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INTRODUCCIÓN
Ochroma pyramidale es una especie nativa de América, que se extiende desde el sur de México hasta Perú. Es una especie de rápido crecimiento que alcanza 20 m de altura y hasta 75 cm de diámetro en 5-8 años. Dadas las propiedades físicas y mecánicas de su madera, se ha utilizado ampliamente para diferentes fines como juguetes, artesanía, chapa de madera para interiores, aislamiento y pasta de papel (Borrega et al., 2015). Por ello, la madera de balsa tiene una gran demanda en el mercado internacional, principalmente en Europa, China y Estados Unidos. También se utiliza en proyectos de restauración de zonas degradadas (Miyajima et al., 2018; Cañadas-López et al., 2019).
En su hábitat natural, la especie se presenta como árboles individuales en los claros de los bosques tropicales y en grupos mixtos con otras especies. Rara vez crece en rodales densos (Fletcher 1951). La gran dispersión de la balsa en grandes extensiones de bosque hace que su extracción sea difícil y costosa. Por esta razón, la mayor parte de la madera utilizada comercialmente procede de plantaciones, especialmente de Ecuador (Borrega et al., 2015).
A pesar de la demanda de la especie, no se ha investigado mucho sobre su manejo y producción, por lo que es necesario realizar más estudios. En este sentido, la fertilización en viveros para obtener plántulas nutridas que respondan mejor a las condiciones de campo es un tema que sigue siendo una novedad. Muchos autores sostienen que la fertilización en contenedores en la fase de vivero aumenta la supervivencia al mejorar el estado fisiológico de las plantas durante la fase de establecimiento mediante un mayor crecimiento de las raíces (Luis et al., 2009; Trubat et al., 2010). Por lo tanto, el objetivo de esta investigación fue analizar Ochroma pyramidale producida en viveros utilizando la tecnología de las tubetes con el fin de analizar el efecto de la concentración de N, P, K y la frecuencia de fertilización sobre la respuesta morfo-fisiológica de O. pyramidale cultivada en bio-macetas utilizando la metodología de superficie de respuesta (RSM).
La RSM se ha utilizado en varios ámbitos de investigación debido a las ventajas que ofrece, ya que reduce considerablemente los recorridos experimentales. Además, permite encontrar un modelo predictivo de las variables independientes a partir de los factores de estudio.
MATERIALES Y MÉTODOS
Ubicación del experimento
El experimento se realizó en el vivero ubicado en el campus central de la Universidad Estatal Amazónica, Puyo, Ecuador (1° 27' 59.8'' S; 77° 59' 51.6'' O) a una temperatura máxima y mínima promedio dentro del vivero de 28 °C y 17 °C (estación meteorológica Davis Vantage Pro 2), respectivamente.
Material biológico y condiciones experimentales
Las semillas fueron recolectadas de árboles de O. pyramidale en la parroquia Arajuno, Pastaza, Ecuador (1° 13' 01,8'' S; 77° 39' 08,5'' W, 1° 15' 58,1'' S; 77° 37' 31,4'' W, 1° 16' 27,4'' S; 77° 41' 20,3'' W). Posteriormente, en el laboratorio, se seleccionaron las semillas según su morfología y se colocaron en un recipiente con agua para eliminar las semillas vacías. Se desinfectaron con hipoclorito de sodio al 0,5 % y se pusieron en remojo durante 24 horas como tratamiento pregerminativo. A continuación, se sembraron directamente en humus de lombriz con una composición de 2 % de nitrógeno, 0,48 % de fósforo y 1,13 % de potasio, y un pH de 7,08. Además, se añadió un 10 % (v/v) de cáscara de arroz para favorecer la aireación. La producción de plántulas se llevó a cabo en biopots negros de 110 cm-3. La fertilización se inició cuando las plántulas alcanzaron los tres meses de edad (30 plántulas por serie experimental). Se utilizaron tres fertilizantes como fuente independiente de N, P y K. La fuente de nitrógeno fue la urea (46% de N), el fosfato de roca (28 % de P) y el cloruro de potasio (60 % de K) respectivamente.
