Respuesta al déficit hídrico del cafeto (Coffea arabica L.) en diferentes fases de desarrollo
The coffee tree (Coffea arabica L.) response to water deficit in different development phases
Dr.C. Felicita González-RobainaI, Dr.C. Enrique Cisneros-ZayasI, Dr.C. Eugenio MontillaII
I Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola, Boyeros, La Habana. Cuba,
II Instituto de Investigaciones Agropecuarias (IIAP), ULA, Venezuela.
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RESUMEN
En Cuba el café es un rubro exportable de significativa importancia económica. En los últimos años el rendimiento se ha deprimido, entre otras causas, por la disminución de las precipitaciones y la baja disponibilidad de agua para el riego. La mayoría de los cultivos poseen períodos críticos en los cuales un déficit hídrico produce serios problemas a la producción final, estos daños dependen de la duración y de la fase de desarrollo de la planta. Es por ello que el presente trabajo tuvo como objetivo estudiar el factor de sensibilidad (Ky) del cafeto, sometido a déficit hídrico en diferentes estadios fenológicos. El estudio se llevó a cabo en la provincia Pinar del Río, en plantaciones de cafeto var. caturra rojo en fase de producción, con una densidad de 5000 plantas ha-1. El suelo se clasifica como Alítico Amarillento de Baja Actividad Arcillosa Típico y el diseño experimental utilizado fue bloques al azar con seis tratamientos y cuatro repeticiones. Para el balance hídrico se utilizó el método de Balance de Masas y para cuantificar el efecto del estrés hídrico sobre la producción agrícola se utilizó la relación entre la disminución relativa del rendimiento y el déficit relativo de evapotranspiración. Como resultado se tiene que la reducción relativa del rendimiento fue más acentuada en la fase de fructificación-desarrollo del fruto con un valor de 0,58. El valor promedio del Ky en todas las fases fue de 0,52, indicando que el cafeto es tolerante al déficit hídrico y se recupera parcialmente del estrés.
Palabras clave: respuesta al agua, evapotranspiración, rendimiento.
ABSTRACT
Coffee is a remarkable exportable item of Cuban economy. In the last years, its yield has been depressed, among other causes, for rainfalls scarcity and low availability of water for irrigation. Most of crops possess critical periods in which water deficit produces serious problems to the productive process, these damages depend on the duration and on the plant development phase, for that reason the present work was aimed at studying sensitivity factor on coffee tree, subjected to water deficit in different phenological stages. The study was carried out at Pinar del Río province, in coffee plantations var. Red Caturra in the production phase, with a density of 5 000 plants ha-1. The soil was classified as Yellowish Alitico of Low Typical Loamy Activity and the experimental design used was random blocks with six treatments and four repetitions. For water balance, Masses Balance Method was used and to quantify the effect of water deficit on the yield, the relationship between relative yield decrease and relative evapotranspiration deficit was used. As a result, the relative yield reduction was accented in the phase of fructification-development of the fruit with a value of 0.58. Average value of crop sensitivity factor to water deficit (Ky) in all phases was of 0.52, indicating that coffee is tolerant to water deficit and it recovers partially from stress.
Keywords: water response, evapotranspiration, yield.
INTRODUCCIÓN
]]> El café se considera el principal producto agrícola de consumo en el mundo con un mercado que genera anualmente más de 90 billones de dólares. Cerca de 8% de la población mundial, unos 500 millones de personas, están involucradas en el mercado del café, desde su siembra hasta su consumo final.En la actualidad muchas regiones cafetaleras del mundo se han visto afectadas por prolongados períodos de sequía, debido a la disminución de las precipitaciones provocadas por la variabilidad del cambio climático, y esto ha provocado importantes reducciones en los rendimientos.
Es un hecho ampliamente conocido la sensibilidad particular que cada fase de desarrollo de un cultivo presenta a los factores ambientales. Particularmente en el caso del estrés hídrico, la fase de floración parece ser la más sensible en la mayor parte de los cultivos en que su producto final lo constituyen granos o frutos; lo cual ha sido ampliamente documentado en estudios de Farré y Faci (2006), de la Casa y Ovando (2007), y Steduto et al. (2012).
