Altas temperaturas invernales, una mirada desde la ecofisiología de plantas

El cambio climático llegó para quedarse y el Fenómeno de El Niño arribó esta temporada como un real protagonista de un año muy peculiar en términos de temperaturas. Hasta la fecha se han registrado un total de nueve ‘olas de calor’, dos de las cuales se han registrado en pleno invierno, dejando temperaturas de hasta 37°C en Vicuña, en la Región de Coquimbo. Ante un panorama así, han surgido voces que han dicho que el invierno en Chile está desapareciendo.

Esta situación afecta a gran parte del territorio nacional, por lo que aparecen preguntas relativas a cuáles pueden ser los efectos de estas mayores temperaturas sobre la producción agrícola y qué podemos hacer para mitigarlas. Este es un tema mayor en la medida que hay escaso conocimiento respecto del efecto de altas temperaturas invernales. La ecofisiología puede darnos algunas luces.

El aumento de las temperaturas invernales atenta contra la productividad agrícola, pero sus efectos dependen de cada situación.

EFECTOS DIRECTOS EN EL DESARROLLO DE LAS PLANTAS

Entre los efectos directos tenemos el control que ejerce la temperatura sobre el desarrollo de las plantas. En la zona centro y sur, donde se despliega la producción de cultivos anuales, es esperable que las mayores temperaturas invernales se traduzcan en una aceleración de la tasa de desarrollo de los cultivos. Por ello, los cultivos de invierno que florecerán en primavera verían adelantada su floración exponiéndose a heladas primaverales.

Este escenario es de los peores posibles, ya que es en el periodo alrededor de floración cuando el principal componente del rendimiento de estos cultivos (número de granos) se fija, pudiéndose perder la totalidad de la producción. Adicionalmente está demostrado que un periodo de desarrollo más corto se traduce en una menor productividad.

La fruticultura también se vería afectada. Las altas temperaturas otoñales e invernales retrasan la entrada en receso de especies frutales de hoja caduca con consecuencias negativas sobre la acumulación de reservas, y desaceleran la tasa de acumulación de horas frío en frutales de hoja caduca, por lo que la salida de receso ocurre más tarde. Estos desórdenes, juntos o independientes, conllevan brotaciones y floraciones deficientes, afectando fuertemente la productividad del huerto. Estos efectos son específicos para cada cultivar, por lo que es importante llevar un registro de la fenología de los huertos, y realizar un adecuado seguimiento de horas frío durante el receso.

Otro efecto directo está relacionado con las ‘olas de calor’ (uno o más días con temperaturas máximas por sobre promedios históricos). Si bien el mecanismo fotosintético de las plantas tiene la capacidad de aclimatarse a un relativamente amplio rango de temperaturas, las olas de calor representan un desafío difícil de sortear. En estas condiciones la función oxigenasa de la enzima rubisco aumenta proporcionalmente más que la carboxilasa, el transporte de electrones a nivel de la membrana tilacoidal y la conductancia del mesófilo disminuyen. En esta condición la fotorrespiración se vuelve importante, y en consecuencia, las hojas experimentan una disminución de su fotosíntesis neta.

Dado que las ‘olas de calor’ ocurren en días soleados, la alta irradiancia sobre estas hojas se traduce en excesos de energía que inducen fotoinhibición y una consecuente formación de superóxidos. Estos compuestos son capaces de destruir el sistema fotosintético (el fotosistema II es el blanco predilecto de estos compuestos), lo que afecta el desempeño fotosintético actual y futuro de las hojas, y pueden inducir una senescencia temprana y hasta la muerte de una parte significativa del área foliar. Debido a esto, tras las ‘olas de calor’ es común ver las copas de los árboles amarillentas.

EFECTOS INDIRECTOS SOBRE LAS PLANTAS

Entre los efectos indirectos de las altas temperaturas invernales se encuentra el aumento de la demanda atmosférica. La temperatura es la principal fuente de variación del déficit de presión de vapor del aire (DPV; kPa), el cual se define como la diferencia entre la presión de vapor a saturación (controlado por la temperatura del aire) y la presión de vapor actual (que depende de la cantidad de vapor de agua por unidad de volumen de aire).

