Rendimientos potenciales y mejoramiento genético

Dr. Luis R. Salado Navarro. Consultor Agrícola.

Introducción

Los rendimientos potenciales teóricos de los cultivos, que se podrían obtener en condiciones ideales del ambiente y de manejo, son un límite productivo difícil de superar, según el estado actual de la ciencia. Es preciso estimar esos límites, para analizar la diferencia entre los rindes potenciales teóricos, versus los máximos rendimientos de las variedades e híbridos actuales, bajo condiciones óptimas y los rendimientos promedios obtenidos a campo. Esto permitiría establecer, cuales serían las estrategias de mejoramiento genético, que puedan incrementar los rendimientos obtenidos a campo, de soja, maíz y trigo, bajo condiciones de secano.

Recientemente la FAO estimó que en el 2050 será necesario producir un 70 % más de alimentos. Esta producción adicional, provendría de cuatro fuentes: a) ampliación de las áreas de cultivo, b) incrementos de rendimientos por mejores tecnologías y mayores insumos, como riego y fertilizantes, c) cambio climático favorable y d) mejoramiento genético de los cultivos.

Sin embargo, la mejora genética de los máximos rendimientos, podría tener límites, dado que cuando las variedades e híbridos actuales se cultivan experimentalmente, en condiciones ideales, los rendimientos alcanzados son cercanos a los máximos potenciales teóricos permitidos, por la radiación solar y el agua útil, que las plantas pueden extraer del suelo. Examinemos entonces las bases teóricas sobre las que se fundan los límites mencionados, considerando los dos factores fundamentales: radiación solar y transpiración (agua útil).

Radiación Solar

Sabemos que a través de las eras geológicas, las plantas evolucionaron dos sistemas fotosintéticos diferentes, las C3 como soja y trigo y las C4 como maíz y sorgo, que son más eficientes. Existe una asociación casi lineal entre la cantidad de radiación interceptada por la canopia de los cultivos y la cantidad de C02 fijado para producir materia seca. Según Sinclair (2009), 1.9 y 2.4 gramos de hexosa se pueden producir por MJ/ m2/día respectivamente, en los cultivos C3 y C4. Dada la composición de la soja que tiene altos tenores proteicos y de aceite, comparada con el maíz que contiene mayoritariamente hidratos de carbono, la conversión energética aproximada de la biomasa aérea total, a materia seca de ambos cultivos es 0.8 y 1.8 gr/MJ/m2/día, respectivamente. En el caso del trigo, dicha conversión es de 1.1 gr/MJ/m2/día. En la Tabla 1 se presentan: valores de radiación media, para periodos de 90 días, asumidos como de intercepción total de la radiación de cada cultivo, biomasa total, índice de cosecha y rendimientos potenciales expresados en materia seca. Estos datos fueron derivados a partir de las citadas conversiones de la radiación, para soja, maíz y trigo, en dos localidades: Pergamino (1) en la región núcleo sojera y Monte Redondo en Tucumán (2). Es importante hacer notar que los valores del rendimiento potencial de trigo (Tabla 1), derivados a partir de la radiación solar media, como única limitante, están sobre estimados, ya que siguiendo este procedimiento, no se consideró la influencia negativa de las altas temperaturas, durante el periodo de llenado de granos, en ambas localidades, especialmente en Tucumán.

Los valores de la radiación solar media, para la localidad tucumana son 12 % inferiores que los correspondientes a Pergamino. En consecuencia, los rendimientos potenciales de los tres cultivos son menores. Los periodos asumidos de 90 días de cobertura total de los cultivos, difieren para ambas localidades. Esto se debe a que en el NOA, los cultivos estivales, se siembran usualmente a principios de diciembre, porque recién se generalizan las lluvias. Para el maíz se tomó para Tucumán, un índice de cosecha de 0.45 porque se usan híbridos sub-tropicales. En el caso del trigo, en Tucumán las siembras se efectúan a principios de mayo, es decir un mes antes que en la región Pampeana Norte.

Agua Util

El crecimiento de las plantas esta directamente relacionado a la disponibilidad de agua útil. En Argentina, la mayoría de la superficie cultivada esta bajo siembra directa, que minimiza la evaporación permitiendo una mayor infiltración del agua de lluvia, mejorando el balance hídrico del suelo y aumentando los rendimientos. La transpiración de los cultivos, esta directamente relacionada con la fotosíntesis, ya que el intercambio gaseoso por los estomas, permite simultáneamente la absorción de CO2 por las hojas y la difusión del agua transpirada a la atmósfera. Este proceso, depende fundamentalmente del Déficit de Presión de Vapor (DPV) del aire, que es mayor en ambientes secos y de baja humedad relativa, con gran amplitud térmica.