Estos resultados están en concordancia con el hecho de que, independientemente de la época de siembra, la mayor tasa de evapotranspiración de los cultivos se produce en las fases de floración y maduración, que son las etapas de desarrollo de mayor actividad fisiológica.
Stewart et al. (1977), desarrollaron un modelo general para relacionar la pérdida relativa del rendimiento y el déficit relativo de evapotranspiración. Doorenbos y Kassam (1986), y posteriormente Kipkorir et al. (2002), Fabeiro et al. (2003), Allen et al. (2006), Ferreira y Gonçalves (2007), Rodrigues y Pereira (2009), Dehghanisanij et al. (2009), Pereira et al. (2009), y Garg y Dadhich (2014), han utilizado esta relación lineal para cuantificar la respuesta al déficit hídrico de los cultivos agrícolas, mediante el factor de respuesta del rendimiento (Ky) o sensibilidad al déficit. Este factor describe la reducción relativa de la productividad en función de la reducción de la ET generada por el déficit de agua para el consumo de la planta.
La gran utilidad de este tipo de aproximación está dada en la posibilidad de comparar estrategias de riego para escoger las que mejor respondan a los intereses del caso de estudio y evaluar los impactos del estrés hídrico sobre la producción agrícola. Además es la más utilizada como función agua-rendimiento en modelos de simulación como el WINISAREG para la programación del riego (Popova et al., 2006; Chaterlán, 2012) y en el modelo AquaCrop, propuesto por la FAO para simular la respuesta al agua para una gran variedad de cultivos por su gran capacidad de mantener un equilibrio suficiente entre la exactitud, simplicidad, robustez y de extrapolación inclusive a escenarios climáticos futuros (Hsiao et al., 2009; Raes et al., 2010; Nazeer y Alí, 2012). El trabajo tuvo como objetivo estudiar el factor de sensibilidad al déficit hídrico del cafeto (Coffea arabica L.), sometido a déficit hídrico en diferentes estadios fenológicos.
MÉTODOS
Los trabajos experimentales se desarrollaron en la localidad de Pueblo Nuevo, de la Empresa Forestal Integral (EFI) La Palma, provincia Pinar del Río, ubicada en las coordenadas, conforme LAMBERT, Cuba Norte de latitud 22°46´ N y longitud 82°52´ E. La altura sobre el nivel medio del mar varió entre 150 m y 180 m. La topografía es regularmente llana con pendientes que van hasta el orden del 1%.
Las investigaciones se ejecutaron en plantaciones de cafeto (Coffea arabica. L.) var. Caturra rojo, en fase de producción de 12 años de edad, con un área de 1,40 hectáreas netas, el marco de plantación fue de 2,00 m x 1,00 m, para una densidad de 5 000 plantas ha-1, bajo sombra controlada de piñón (Glirisidia Spediun. Sp.) típico de la zona. Se utilizó el método de riego localizado superficial con emisores espaciados a 1,00 m insertados en el lateral de PEBD de 25 x 21 mm, dispuestos uno por hilera de plantas.
]]> La zona se caracteriza por una pluviometría promedio de 1 682,0 mm (media de 24 años, INSMET, 2011) distribuidas el 23,5% en el período poco lluvioso (noviembre-abril) y 76,5% en el período lluvioso (mayo-octubre). La evapotranspiración de referencia (ETo) fue de 1 724,5 mm. La distribución mensual de la lluvia y la evapotranspiración promedio aparecen en la Figura 1, donde se puede observar que en los meses de enero-abril, la ETo supera la precipitación, coincidiendo con los meses donde fue posible establecer los tratamientos con déficit hídrico en diferentes fases de desarrollo del cafeto.El suelo en que se efectuaron las investigaciones se clasifica como Ferralítico Cuarcítico Amarillo Rojizo Lixiviado según la segunda clasificación genética de los suelos de Cuba, que se corresponde con un Alítico Amarillento de Baja Actividad Arcillosa Típico según Hernández et al. (2003), citado por Cid et al. (2012).
