Respuestas productivas, vegetativas y metabólicas del nogal (Juglans regia L.) en seto a distintos regímenes hídricos en un ambiente semiárido del Noroeste de Argentina
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2023
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2023-06-01 |
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Calvo, Franco Emmanuel |
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Ciencias agrarias |
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Doctor/a en Agronomía Doctorado en Agronomía spa UNCuyo FCA |
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El cultivo del nogal (Juglans regia L.) se expande en Argentina en zonas áridas y semiáridas,
significativamente distintas a las zonas de cultivo tradicionales. Este cultivo ha sido caracterizado como
altamente demandante de agua y sensible al déficit hídrico. La evapotranspiración anual del nogal se ha
estimado en torno a 1000 mm en las principales zonas de cultivo tradicional, caracterizadas por climas
de tipo mediterráneo y donde se han realizado la mayoría de los estudios. En la región centro-oeste de
Argentina las precipitaciones son escasas y concentradas durante los meses de verano, en contraste con
los ambientes mediterráneos donde principalmente se expande la nogalicultura mundial. Las
necesidades hídricas del nogal y su respuesta a distintas dosis de riego han sido escasamente evaluadas
en Argentina. Los altos requerimientos hídricos de nogal, las escasas precipitaciones, la disponibilidad
cada vez más limitada del agua de acuíferos subterráneos y superficiales para el riego, y los altos costos
energéticos requieren incrementar el conocimiento sobre las respuestas del nogal a distintas dosis de
riego bajo las condiciones agroclimáticas del centro oeste de Argentina.
El objetivo principal de esta tesis fue: describir los efectos de distintos regímenes hídricos sobre el
crecimiento vegetativo, producción, calidad de nuez y variables metabólicas-fisiológicas en un nocedal
joven del Noroeste de Argentina (Chilecito, L. R.). Mientras que los objetivos específicos fueron: i)
comparar los efectos de distintos regímenes hídricos aplicados durante todo el ciclo productivo del
nogal sobre el crecimiento vegetativo, indicadores del estado hídrico y composición del rendimiento;
ii) Contrastar la calidad de frutos y perfiles de ácidos grasos de los aceites obtenidos de plantas tratadas
con distintos niveles de reposición hídrica durante todo el ciclo productivo; y iii) Evaluar la
concentración de solutos compatibles, antioxidantes, estado oxidativo de las membranas celulares de la
hoja y perfil de metabolitos polares de la semilla como biomarcadores de estado hídrico del cultivo.
El experimento siguió un diseño en bloques completamente aleatorizados, con 16 unidades
observacionales compuestas cada una por 12 nogales jóvenes (3 filas de 4 plantas cada una y 6 años de
edad) de la variedad Chandler, donde las dos plantas centrales conformaron la unidad observacional de
las cuales una fue reservada para las medidas de seguimiento intra-temporada, mientras que la otra
planta se mantuvo inalterada hasta la cosecha. El factor de bloqueo fue la altura, volumen de copa y
área de la sección transversal del tronco. Se definieron 4 bloques, y se aplicaron de forma aleatoria los
tratamientos de riego equivalentes al 50, 75, 100 y 125 % (tratamientos denominados T50, T75, T100
y T125, respectivamente) de la evapotranspiración de cultivo de forma sostenida durante dos
temporadas consecutivas (2018-2019 y 2019-2020).
En relación con el objetivo específico 1, se evaluaron i) los indicadores de estado hídrico de la planta
potencial hídrico xilemático (PHX) y conductancia estomática (gs); ii) los indicadores de crecimiento
vegetativo área transversal del tronco, volumen de copa y porosidad de la canopia y iii) la productividad en términos de rendimiento y productividad del agua. En T100 el PHX se mantuvo entre -0,5 y
-0,8 MPa, al igual que en T75, mientras que en T50 alcanzó valores mínimos de - 1,0 MPa. El rango de
PHX de T125 fue ligeramente superior a T100 entre -0,5 y -0,75 MPa. La conductancia estomática
mostró menor respuesta a los tratamientos que el PHX, mostrando diferencias significativas sólo a los
100 días después de la floración. El crecimiento vegetativo y los componentes del rendimiento no
difirieron entre los tratamientos de riego. Comparando a los tratamientos T100 y T50, la productividad
del agua del cultivo (PA) aumentó de 4,30 a 5,29 kg mm-1 ha-1 en 2018-2019 y de 5,25 a 7,28 kg mm- 1
ha-1 2019-2020; mientras que la PA de T75 no difirió de la PA de T100. Las dosis de riego superiores
a las necesidades del cultivo (T125) no tuvieron efectos sobre el rendimiento si se comparan con T100.