Respuesta morfofisiológica
Al cuarto mes del cultivo se evaluó la respuesta de aumento de altura (cm), diámetro (mm) y asimilación de CO2 (ìmol m-2s-1). En el caso de la tasa de asimilación fotosintética (A), se midió con un sistema portátil integrado de medición de la fotosíntesis y la fluorescencia de la clorofila con control de microclima totalmente programable (iFL/Cpro-SD, ADC BioScientific Ltd., Herts, UK). Las determinaciones se realizaron entre las 8:00 h y las 11:00 h en diez plántulas, como proponen Ávila-Lovera & Tezara (2018) y Ávila-Lovera et al., (2019), en hojas maduras e intactas. Las condiciones de funcionamiento fueron CO2 ambiental (~ 400ìmol mol-1) asistido por una bombona de CO2 comprimido, 21 % de O2, densidad de flujo de fotones fotosintéticos 1000ìmol m-1s-1 temperatura de la hoja similar a la ambiental 25,4 ± 0,2°C y un déficit de presión de vapor de 4,36 ± 0,4 kPa.
Diseño óptimo (personalizado)
Utilizando el software Design Expert versión 12.0 (número de serie 9847-9696-7992-6750, Stat-Ease Inc., 1300 Godward Street North, Suite 6400 Minneapolis, USA), se realizó el diseño óptimo (personalizado) (Tabla 1) con la concentración de N, P, K como factor numérico y la frecuencia de fertilización como factor categórico. El rango de concentraciones de N, P, K (75-150 mg L-1) en el experimento se seleccionó de acuerdo con los ensayos realizados por Basave-Villalobos et al., (2020). Se aplicó el ANOVA para analizar la influencia de la concentración de N, P, K sobre el incremento de altura, el incremento de diámetro y la asimilación de CO2 de O. pyramidale como variables independientes (P <0,05). La veracidad del modelo se determinó mediante el coeficiente de determinación (R2) y la significación (P) (Tabla 1).
RESULTADOS
Para analizar el efecto de la concentración de N, P, K y la frecuencia de fertilización sobre el incremento de altura, el incremento de diámetro y la asimilación de CO2 de O. pyramidale cultivada en biopots, se realizaron catorce corridas experimentales, partiendo del diseño óptimo (a medida), que permite el mayor incremento de las variables consideradas. La tabla 1 muestra los resultados experimentales y los previstos para la construcción del modelo. Los incrementos en altura estuvieron entre 1,32 y 4,53cm y en diámetro entre 0,8 y 1,29mm respectivamente. En cuanto a las tasas de asimilación, las especies presentaron valores mínimos de 5,3ìmol m-2s-1 y máximos de 15,2ìmol m-2s-1. De los modelos predeterminados por el diseño (Tabla 2), se encontró que = el mejor ajuste para todas las variables fue el modelo cuadrático con un R2= 0,9257 (aumento de altura), R2= 0,9413 (aumento de diámetro) y 0,9361 (asimilación de CO2). Estos resultados indican que el 92,5 %, el 94,1 % y el 93,6 % de la variación total de las variables estuvo determinada por la concentración de N, P, K aplicada (Tabla 2).
Tabla 2. - Resumen de los modelos polinómicos analizados por el programa informático Design Expert sobre el efecto de la concentración de N, P y K y la frecuencia de fertilización sobre el aumento de la altura, el aumento del diámetro y la asimilación de CO2 de Ochroma pyramidale cultivada en biopot
La Figura 1 (A, C y E) muestra los valores predichos y experimentales 120 días después de la germinación para el aumento de altura, el aumento de diámetro y la asimilación de CO2 de O. pyramidale cultivada en biopots. La distribución de los puntos corroboró la capacidad del modelo para cubrir todo el rango experimental. Los valores de R2 y R2 ajustado de las líneas de regresión son cercanos a uno, lo que indica una muy buena correspondencia entre los valores experimentales y los predichos por el modelo sobre los datos experimentales. La Figura 1 (B, D y F) muestra que los datos experimentales cumplen la hipótesis de la distribución normal (Figura 1).
Fig. 1. - Valores experimentales frente a los predichos para el diseño óptimo (personalizado): (A) aumento de la altura; (C) aumento del diámetro; (E) asimilación de CO2; (B, D y F) distribución normal de los datos experimentales
Asimismo, según los resultados de la Tabla 3, se confirmó que la concentración de N, P, K fue un factor significativo (P <0,05) en la respuesta morfofisiológica de la especie para las tres variables de respuesta, mientras que la frecuencia de fertilización para el periodo evaluado no fue significativa (P >0,05).
