Cultivar cereals a l’ombra: una investigació amb blat i ordi (Agronomia mediterrània, 27/2019)

En el marc del canvi global, un augment de la temperatura mitjana mundial de 2 K en les properes dues dècades tindria, entre les seves conseqüències, una reducció en el rendiment de gra de les collites de blat i ordi de l’ordre del 15-30%. Davant d’aquest panorama, hom ha proposat l’ús de sistemes agroforestals, és a dir cultivar cereals en zones arbrades, de tal manera que les condicions de temperatura i humitat no fossin tan desfavorables. Però això va acompanyat també d’una menor insolació, cosa que pot constituir un problema greu per a cultivars de cereals que han estat seleccionades clàssicament dins d’un monocultiu, sense cap ombra. María Guadalupe Arenas-Corraliza, de Indehesa, centre de recerca de la Universidad de Extremadura, amb seu a Plasencia, dedica part de la tesi doctoral a la determinació dels factors que permeten l’aclimatació dels cereals a ambients de baixa irradiància. En un article publicat a Scientific Reports, Arenas-Corraliza explica els resultats d’un experiment fet en hivernacle en nou cultivars diferents de blat (Triticum aestivum) i d’ordi (Hordeum vulgare), sotmesos a tres nivells diferents de radiació activa fotosintètica (100%, 90% i 50%). Amb l’aclimatació, tan el blat com l’ordi augmentava el rendiment de gra en un 19% en les condicions del 50% d’irradiància. En el cas de l’ordi, l’aclimatació tenia un caràcter fisiològic, mentre que en el blat hi havia una aclimatació morfològica (augment de la superfície foliar). L’ordi sembla més tolerant a l’ombra que no pas el blat, si atenem als valors de respiració fosca, de punt de compensació de llum i de rendiment màxim. L’ordi aclimatat a l’ombra mostra uns valors inferiors de la ratio carotenoids/clorofil·la i canvis en els sistemes fotoquímics. El més important, però, és que els experiments d’Arenas-Corraliza et al. assenyalen que cultivars ben presents en els camps extremenys tenen la plasticitat suficient per adaptar-se a l’ombra i integrar-se, així, en cultius agroforestals.

Espigues de blat

Cereals a l’ombra

Mª Guadalupe Arenas Corraliza és estudiant de doctorat del Departament de Biologia Vegetal, Ecologia i Ciències de la Terra de la Universidad de Extremadura (Unex). Treballa al Instituto de Investigación de la Dehesa (Indehesa), centre adscrit a la Unex, amb seu a Plasencia. També forma part d’Indehesa, el seu director de tesi, Gerardo Moreno, del Grupo de Investigación Forestal de la Unex. D’aquest mateix grup i d’Indehesa són Victor Rolo i María Lourdes López-Díaz.

La idea experimental fou concebuda per Arenas-Corraliza i Moreno. Arenas-Corraliza i López-Díaz dugueren a terme l’experiment. Rolo feu l’anàlisi estatística. Arenas-Corraliza redactà el primer esborrany de l’article, al qual contribuí després Rolo. L’article fou tramès a Scientific Reports el 3 d’abril, i fou acceptat el 20 de juny. Es publicà el 2 de juliol.

L’experiment es finançà en part amb els projectes Agforward i CMT-2016-80176-C2-2-R. López-Díaz i Moreno en feren la supervisió. Cal dir que mentre Rolo s’ha reincorporat a Indehesa a través del Programa Juan de la Cierva després d’estades post-doctorals a Brno i a Pretòria, Arenas-Corraliza fa la tesi amb una beca del Ministeri.

Els projectes d’investigació agroforestal de Moreno i López-Díaz es realitzen en el context d’un canvi global, marcat per l’escalfament climàtic i l’escassedat de noves terres cultivables. Aquests factors potser ja contribueixen ara a l’estagnació en els rendiments de les collites, que havien experimentat dècades i dècades d’expansió. En el cas de l’ordi o del blat, es calcula que el rendiment de la collita global podria reduir-se en un 15-30% en les properes dues dècades per l’augment de 2 K en les temperatures mitjanes mundials.

