En términos agronómicos, la planta cultivada constituye la unidad básica de producción agropecuaria, en tanto que la atmósfera y el suelo poveeen los recursos esenciales de bióxido de carbono, agua, nutrientes minerales y radiación solar (energía luminosa), de los cuales depende el proceso de fotosíntesis o producción biológica primaria.
Todas las plantas varían en sus requerimientos físicos para su máximo desempeño y en sus rangos de tolerancia a las condiciones físicas, más allá de las cuales su crecimiento y/o desarrollo se ve limitado.
El clima -el promedio de las condiciones ambientales a largo plazo- es, a escala global, el más importante 'factor limitante'. Mientras que la planta silvestre o no cultivada, requiere condiciones climáticas que le aseguren una regeneración exitosa, la planta cultivada, o cultivar, demanda de aquellas condiciones que le permitan una alta probabilidad de una producción (rendimiento) satisfactoria y relativamente consistente de la parte o partes por la cual ha sido específicamente cultivada.
El clima -el promedio de las condiciones ambientales a largo plazo- es, a escala global, el más importante 'factor limitante'. Mientras que la planta silvestre o no cultivada, requiere condiciones climáticas que le aseguren una regeneración exitosa, la planta cultivada, o cultivar, demanda de aquellas condiciones que le permitan una alta probabilidad de una producción (rendimiento) satisfactoria y relativamente consistente de la parte o partes por la cual ha sido específicamente cultivada.
En agricultura comercial un rendimiento 'satisfactorio' constituye la cantidad y/o cualidad del producto cosechable que brinda el máximo retorno financiero; en cambio, para las economías de subsistencia, es aquella que provee suficiente alimento entre la última cosecha y la siguiente.
CLIMA Y CRECIMIENTO DEL CULTIVO
La cantidad y tasa de crecimiento en cualquier planta, depende de la diferencia entre fotosíntesis bruta y neta - el proceso durante el cual son formados compuestos orgánicos complejos (carbohidratos). Estos proveen la energía para el metabolismo orgánico (crecimiento y desarrollo) y para construir los bloques a partir de los cuales las proteínas y las grasas son eventualmente sintetizados.
De no existir escasés de agua, los factores estrechamente relacionados de temperatura y luz, determinan la tasa y cantidad del crecimiento vegetal; y esta relación ha constituído la base para una distinción empírica, establecida ya hace mucho tiempo, entre cultivos de las regiones tropical, subtropical, templada y templada-fría a escala mundial.
Más recientemente se ha demostrado que esta distribución zonal está relacionada con las diferencias en los procesos bioquímicos involucrados en la fotosíntesis - o en lo que se conoce como las específicas vías fotosintéticas de los cultivos específicos. Estas vías o mecanismos de fotosíntesis son: el Carbono -3 (C3, ciclo de Calvin), el Carbono - 4 (C4) y el Mecanismo Ácido de las Crasuláceas (CAM, por sus siglas en Inglés).
Sobre la base del rango operativo de tolerancia a la temperatura y a la intensidad de la luz, los cultivares se ubican en cinco principales grupos. I y II (especies C3), III y IV (especies C4) y V (especies CAM). Tivy (1990), estableció que a altas temperaturas e intensidades luminosas, los cultivares C4 son fotosintéticamente más eficientes que los cultivares C3; que las tasas máximas de crecimiento por unidad de área foliar en especies C4 puede ser de dos a tres veces más grande comparada con aquellas de especies C3. Éstas incluyen a los cereales de clima templado, a la papa y al arroz; las primeras a los cultivares tropicales como el sorgo, maíz y caña de azúcar.
Sin embargo, las respuestas del máximo crecimiento dependen, tanto en los cultivares C3 como en los C4, de la presencia de ciertas condiciones ambientales favorables. Los cultivares C3 alcanzan el máximo crecimiento bajo temperaturas más frías e intensidades de luz más bajas que las especies C4. A pesar de esto, bajo óptimas condiciones para las especies C3, la diferencia entre las tasas de crecimiento de las especies C4 y C3, es relativamente pequeña.
