ARTÍCULO ORIGINAL

 

Relación entre algunos factores climáticos y la composición química de Tithonia diversifolia

 

Relation between some climatic factors and the chemical composition of Tithonia diversifolia

 

 

R. S. Herrera¹, D. M. Verdecia², J. L. Ramírez², M. García¹ and Ana M. Cruz¹

¹Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, Mayabeque, Cuba

²Universidad de Granma, Carretera de Manzanillo, km 17½, Apartado Postal 85100, Bayamo, Cuba

 

 

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RESUMEN

Durante dos años se estudió la relación entre algunos factores climáticos y la composición química de Tithonia diversifolia, mediante un diseño completamente al azar y cinco réplicas, en suelo pardo con carbonato. Los indicadores de la composición química consistieron en: FDN, FAD, lignina, celulosa, hemicelulosa, contenido celular, materia orgánica, cenizas, N, Si, P, Ca y Mg; mientras que los factores climáticos fueron las temperaturas máximas, mínimas y media, lluvia y número de días con lluvia. Los resultados se expresan mediante el coeficiente de correlación de Pearson en cada período estacional. En el período lluvioso, se encontraron altos y positivos coeficientes de correlación entre la lluvia total y la FDN, FDA, lignina y materia orgánica (0.87-0.97) y resultaron negativos para la celulosa, contenido celular, cenizas y N (entre -0.88 y -0.97). Las relación con las temperaturas fueron variables y el mayor valor (r = 0.92) se registró entre el P y la temperatura media. Para el número de días con lluvia, hubo similar comportamiento al antes descrito, pero los coeficientes fueron mayores. En el período poco lluvioso, hubo correlación positiva entre la lluvia total  y la FDN, FDA, lignina, hemicelulosa, cenizas, P y Ca (0.52-0.88) y fueron negativas con la celulosa, contenido celular, materia orgánica y N (entre -0.55 y -0.88). Para el número de días con lluvia hubo similar comportamiento, pero los coeficientes fueron mayores y se encontró relación con el Si (r = -0.45). Se establecieron las ecuaciones múltiples lineales entre los indicadores de la composición química y algunos factores climáticos, con elevados valores del coeficiente de determinación, bajo error estándar y alta significación. Los indicadores de la composición química mostraron respuesta específica ante los factores climáticos en cada período estacional pero, el mayor efecto, expresado mediante el coeficiente de correlación, está relacionado con la cantidad y distribución de las precipitaciones. Se recomienda determinar el modelo matemático que permita predecir el comportamiento de cada indicador de la composición química con los factores climáticos, así como hacer este estudio en otras plantas de importancia económica para la alimentación animal y extenderlo a los metabolitos secundarios o factores antinutricionales.

Palabras clave: temperatura, lluvia, nitrógeno, fibra

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ABSTRACT

During two years the relation between some climatic factors and the chemical composition of Tithonia diversifolia was studied, using a completely randomized design and five replications, in brown soil with carbonate. The chemical composition indicators consisted of: NDF, ADF, lignin, cellulose, hemicellulose, cell content, organic matter, ashes, N, Si, P, Ca and Mg; while the climatic factors were the maximum, minimum and average temperatures, rain and number of rainy days. The results are expressed by the Pearson correlation coefficient in each seasonal period. In the rainy season, high and positive correlation coefficients were found between total rain and NDF, ADF, lignin and organic matter (0.87-0.97) and were negative for cellulose, cell content, ashes and N (between -0.88 and -0.97). The relation with the temperatures were variable and the highest value (r = 0.92) was recorded between the P and the average temperature. For the number of rainy days, there was a similar performance to that described above, but the coefficients were higher. In the dry season, there was a positive correlation between total rain and NDF, ADF, lignin, hemicellulose, ashes, P and Ca (0.52-0.88) and were negative with cellulose, cell content, organic matter and N (between - 0.55 and -0.88). For the number of rainy days there was similar performance, but the coefficients were higher and there was relation with the Si (r = -0.45). The linear multiple equations were established between the chemical composition indicators and some climatic factors, with high values of the determination coefficient, low standard error and high significance. The chemical composition indicators showed a specific response to climatic factors in each seasonal period, but the higher effect, expressed by the correlation coefficient, is related to the amount and distribution of precipitation. It is recommended to determine the mathematical model that allows to predict the performance of each indicator of the chemical composition with the climatic factors, as well as to perform this study in other plants of economic importance for animal feeding and to extend it to the secondary metabolites or antinutritional factors.

