Acumulación de materia seca, orientada a valorar la fijación de carbono, en función del aporte de riego y la pluviometría, en Cabernet Sauvignon a lo largo de 15 años

El viñedo es capaz de fijar carbono en sus estructuras a partir del anhídrido carbónico atmosférico, a través de la fotosíntesis y su transformación en materia orgánica. La capacidad fotosintética del viñedo depende de los recursos hídricos que la planta pueda tener a su alcance, por lo que la cantidad de biomasa y materia seca que pueda almacenar dependerá del régimen hídrico del cultivo, tanto en los órganos renovables anualmente como en los órganos permanentes.

La consideración del viñedo como elemento favorecedor del almacenamiento permanente de carbono debe tener en cuenta las condiciones y posibilidades de disponibilidad hídrica del cultivo, incluyendo la pluviometría, que puede ejercer una influencia importante en función de la capacidad de almacenamiento de agua del suelo y del manejo que se haga de dicho tipo de suelo.

El viñedo acumula carbono en sus estructuras permanentes a partir de la captación de anhídrido carbónico atmosférico, a través del proceso de intercambio gaseoso y fotosíntesis y de la transformación en materia orgánica en la planta, por lo que su cultivo puede jugar un papel importante en la fijación de CO₂ [1].

La asimilación de carbono foliar es un proceso fisiológico básico que está sujeto a diversos factores de variación, entre los que destaca la disponibilidad hídrica del suelo, ya que la capacidad fotosintética del viñedo depende de los recursos hídricos que la planta pueda tener a su alcance [2].

El balance de carbono requiere tener en cuenta también la pérdida por respiración de diferentes órganos de la planta, que puede llegar a representar el 50% del carbono fijado por la fotosíntesis [3]. La estimación del balance de carbono precisa de la determinación de la producción de biomasa de las cepas [4]), ya que la cantidad de materia seca constituyente de la misma representa el almacén de reserva de carbono de la planta, mayormente en los órganos permanentes de la misma (brazos, tronco y raíces), puesto que el carbono fijado en los órganos renovables (sarmientos, hojas y fruto) es muy susceptible de pérdida o exportación del viñedo.

Las expectativas puestas en ciertos cultivos, como el viñedo, para ser considerados como elementos fijadores y almacenadores de carbono, en el ámbito de la reducción de CO₂ en la atmósfera, hace interesante la valoración de su capacidad para acumular materia seca, almacenadora de carbono, la cual se ha mostrado dependiente de diversos factores de cultivo, como la variedad vinífera [5], la densidad de plantación [6] o el régimen hídrico de cultivo [7].

El cálculo de la fijación de carbono por el viñedo no es sencillo, pues una parte del mismo se almacena en las estructuras permanentes de la planta mientras que otra parte puede ir a parar al suelo, a través de la acción de diversos microorganismos. El cálculo de esta parte es complejo, mientras que el cálculo del almacenamiento de carbono en los órganos permanentes de la planta es mucho más viable y fiable. Así, se han llevado a cabo algunos trabajos que han permitido estimar la cantidad de carbono fijado por hectárea de viñedo, apuntando valores en torno a 5 t/ha en amplias zonas de cultivo según las condiciones genéricas de producción [1].

Teniendo en cuenta el efecto acumulado que la variación del régimen hídrico puede suponer en la producción de biomasa y materia seca, y consecuentemente en la fijación de carbono, se plantea un trabajo orientado a cuantificar dicha producción en un viñedo del cv. Cabernet Sauvignon, conducido en espaldera, en el centro del valle del río Duero, por medio del arranque íntegro de cepas sometidas a distintos niveles de disponibilidad hídrica a través del riego a lo largo de un período de tiempo de 15 años.

El trabajo se acometió en diciembre de 2019, por medio del arranque íntegro de cepas, para valorar el desarrollo vegetativo acumulado derivado de una serie de ensayos sucesivos relacionados con la aplicación plurianual de distintos niveles de riego a lo largo del tiempo.

El viñedo fue plantado en 2004, en la finca Zamadueñas (Valladolid), perteneciente al ITACYL. El material empleado es Vitis vinifera L, cv. Cabernet Sauvignon, sobre portainjerto 110 Richter, con un marco de 2,2 m x 1,2 m (3.788 cepas/ha). La orientación de filas es N-S. El sistema de conducción es espaldera vertical, mediante poda en cordón Royat bilateral con 3 pulgares de 2 yemas en cada brazo (12 yemas por cepa).

El suelo del ensayo presenta alta pedregosidad (más de 65% de elementos gruesos), lo que le confiere un buen drenaje, con una capacidad potencial de retención de agua estimada en 70 mm/m de profundidad. Es de tipo arcillo-arenoso en el primer horizonte (20 cm) y franco-arcillo-arenoso en los dos siguientes (20-100 cm), llano, sin limitaciones físicas ni químicas para el cultivo de viñedo.