Las especies que utilizan la vía CAM pertenecen a varias familias de plantas suculentas, tan bien adaptadas a los ambientes cálidos y áridos, con amplios rangos de temperaturas diurnas. Sin embargo, existen solo dos cultivares de importancia para la agiícultura - el sisal y la piña.
CLIMA Y CRECIMIENTO DEL CULTIVO
La cantidad y tasa de crecimiento en cualquier planta, depende de la diferencia entre fotosíntesis bruta y neta - el proceso durante el cual son formados compuestos orgánicos complejos (carbohidratos). Estos proveen la energía para el metabolismo orgánico (crecimiento y desarrollo) y para construir los bloques a partir de los cuales las proteínas y las grasas son eventualmente sintetizados.
De no existir escasés de agua, los factores estrechamente relacionados de temperatura y luz, determinan la tasa y cantidad del crecimiento vegetal; y esta relación ha constituído la base para una distinción empírica, establecida ya hace mucho tiempo, entre cultivos de las regiones tropical, subtropical, templada y templada-fría a escala mundial.
Más recientemente se ha demostrado que esta distribución zonal está relacionada con las diferencias en los procesos bioquímicos involucrados en la fotosíntesis - o en lo que se conoce como las específicas vías fotosintéticas de los cultivos específicos. Estas vías o mecanismos de fotosíntesis son: el Carbono -3 (C3, ciclo de Calvin), el Carbono - 4 (C4) y el Mecanismo Ácido de las Crasuláceas (CAM, por sus siglas en Inglés).
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| Características de los diferentes tipos de plantas C3, C4 y CAM |
Sin embargo, las respuestas del máximo crecimiento dependen, tanto en los cultivares C3 como en los C4, de la presencia de ciertas condiciones ambientales favorables. Los cultivares C3 alcanzan el máximo crecimiento bajo temperaturas más frías e intensidades de luz más bajas que las especies C4. A pesar de esto, bajo óptimas condiciones para las especies C3, la diferencia entre las tasas de crecimiento de las especies C4 y C3, es relativamente pequeña.
Los rangos geográficos de los cultivares de los grupos II y III, tienden a traslaparse. Dadas altas intensidades de luz, los cultivares del Grupo IV (C4), como el maíz, pueden alcanzar altos rendimientos en climas templados continentales matizados por altas cantidades de insolación y altas temperaturas durante el verano. De igual modo, los cultivares del Grupo II (C3), como el arroz, pueden dar altos rendimientos en regiones tropicales, donde el clima monzónico, combina altas intensidadesde luz y temperatura durante la fase fenológica del llenado-del-grano, al comienzo de la estación seca.
Los cultivares C3, generalmente con temperaturas por debajo del óptimo, en comparación con los cultivares C4, no rinden bien, sobre todo, si están bajo condiciones subtropicales, mientras que estos últimos, con altos rangos de temperatura para el crecimiento (10 - 25º) están excluídos de las áreas templado frías.
El grupo final comprende las especies CAM, las cuales están adaptadas a crecer exitosamente en hábitats deficitarios en agua. Estas poseen un mecanismo fotosintético y una respuesta a la temperatura similar al Grupo C4, también son capaces de absorber y almacenar el bióxido de carbono durante la noche (cuando sus estomas permanecen abiertos) y fotosintetizar durante el día (cuando cierran sus estomas).
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| Ananas comosus L. |
Para cada fase de crecimiento de un cultivar en particular, hay un rango de
temperatura, dentro del cual el crecimiento y el desarrollo pueden tener lugar.
Las temperaturas cardinales (o umbral de temperatura) son: la mínima, por debajo de la cual hay calor insuficiente
para la actividad biológica; la óptima,
donde las tasas de los procesos metabólicos están a su máximo; y, la máxima por encima de la cual cesa el
crecimiento (si temperatura se mantiene elevada, incluso puede ser dañina o letal).