La millora de les collites en les dècades anteriors no es basava exclusivament en l’expansió sinó també en la intensificació. Ara bé, la mateixa intensificació té límits tecnològics i econòmics. Davant d’aquests límits s’ha postulat una mena d’intensificació ecològica, en el sentit de millorar l’ús dels recursos ecosistèmiques. Un exemple d’intensificació ecològica són els sistemes agroforestals, és a dir el cultiu en entorns més o menys arbrats. Els entorns arbrats tenen un efecte temperador davant de la calor, del fred o del vent, i ajuden a retindre millor la humitat del sòl. Ara bé, els arbres també tenen efectes negatius sobre els cultius (ombra, competència pels recursos nutricis del sòl), sense entrar en les problemàtiques de l’accessibilitat de treballadors i maquinària. Són aquests problemes els que fan que la majoria de cultius de cereals, de llegums, etc., es facin en zones deforestades i com a monocultiu. De retruc, això fa que la majoria de cultivars hagin estat seleccionades en aquestes condicions de plena insolació. En l’entorn mediterrani, on aquesta plena insolació es fa més efectiva per la major freqüència de dies sense núvols, el desenvolupament agroforestal requerirà de programes selectius per al desenvolupament de noves varietats. D’altra banda, el fet que en la zona mediterrània els nivells d’irradiància arribin a superar els propis requeriments de molts cultius, fa atractiu pensar en els efectes beneficiosos d’una estratègia agroforestal per pal·liar els excessos tèrmics i d’eixutesa.

En pensar el seu experiment Arenas-Corraliza et al. partien de tres idees:
– l’ombra redueix el rendiment de gra del blat, tal com assenyalen experiments previs. En canvi, l’ordi, cereal més resistent a l’estrès, hauria de suportar les condicions de baixa irradiància sense perdre rendiment.
– la resistència de l’ordi a l’ombra seria facilitada per una adaptació fotosintètica i morfològica.
– les cultivars actuals, seleccionades totes elles en condicions d’irradiància màxima, no ofereixen prou variabilitat com per ésser aprofitades en programes de selecció orientats a condicions d’ombra.

L’experiment

L’experiment es dugué a terme en un dels hivernacles a cel obert del Centro de Agricultura Ecológica y de Montaña (CAEM), a Plasencia, en l’entrada a la Valle de Jerte, entre el novembre del 2016 i el juny del 2017.

Les cultivars emprades d’ordi (Hordeum vulgare L.) foren les següents:
– Hispànica (B1).
– Lavanda (B2).
– Luzia (B3).
– Kalea (B4).
– Lagalia (B5).
– Carolina (B6).
– Meseta (B7).
– Ibaiona (B8).
– Crescendo (B9).

Aquestes nou cultivars d’ordi eren o molt precoces (B1-B3), precoces (B4-B6) o intermèdies (B7-B9) en termes de data de floració.

Les cultivars emprades de blat (Triticum aestivum L.) foren les següents:
– Nogal (W1)
– Nudel (W2).
– Tocayo (W3).
– Algoritmo (W4).
– Paledor (W5).
– Solehio (W6).
– Toskani (W7).
– Somontano (W8).
– Nemo (W9).

Aquestes nou cultivars de blat eren o molt precoces (W1-W3), precoces (W4-W6) o intermèdies (W7-W9).

Les llavors emprades eren aportades pel Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura (CICYTEX) en el marc del Grupo para la Evaluación de Nuevas Variedades de Cultivos Extensivos en España (GENVCE).