En términos de la función de productividad del agua, el riego al 90 % de T100 habría permitido la
máxima productividad en ambas temporadas.
En relación con el objetivo 2, se compararon los parámetros de calidad, calibre de nuez y semilla, color
de la semilla, concentración de aceite y perfil de ácidos grasos. No se encontraron diferencias entre los
parámetros de calidad cuando se compararon en función de los regímenes de riego dentro de cada
estación. Por el contrario, al comparar los resultados de las dos temporadas en los parámetros de calidad,
las diferencias fueron significativas. La primera temporada (2018-2019) fue más lluviosa (462 mm) y
más fría (17,05 °C de temperatura media del aire en el periodo de acumulación de aceite) y produjo
mayor proporción de semillas extra claras (92 %). En contraste la segunda temporada (2019-2020) fue
más seca (326 mm) y más cálida (19,02 °C), y a pesar de producir una menor proporción de semillas
extra claras (82,2 %), las nueces fueron más grandes y con mayor concentración de aceite (62,7 %; +
3,5 % que la temporada 1) y con una mejor relación omega-6 omega-3-1 (3,25 en 2019-2020 frente a
3,70 obtenido en 2018-2019) debido a una mayor acumulación de ácido linolénico.
Con relación al objetivo 3, se evaluó la potencialidad de uso de biomarcadores de estado hídrico, a partir
de la segunda temporada cuando los árboles habían sido expuestos a un primer año regados con los
distintos tratamientos. Los biomarcadores evaluados fueron prolina, malondialdehido, azúcares
solubles, fenoles y flavonoides totales, en tejidos foliares durante las etapas fenológicas de brotación,
endurecimiento del endocarpio y madurez fisiológica de la semilla como complementos para la gestión
del riego. No se encontraron diferencias significativas entre tratamientos, pero sí se detectaron
diferencias significativas cuando se clasificaron las medias por fecha de colecta de material vegetal. Lo
que parece indicar que la sensibilidad de estos indicadores tiene un umbral crítico en valores de PHX
inferiores a -1 MPa, es decir en condiciones de déficit hídrico alto. También la segunda temporada se
evaluó el perfil de metabolitos polares de la semilla, advirtiendo una mayor concentración de
metabolitos asociados a procesos de ajuste osmótico en las semillas de T50. Estos resultados en conjunto ponen en evidencia la posibilidad de aplicar dosis de riego inferiores al
100 % de la ETc a fin de mejorar la eficiencia de uso del agua en nogal sin perjuicios a nivel productivo
bajo las condiciones agroclimáticas del centro oeste de Argentina. The walnut (Juglans regia L.) cultivation is expanding in Argentina in arid and semiarid areas, significantly different from the traditional cultivation areas. This crop has been characterized as highly water demanding and sensitive to water deficit. The annual evapotranspiration of walnut was estimated around 1000 mm in the main traditional growing areas, characterized by Mediterranean-type climates and where most studies have been carried out. In the central-western region of Argentina, rainfall is scarce and concentrated in the summer months, in contrast to the Mediterranean environments where walnut growing is expanding worldwide. The water requirements of walnut and its response to different irrigation doses in Argentina were scarcely evaluated. The high-water requirements of walnut, low rainfall, the increasing scarcity of water from subway and surface aquifers for irrigation, and the high energy costs, require increasing knowledge about walnut responses to different irrigation doses under the agroclimatic conditions of central western Argentina. The main objective of this thesis was: to describe the effects of different water regimes on vegetative growth, production, walnut quality, and metabolic-physiological variables in a young walnut orchard (Juglans regia L.) in northwestern Argentina (Chilecito, L. R.). The specific objectives were: (i) to compare the effects of different water regimes applied throughout the walnut productive cycle on vegetative growth, water status indicators and yield composition; (ii) to contrast fruit quality and oil fatty acid profiles obtained from plants treated with different levels of water replenishment throughout the