El diseño experimental se fundamentó en 4 bloques al azar, para aplicar 4 tratamientos experimentales a lo largo del tiempo, hasta el arranque del viñedo. Así, los 4 tratamientos, que se identifican con las siglas T0, T2, P1 y P2, comprendieron 4 repeticiones, con la parcela elemental formada por 27 cepas, distribuidas en 3 filas de 9 cepas, de las cuales las 9 cepas centrales fueron de control, siendo las contiguas destinadas al efecto borde.

El desarrollo del ensayo abarcó la aplicación de diferentes tratamientos de régimen hídrico que incluyeron desde el secano (no riego) hasta la aplicación de riego del 50% de ETo, a través de la modalidad tradicional o del tipo PRD en la línea, siempre durante periodos de al menos 3 años consecutivos. El riego fue aplicado semanalmente por goteo aéreo, con goteros integrados autocompensantes de caudal 4,0 L.h^-1, colocados cada 60 cm, a 30 cm del tronco de la cepa.

Los tratamientos experimentales aplicados en los distintos períodos se describen de la forma siguiente:

2004-2008: riego común del 20% ETo durante el verano, mediante sistema tradicional (T) o mediante sistema PRD - secado parcial de raíces - (P), en la línea, con una dosis media anual para todos los tratamientos de 74 mm.

2009-2011: secano (T0), riego tradicional 25% ETo (T2) -dosis 89 mm-, riego PRD 12,5% ETo (P1) -dosis 44 mm-, riego PRD 25% ETo (P2), -dosis 89 mm-, durante el verano.

2012-2014: secano (T0), riego tradicional 50% ETo (T2) -dosis 185 mm-, riego PRD 25% ETo (P1) -dosis 93 mm, riego PRD 50% ETo (P2), -dosis 185 mm-, durante el verano.

2015-2017: rehidratación de 12 horas cuando se alcanza un nivel de estrés variable (Ψ de tallo a mediodía). Secano = no riego (T0); cuando Ψx ≈ 1,7-1,8 MPa (P1) -dosis 36 mm-; cuando Ψx ≈ 1,4-1,5 MPa (T2) -dosis 97 mm-; cuando Ψx ≈ 1,0-1,2 MPa (P2) -dosis 133 mm-.

2018-2019: no se aplicó riego a ningún tratamiento.

El arranque de cepas fue realizado mediante cadena operada con elevador de tractor cuando el terreno se encontraba en adecuado estado de tempero, para optimizar la extracción del sistema radicular. Una vez arrancadas las plantas enteras, se limpió la tierra adherida a las raíces, observando que todas las cepas arrancadas contaban con sus raíces principales (0>5 mm) según la clasificación de Richards de 1983 [6].

Las muestras de madera en bandeja se mantuvieron a temperatura ambiente durante un periodo de 30 días, perdiendo parte de la humedad inicial. Después se introdujeron y mantuvieron en estufa a 70 °C durante 6 semanas, realizándose el control de peso con frecuencia semanal. Al cabo de dicho periodo, se incrementó la temperatura de la estufa hasta 110 °C, manteniéndose en dicha situación durante 5 semanas, realizándose el control de peso semanal, hasta que se determinó el final del proceso de secado por el cese de variación en el peso de cada muestra entre dos controles de peso consecutivos.

A partir de los datos de peso obtenidos, tanto en fresco como en seco, se calcularon diversos parámetros, generando los resultados que fueron sometidos al correspondiente análisis ANOVA, mediante el programa SPSS 16.0, tal como se muestra en el apartado de Resultados.

Los datos de dosis de riego de cada tratamiento y de precipitación anual se indican en la tabla 1.

Peso fresco de madera

La cantidad de madera producida (tabla 2) se vio significativamente aumentada por los tratamientos con aplicación de riego con respecto al secano (T0), contabilizando hasta 22,4 t/ha (P2) frente a 17,1 t/ha (T0), generando así un aumento en los tratamientos de mayor dosis (T2 y P2) de unas 5,2 t/ha y en el de menor dosis (P1) de 2,6 t/ha, con respecto al T0, lo que representa incrementos aproximados de 30 y 15% respectivamente.

Tabla 2. Peso de madera en fresco (kg/cepa), por partes y de la cepa, y rendimiento (t/ha). Significación estadística: *, p<0,05. Letras distintas indican diferencias entre tratamientos.

El aumento de madera derivado del riego se produjo en todos los órganos diferenciados de la cepa (brazos, tronco y raíces), mostrando diferencias estadísticamente significativas tanto en la cantidad total de madera como en las distintas partes u órganos de la cepa, excepto en las raíces. Dichas diferencias discriminaron los tratamientos más regados, T2 y P2, del secano (T0), sin discriminar el tratamiento de riego intermedio (P1) del resto, aunque en la parte de raíces las diferencias no llegaron a resultar estadísticamente significativas. En la parte de brazos el tratamiento P1 presentó menor peso fresco que T2 y P2, sin distinguirse del T0.

Humedad de la madera

El contenido en humedad de la madera (tabla 3) fue similar en todos los tratamientos aplicados, tanto en el conjunto de la cepa como en cada uno de los órganos analizados. El porcentaje medio de humedad, ponderado según la aportación de cada parte al peso de la cepa, varió en conjunto entre 42,3% y 44,4%, mientras que como valores extremos observados en cualquier parte de la cepa se observaron el 40,7% en los brazos del P2 y el 47,1% en las raíces del T2, sin que las diferencias entre tratamientos resultasen significativas. Tampoco se apreciaron diferencias entre los distintos órganos, con una variación media entre 42,5% (brazos) y 43,7% (tronco).