El diseño experimental utilizado fue bloques al azar con seis (6) tratamientos y cuatro (4) repeticiones. El área de cálculo fue de 24 m ² (6 x 4 m) y se tomaron 8 plantas por réplicas para un total de 32 plantas por tratamiento. Los tratamientos estuvieron en función de la aplicación del déficit hídrico en diferentes fases de desarrollo del cultivo : T1, sin déficit hídrico en ninguna de las fases; T2, déficit en la fase de floración-fructificación; T3, déficit en la fase de fructificación desarrollo del fruto; T4, déficit en la fase de maduración-cosecha, T5 déficit en la fase vegetativa y T6 déficit en todas las fases .
El momento de riego y el volumen de aplicación fueron controlados por el método gravimétrico mediante la toma de muestras de suelo por capas de 0,10 m hasta la profundidad de 0,60 m, el tratamiento control fue el T1.
La toma de muestras de suelo para conocer el contenido de humedad en el mismo se llevó a cabo en aquellos lugares libres de arvenses y alejados de los árboles de sombra, procurando siempre que la extracción de agua fuera representativa de la zona de consumo del cafeto. Estos valores se utilizaron en el balance hídrico que permitieron definir las necesidades del sistema cafeto - arbolado en cada fase. Para la cuantificación de los balances hídricos por el método de Balance de Masas, se utilizó la ecuación general de balance y los métodos de cálculo según López (2002):
donde:
DA - variación en la lámina almacenada hasta la profundidad considerada para el balance (mm);
P - precipitación (mm);
]]> I - agua aplicada durante el riego (mm), correspondiente a la dosis de riego aplicada de acuerdo a la frecuencia empleada;DS - escurrimiento superficial, que fue despreciado por ser un área pequeña y relativamente plana, además los ingresos (P+I) no sobrepasaron en ningún momento la lámina correspondiente a la saturación del suelo;
DI - drenaje interno, determinado como la integral del flujo de drenaje a la profundidad de la zona considerada para el balance (qz), en un intervalo de tiempo determinado (Dt = t2-t1).
donde:
q - flujo en cm∙día-1, determinado como:
donde:
]]> K(q) - conductividad hidráulica no saturada (cm.día-1) en función de la humedad volumétrica (cm3 ·cm-3).Esta se determinó a partir de la curva tensión-humedad ajustada al modelo de Van Genuchten que se sustituyó en la función de Mualem (1976), citado por López (2002).
dH/dZ - variación de potencial total, que en este caso se consideró como gradiente unitario dados los altos valores de humedad que mantiene el manejo del riego localizado.
La evapotranspiración (ET) se obtuvo despejando de la expresión general de balance hídrico (expresión 1):
Para cuantificar el efecto del estrés hídrico sobre la producción agrícola se utilizó la relación entre la disminución relativa del rendimiento y el déficit relativo de evapotranspiración propuesta por Stewart et al. (1977), y Doorenbos y Kassam (1986), que se relacionan a través de un factor empírico denominado factor de respuesta al agua o de sensibilidad al déficit hídrico de los cultivos (Ky):
donde:
]]> R - rendimiento real del cultivo, t ha-1;Rmax- rendimiento máximo obtenido en el mejor tratamiento de un cultivo bien adaptado en excelentes condiciones, cuando ET=ETmax, t ha-1;
ET - evapotranspiración real, mm;
ETmax- evapotranspiración máxima obtenida en el mejor tratamiento, mm; Ky – factor de sensibilidad del cultivo al déficit hídrico, adimensional.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Tabla 1 se muestran los valores medios del factor de sensibilidad al déficit hídrico (Ky) para diferentes fases de desarrollo el cafeto. Se puede observar que los valores medios de Ky en los tratamientos 4 y 5, sometidos a déficit hídrico en las fases de maduración-cosecha y vegetativa, respectivamente, fueron los más bajos, donde el déficit hídrico tuvo poco efecto sobre el rendimiento del cafeto.
