Modelo de daño causado por heladas sobre el número de granos de trigo

Introducción 

Las heladas pueden dañar las espigas de trigo generando importantes pérdidas de rendimiento. Sin embargo, se sabe poco de cómo se relaciona el nivel de daño que causa una helada con su intensidad, su duración y el estado de desarrollo de la espiga. La mayor parte de la información disponible fue recopilada aprovechando la ocurrencia circunstancial de heladas sin disponer de un diseño experimental adecuado o mediante heladas artificiales las cuales no suelen imitar adecuadamente el fenómeno natural. De hecho, al momento de realizar el presente estudio, no se contaba con resultados provenientes de experimentos formales conducidos a campo, en un cultivo creciendo en condiciones de campo mínimamente alterado y ante heladas naturales. En este artículo se exponen en idioma español y resumidamente el modelo para estimar el daño causado por heladas presentado por Martino y Abbate (2019).

MATERIALES Y MÉTODOS 

Se condujeron tres experimentos a campo, sin limitaciones de agua ni nutrientes, y con control de malezas, insectos y enfermedades fúngicas, en INTA Balcarce (Buenos Aires, Argentina). En ellos se evaluó el daño que provocó una misma secuencia de heladas en espigas de trigo con distintos estados de desarrollo. Para logras esto se sembraron surcos de 1,4 m de largo cada 7 días a partir de mediados de abril. Para proteger al cultivo de las heladas, se construyeron carpas desmontables (Fig. 1), con el mismo material aislante que se utiliza en los bolsos térmicos (polietileno aluminizado), y se colocaron botellas plásticas llenas de agua dentro de cada carpa ya que el agua ejerce un efecto aclimatador. A fin de alterar el ambiente del cultivo lo menos posible, las carpas se utilizaron solo para proteger a los surcos durante las noches con pronóstico de heladas, retirándolas durante el día. Cuando los surcos presentaron la gama de estados de desarrollo deseada, esto es, entre el inicio de la expansión de la hoja bandera (última hoja de la planta de trigo) y comienzo del llenado del grano, se dejaron todos los surcos expuestos a una misma serie de heladas consecutivas y luego se les siguió brindando protección hasta mediados de primavera cuando finalizó la ocurrencia de heladas.

El día posterior a las heladas se identificaron espigas que recibieron las heladas en distintos estados de desarrollo. En madurez, las espigas fueron cosechadas y se contaron los granos presentes y faltantes en las dos posiciones más próximas al raquis, en el 50% de las espiguillas del centro de la espiga. Se consideró que el porcentaje de granos proximales ausentes es un buen estimador del daño de las heladas ya que estos granos suelen estar presentes, incluso en espigas con diferentes números de grano, excepto en el caso de un fuerte estrés, como el producido por una helada. Para caracterizar la duración e intensidad de las heladas se instalaron sensores de temperatura de registro automático cada 15 min a la altura final de las espigas (aprox. 1 m) adentro y afuera de las carpas.

Fig. 1. Carpas colocadas sobre las parcelas.

RESULTADOS 

Con los datos obtenidos se desarrolló un modelo matemático para estimar el porcentaje de granos daños (perdidos) a nivel espiga a partir de la duración y temperatura mínima de cada helada y el correspondiente estado de desarrollo de la espiga. Adicionalmente,  se propuso un modelo para estimar el daño sobre el número de granos a nivel cultivo el cual requiere conocer el número de días en que el 95% de las espigas completan la antesis.

El modelo desarrollado se basó en los datos propios y en los supuestos que se presentan a continuación. Estos supuestos describen el efecto de las heladas más allá de los datos obtenidos y fueron necesarios para definir las ecuaciones del modelo:

1)      El proceso de transferencia de calor entre la cara externa de las glumas y la flor está dominado por la conducción.
2)      Las flores en igual estado de desarrollo, expuestas a una misma helada, tienen igual nivel de daño, siendo los niveles posibles muerte o supervivencia, sin niveles de daño intermedios.
3)      Para que la flor muera, la temperatura del lado externo de la gluma ( ) debe ser menor que una temperatura crítica ( ) medida del lado externo de la gluma, y el tiempo con  menor a  debe ser mayor que una duración crítica.
4)      A nivel de espiga, los niveles de daño entre 0 y 100% pueden considerarse como una consecuencia del tiempo que tardan las flores en alcanzar la  y del tiempo durante el cual permanecen por debajo de ese nivel de temperatura.
5)      Las heladas sucesivas solamente dañan a las flores no dañadas en una helada previa.
6)      La proporción de espigas que alcanzan un dado estado de desarrollo siguen una distribución normal en función del tiempo.
7)      Pasados los 10 días luego de antesis, las heladas no producen pérdida de granos (podrían reducir el peso por grano, pero esas situaciones no fueron contempladas en este estudio).

Confirmando resultados de otros estudios, la temperatura a partir de la cual las heladas produjeron daño fue =-1.5 °C medida a la intemperie y a la altura de las espigas (aprox. 1 m). Esta temperatura mínima equivalió a 1.5 °C medida en el abrigo meteorológico estándar de la estación de INTA Balcarce en los meses de octubre y noviembre.