Debido a la física del transporte de CO2 y vapor de agua, la relación entre la biomasa aérea total (B), la transpiración (T) y el DPV se expresa mediante la conocida fórmula

B = T * k / DPV (1)

Donde el valores de B y T se expresan en gr/m2, k es un coeficiente de eficiencia especifico para cada especie (maíz = 9, trigo = 6 y soja = 5), en pascales y el DPV también esta expresado en pascales. Esta fórmula (1) estima la biomasa producida como materia seca, que multiplicada por el índice de cosecha, nos permite calcular el rendimiento potencial, de los tres principales cultivos de grano en Argentina. El DPV medio durante los periodos de cultivo en la región pampeana húmeda, puede asumirse en 1500 pascales, según estimaciones propias, derivadas de las temperaturas máximas y mínimas diarias. La transpiración, en el caso de siembra directa, se puede asumir que equivale a alrededor del 75 % de las precipitaciones durante el periodo de cultivo. En este caso, se usaron valores propios de transpiración máxima y media para cada cultivo, estimados bajo siembra directa para Marcos Juárez, con los modelos de Sinclair, durante tres décadas.

Tabla 1. Rendimientos potenciales de soja, maíz y trigo en Pergamino (1) y Monte Redondo, Tucumán (2), derivados de la radiación solar media de cada localidad.

Las estimaciones del rendimiento potencial de soja, maíz y trigo, basadas en los valores máximos y medios de transpiración durante, los ciclos de los cultivos usando la fórmula (1) para Marcos Juárez, se presentan en la Tabla 2. Los valores del rendimiento potencial máximos, derivados a partir de la transpiración máxima estimada en treinta años para estos cultivos, son aproximadamente los mismos que los derivados a partir de la radiación solar media (Tabla 1). La coincidencia entre ambas aproximaciones, para el cálculo del rendimiento potencial de soja y maíz, no es casual sino causal. Demuestra la precisión de la metodología usada y que los valores estimados y/o asumidos, que intervinieron en los cálculos, son correctos. En el caso del trigo, el valor del máximo rendimiento potencial medido en materia seca, a partir de la transpiración (Tabla 2), es considerablemente menor que el estimado a partir de la radiación solar (Tabla 1), (6080 vs. 8118 kg/ha). La diferencia, si bien corresponde a dos localidades distintas (Marcos Juárez vs. Pergamino), se atribuye fundamentalmente al efecto negativo de las altas temperaturas, durante el desarrollo reproductivo del trigo en la región. Esto se debe a que los valores de transpiración utilizados para el cálculo, fueron estimados con el modelo de simulación de trigo de Sinclair, considerando la influencia térmica en el desarrollo del cultivo.

Tabla 2. Transpiración máxima y media, rendimientos Potenciales máximos y medios de soja, maíz y trigo en Marcos Juárez.

Las diferencias entre los rendimientos potenciales calculados a partir de las transpiraciones máxima y media registradas en tres décadas en Marcos Juárez, fueron de 22, 31 y 34 %, respectivamente para soja, maíz y trigo (Tabla 2). Los valores de transpiración usados, fueron estimados con los modelos de cultivos de Sinclair considerando como únicas limitantes la radiación solar, el agua útil proveniente de las precipitaciones y las temperaturas máximas y mínimas. Por consiguiente, las diferencias de rendimiento de la Tabla 2, se deben exclusivamente a la oferta hídrica media y máxima proporcionada por las lluvias durante tres décadas. La comparación de los datos expuestos en la Tabla 2, pone claramente en evidencia que, el estrés hídrico, es una limitante fundamental del rendimiento de los cultivos de secano, aunque los mismos se realicen en siembra directa.

Estrategias de Mejoramiento Genético

Los rendimientos medios (condiciones cámara), de soja, maíz y trigo de las tres campañas 2005/06 al 2007/08 y los de la última campaña 2008/09 donde se sintieron los efectos de la grave sequía en Argentina, se presentan en la Tabla 3. Se incluyen además rendimientos máximos en ensayos comparativos de rendimiento de maíz en Marcos Juárez (Vallone y otros, 2004), y trigo en Venado Tuerto (Bainotti y otros, 2006). Los datos de soja fueron aportados por distintas empresas semilleras, en la región núcleo sojera y obtenidos en las ultimas campañas.