La reducción relativa del rendimiento fue más acentuada en la fase de fructificación-desarrollo del fruto (T3) con un valor de 0,58, similar al 0,55 obtenido en la fase de floración–fructificación (T2), y coincidiendo con los resultados de Cordeiro et al. (1998), que obtuvieron los mayores valores de Ky en las fases floración y llenado del grano en el cultivo del frijol. Demostrando que, aunque los valore de Ky están por debajo de uno, estas son las fases de mayor sensibilidad al déficit hídrico. El valor promedio del factor de sensibilidad al déficit hídrico Ky en todas las fases fue de 0,52.
El valor de Ky en el tratamiento con déficit hídrico en todas las fases (T6) fue el mayor en relación al resto de los tratamientos (0,82). Este valor de Ky sugiere que para un déficit hídrico planificado de un 50%, se puede esperar una pérdida relativa de rendimiento de un 41%, lo que equivale a un rendimiento máximo esperado de 1,66 t ha-1.
En la Figura 2 se resume de forma esquematizada los valores de Ky para déficit hídrico durante diferentes fases del ciclo de crecimiento y desarrollo del cafeto.
]]> Estos resultados coinciden con lo planteado por De Santa Olalla y De Juan (1993), y Steduto et al. (2012), los cuales afirman, considerando las distintas etapas del ciclo biológico, que la disminución del rendimiento debido al déficit hídrico es relativamente pequeña para la etapa de crecimiento vegetativa y maduración del fruto o grano, según el cultivo, y relativamente mayor para la etapa de floración y formación de la cosecha.Para el cultivo del cafeto Rezende et al. (2010), plantean que el tamaño de los frutos está fuertemente influenciado por las condiciones hídricas de la planta, puesto que en condiciones adecuadas de humedad ocurre la mayor expansión de los frutos, que se traduce en un mayor tamaño.
Según estudios de Rena y Maestri (2000), el agua es responsable de la expansión del endocarpio a través de la presión de turgencia ejercida antes de la lignificación, influyendo en el tamaño de la semilla. Por otra parte Camargo (1985), plantea que la ocurrencia de estrés hídrico en la planta durante la fase de fructificación-desarrollo del fruto, atrasa su crecimiento y aumenta el porcentaje de granos vanos.
El efecto del estrés hídrico fue observado también por Bomfim-Neto (2006), en un experimento en Minas Gerais donde comprobó que las parcelas regadas tuvieron un incremento del 35% de productividad de granos de mayor tamaño.
Todo lo anterior se corresponde con lo planteado por Carvajal (1984), refiriéndose a que en el surgimiento de granos vanos juega un papel importante la desnutrición (fertilización y absorción de nutrientes por vía hídrica).
En publicaciones de la FAO de referencia para estos estudios (Doorenbos y Kassam, 1986; Steduto et al., 2012), no se informan valores del factor de sensibilidad para el cafeto, por lo que en este trabajo no fue posible establecer comparaciones con otros autores, por lo que los resultados obtenidos pueden constituir valores de referencia para futuras investigaciones en Cuba.
CONCLUSIONES
-Los valores del factor de respuesta del rendimiento (Ky) del cafeto, en todos los tratamientos estudiados, fueron inferiores a 1, indicando que el cafeto es tolerante al déficit hídrico y se recupera parcialmente del estrés.
-La sensibilidad al déficit hídrico (Ky) en las diferentes fases de desarrollo del cafeto varió en el siguiente orden: déficit en todas las fases > déficit en la fase de fructificación desarrollo del fruto > déficit en la fase de floración-fructificación > déficit en la fase vegetativa > déficit en la fase de maduración-cosecha.
]]> -El factor de respuesta del rendimiento o factor de sensibilidad (Ky) obtenido para este cultivo resulta menos que proporcional al déficit hídrico, factor no publicado en la literatura por lo que constituye un aporte y un valor de referencia para otros estudios en las condiciones edafoclimáticas de Cuba.
NOTA
La mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni por el editor.
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Felicita González-Robaina, Inv. Titular, Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), Boyeros, La Habana. Cuba, E-mail: dptoambiente4@iagric.cu
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