Basándose en el aumento de altura, el aumento de diámetro, la asimilación de CO2 de O. pyramidale y la función de deseabilidad, se estableció una ecuación de regresión polinómica cuadrática de segundo orden en términos de valores codificados (Ecuación 1, Ecuación 2 y Ecuación 3 a continuación). Según este modelo, se puede predecir la relación de dependencia para cada variable de estudio y las concentraciones de N, P, K aplicadas. Las representaciones gráficas de las ecuaciones de regresión se muestran en la Figura 2 (B, C y D). La significación estadística de las ecuaciones de regresión relativas al modelo polinómico se comprobó mediante la prueba F y el ANOVA (Tabla 3) y (Figura 2). (Ecuación 1); (Ecuación 2) y (Ecuación 3).
DISCUSIÓN
Las prácticas de fertilización cultural en el vivero son importantes en el cultivo de plántulas en contenedor. Estas prácticas tienen una fuerte influencia en el desarrollo morfológico y los niveles de nutrientes de las plántulas (Villar-Salvador et al., 2009). Los resultados obtenidos en nuestra investigación muestran que con mayores concentraciones de N, P y K se favoreció la producción de biomasa. Esto se reflejó en los incrementos de altura y diámetro como consecuencia de una mayor asimilación de CO2, dada la alta correlación encontrada entre las variables (Figura 3E).
El efecto positivo de la fertilización con N, P y K ha sido estudiado por varios autores. Por ejemplo, Hawkins et al., (2005) informaron de que la aplicación de nutrientes a las plántulas de Tsuga heterophylla (Raf.) Sarg. mejoraba el crecimiento. Otros autores afirmaron que el nitrógeno, el fósforo y el potasio son los tres macronutrientes principales que favorecen la tasa fotosintética, el crecimiento de las raíces y el uso eficiente del agua, respectivamente (Fernández et al., 2006). Oliet et al., (2005) afirmaron que los regímenes culturales en la fase de vivero influyen en la calidad de las plantas. Examinaron la influencia de la nutrición mineral en la etapa de vivero en Acacia salicina Lindl. que fue plantada en un sitio degradado en el sureste de España. Comprobaron que la supervivencia era significativamente mayor en las plántulas fertilizadas a altas tasas y que los beneficios iniciales para el crecimiento en el campo asociados a la fertilización en vivero disminuían después de cuatro años. La supervivencia de las plántulas nutridas fue significativamente mayor que la de las no nutridas después de una sequía prolongada a partir del sexto año. Los resultados sugieren que el estado de nutrientes minerales del material de vivero (especialmente el alto contenido de P) puede afectar positivamente al establecimiento a largo plazo de las plántulas de A. salicina en climas mediterráneos semiáridos.
También se ha encontrado que la fertilización de plántulas de Quercus ilex en viveros influye en la morfofisiología y el rendimiento en el campo (Andivia et al., 2011). La fertilización de Pinus tabuliformis Carr. en viveros también indicó efectos positivos en el crecimiento de las plántulas (Shi et al., 2019). En una investigación sobre sustratos y dosis de fertilizantes alternativos en la producción de Pinus cembroides Zucc. en viveros, los autores concluyeron que el uso de una mayor dosis de fertilizante, independientemente de los sustratos utilizados, promovía mayores respuestas de crecimiento de las plantas (Madrid-Aispuro et al., 2020). En otro experimento para analizar la influencia de la fertilización mineral en diferentes medios de cultivo sobre el crecimiento de plántulas de Inga edulis Mart, también se demostró el efecto positivo de la fertilización (Mahmoud y Hussein 2021).
En un estudio sobre el contenido de nutrientes y la fotosíntesis en plantas jóvenes de O. pyramidale realizado en la Amazonía central brasileña, se encontró que, con niveles foliares adecuados de nitrógeno y fósforo, la tasa de asimilación de CO2 fue de 13ìmol m-2s-1(Marenco et al., 2001). Los valores encontrados en nuestra investigación para la mayor dosis de N, P, K utilizada coinciden con los reportados por estos autores y corroboran la respuesta fisiológica de la especie a la fertilización.
CONCLUSIONES
Utilizando la metodología de superficie de respuesta, se encontró una relación polinómica cuadrática de segundo orden entre las variables independientes (concentración de N, P, K y frecuencia de fertilización) y las variables dependientes (aumento de altura, aumento de diámetro y asimilación de dióxido de carbono). En el intervalo estudiado, la frecuencia de fertilización no fue significativa, por lo que es mejor utilizar una única dosis inicial. La mayor concentración de nutrientes aplicada influyó en el aumento de altura y diámetro, así como en la mayor tasa de asimilación de CO2.
