, una selvicultura adecuada y actualizada, y condiciones laborales de los resineros más dignas con objeto de llegar a ser competitiva en el mercado internacional. Este trabajo se centra en ampliar el conocimiento sobre el sistema de defensa de P. pinaster, concretamente sobre las estructuras y procesos que pueden afectar a la producción de resina. Se analizan las relaciones entre las características anatómicas del xilema, destacando las relacionadas con los canales resiníferos, las variables dendrométricas y dasométricas de la masa y el flujo de resina (objetivo 1). Se estudia cómo estas relaciones son moduladas por las heridas de resinación dependiendo de la técnica de resinación aplicada (objetivo 2), el clima y el balance hídrico del suelo (objetivo 3). El material vegetal, las muestras de suelo y los datos de producción de resina y climáticos usados en esta tesis han sido recogidos en tres montes de utilidad pública; MUP 101 en Armuña, MUP 108 en Melque de Cercos y MUP 117 en Nieva (en esta última solo se recogieron los datos de producciones), todos ellos pinares monoespecíficos de P. pinaster localizados en la denominada Tierra de Pinares Segoviana. En los árboles de nuestro estudio se han aplicado cuatro métodos de resinación: método de pica de corteza con estimulante y método mecanizado con estimulante, ambos en sentido ascendente y descendente. En los trabajos realizados para el análisis de la influencia de la anatomía constitutiva en la producción de resina (objetivo 1) y el efecto del clima (objetivo 3), se obtuvieron muestras del xilema de 26 árboles resinados en Melque de Cercos y Armuña y 12 árboles control sin resinar. Para caracterizar los pies estudiados, se midió la altura, diámetro normal y porcentaje de copa viva. Las muestras de tejido fueron recogidas en una zona del tronco a una distancia del límite de la herida considerada en la bibliografía como no afectada (anatomía constitutiva). Para el análisis de las alteraciones anatómicas inducidas por la herida (objetivo 2), se recogieron muestras en ocho de los individuos en los que se habían realizado los distintos métodos de resinación descritos y en cinco árboles control. Se obtuvieron ocho muestras de tejido distribuidas en la parte superior, inferior, lateral y centro de la herida de cada uno de los árboles resinados. Para establecer las diferencias en la producción de resina según el método de resinación, se analizaron las producciones de 561 árboles resinados en 2012 con estos cuatro métodos en Nieva. Los principales resultados de estos trabajos muestran que la producción de resina está ligada al volumen de canales (axiales y radiales) y a la frecuencia de canales radiales existentes en el árbol antes de efectuar ninguna herida (sistema constitutivo). De esta manera, los árboles grandes productores de resina mostraron una red de canales más densa que aquellos con producciones medias. Una vez realizada la herida de resinación, observamos una disminución del ancho del anillo de crecimiento y del tamaño medio de los canales axiales a la vez que se incrementaba la frecuencia y área ocupada por mm2 de anillo de estos canales. Estos cambios perduraron en el árbol durante al menos tres años y fueron distintos dependiendo de la localización en el entorno de la herida y del método de resinación. Las respuestas más intensas a la herida se observaron el año siguiente a la realización de la misma, en dirección axial, para las distancias más próximas al límite de la herida y para los métodos de resinación en sentido ascendente. Además, se ha constatado que como consecuencia de las heridas de resinación se produjeron cambios en la anatomía del xilema en zonas alejadas de la herida, tanto en el año de la herida como años posteriores. Es decir, se observó una respuesta sistémica del árbol. Respecto al papel del clima como regulador de la respuesta del árbol, se ha evidenciado que la temperatura, la radiación y la ETP influyeron en la producción de resina, no solo durante la campaña de resinación, sino también durante los meses anteriores. El déficit hídrico favoreció la producción y la formación de canales axiales pero, a partir de un determinado umbral, esa relación se invirtió y las lluvias estivales incrementaron la producción. Algunas de estas variables climáticas se asociaron a cambios en el tamaño y frecuencia de las estructuras secretoras, las cuales posiblemente modulan la respuesta defensiva de la planta. La dendrometría del árbol (evaluada a través del diámetro normal, altura y porcentaje de copa viva), la densidad de la masa y el tipo de suelo influyeron en el potencial de producción de resina de P. pinaster. Árboles más vigorosos, parcelas con menores densidades y suelos con más capacidad para la retención de agua y nutrientes presentaron producciones mayores. Estos trabajos se complementan en anexos con una caracterización del sistema socio-ecológico del pinar en resinación. En ese trabajo se identifican sus potenciales servicios ecosistémicos y se evalúa su grado de vinculación con el aprovechamiento resinero con objeto de valorar su funcionalidad y aproximar una valoración económica de modo que sea posible apreciar la importancia económica de los mismos. Para concluir, podemos resaltar que son necesarios más trabajos de carácter científico para avanzar en la comprensión de los procesos anatómicos y fisiológicos que regulan la secreción de resina en P. pinaster y sus interacciones con el medio. Esto permitiría avances certeros hacia el desarrollo de métodos de extracción más eficaces, una selvicultura óptima, el reconocimiento de los beneficios socio-ecológicos y económicos del aprovechamiento y, de manera general, una bibliografía amplia y fiable para la consulta y desarrollo de futuras mejoras que posibiliten la reactivación y conservación de la resinación como aprovechamiento rentable. ABSTRACT Pinus pinaster Ait. is the most widespread conifer in Spain and is now the only species tapped for its oleoresin. External induction of resin secretion, based on the defense system of Pinus trees, has been performed by humans since Classical times through various methods. The socio-economic implication of this practice in Spain justifies a new approach to improve tapping methodology and understand the effects of this activity on the tree. In the last five years, sharp increases in the price of natural resins, accompanied by technological advances directed toward mechanization, have made resin tapping a strategic activity for rural development and forest conservation. The resin industry demands more efficient tapping methods and forest management plans as a way to increase competitiveness in a global market. In this way, this work focuses on the study of the defense system of P. pinaster, with the aim to understand the effects of anatomical and physiological characteristics and environmental conditions on resin yield. The relationships between anatomical variables -with special focus on resin canals-, dendrometric and dasometric variables, and resin yield will be evaluated (objective 1). The tapping wound effects (objective 2) and the intra- and inter-annual variability of climate conditions and soil water availability influence (objective 3) on resin yield will be also studied. The plant and soil material and the resin yield and climatic data used in this thesis have been collected in stands of three public forests of P. pinaster; Armuña, Melque de Cercos and Nieva, located in Segovia (Central Spain). Trees were tapped using two different methods: mechanized or traditional tool, in both upwards and downwards direction. Twenty-six tapped trees of contrasting resin yield classes and twelve non-tapped (control) trees, growing in two locations (Armuña y Melque de Cercos) with the same climate but different stand density and soil characteristics, were selected for studying the role of tree size, xylem anatomy at distal parts aside from the tapping wound (objective 1) and climate influence (objective 3) on resin yield. Concerning the tree defenses induced by the tapping wound (objective 2), the xylem of eight trees, tapped with the two described methods in both upwards and downwards direction, were analyzed. From each tapped tree, eight cores were collected at different locations and varying distances from the tapping wound. In each core, a histological analysis was made. Growth ring width, earlywood and latewood width, and axial canal frequency, area, mean size and location were measured. The effect of the tapping method on resin yield was assessed in 561 P. pinaster tapped trees in a stand in Nieva. In tissues not affected by the tapping wound, the frequency of radial resin canals and the total volume of resin canals were related to resin yield. The frequency of radial canals and the resin yield were strongly related to tree diameter and percentage of live crown. High area of axial resin canals per mm2 was related to high yielding trees, but only in the location with higher plant density and poorer soil quality. In tapped trees, an increase in axial canal frequency and area was found during the three years following the start of tapping activity, suggesting that canal formation is a systemic induced response to wounding. The highest mean annual resin yield was found using the traditional tool in upwards direction, which also induced the highest increase in axial canal frequency and area. The lowest yield was found for mechanized tapping, which showed no differences between the upwards and downwards directions. The strongest induction of systemic induced responses in terms of resin canal frequency and area was detected one year after tapping for upwards tapping. This suggests the involvement of signaling processes that spread mainly upwards, and the importance of adaptive processes as a defense against periodic insect attacks. Intra-annual variation in resin yield was strongly correlated with temperature, solar radiation, potential evapotranspiration and soil water deficit. Inter-annual variation in resin yield and resin canal abundance were correlated with temperature and water deficit in spring, but above a certain threshold of cumulated water deficit in summer rainfall favored resin yield. Under adverse climate scenarios where resource optimization is desirable, a reduced tapping season during the warmest months (June–September) would be advisable, assuming a very small production loss relative to traditional tapping season. Similarly, in years with a rainy summer and/or dry spring, a slightly longer tapping season could be suggested, as resin yield increases after these events. Tree diameter and percentage of live crown, and radial resin canal frequency could be useful criteria for estimating resin yields in P. pinaster. Vigorous trees in lower density stands and growing up in good quality soils will be the most productive. These conclusions could be applied to improve tapping management and breeding programs. These works are complemented with socio-ecological characterization, the identification of the main ecosystem services and an assessment of the possible economic impact derived from the tapping practice. To conclude, more scientific studies are necessary for understanding the anatomical and physiological processes behind resin synthesis and their interactions with the environment. This would afford further progresses towards an extensive and reliable bibliography and improved tapping methods and optimal selvicultural guide lines.

Impacto hidrológico de distintas estrategias agrícolas en el Chaco semiárido

En las últimas décadas, el Chaco semiárido sudamericano ha sido intensamente deforestado para producir cultivos agrícolas y pasturas. En planicies semiáridas de muy escaso relieve, el reemplazo de la vegetación perenne nativa por cultivos anuales, de menor capacidad evapotranspirativa, puede alterar el balance hidrológico generando pulsos de drenaje profundo, originalmente inexistentes, que pueden desencadenar procesos de recarga, ascenso freático y salinización secundaria. A su vez, la magnitud y frecuencia de los eventos de drenaje dependen de las prácticas de manejo agrícola empleadas por los productores. Las prácticas que hacen un uso más exhaustivo del agua disponible contribuirían a reducir el drenaje y el riesgo de salinización, pero representan un mayor riesgo productivo en años secos. Por otro lado, las prácticas más conservativas tienden a estabilizar la producción con esquemas de menores requerimientos hídricos pero son más propensas a generar drenaje, especialmente en años húmedos. El objetivo de esta tesis fue entender el impacto hidrológico de la agricultura en el Chaco semiárido y analizar la posibilidad de manejar la hidrología de los agroecosistemas para conciliar objetivos productivos y ambientales. Mediciones de campo en Bandera, uno de los principales polos agrícolas de la región, permitieron constatar una situación de alto riesgo de salinización secundaria determinado por altos niveles de salinidad del suelo, napas salinas cercanas a la superficie y procesos de recarga freática en lotes agrícolas, no detectados en los escasos relictos de bosque nativo. Análisis biofísicos con sensores remotos e información provista por productores locales, permitieron identificar los principales esquemas de cultivo empleados y estimar el riesgo productivo y el drenaje generado en cada uno de ellos ante situaciones de diferente oferta hídrica. Finalmente, un balance hídrico regional permitió detectar las zonas más vulnerables de la región y evaluar los beneficios productivos e hidrológicos de alternar manejos conservativos o intensivos según la oferta hídrica esperada.

ANÁLISIS DE FACTORES HÍDRICOS DE LA SUBCUENCA DEL RIO SARAI

A nivel nacional se han realizado diferentes investigaciones aplicando el MÉTODO DE BALANCE HÍDRICO DE THORNTHWAITE Y MATHER 1957.  Este metodología brinda información específica sobre la disponibilidad de humedad en el suelo, cantidad que se evapotranspira, excelo y déficit mensual en el suelo, etc.   En la subcuenca del río Saraí, ubicada en la Reserva Indígena de Ujarrás, se aplicó tal metodología, cuyo objetivo fue establecer que mediante la relación algunas propiedades físicas del suelo, factores hídricos y climáticos de la subcuenca, se podría determinar la distribución espacial y temporal de la recarga de aguas subterráneas, según zona climática, unidad geomorfológica y uso del suelo.