En l’experiment, el nivell d’irradiància era considerat el bloc principal, i cada cultivar era tractada com a subbloc. Per a cada tractament i cultivar s’utilitzaven sis testos (l’experiment, doncs, era sextuplicat). Cada test feia 13 x 13 x 17 cm: el 18 de novembre del 2016 s’hi plantaven 4 llavors en cada test. El novembre els restos foren fertilitzats i el febrer del 2017 reberen un suplement d’urea.

Els nivells d’irradiància considerats (en termes de radiació fotosintèticament activa) foren de: 100%, 90% i 50%. Per fer els nivells s’utilitzaven xarxes de polietilè penjades de les estructures de l’hivernacle: la malla de les xarxes era de 2,25 cm2 en cas del 100%, de 0,0075 cm2 en el 90% i de 0,0026 cm2 en el 50%. Les xarxes, en qualsevol cas, eren a més de 1,5 metres de les plantes. Les xarxes s’instal·laren el 7 d’abril del 2017, quan començaren a brollar els cereals plantats, que assoliren la maduresa vers del 15 de juny del 2017.

Les condicions ambientals en l’hivernacle eren registrades per dataloggers. Durant la primavera, la irradiància màxima mitjana en el 100% fou de 1680 µmol·m-2·s-1, en el 90% de 1390 i en el 50% de 965. La informació sobre la humitat era aprofitada per programar la irrigació dels testos.

El 14 de juny, es practicà la collita de tots els testos. Les plantes foren dessecades a 60°C i es comptaren i pesaren tots els grans de totes les espigues de cada test. D’ací surt la xifra de rendiment de gra en termes de g·m-2.

Els paràmetres fotosintètics s’obtingueren durant el període de floració, en la part mitjana de la primera fulla del blat o de la segona fulla de l’ordi. Per a cada test, s’utilitzava únicament una planta. Les fulles eren observades en una analitzador de gasos, en unes condicions de 25°C, 65% d’humitat relativa i 400 ppm de CO2, per tal d’obtindre’n les respostes fotosintètiques a diferents intensitats:
– la respiració fosca, és el nivell de producció de CO2 quan la fulla no és irradiada
– el punt de compensació lumínica, que és el nivell d’irradiació on la fotosíntesi neta és igual a 0.
– la fotosíntesi màxima neta
– el punt de saturació de llum, a partir del qual la fotosíntesi neta ja no augmenta.
– el rendiment quantitatiu màxim.

Les fulles també foren analitzades en el fluoròmetre de clorofil·la:
– fluorescència d’estadi estacionari.
– fluorescència màxima adaptada a la llum.
– fluorescència mínima de l’estat adaptat a la llum.
– eficiència quàntica del fotosistema II.

Altres mostres de fulles foren utilitzades en la valoració dels pigments (clorofil·la a i b, carotenoids).

També es prengueren dades de la relació entre àrea i massa de fulla.

L’anàlisi estatística es realitzà amb un model additiu generalitzat per a les corbes fotosintètiques i els paràmetres de fluorescència. Per als pigments fotosintètiques, l’àrea i massa foliars i el rendiment de gra, utilitzaren models lineals mixtos.

El rendiment de gra creix en el tractament de reducció de la irradiància

En la reducció al 50% de la irradiància s’aconsegueix un augment del rendiment de gra tant pel que fa a l’ordi com al blat. En el cas de l’ordi, l’augment del 19% en el rendiment de gra s’assoleix en el tractament del 50%. En el cas del blat, l’augment del 19% ja s’assoleix en el tractament del 90%.

La reducció del 50% de la irradiància s’acompanya d’un augment de la clorofil·la. En el cas de l’ordi, l’augment és del 54% per a la clorofil·la a i del 53% per a la clorofil·la b. En el cas del blat, l’augment és del 53% per a la clorofil·la a i del 36% per a la clorofil·la b. Es tracta d’una adaptació que permet a la planta d’utilitzar la llum disponible de manera més eficient.