Key words: temperature, rain, nitrogen, fiber

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INTRODUCCIÓN

La productividad de las plantas está determinada por un grupo de factores inherentes al vegetal y externos. En el primero se encuentran sus características biológicas y el segundo,  el suelo, clima y manejo. 

En los cultivos utilizados para la nutrición animal y, en especial, los pastos y forrajes, además de su productividad es preciso considerar su calidad y valor nutritivo. Por ello, es fundamental para su explotación y empleo encontrar el equilibrio entre el rendimiento y su contenido de sustancias nutritivas.

Estos aspectos cobran en la actualidad particular importancia, debido al elevado precio de las materias primas para la producción de alimentos concentrados y de los fertilizantes (Friedrich 2014). Esto ha determinado que los árboles, arbustos y leguminosas desempeñen una función protagónica en la nutrición animal, debido a sus múltiples ventajas (Verdecia 2014).

Tithonia es originaria de Centroamérica. Se caracteriza por su plasticidad ecológica, al adaptarse y producir en condiciones diversas de clima y suelo, debido a su variabilidad genética (Ruiz et al. 2010). Esto determina la amplia variación en el rendimiento y composición química de sus variedades (Holguín-Castaño et al. 2015, yMejía-Díaz et al. 2017), lo que motiva el interés por esta planta, especialmente, como fuente de alimento animal.

El objetivo de este estudio fue determinar el efecto de algunos factores climáticos en la composición química de Tithonia diversifolia en ambas estaciones climáticas.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Localización, suelo y clima. La investigación se realizó en el área experimental de la Universidad de Granma, Cuba, en suelo pardo con carbonato (Hernández et al. 1999), pH 6.2, contenidos de P₂O₅, K₂O y N de 2.4, 33.4 y 3.0 mg/100g de suelo, respectivamente y 3.6 % de materia orgánica. En el período lluvioso, las precipitaciones promedio ascendieron a 812.6 mm. Las temperaturas media, mínima y máxima fueron 26.73, 22.31 y 33.92 ºC, respectivamente, mientras que en el período poco lluvioso los valores fueron en el orden anterior de 270 mm, 24.05 ºC, 18.29 ºC y 31.58 ºC. Estos valores se encuentran en el rango histórico de la región (Verdecia 2014).

Diseño, procedimiento y muestreo. Se utilizó la Tithonia diversifolia con dos años de establecimiento, en parcelas de 0.5 ha en un diseño completamente al azar y cinco réplicas. Se realizó un corte de homogeneidad, y a partir de ahí los muestreos se realizaron cada 60, 120 y 180 d de rebrote en 10 plantas al azar, cortadas a 15 cm sobre el nivel del suelo. Todo el material muestreado se mezcló hasta obtener una muestra homogénea por réplica. La muestra se secó en estufa de circulación de aire forzado durante 72 h a 65 ºC y se molinó hasta alcanzar tamaño de partícula de 1 mm. El experimento duró dos años de duración y no se aplicó riego ni fertilización.

Análisis químico de las muestras. Se determinó el contenido de materia orgánica, cenizas, N, P, Ca y Mg, según AOAC (2016), y de FDN, FDA, lignina, celulosa, hemicelulosa, contenido celular y , de acuerdo con Goering y van Soest (1970). Todos los análisis se expresaron en base seca y se realizaron por duplicado en cada réplica.