RECARGA DE AGUAS SUBTERRANEAS EN LA CUENCA DEL RÍO POAS

La cuenca del río Poás es representativa de las características físicas de la Depresión Tectónica Central y de la Sierra Volcánica Central.  Se aplicó en la cuenca el balance hídrico de acuerdo con el método de Thornthwaite y Mather (1957) (modificado), según uso del suelo, unidad geomorfológica y zona climática: mediante el cual se relacionan características edafológicas, climática y uso del suelo.  Así, se determinó que la cantidad de agua para recarga está determinada por varios factores, principalmente por el clima y en segundo término por el uso del suelo.  Por lo tanto, las áreas cubiertas de bosque son las que originan la menor recarga anual, mientras que las sembradas de pasto, la mayor.  En la cuenca, la recarga anual total es de 0.3168 km3 824741.6 mm), de la que las áreas de bosque aportan 8603.9 mm y la de pastos 9337.7 mm., al año.    Se detectó además, que -0.0439 km3 al año de agua se queda en las capas profundas de la cuenca, lo que indica que existe un déficit de agua no explicado por la recarga que puede deberse a condiciones influyentes.

Eficiencia transpiratoria como atributo de tolerancia al déficit hídrico en soja (Glycine max (L) Merril) : variabilidad intraespecífica y su asociación con la estabilidad del rendimiento

Las principales zonas sojeras en el mundo están expuestas a situaciones de déficit hídrico (DH) que ocasionan importantes pérdidas de rendimiento. La eficiencia transpiratoria (ET) ha sido propuesta como criterio de selección asociado con tolerancia al DH. Sin embargo, en soja no existen antecedentes donde se haya estudiado dicho atributo y su asociación con la estabilidad del rendimiento. El objetivo general de este trabajo fue generar las primeras bases fisiológicas que permitan conocer si la ET puede ser utilizada como criterio de selección secundario en programas de mejoramiento genético de soja enfocados en la identificación de genotipos (G) con tolerancia al DH. Se realizaron dos experimentos en macetas en condiciones de campo. Experimento 1, evaluó, durante la fase vegetativa, 36 G expuestos a dos regímenes hídricos (RH) : control sin limitantes hídricas (C) y déficit hídrico (DH; 30 por ciento del consumo de controles). Experimento 2, evaluó durante la fase reproductiva, 6 G seleccionados en función de su comportamiento contrastante en la transpiración y ET durante la fase vegetativa en el Experimento 1, exponiéndolos a dos RH contrastantes (C y DH) durante el período crítico de determinación del número de semillas (NS) en soja. En soja, la ET durante la fase vegetativa es un atributo de naturaleza constitutiva que tiene variabilidad intraespecífica y que aumenta ante DH independientemente del G. Si bien la conductancia estomática fue diferente entre G, estas diferencias no explicaron la variabilidad intraespecífica encontrada en la ET. Durante la fase reproductiva, existen diferencias entre G en la ET, encontrándose diferencias en la respuesta genotípica ante DH durante el período de determinación del NS. Es posible en soja, identificar G con mayor estabilidad de rendimiento ante DH durante el período de determinación del NS, utilizando la ET como carácter de selección. A partir del análisis de los cambios de la ET durante la ontogenie del cultivo, se demostró además que evaluando la ET durante la fase vegetativa en condiciones sin limitantes hídricas, es posible identificar G de mayor ET en términos de biomasa reproductiva, rendimiento y estabilidad de rendimiento antes condiciones hídricas limitantes durante el período de determinación del NS. Esta tesis representa el primer estudio en soja de la ET durante diferentes fases de crecimiento y su asociación con la estabilidad del rendimiento, demostrándose que es posible utilizar la ET como carácter de selección secundario para identificar G con tolerancia al DH.

Factores condicionantes de la evolución estructural de suelos limosos bajo siembra directa : efecto sobre el balance de agua

La evolución estructural de los suelos y su relación con la dinámica del agua son aspectos clave en la sustentabilidad de los agro-ecosistemas. La siembra directa (SD) combinada con la simplificación de secuencias de cultivos, generan la necesidad de estudiar nuevos aspectos de la degradación física de suelos cultivados. El objetivo de esta tesis fue identificar factores condicionantes de la evolución estructural de suelos limosos bajo SD y analizar las consecuencias de la presencia de estructura laminar y otras estructuras asociadas sobre el balance de agua. Se aplicó el método del perfil cultural en distintos sitios de la pampa húmeda norte y se realizaron ensayos de campo (tránsito, cobertura, secuencias) y laboratorio (humedecimiento-secado, intervalo hídrico óptimo) para modelar la evolución de la estructura laminar, identificar sus factores formadores y cuantificar su efecto sobre el funcionamiento hídrico. El desarrollo de estructura laminar está generalizado en la pampa húmeda norte. Su proporción en el perfil está asociada con el número de años bajo SD. El tránsito agrícola y la cobertura superficial no afectaron su evolución. La estructura laminar se forma por fisuración por humedecimiento-secado de una estructura masiva subyacente. La distribución de macroporos de esta estructura y su estabilidad, afectan la microfisuración y la formación de agregados elongados. Las raíces contribuyen con el crecimiento lateral y la exploración de la capa superficial del suelo por impedimento en su profundización cuando la densidad aparente es crítica (mayor a1,44 Mg m-3). La estructura laminar altera el patrón de drenaje y aumenta el escurrimiento superficial en función de su proporción en el perfil del horizonte A. La secuencia de cultivos implementada bajo SD condiciona su formación y en consecuencia el funcionamiento hídrico del suelo. Las ecuaciones generadas permitirán identificar secuencias de cultivos que mejoren la captación de agua para aumentar rendimientos y minimizar riesgos ambientales.

Eficiencia transpiratoria como atributo de tolerancia al déficit hídrico en soja (Glycine max (L)Merril): variabilidad intraespecífica y su asociación con la estabilidad del rendimiento

Las principales zonas sojeras en el mundo están expuestas a situaciones de déficit hídrico (DH)que ocasionan importantes pérdidas de rendimiento. La eficiencia transpiratoria (ET)ha sido propuesta como criterio de selección asociado con tolerancia al DH. Sin embargo, en soja no existen antecedentes donde se haya estudiado dicho atributo y su asociación con la estabilidad del rendimiento. El objetivo general de este trabajo fue generar las primeras bases fisiológicas que permitan conocer si la ET puede ser utilizada como criterio de selección secundario en programas de mejoramiento genético de soja enfocados en la identificación de genotipos (G)con tolerancia al DH. Se realizaron dos experimentos en macetas en condiciones de campo. Experimento 1, evaluó, durante la fase vegetativa, 36 G expuestos a dos regímenes hídricos (RH): control sin limitantes hídricas (C)y déficit hídrico (DH; 30 por ciento del consumo de controles). Experimento 2, evaluó durante la fase reproductiva, 6 G seleccionados en función de su comportamiento contrastante en la transpiración y ET durante la fase vegetativa en el Experimento 1, exponiéndolos a dos RH contrastantes (C y DH)durante el período crítico de determinación del número de semillas (NS)en soja. En soja, la ET durante la fase vegetativa es un atributo de naturaleza constitutiva que tiene variabilidad intraespecífica y que aumenta ante DH independientemente del G. Si bien la conductancia estomática fue diferente entre G, estas diferencias no explicaron la variabilidad intraespecífica encontrada en la ET. Durante la fase reproductiva, existen diferencias entre G en la ET, encontrándose diferencias en la respuesta genotípica ante DH durante el período de determinación del NS. Es posible en soja, identificar G con mayor estabilidad de rendimiento ante DH durante el período de determinación del NS, utilizando la ET como carácter de selección. A partir del análisis de los cambios de la ET durante la ontogenie del cultivo, se demostró además que evaluando la ET durante la fase vegetativa en condiciones sin limitantes hídricas, es posible identificar G de mayor ET en términos de biomasa reproductiva, rendimiento y estabilidad de rendimiento antes condiciones hídricas limitantes durante el período de determinación del NS. Esta tesis representa el primer estudio en soja de la ET durante diferentes fases de crecimiento y su asociación con la estabilidad del rendimiento, demostrándose que es posible utilizar la ET como carácter de selección secundario para identificar G con tolerancia al DH.