Un alto DPV aumenta la tasa de transpiración a nivel foliar, induciendo una deshidratación y una consecuente disminución del potencial hídrico de la hoja y planta, lo que estimula un cierre estomático para evitar que el potencial hídrico foliar sobrepase umbrales de sobrevivencia. El cierre estomático inducido por un alto DPV disminuye la capacidad del CO2 para difundir desde el aire hacia los sitios de carboxilación, lo que disminuye la fotosíntesis neta y en consecuencia hace más probable que ocurran estreses del tipo fotoinhibición y estrés oxidativo inducido por exceso de energía.

El aumento del DPV covaría con el aumento de la demanda evapotranspirativa de las superficies agrícolas. Esto implica un mayor requerimiento de riego, lo que se vuelve problemático en un contexto de sequía meteorológica. Adicionalmente, la sequía agrícola se ve acentuada. Cultivos de secano agotan a mayor tasa el agua contenida en el suelo con altas temperaturas invernales, disminuyendo el monto de agua disponible para el periodo estival, periodo en que ocurre la floración y tanto el número como peso de grano se determinan.

Se estima que en climas mediterráneos, un cultivo de trigo en secano verá disminuido su rendimiento cuando ha usado el 70% de su presupuesto de agua hasta la floración. Mayores usos de agua a floración implican mayores disminuciones de su rendimiento. Este concepto aplica a otros cultivos de invierno en condiciones de secano.

¿QUÉ SE PUEDE HACER?

Así como el efecto de las altas temperaturas invernales depende del caso a caso, las medidas que podamos tomar para mitigar sus efectos deberán considerar las características propias del fenómeno meteorológico, el cultivar en cuestión y los posibles efectos fisiológicos que esta combinación gatille.

En primer lugar, lo más intuitivo. Las altas temperaturas pueden ser combatidas con agua, regando el cultivo durante la ola de calor. El agua tiene un alto calor latente de vaporización (2.45 MJ kg [H2O]-1), por lo que mucha de la energía que calienta la superficie podría ser invertida en evaporar agua, disipando el calor como un flujo de calor latente. Sistemas de riego o de control de helada a través de aspersión son idóneos con este fin, ya que generan pequeñas gotas de agua con una mayor superficie específica, lo que promoverá una evaporación más rápida y por tanto un enfriamiento más eficiente. Adicionalmente, el riego permitirá mantener un contenido de agua alto en el suelo, lo que le permitirá a la planta suministrar de agua a las hojas de manera más eficiente cuando la demanda atmosférica sea alta.

Es importante preocuparse de la capacidad de la planta para poder acceder al agua del suelo. Esto se logra poniendo atención al sistema radical. Mantenerlo saludable, bien crecido, denso y profundo reducirá la resistencia hidráulica suelo-raíz, facilitando la absorción de agua. En este sentido el suelo es crucial, por lo que invertir en un suelo saludable, con altos tenores de materia orgánica que mejore sus propiedades físicas (como una mejor distribución de poros y un mayor contenido de agua aprovechable) le permitirá a la planta sortear de mejor manera eventos de temperaturas extremas.

La fruticultura protegida es una vía para adaptar los sistemas frutícolas al cambio climático. El uso de mallas para sombra tiene un efecto importante en reducir la temperatura de la superficie. De igual manera, en el mercado se encuentran disponibles protectores solares en base a silicatos de aluminio o arcillas tipo caolín que al ser asperjados sobre el cultivo aumentan su albedo, y de esta manera el aumento de temperatura. Estos productos también pueden ser útiles cuando las temperaturas otoñales son altas, evitando retrasos sustantivos en la entrada a receso invernal. Además, en el mercado se ofrecen bioestimulantes que les permitirían a los cultivos responder de mejor manera a la incidencia de estreses, tales como las olas de calor.

Pensando en el largo plazo, el mejoramiento genético deberá considerar la selección y transformación de plantas tolerantes a temperaturas extremas teniendo como objetivo rasgos asociados al ciclo de las xantofilas, síntesis de proteínas de shock térmico e hidrocarburos de bajo peso molecular como isopreno y monoterpenos.

Finalmente, y como una preocupación generalizada, se debe reflexionar y tomar acciones sobre las causas de eventos meteorológicos extremos como las altas temperaturas invernales y olas de calor. Si bien la agronomía tiene herramientas para mitigar el efecto de este y otros tipos de fenómenos, es importante pensar y tomar acciones para reducir las emisiones de gases invernadero, y medidas de adaptación de sistemas agrícolas para asegurar la sostenibilidad de estos, y la seguridad alimentaria presente y futura.