Yao (1981)[1], señala las temperaturas cardinales para cereales así: 0-5 ºC, 25-31 ºC y 31-37 ºC. Además, algunos cultivos son termoperíodicos en su respuesta a la temperatura, en cuanto a que requieren una alternancia de noches cortas con las más altas temperaturas diurnas para el éxito en su crecimiento y desarrollo. Otros requieren acumular frío invernal (p. ej. vernalización o dormancia hasta la ‘entrada de la primavera’), para que la floración y formación de semillas tenga lugar dentro del período de crecimiento disponible.
Yao (1981)[1], señala las temperaturas cardinales para cereales así: 0-5 ºC, 25-31 ºC y 31-37 ºC. Además, algunos cultivos son termoperíodicos en su respuesta a la temperatura, en cuanto a que requieren una alternancia de noches cortas con las más altas temperaturas diurnas para el éxito en su crecimiento y desarrollo. Otros requieren acumular frío invernal (p. ej. vernalización o dormancia hasta la ‘entrada de la primavera’), para que la floración y formación de semillas tenga lugar dentro del período de crecimiento disponible.
Tabla 1 Vías
fotosintéticas y características relacionadas de los principales grupos de
cultivos
Grupo de
cultivo
Vía
fotosintética*
|
I
C3
|
II
C3
|
III
C4
|
IV
C4
|
V
CAM
|
Respuesta a la temperatura ºC
óptima
rango operativo
|
15 – 20
5 – 30
|
25 – 30
10 – 40
|
30 – 35
15 – 45
|
20 – 30
10 – 35
|
25 – 35
10 – 45
|
Radiación a la máxima intensidad de fotosíntesis
(cal cm –
2 min – 1)
|
0.2 – 0.6
|
0.4 – 0.8
|
1.0 – 1.4
|
1.0 – 1.4
|
0.6 – 1.4
|
Tasa máxima neta de intercambio de CO2 a saturación de
la luz
(mg dm 2
h – 1)
|
20 – 30
|
40 – 50
|
70 – 100
|
70 – 100
|
20 – 50
|
Tasa máxima de crecimiento del cultivo
(mg dm 2
h – 1)
|
20 – 30
|
30 – 40
|
30 – 60
|
40 – 60
|
20 – 30
|
Eficiencia en el uso del agua
(g g – 1)
|
400 – 800
|
300 – 700
|
150 – 300
|
150 – 350
|
50 – 200
|
* C, Carbono-3; C4, Carbono-4; CAM,
Metabolismo Ácido de las Crasuláceas.
(De FAO, 1978 in: Joy Tivy 1990 Agricultural Ecology. Longman, Nueva York. p 23)
Otros cultivos son fotosintéticos en cuanto
requieren un período particular para florecer. Generalmente, se reconocen
cuatro grupos (Milthorpe y Moobry, 1979):
- Estricto día corto (o noche-larga) requiere una duración de la noche de por lo menos 12 horas (p. ej. soya, camote o batata).
- Estricto día largo (o noche-corta) requiere al menos de 8 horas (p. ej. cereales de grano pequeño).
- Día neutral, no afectado por variaciones fotoperíodicas.
- Cultivares de un continuo o facultativo día largo y día corto, cuya floración es acelerada por largas o cortas noches, respectivamente. Este es el grupo más grande en el que se ubican la mayoría de cultivares.
El cultivo de plantas de día
largo estará limitado a regiones de altas latitudes, mientras que el cultivo
de plantas de día corto e intermedio puede estar restringidos a bajas
latitudes; y, a altas latitudes solo donde las estaciones de primavera y otoño
sean lo suficientemente cálidas y permitan que el ciclo de cosecha se complete.
Sin embargo, donde la temperatura y/o las condiciones de luz están por debajo
del óptimo para la producción de semillas, el crecimiento vegetativo puede ser
suficiente para realizar cultivos para forraje, en tanto resulten económicamente
valiosos.
[1] Augustine Y M, Yao 1981
Agricultural Climatology, in: Landsberg, H R (Ed.) World Survey of Climatology, Elseiver,
Amsterdam, 189-298.