Validation of the Deardorff model for estimating energy balance components for a sugarcane crop

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Simulação numérica do fluxo hídrico subterrâneo na bacia hidrográfica do Rio Pitimbu RN

Urban centers in Pitimbu Watershed use significant groundwater sources for public supply. Therefore, studies in Dunas Barreiras aquifer are relevant to expand knowledge about it and help manage water resources in the region. An essential tool for this management is the numerical modeling of groundwater flow. In this work, we developed a groundwater flow model for Pitimbu Watershed, using the Visual Modflow, version 2.7.1., which uses finite difference method for solving the govern equation of the dynamics of groundwater flow. We carried out the numerical simulation of steady-state model for the entire region of the basin. The model was built in the geographical, geomorphological and hydrogeological study of the area, which defined the boundary conditions and the parameters required for the numerical calculation. Owing to unavailability of current data based on monitoring of the aquifer it was not possible to calibrate the model. However, the simulation results showed that the overall water balance approached zero, therefore satisfying the equation for the three-dimensional behavior of the head water in steady state. Variations in aquifer recharge data were made to verify the impact of this contribution on the water balance of the system, especially in the scenario in which recharge due to drains and sinks was removed. According to the results generated by Visual Modflow occurred significantly hydraulic head lowering, ranging from 16,4 to 82 feet of drawdown. With the results obtained, it can be said that modeling is performed as a valid tool for the management of water resources in Pitimbu River Basin, and to support new studies

Manejo da irrigação (tensiometria e balanço hídrico climatológico) para a cultura do feijoeiro em sistemas de cultivo direto e convencional

Dois métodos de manejo de irrigação, por tensiometria e pelo balanço hídrico climatológico simplificado baseado no tanque Classe A, foram aplicados e avaliados os resultados no balanço de água no solo, na evapotranspiração e na produtividade de grãos da cultura do feijoeiro, cultivar IAC-Carioca, conduzida na estação seca com irrigação por pivô central, após uma cultura de milho (estação úmida), no primeiro ano de cultivo, nos sistemas de plantio direto e convencional em uma área de Latossolo Vermelho. Concluiu-se que ambos os métodos são possíveis de serem adotados por irrigantes ou técnicos com níveis médios de tecnologia e conhecimento, embora com a tensiometria seja possível um melhor entendimento das reais condições hídricas do solo na região do sistema radicular da cultura. Não foram verificadas diferenças importantes de armazenamento de água no solo e de produtividade de grãos entre os sistemas de plantio nesse primeiro ano; o manejo por tensiometria resultou em maiores variações na água disponível consumida do que o do balanço hídrico climatológico simplificado e resultou, em relação a esse, economia de 15% na água de irrigação aplicada, sem afetar a produtividade de grãos.

Mudanças climáticas de curto prazo: tendência dos regimes térmicos e hídricos e do balanço hídrico nos municípios de Ribeirão Preto, Campinas e Presidente Prudente (SP) no período de 1969-2001

Pós-graduação em Geografia - IGCE

Impacto do balanço hídrico em diferentes tipos de solos: comparação entre dados de radar-pluviômetro e análise de tendência da chuva em área agrícola

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Balanço hídrico na sub-bacia hidrográfica do Boi Branco – SP para gestão sustentável da agricultura irrigada

Pós-graduação em Agronomia (Irrigação e Drenagem) - FCA

Regime hídrico de alguns solos de Jaboticabal

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Balanço hídrico, crescimento e produtividade de genótipos RB de cana-de-açúcar em cultivo de sequeiro na região de Rio Largo-AL

Pós-graduação em Agronomia (Irrigação e Drenagem) - FCA