Análisis estadístico. Se determinaron los coeficientes de correlación de Pearson (Visauta 1998) entre la composición química (FDN, FDA, lignina, celulosa, hemicelulosa, contenido celular, materia orgánica, cenizas, N, P,  Ca, Mg y Si, y algunos factores climáticos (temperatura máxima, mínima y media, número de días con lluvias y lluvia total). Los resultados se presentan en cada período estacional (lluvioso y poco lluvioso), y solo se informan los coeficientes mayores de 0.40, con probabilidad igual o mayor de 95 %. A partir de las relaciones encontradas, se determinaron las ecuaciones múltiples lineales que mejor relacionaron los indicadores de la composición química con los factores climáticos que presentaron altos coeficientes de Pearson. Las ecuaciones se seleccionaron al considerar elevados coeficientes de determinación, coeficiente de determinación ajustado, bajo error estándar de los términos y de predicción, alta probabilidad estadística y aporte significativo de los términos y de la ecuación (Guerra et al. 2003 y Rodríguez et al. 2013).

 

RESULTADOS

En el período lluvioso, el mayor (P < 0.05) coeficiente de correlación de Pearson se encontró entre la temperatura máxima y el P (r=0.79) y, en sentido inverso, con la celulosa (r=-0.67). Con la temperatura mínima, solo se encontró relación con el P (r=-0.69, P<0.05) y Mg (r=-0.74, P<0.05), mientras que para la media la mayor relación fue con el P (r=0.92, P<0.001). Para la lluvia total como para el número de días con lluvias no se encontraron relaciones para hemicelulosa, P y Mg, mientras que para el resto de los indicadores de la composición química los coeficientes fueron elevados, en especial, con el número de días con lluvias (tabla 1).

En el período poco lluvioso, el mayor (P < 0.001) coeficiente de correlación de Pearson se encontró entre la temperatura máxima y la hemicelulosa (r=0.91) y, en sentido opuesto, con el contenido celular y el N, ambos con r =-0.72 (P<0.05). La temperatura mínima no se relacionó con la hemicelulosa, materia orgánica, cenizas, N, Ca, P y Mg, pero sí con el resto de los indicadores químicos. El coeficiente de Pearson fue relativamente bajo entre la temperatura media y la hemicelulosa, MO, cenizas y N. Las correlaciones con los indicadores de las lluvias fueron elevadas, en especial con el número de días con lluvias que alcanzaron coeficientes con valores de hasta 0.99 (tabla 2).

En el período lluvioso, solo se pudieron establecer ecuaciones múltiples lineales para la FDN, FDA, lignina, celulosa y contenido celular, donde los elementos climáticos de mayor preponderancia fueron la temperatura máxima, lluvia total y días con lluvias. Es de señalar sus elevados coeficientes de determinación y probabilidad estadística, así como su bajo error de estimación (tabla 3).

En el período poco lluvioso, las ecuaciones múltiples lineales de mejor ajuste fueron para FDN, FDA, lignina, celulosa, hemicelulosa, contenido celular, materia orgánica, cenizas, nitrógeno y magnesio. Los elementos climáticos de mayor preponderancia fueron la temperatura máxima, mínima y media, así como la lluvia total y el número de días con lluvias. Estas ecuaciones se caracterizaron por su alto coeficiente de determinación y probabilidad estadística, excepto la celulosa  y el magnesio (tabla 4).

 

DISCUSIÓN

Esta investigación se desarrolló en un área de Tithonia, con dos años de establecimiento para eliminar el efecto producido por la preparación del suelo y el vigor juvenil, que se origina  por la utilización  de semilla de calidad, plantada en suelo de reciente laboreo. El experimento tuvo una duración de dos años para garantizar mayor volumen de información acerca del comportamiento de la composición química como de los factores climáticos.

Se decidió informar coeficientes de correlación de Pearson superiores a 0.40, pues trabajos de modelación del crecimiento de diferentes gramíneas pratenses informaron coeficientes de determinación (R²) superiores a 0.40 (Tonato et al. 2010, Araujo et al. 2013 y Andrade et al. 2015). Valores inferiores indican muy baja relación entre las variables estudiadas, con limitado valor matemático y biológico. Además, en esta planta no existen antecedentes de este tipo de estudio. 