productive cycle; and (iii) to evaluate the concentration of compatible solutes, antioxidants, oxidative status of cell membranes and metabolite profile of polar metabolites of the seed as biomarkers of crop water status. The experiment was designed as a completely randomized block design. with 16 observational units each composed of 12 young walnut trees (3 rows of 4 plants each and 6 years old) of the Chandler variety, where the two central plants conformed the observational unit and one was reserved for the intra-seasonal measures, while the other plant remained unaltered until harvest. The blocking factor was height, canopy volume and trunk cross-sectional area. Four blocks were defined, and irrigation treatments equivalent to 50, 75, 100 and 125 % (treatments named T50, T75, T100 and T125, respectively) of crop evapotranspiration were randomly applied on a sustained way for two consecutive seasons (2018-2019 and 2019-2020). In relation to the specific objective 1, were evaluated i) water status indicators xylem water potential (XWP) and stomatal conductance (gs); ii) vegetative growth indicators trunk cross-sectional area, canopy volume and canopy porosity; and iii) productivity in terms of yield and crop water productivity. In T100 the XWP remained between -0.5 and -0.8 MPa, as in T75, while in T50 it reached minimum values of - 1.0 MPa. The XWP range of T125 was slightly higher than T100 between -0.5 and -0.75 MPa. Stomatal conductance showed less response to treatments than XWP, showing significant differences only at 100 days after full bloom. Vegetative growth and yield components did not differ between irrigation treatments. Comparing T100 and T50 treatments, crop water productivity (PA) increased from 4.30 to 5.29 mm-1 ha-1 in 2018-2019 and from 5.25 to 7.28 kg mm-1 ha-1 2019-2020; while T75 PA did not differ from T100 PA. Irrigation rates above crop requirements (T125) had no effect on yield when compared to T100. In terms of the water productivity function, irrigation at 90 % of T100 would have allowed maximum productivity in both seasons. In relation to objective 2, quality parameters, nut and seed caliber, seed color, oil concentration and fatty acid profile were compared. No differences were found between quality parameters when compared between irrigation regimes within each season. On the contrary, compared the results of the two seasons in the quality parameters, the differences were significant. The first season (2018-2019) was wetter (462 mm) and cooler (17.05 °C mean air temperature in the oil accumulation period) and produced a higher proportion of extra clear kernels (92 %). In contrast the second season (2019-2020) was drier (326 mm) and warmer (19.02 °C), and despite producing a lower proportion of extra clear kernels (82.2 %), the nuts were larger and with higher oil concentration (62.7 %; + 3.5 % than season 1) and with a better omega-6 omega-3-1 ratio (3.25 in 2019-2020 vs. 3.70 obtained in 2018-2019) due to higher linolenic acid accumulation. In relation to objective 3, the potential use of biomarkers of water status was evaluated, starting in the second season when the trees had been exposed to a first year irrigated with the different treatments. The biomarkers studied were proline, malondialdehyde, soluble sugars, phenols and total flavonoids in leaf tissues at the phenological stages of sprouting, endocarp hardening and physiological seed maturity as complements for irrigation management. No significant differences were found between treatments, but significant differences were detected when the means were classified by date of plant material collection. This seems to indicate that the sensitivity of these indicators has a critical threshold at XWP below -1 MPa, in other words, under conditions of high-water deficit. Also in the second season, the profile of polar metabolites of the kernel was evaluated, showing a higher concentration of metabolites associated with osmotic adjustment processes in the T50 kernels. Together, these results suggest the possibility of applying irrigation doses lower than 100 % of ETc in order to improve water use efficiency in walnut trees without detriment to production under the agroclimatic conditions of central western Argentina. |