Las comparaciones de los rendimientos promedios de los tres cultivos en Argentina, en tres campañas, con buenas precipitaciones, versus la campaña 2008/09 donde se sintieron los efectos de la grave sequía, son demostrativas del efecto depresivo que tiene la falta de agua útil para los cultivos de secano (Tabla 3). Los datos de ensayos comparativos de rendimiento, con un manejo óptimo y buenas condiciones de humedad, rebelan que los cultivares e híbridos actuales tienen un rendimiento que duplica holgadamente y casi triplican en el caso del maíz, a los rendimientos promedios del país. En el caso de parcelas experimentales, se mencionó en maíz un rinde de 22 Tn/ha (condiciones cámara). También se deben tener en cuenta para soja, rendimientos muy cercanos a 7000 kg/ha obtenidos en lotes pequeños, por los productores que participan en distintos años, de los Concursos Basf. Esto demuestra, que cuando los actuales cultivares tienen condiciones óptimas, sus rendimientos se aproximan en gran medida, a los potenciales teóricos calculados para la región núcleo sojera.

Tabla 3. Rendimientos promedios en Argentina de soja, maíz y trigo, en distintas campañas y en ensayos de semilleros

El mejoramiento genético, puede incrementar los rendimientos a campo de dos maneras. La primera, es introduciendo resistencia o tolerancia a enfermedades, plagas, sequía y salinidad, lo cual disminuye el efecto de los factores adversos. Con esta aproximación, se han logrado importantísimos avances como en el caso de la resistencia al cancro del tallo en soja, hace unos diez años, como así también últimamente, mediante la transgénesis, en las sojas y maíces resistentes o tolerantes a insectos. La segunda estrategia, consiste en el desarrollo de variedades o híbridos con mayores rendimientos per se, adaptados a las condiciones de cada región. En el caso de soja en Argentina, el incremento genético del rendimiento estimado en ensayos de PROSOJA, comparando variedades inscriptas en distintos años de las últimas décadas, fue de 24 kg/ha/año. Esto equivale a una mejora de medio porciento anual, durante los últimos 20 años según Santos y otros (2006).

Debido a que los cultivares actuales de las tres especies, bajo condiciones óptimas, tienen rendimientos cercanos a los límites teóricos expuestos, el objetivo principal seria mediante el mejoramiento genético, incrementar los rendimientos promedios obtenidos a campo bajo buenas condiciones de manejo. Considerando que la principal limitante del rendimiento es la oferta hídrica, como lo muestran los datos de la Tabla 2, la estrategia fundamental a aplicar para incrementar los bajos rendimientos promedios del país, es el desarrollo de cultivares resistentes o tolerantes a sequía. Es ampliamente conocido, que diferentes empresas están trabajando en este tema, utilizando transgénesis proveniente de otras especies. También pueden utilizarse genes propios de cada cultivo para introducir tolerancia a sequía en futuras variedades e híbridos. En soja, Shannon y otros (2009) y Ma y otros (2009) tienen programas respectivamente, en EEUU y China, con este fin. También en soja, Chen y otros (2007) registraron en EEUU, líneas cuya fijación simbiótica de N2 tolera el estrés hídrico y tienen altos rendimientos en esas condiciones. Finalmente Salado Navarro y Rodríguez (2009), mostraron mediante simulaciones, que la introducción de este carácter en variedades argentinas actuales de soja, incrementaría su rendimiento promedio, a través de distintos ambientes y campañas, en forma altamente significativa.

Conclusiones

Se presentaron dos metodologías, para estimar los rendimientos potenciales de soja, maíz y trigo, basados respectivamente, en la oferta de radiación solar y de disponibilidad hídrica (transpiración de los cultivos). Se estimaron así los rendimientos potenciales de estos granos, para dos localidades de la región núcleo sojera argentina. Los rendimientos potenciales, basados en la oferta hídrica máxima y promedio de treinta años, difieren en e 22, 31 y 34 %, respectivamente para soja, maíz y trigo, señalando que el estrés hídrico, es la principal limitante de la producción de secano, aun bajo siembra directa. Los rendimientos de ensayos de variedades e híbridos de semilleros, bajo óptimas condiciones, son cercanos a los potenciales y duplican holgadamente los rendimientos promedios del país en buenas campañas. Estos resultados, señalan que para incrementar los rendimientos promedio de estos tres cultivos, la estrategia de mejoramiento genético mas apropiada, seria la introducción de resistencia/tolerancia a sequía, en las futuras variedades e híbridos. Esto puede lograrse mediante trangenesis, incorporando genes de otras especies, o usando genes propios de soja, maíz y trigo, respectivamente.

Bibliografía

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