 La literatura nacional señala las diferencias que existen en el comportamiento de los pastos y forrajes, atribuibles a las estaciones climáticas. Diversos estudios realizados en gramíneas pratenses (Pennisetum purpureun, Brachiaria decumbens y Megathyrsus maximus, entre otras)   informaron resultados específicos inherentes a la variedad para cada período estacional (Ramírez et al. 2011, 2012, 2015, 2016 y Herrera et al. 2013). Además, se establecieron expresiones matemáticas que relacionan el rendimiento y la composición química con algunos elementos del clima, como la lluvia y la temperatura (Ramírez et al. 2016b).

Estas expresiones matemáticas se obtuvieron en condiciones edafoclimáticas específicas. Sus términos mostraron aportes significativos a la expresión. Los errores estándar (de los términos y de la ecuación) resultaron bajos y sus coeficientes de determinación fueron altos. Estos elementos indicaron la alta precisión de las expresiones, pero no han sido comprobadas ni avalas en otras condiciones climáticas, por lo que su valor solo está determinado para la región y las condiciones de manejo del pasto en que se obtuvieron.

Este tipo de estudio no se encuentra con facilidad en la literatura nacional, en lo que respecta a las leguminosas de importancia para la alimentación del ganado vacuno. Sin embargo, Verdecia et al. (2013) establecieron las diferencias que presenta el valor nutritivo de la Neonotonia wightii en ambos períodos estacionales; Verdecia et al. (2012), realizaron similar estudio en Leucaena leucocephala,  pero con énfasis en los metabolitos secundarios, y Herrera et al. (2016) establecieron el efecto de algunos indicadores del clima en la digestibilidad y metabolitos secundarios, así como en sus relaciones en esta misma especie. Los resultados indicaron la especificidad de la respuesta de cada variedad en los períodos climáticos estudiados (lluvioso y poco lluvioso).

En otras especies, como Erythrina variegata, Glyciricia sepium y Teramnus labialis, las investigaciones realizadas se encaminaron, mediante análisis multivariado y de conglomerado, a establecer la similitud de la composición química y los metabolitos secundarios de acuerdo con la edad de rebrote en cada estación climática (Verdecia 2014).

Tithonia diversifolia es una planta de gran plasticidad ecológica (Pérez et al. 2009 y Holguín-Castaño et al. 2015) con potencial forrajero para la alimentación  y producción del ganado vacuno (Ferreira 2013 y Gallego-Castro et al. 2014), con aceptable calidad y alto valor proteico (Medina et al. 2009 y Mauricio et al. 2014), pero su composición química es variable (Mejía-Díaz et al. 2017). En Cuba, Ruiz et al. (2010) evaluaron 29  materiales de Tithonia diversifolia, recolectados en el centro-oeste  del país e informaron variabilidad en sus características. Después de una selección informaron además su potencialidad para la producción animal (Ruiz et al. 2014).

Tithonia presenta metabolitos secundarios que pueden influir negativamente en su digestibilidad (Verdecia 2014). No obstante, Lezcano et al. (2012), también estudió los metabolitos secundarios de esta planta, pero lo realizó mediante análisis cualitativo y esto depende de la sensibilidad de los reactivos utilizados, de la edad de la planta, del contenido de metabolitos secundarios y de la relación hoja:tallo, entre otros factores. Por ello, ofrece información de cierto valor, pero con menor precisión que cuando se realiza la determinación cuantitativa de dichas sustancias.

Los resultados presentados en esta investigación evidenciaron que los integrantes de la composición química de la Tithonia tienen una relación específica y peculiar con los indicadores climáticos considerados en el estudio. En el período lluvioso, por ejemplo, solo la temperatura máxima se correlacionó (r=0.48, P<0.05) con la FDN, mientras que en el poco lluvioso esto ocurrió con la temperatura máxima  (r=0.77, P<0.05) y la temperatura mínima (r=-0.52, P<0.05). Esto sucede con el resto de los integrantes de la composición química pero, con respuesta inherente en relación con los factores climáticos evaluados.