La ratio entre carotenoids i clorofil·la disminueix en un 21% en l’ordi exposat a un 50% de la irradiància. En canvi, en el blat, no hi ha una alteració en aquesta ratio.

En el cas de l’ordi, es detecten canvis en els paràmetres de fluorescència del fotosistema II en les plantes exposades a una menor irradiància. Aquests canvis mostren una adaptació a les condicions d’il·luminació.

L’àrea per massa foliar disminueix tant en el cas de l’ordi com en el del blat per a plantes exposades a menor irradiància. En el cas del blat, s’observa un augment de l’àrea foliar en les plantes exposades a menor irradiància, però aquest canvi no apareix en l’ordi.

La plasticitat de les divuit cultivars analitzades

Algunes cultivars no mostraven gens d’aclimatació, i d’altres experimentaven forts canvis. En termes agregats, el blat assolia el màxim rendiment de gra a un 90% d’irradiància, i l’ordi ho feia al 50%.

La cultivar d’ordi que millor respon a la reducció d’irradiància en termes de rendiment de gra és la “Meseta” (B7). Les cultivars de blat que milloren el rendiment amb la retallada de la irradiància són la Paledor i la Solehio.

L’aclimatació: factors fisiològics i anatòmics

Arenas-Corraliza et al. admeten que no s’esperaven trobar que tant l’ordi com el blat responguessin positivament en termes de rendiment de gra a la introducció d’ombra. Consideren que aquestes dades s’han de contextualitzar en la bonior del clima mediterrani. Així doncs, en la zona mediterrània, fins i tot les variants actuals poden treure un profit de certs nivells d’ombra.

Val a dir, que en un sistema agroforestal, el cultiu de cereal no tan sols “pateix” l’ombra dels arbres, sinó també l’efecte de la competència pels recursos del sòl. Però, en certa mesura, aquesta competència es pot tractar a través d’irrigació o fertilització, o es pot evitar si s’utilitzen arbres caducifolis que no brollen fins quan els cereals ja han fet bona part de la captació dels nutrients necessaris.

L’ordi, en aquest experiment, mostrava indicis d’una bona aclimatació fisiològica a l’ombra. Per exemple, la disminució en la ratio clorofil·la a:clorofil·la b, adapta la planta a concentrar-se en l’aprofitament de la fracció més energètica (“més blava”) de la llum visible. La disminució en la ratio caroteinoids:clorofil·la respon al fet que l’ordi, sota l’ombra, no requereix tant de pigment fotoprotector.

Les corbes de resposta fotosintètic a la llum que presenten l’ordi i el blat porten a Arenas-Corraliza et al. a definir l’ordi com un cereal més apte per a l’ombra, i al blat com més apte per al sol. Així, l’ordi oferiria més potencialitats en sistemes agroforestals.

L’adaptació a l’ombra que presenta l’ordi en aquests experiments també es manifesta en un menor eficiència de transferència electrònica a través dels processos fotoquímics. Però això mateix es pot interpretar com una capacitat de l’ordi per adaptar-se a diferents ambients lumínics.

Ordi

Si l’ordi guanya en adaptació fisiològica a l’ombra, el blat ho fa en l’adaptació anatòmica. El blat exposat a ombra presenta una expansió de l’àrea foliar.

Arenas-Corraliza et al. consideren que les cultivars comercialitzades actuals d’ordi i de blat tenen prou potencial com per servir de base a programes de selecció orientats a l’obtenció de variants òptimes per a sistemes agroforestals. Aquests sistemes agroforestals tenen especial sentit en climes d’alta irradiància com el mediterrani, i poden ajudar a mitigar els efectes associats al canvi climàtic en el rendiment cerealístic.

Lligams:

Wheat and barley can increase grain yield in shade through acclimation of physiological and morphological traits in Mediterranean conditions. M. G. Arenas-Corraliza, V. Rolo, M. L. López-Díaz, G. Moreno. Sci. Rep. 9: 9547 (2019).

 

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: