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  2. Water Activity Meters: una alternativa en la determinación del estrés hídrico en viñedo   (14/09/2011)

Aplicación a la D.O. Rías Baixas

Water Activity Meters: una alternativa en la determinación del estrés hídrico en viñedo

14 de septiembre de 2011

La determinación del potencial hídrico foliar es considerado en el ámbito de la viticultura como un índice de estrés. En un momento de cambio climático y escasez hídrica, su determinación y el seguimiento de su evolución a lo largo de la campaña complementan la información requerida para la aplicación de correctos calendarios de riego y/o fertirrigación, suplementado a la cepa. Desde el grupo de investigación (GI-1716) de la Universidad de Santiago de Compostela (USC) se ha sustituido la medición de este parámetro con la cámara de Scholander por los water activity meters (medidores de actividad de agua, WAM) aplicándola a la D.O. Rías Baixas durante la campaña 2010.
Emma Mª Martínez, María Fandiño, Benjamín J. Rey, Javier J. Cancela. GI-1716, Dpto. Ingeniería Agroforestal. Universidad de Santiago de Compostela. emma.martinez@usc.es, javierjose.cancela@usc.es

Introducción

En la actualidad el medio rural está sufriendo un deterioro y abandono, con un impacto ambiental y paisajístico importante. Los viñedos, como recursos naturales y culturales, identificativos y propios de cada comarca deben protegerse y mantenerse con unas características cualitativas y cuantitativas que le confieran el valor intrínseco que estos poseen. A partir de 1992, la UNESCO comienza a desarrollar un interés por los espacios culturales “representando la acción conjugada del ser humano y la naturaleza” (Elias, 2011). En esta línea de actuación, se ha concedido la distinción de Patrimonio de la Humanidad a zonas vitícolas tales como Costa de Amalfi en Italia, Tokaj en Hungría, Lavaux en Suiza o Alto Duero en Portugal, no incluyéndose ninguna de las zonas vitícolas presentes en España.

La concepción de un viñedo no se puede, por tanto, encuadrar en el aspecto clásico y único de ser un origen de la materia prima, la uva, para la producción de vino. Un viñedo integra todo un mundo a su alrededor, tanto a nivel vitícola como enológico, que le confieren, campaña tras campaña, una singularidad propia, que traspasa las fronteras de la parcela productiva y se ve reflejada en las características propias de los vinos de calidad. El concepto de terroir (Morlat y Bodin, 2006; Reynolds et al., 2007), tan conocido en el mundo actual, define a la perfección los elementos que afectan a tales características, adquiriendo importancia el entorno propio del viñedo, a través del continuum suelo-planta-atmósfera y las características propias de cada zona.

El clima presenta un gran impacto en la viticultura, en un aspecto paisajístico, y con potencial efecto sobre los vinos y su calidad (Barbero et al., 2008), debiéndose paliar la variabilidad presentada con el cambio climático, adoptando medidas propias para las diferentes zonas del mundo en función del grado de afección. La consecución de un adecuado mantenimiento del confort hídrico del viñedo se encuentra actualmente en debate con la consideración de campañas de riego en viñedos, que con anterioridad se veían relegadas a otra tipología de cultivos. Hasta 1995, en España estaba prohibido regar, demandándose un conocimiento sobre la dosificación adecuada y estableciendo calendarios de riego que establezcan un nuevo equilibrio entre cantidad y calidad de producción (Martínez, 2003).

En este marco, surge la necesidad del conocimiento y la determinación del estrés hídrico al que se encuentran sometidas las cepas en cada momento del ciclo (Ferreyra et al., 2002), diferenciando, en función del estado fenológico, tanto la demanda como la dosificación. Son numerosas las técnicas que aportan tal información, técnicas estimativas fundamentadas en la cuantificación de la evolución del contenido de agua en suelo [TDR (Hubbard, 2002), FDR (Zhang, 2008), …] o en el balance hídrico del suelo (Intrigliolo y Castel, 2009), técnicas de medición directa sobre el cultivo, o, incluso, en la actualidad, nuevas técnicas fundamentadas en el empleo de fotografías aéreas multiespectrales (Lagacherie et al., 2001) mediante vehículos aéreos no tripulados (UAV-Unmanned Aerial Vehicle) (Cid y Moltoni, 2011).

Sobre el cultivo, destacar las mediciones focalizadas en la sintomatología y fisiología (Redacción Interemperesas, 2010), el flujo de savia (Vallone, 1998), dendrometría (Gurovich, 2006), temperatura de hoja (van Zyl, 1986) y canopy (Nazrala, 2007), apertura estomática (Zia et al., 2009), ratio de discriminación isotópica del carbono (Eraso, 2011) o, la más difundida, la medición del potencial hídrico foliar (Carbonneau et al., 2004, Girona et al., 2006). Mediciones, todas ellas, realizadas tanto de forma aislada como combinada (Carbonneau y Costanza, 2004).

Importancia del potencial hídrico foliar

El potencial hídrico foliar está considerado universalmente como un índice del estado hídrico de la planta. En momentos de estrés, cuando la disponibilidad de agua en el suelo se encuentra limitada, la cepa tiende a producir un aumento de la presión osmótica, provocando un detrimento en el potencial hídrico foliar. Su medición puede realizarse en diferentes momentos del día, al amanecer (predawn o potencial de base) o al mediodía (midday). El potencial predawn aporta información sobre la máxima recarga que sufre la planta durante la rehidratación nocturna, indicándonos el estado inicial o de base de la cepa al comienzo del día, cuando los estomas se encuentran cerrados, ha cesado la transpiración y se ha producido un reequilibrio entre el potencial matricial del suelo y el potencial hídrico de la cepa. A medida que evoluciona el día, la planta va sufriendo una pérdida progresiva de agua por las características climatológicas circundantes y la propia actividad de la planta, con la apertura de estomas e inicio de la transpiración y fotosíntesis, alcanzando el momento de máxima demanda comprendida entre la 11:00 y 15:00 horas solares (Williams et al., 1994, Williams y Arahujo, 2002), momento en la que se produce el máximo estrés. Este estrés es cuantificado con el potencial midday.

Ambos potenciales son frecuentemente utilizados en investigación vitícola, considerándose por diversos autores como de referencia en este campo (Cuevas, 2001; Yuste et al., 2004). No obstante, el potencial midday se encuentra fuertemente influenciado por las condiciones climatológicas locales, considerándose una medición inestable. Surge de forma sustitutiva/complementaria el potencial xilemático o del tallo, previa cubrición de la hoja durante 2 horas a fin de producir el cierre estomático, evitando la realización de la fotosíntesis y la transpiración y estabilizando el potencial hídrico de la hoja con el xilemático, motivo de la segunda denominación considerada (potencial del tallo).

Novedades en equipamiento de determinación: los WAM

Independientemente del potencial determinado, sea este potencial del tallo o potencial hídrico foliar, tanto predawn como midday, el equipamiento más difundido y universalmente utilizado es la Cámara de Presión de Scholander. Con el surgimiento de la cámara de Scholander, en la década de los sesenta del siglo pasado, se aportaba una medida de la presión hidrostática negativa que se produce en el xilema de la cepa causada por la evaporación del agua por transpiración desde el tejido y las resistencias que se producen al movimiento del agua desde el suelo hasta el tejido considerado (Scholander et al., 1965, Busso, 2008). No obstante, una década antes surgieron los psicrómetros de termopar (Spanner, 1951, Richards y Ogata, 1958), cuyas características y versatilidad tanto en tipologías de muestras y técnicas de medición los presentaban como una herramienta muy útil. Ambas metodologías cámara de presión y psicrómetros son técnicas destructivas, existiendo, no obstante, un tipo de psicrómetros, los leaf hygrometers (higrómetros de hoja) (Campbell y McInnes, 1999; Savage y Cass, 1984) que permiten la realización de mediciones in situ como metodología no destructiva. En el ámbito de la investigación se encontraban ambos igualmente difundidos, pero en mediciones en campo, en la actualidad, los psicrómetros se han visto relegados. Es importante destacar la aparición en la década de los noventa del siglo XX de los water activity meters (medidores de actividad de agua, WAM) (Gee et al., 1992) como un subgrupo englobado dentro de los psicrómetros. Fundamentados en la “chilled mirrow dewpoint technique” (Mullins, 2001), se presenta como un equipamiento muy versátil en cuanto a tipología de muestras susceptibles de aplicación, tanto en material edáfico como vegetal, característica novedosa frente a la cámara de Scholander cuya utilidad se encentra centrada exclusivamente en material vegetal. En la actualidad, aunque se siguen comercializando y utilizando los psicrómetros más clásicos, tipo Richards, o los leaf pychrometers, los WAM han ocupado un importante espacio en el mercado especializado, contando actualmente con tres modelos (Fig. 1), cuyas características se han visto mejoradas con diferentes sistemas de medición (modo preciso, continuo y modo rápido), permitiendo prefijar por el usuario la temperatura de consigna en la medición (Tabla 1).

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Figura 1. Water Activity Meters realizando lecturas de potencial hídrico foliar a temperatura ambiental (WP4) y a temperatura prefijada por el usuario (WP4-T) en condiciones estables de laboratorio.
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Tabla1. Psicrómetros de termopar comerciales para aplicación en materia vegetal.

(1) TCP: psicrómetro de termopar (thermocouple psychrometer)

(2)WAM: water activity meter

(3) Con un compartimento de lectura de tamaño adaptable a la muestra

(4) Dotado de control de temperatura de lectura dentro del rango 15 a 40ºC ±0,2ºC

(5) Con técnica especial adaptada

(6) Último modelo desarrollado, dotado de los tres modos de medición (modo preciso, continuo y modo rápido), y permitiendo como el modelo WP4-T el control de la temperatura

(7) Modelo carente de control de temperatura, realiza las mediciones a una temperatura variable en función de las condiciones de contorno.

        (Adaptación de Martínez et al., 2011a)


Desde sus inicios, los WAM vieron sus aplicaciones centradas en muestras de suelo (Cancela et al., 2006, Martínez, 2008) en diferentes partes del mundo. No obstante, con la llegada del nuevo siglo, en países como China, Japón, Italia, India, Bélgica o Francia nuevos frentes de trabajo se abrieron y se comenzó a intentar aplicar este equipamiento a la determinación del potencial hídrico en diferentes cultivos, con pequeñas aplicaciones. En viticultura, únicamente se encuentra referenciado en bases de datos especializadas, el trabajo del equipo de Bertamini et al. (2006) en el Istituto Agrario di San Michele all' Adige (Italia) y el Center for Biodiversity and Forest Studie (India). En España, desde hace varios años, el grupo GI-1716 de la Universidad de Santiago de Compostela (USC) aplica los WAM, realizando trabajos de determinación de la influencia de la fertirrigación en Vitis vinífera\1CV\2 Albariño, evaluando el estrés al que se ve sometida la cepa en función del sistema de riego empleado en la aplicación, riego por goteo superficial, subsuperficial o sin riego (Martínez et al., 2011b; 2011c). Este equipo, desde el año 2003 ha focalizado esfuerzos en el empleo de los WAM, publicando artículos y comunicaciones, con difusión tanto nacional como internacional, centradas en el testaje del equipo bajo diferentes ambientes y usos (Cancela et al., 2006; Martínez, 2008; Martínez et al., 2010, 2011a; Martínez y Cancela, 2011) (Fig. 2), avalando con sus trabajos la idoneidad de este equipo en el ámbito de la viticultura, tanto en la evaluación del contenido de agua en suelo como en la determinación del contenido hídrico foliar.

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Figura 2. Detalle de la aplicación de un water activity meter (WP4) en condiciones de campo con instalación en el interior del automóvil.

Aplicación a la D.O. Rías Baixas

Durante la campaña del 2010, se realizó por el equipo de la USC un ensayo de fertirrigación en parcelas localizadas en el Condado do Tea, en Porto, (Salvaterra do Miño, Galicia, NO España) (Fig. 3), dotadas todas ellas con Vitis vinifera\1CV\2 Albariño, predominante en la D.O. Rías Baixas. La plantación de las cepas data de 1989-1990, sobre “19617C”, dispuestas en bancales, con marco de plantación de 1,5 x 3 m.

El objetivo de esta investigación es la evaluación de diferentes sistemas de fertirrigación en Vitis vinifera cv. Albariño mediante la determinación del potencial hídrico foliar con water activity meters.

Los sistemas de riego considerados para la fertirrigación son riego subsuperficial o subterráneo instalado a 30-40 cm de la superficie con goteros entre línea de 2 l h-1, separados 1 m y riego superficial o aéreo dispuesto a 50 cm de la superficie del suelo y con separación de 1,5 m.

Se seleccionaron aleatoriamente cinco cepas, sometidas a los cuatro tratamientos posibles considerados: dotadas de riego subsuperficial (RSUB) (California), dotadas de riego superficial (RSUP) (Starkin) y sin riego (SR).

Aunque la medición del potencial hídrico foliar se considera que engloba en una sola medición el potencial hídrico del suelo y los factores vinculados a su control, se adoptó la comprobación de la evolución de la hidratación de la cepa mediante el control del agua en el medio edáfico. El seguimiento del contenido de agua en suelo se realizó con Time Domain Reflectometry, equipo TDR100 de Campbell Scientific, comprobando la evolución de la hidratación de la cepa mediante la determinación del potencial hídrico foliar. El seguimiento se realizó con un WAM modelo WP4, carente de control de temperatura (Decagon Device, Inc.), tomando hojas del tercio medio del pámpano, sanas, adultas con estado de desarrollo similar, expuestas a la radiación solar directa y sin presencia de alteraciones. Las mediciones se realizaron tanto en el amanecer (predawn-Ψp) como en el mediodía solar (midday-Ψm).

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Figura3.Parcelas de ensayo.

Los resultados muestran que las cepas comienzan el día con potenciales hídricos diferentes según tratamientos, con valores medios a mediados de julio (14 de julio) del orden de -1,24 MPa en riego subsuperficial, -1,35 MPa en riego superficial y -1,38 MPa en las plantas sin riego, alcanzando al final de mediciones, antes de la vendimia, -1,81 MPa, -1,96 y -2,10 MPa respectivamente. Importante destacar que, aunque la finalidad perseguida no sea el riego de las cepas, sino su fertirrigación, es decir, la aplicación de nutrientes, se observan diferencias entre ambos sistemas, progresivas y paulatinas, aumentando el estrés hídrico de la hoja y por extensión de la planta, durante el periodo de medición considerado (Fig. 4).

Estos potenciales se van incrementando, alcanzando su punto crítico al mediodía, momento que las mediciones realizadas entre las 10:30 y las 12:30 horas ponen de manifiesto. En el periodo diario horario considerado los valores de potencial desde el 14 de julio oscilan entre -1,64 MPa (subsuperficial), -1,78 MPa (superficial) y -1,93 MPa (sin riego) a -1,98 MPa (subsuperficial), -2,27 (superficial) y -2,40 MPa (sin riego) el 20 de agosto. La evolución de ambos potenciales, potencial de base o predawn y potencial al mediodía o midday, presentan las diferencias a lo largo del periodo que se muestran en la tabla 2. A medida que avanza la campaña, son cada vez menores las diferencias observadas entre los momentos extremos del día, con ambos potenciales mostrando evoluciones continuadas, indicando una menor recuperación y rehidratación nocturna por parte de las hojas, caso más acusado en aquellas plantas sin riego, mostrando una mayor rehidratación e inferior diferencia entre horas punta las vides con riego subsuperficial.

Paralelamente, la evolución del contenido volumétrico de agua en suelo presenta una disminución paulatina en todo el periodo considerado, de 0,047 m3 m-3 en los bancales con riego subsuperficial, 0,033 m3 m-3 sin riego y 0,029 m3 m-3 en el caso de riego superficial. Comparando el contenido de agua en el suelo con los índices de estado hídrico foliar se obtiene el resultado más representativo con el potencial hídrico medido en condiciones de máximo estrés, el potencial hídrico al mediodía (r2>0,80).

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Tabla2. Amplitud del potencial hídrico foliar entre amanecer y mediodía en la campaña 2010.
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RSUB: cepas con riego subsuperficial, SR: cepas sin riego, RSUP: cepa con riego superficial
Figura 4. Evolución de potencial hídrico foliar al amanecer (Ψp) (A) y al mediodía (Ψm) (B) en función del tratamiento en la campaña 2010.

Conclusiones

De la investigación realizada se puede concluir, a partir del conjunto de los parámetros analizados, la constatación de una mayor resistencia al estrés y una mayor recuperación en cepas con fertirrigación, especialmente con riego por goteo subsuperficial y en menor medida en riego superficial, frente a las cepas sin riego. La aportación de agua en el propio proceso de fertirrigación, si bien facilita los nutrientes necesarios para el correcto desarrollo del ciclo vegetativo de la cepa, no lo compromete, al no evitar que la planta pase por los periodos de estrés necesarios en cada campaña, por emplearse dosis de agua muy pequeñas. De esta forma, se evita que los brotes sean demasiado vigorosos en la floración, se acelera el proceso de lignificación adelantando la floración y se evitan las bayas débiles, entre otros; muy adecuado cuando se trabaja con cepas para vino y con cultivares tan vigorosos como el estudiado \1CV\2 Albariño). Se pone de manifiesto la utilidad de estos índices foliares para la evaluación del contenido hídrico de la planta en cualquier momento del ciclo, facilitando la toma de decisión del momento óptimo para el riego.

La investigación mostrada aporta un pequeño bosquejo de la utilidad que los WAM pueden aportar en la gestión del agua en un viñedo. Su versatilidad en la tipología de muestras susceptibles de medición, así como la rapidez en su obtención, aproximadamente cinco minutos por muestra, permiten aportar resultados en un breve lapso de tiempo. Se presentan como unos equipos a tener en consideración como una alternativa a la cámara de Scholander en la medición en campo del potencial hídrico foliar, especialmente en viñedos, permitiendo realizar las mediciones tanto en campo como en laboratorio.

Agradecimientos

Al Dr. Giovanni Pardini y al Dr. Frances Ferrer por el asesoramiento y la cesión de parte del equipamiento. Al personal técnico y administrativo de la bodega “Pazo San Mauro", y al “Centro Tecnológico para el Desarrollo Industrial”, Ministerio de Ciencia e Innovación (España). Esta investigación ha sido realizada dentro del Programa Isabel Barreto 2009, Dirección Xeral de Investigación, Desenvolvemento e Innovación (I +D + i), Consellería de Economía e Industria, Xunta de Galicia.

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