Cuando los integrantes de la composición química se relacionaron con los indicadores de las lluvias (lluvia total y número de días con lluvia), los coeficientes de Pearson encontrados fueron elevados y superiores a los registrados con las temperaturas.

Si se comparan los resultados de este trabajo con los informados con anterioridad en relación con las  especies de los géneros Pennisetum, Brachiaria, Megathyrsus y Leucaena, entre otros, se observan  notables diferencias. Las especies referidas presentan altas relaciones con las expresiones de temperatura, lo que no ocurre en la Tithonia. En esta última, las relaciones con las lluvias y su frecuencia de ocurrencia son mayores. Esto es un posible índice de la respuesta de esta especie a las precipitaciones, en especial, en períodos de sequía.

Lo anterior permite establecer varias hipótesis: a) todo parece indicar que los cambios en la composición química son menos sensibles a las variaciones de la temperatura; b) es más importante la distribución de las lluvias que el total de ellas en la variabilidad de la composición química.  Además, si se comparan estos resultados con los obtenidos en las gramíneas pratenses, así como los alcanzados con la Leucaena son totalmente diferentes, por lo que se pudiera establecer la tercera hipótesis de que existen variaciones en la intensidad y elementos que intervienen en la síntesis de los referidos compuestos. Como hipótesis, estas necesitan de investigaciones específicas que expliquen este comportamiento.

Al establecer las ecuaciones múltiples lineales se observó que solo cinco (FDN, FDA, lignina, celulosa y contenido celular) de los 13 indicadores de la composición química estudiados (FDN, FDA, lignina, celulosa, hemicelulosa, contenido celular, materia orgánica, cenizas, N, P,  Ca, Mg y Si) se ajustaron a los referidos modelos en el período lluvioso, cuyas variables independientes fueron la temperatura máxima, lluvia total y el número días con lluvias. Sin embargo, en el período poco lluvioso, el número de indicadores de la composición química aumentó a 10 (FDN, FDA, lignina, celulosa, hemicelulosa, contenido celular, materia orgánica, cenizas, N  y Mg) al relacionarse con la temperaturas máxima, mínima y media, así como con la lluvia total y el número de días con lluvias.

Lo anterior pudiera estar relacionado con el comportamiento de los factores climáticos en cada período estacional. En el lluvioso es la etapa de mayores temperaturas, radiación solar, duración de la luz y lluvias, por lo que las condiciones son propicias para el crecimiento y desarrollo de las plantas;  desde el punto de vista metabólico no hay factores limitantes para la fotosíntesis. Sin embargo, el período poco lluvioso se caracteriza por las menores temperaturas (incluida la mínima), radiación solar, duración de la luz y lluvias. Esto impone factores limitantes para el crecimiento, y la planta se debe adaptar a los factores de estrés que predominan en el referido período.

Ramírez et al. (2011, 2016a) estudiaron la relación entre los factores climáticos y los indicadores de la calidad y establecieron modelos múltiples lineales, pero la edad de rebrote era uno de sus términos. Esto establece una diferencia con los resultados obtenidos en este trabajo. Por ello, debido a la complejidad del tema, se precisan investigaciones futuras que contribuyan a profundizar al respecto.

Estos resultados son los primeros que se informan en la literatura nacional y se deben considerar para diseñar estrategias de manejo local que permitan obtener biomasa con elevado índice de calidad. Como fueron expresiones obtenidas en determinadas condiciones edafoclimáticas, es preciso evaluarlas en otros ambientes. Además, es necesario estudiar otras expresiones matemáticas que relacionen los factores climáticos con los indicadores de la composición química, así como  utilizar estos resultados para diseñar modelos matemáticos que predigan el efecto de los factores climáticos en la composición química de la Tithonia. También sería de importancia hacer este estudio en otras plantas de importancia económica para la alimentación animal y extenderlo a los metabolitos secundarios o factores antinutricionales.

 

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a a la Universidad de León, España, por la realización de los análisis químicos de las muestras.

 

REFERENCIAS

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Recibido: 21/11/2016

Aceptado: 13/7/2017

 

 

R. S. Herrera, Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, Mayabeque, Cuba. Email: [e-mail]