En la Fig. 2 se presenta el daño estimado a nivel espiga, es decir, sin considerar la dispersión de estados entre espigas de un cultivo, para heladas con distinto daño máximo. Se encontró que todas las heladas produjeron el máximo daño entre inicio de la antesis e inicio del llenado del granos (0 a 5 días en la Fig. 2). Sin embrago, cuando las heladas fueron muy severas (daño máximo alcanzado mayor a 70%), el período de máxima susceptibilidad comenzó con anterioridad. Entre el comienzo de espigazón y antesis (-10 a 0 días en la Fig. 2) hubo un aumento en la susceptibilidad, pero ese período coincidió con el máximo daño solamente cuando las heladas fueron severas.

El análisis de los datos mostró que el daño máximo causado por la helada se asoció a la duración de la helada y a la temperatura mínima de esta (Fig. 3). No obstante, fue más importante el efecto de la duración que el de la temperatura mínima (Fig. 3). Se pudo estimar que con heladas con duración menor a 36 minutos (a la intemperie a la altura de las espigas), el daño no resultó relevante cuando la temperatura mínima fue igual o menor a -5.0°C, y que la duración crítica aumentó hasta 43 minutos cuando la temperatura mínima fue de -1.5°C (Fig. 3). Por otra parte el máximo daño se alcanzaría con heladas de 11 horas de duración, para temperaturas mínimas entre -1.5 y -5.0°C.

Por medio de la Fig. 3 puede estimarse el daño máximo causado por una helada, a partir de la información meteorológica. Luego por medio de la Fig. 2 puede estimarse el daño correspondiente teniendo en cuenta el estado de desarrollo de la espiga. Como queda dicho, ambas figuras estiman el daño a nivel espiga. Estimar el daño a nivel cultivo requiere considerar las diferencias de estado de desarrollo de las distintas cohortes de espigas. Se estimó que si el 95% de las espigas tardó 7 días para completar la antesis (valor normal para Balcarce), no habría diferencias relevantes entre el daño a nivel espiga y a nivel cultivo (Fig. 4). Si la dispersión fuese el triple (21 días, Fig. 4) la discrepancia aumentaría con el nivel de daño estimado, alcanzando 10% cuando el daño fue de 70%  (Fig. 4).

Finalmente, el caso de heladas sucesivas se resolvió calculando el porcentaje de daño de las heladas adicionales de la manera normal, pero aplicando el daño al complemento de 100% del daño de la helada anterior, o sea a los granos no dañados. El cuerpo de la Tabla 1 suministra el daño estimado luego de dos heladas sucesivas a partir del daño estimado de las dos heladas (por medio de las  Fig. 2 y Fig. 3) como si fueran heladas aisladas.

El modelo presentado mostró un error estándar de ajuste y validación satisfactorio (9%), y fue capaz de estimar el daño promedio registrado en la RET-INASE de Balcarce con motivo de la helada ocurrida el 15-nov-2007 (helada más dañina de los últimos anos) satisfactoriamente. El daño promedio causado por esa helada fue 44 y 45% para cultivares de ciclo largo y corto respectivamente; por su parte, el daño estimado fue 42 y 38% respectivamente. Si bien el ajuste y la validación resultaron satisfactorios, hay varias razones por la cual la estimación del modelo podría resultar poco apropiada, entre las causas más evidentes se pueden mencionar: (1) la posible diferencia entre cultivares en susceptibilidad a helada, (2) el efecto de factores abióticos (nivel de radiación, disponibilidad de nutrientes, situación hídrica del cultivo, etc.) y (3) la discrepancia entre la temperatura registrada y la temperatura a la intemperie a la altura de la espiga utilizada por el modelo. Si bien el modelo presentado podría tener sus limitaciones, es el único a nivel mundial que reúne las siguientes características:

1)      Está basado en las leyes de conducción de calor.
2)      Fue construido a partir de heladas naturales en un cultivo creciendo en condiciones de campo mínimamente alterado.
3)      Considera los cambios de susceptibilidad de los distintos estados de desarrollo de la espiga.
4)      Considera el efecto de heladas sucesivas.
5)      Considera la asincronía de estados de desarrollo que presentan normalmente las espigas de un cultivo de trigo.

La aplicación del modelo ayudaría a: (1) evaluar lotes afectados para estimar el nivel daño, (2) realizar pronósticos de daño por helada a partir de los pronósticos meteorológicos, (3) ajustar la fecha de espigazón de trigo teniendo en cuenta la probabilidad de daño por helada en función de las variaciones del relieve. 

Fig. 2. Daño estimado a nivel espiga causado por una helada, para distintos estados de desarrollo de la espiga (expresados como días desde antesis); cada curva corresponde a heladas con distintos niveles de daño máximo (90, 80, 70, 50, 30 y 20%). Las líneas punteadas indican el inicio y el fin del período de máxima susceptibilidad a la helada. 

Fig. 3. Asociación entre el daño máximo estimado a nivel espiga causado por una helada y la duración de la helada, para heladas con temperaturas mínimas de -1.5 y -5.0°C (medida a la intemperie a la altura de la espiga). 

Fig. 4. Asociación entre el daño estimado causado por una helada a nivel cultivo y el daño estimado a nivel espiga. La línea punteada indica igualdad de daño entre espiga y cultivo.

Tabla 1. Daño estimado luego de dos heladas sucesivas.