Inversamente, el porcentaje de materia seca mostró valores medios entre el 55,6% y el 57,7% en el conjunto de la cepa, promediando en conjunto un 56,8%, sin tendencia definida entre tratamientos derivada del riego.

Materia seca

La cantidad de materia seca acumulada por cada tratamiento (tabla 4) fue, lógicamente, proporcional al peso fresco de madera obtenido, dada la escasa variación porcentual del peso seco con respecto al peso fresco de los distintos órganos leñosos analizados. Así, el secano (T0) acumuló 9,66 t/ha, el P1 acumuló 11,14 t/ha, el T2 acumuló 12,54 t/ha y el P2 acumuló 12,65 t/ha, lo que representó aumentos del 15% en P1 y de aproximadamente el 30% en T2 y P2, con respecto al T0. El rendimiento medio de materia seca fue de 11,5 t/ha.

Tabla 4. Materia seca (kg/cepa), por partes y de la cepa, y rendimiento (t/ha). Significación estadística: *, p<0,05. Letras distintas indican diferencias entre tratamientos.

Eficiencia productiva del agua

La eficiencia del agua en la producción de materia seca se ha estimado como peso de materia seca por volumen de agua recibida por el viñedo (tabla 6). En primer lugar, la eficiencia del agua total, precipitación (6100 L/m²) más riego de cada tratamiento, mostró valores entre 0,149 (T0) y 0,165 (T2) kg de m.s./m³, con tendencia favorable a T2 y P2 frente a T0. En segundo lugar, la eficiencia exclusiva del agua de riego de cada tratamiento mostró valores entre 0,795 (P2) y 2,611 (T0) kg de m.s./m³, con diferencias significativas favorables a T0 respecto a P1 y de P1 con respecto a T2 y P2, reflejando una disminución entre el T0 y el P1 del 52% y entre el P1 y el P2 del 36%, resultando la disminución entre el T0 y el P2 del 69%.

Teniendo en cuenta el incremento del agua de riego (Δ-R) con respecto al T0, denominado secano (sólo regado, de forma común, en el periodo de formación del viñedo, 2004-2008) y el incremento de materia seca producida con respecto a dicho tratamiento (Δ-mst), el incremento unitario de materia seca por volumen de agua de riego aplicada (Δ-msR) presentó valores en torno a 0,263 kg/m³, observándose diferencias favorables a P1 con respecto a T2 y P2, que promediaron un aumento del 16% del P1 con respecto al P2.

Tabla 6. Eficiencia en materia seca (kg/m³) del agua total/ha, EUA-T (Precipitación + Riego) (kg m.s./m³) y del agua de riego/ha, EUA-R (kg m.s./m³), e incremento (Δ) del agua de riego aplicada, Δ-R (m³/T0), de la materia seca, Δ-mst (kg/ha) y de la materia seca unitaria por riego, Δ-msR (kg/m³), con respecto al secano (T0). Significación estadística: *, p<0,05. Letras distintas indican diferencias entre tratamientos.

Acumulación de carbono

El carbono acumulado por cada tratamiento en la madera (tabla 7) fue, lógicamente, proporcional al peso de materia seca obtenido, ya que su cálculo fue realizado a partir del mismo, bajo la consideración de la riqueza en carbono de la materia seca de vid indicada por Munalula y Meincken (2009) [8] y Savé et al. (2014) [1], que fue establecida en un promedio del 50%. Así, el secano (T0) acumuló 4,83 t/ha, el P1 acumuló 5,57 t/ha, el T2 acumuló 6,27 t/ha y el P2 acumuló 6,32 t/ha, lo que representó incrementos del 15% en P1 y de aproximadamente el 30% en T2 y P2, con respecto al secano (T0), siendo el rendimiento medio de carbono acumulado de 5,75 t/ha.

Tabla 7. Fijación de carbono total, C (t/ha), eficiencia del agua total/ha, C-T (Precipitación + Riego) (kg C/m³) y del agua de riego/ha, C-R (kg C/m³), e incremento (Δ) de carbono acumulado, ΔC/T0 (kg/ha) con respecto a T0 y de carbono acumulado por volumen de agua aplicado, ΔC-R (kg/m³). Significación estadística: *, p<0,05. Letras distintas indican diferencias entre tratamientos.

La eficiencia del agua total (precipitación más riego) en la fijación de carbono presentó valores en torno a 0,080 kg/m³, con tendencia ligeramente favorable a los tratamientos T2 y P2 frente a T0. La eficiencia exclusiva del agua de riego de cada tratamiento mostró valores entre 0,398 (P2) y 1,301 (T0) kg/m³, con diferencias significativas favorables a T0 respecto a P1 y de P1 con respecto a T2 y P2, reflejando una disminución entre el T0 y el P1 del 52% y entre el P1 y el P2 del 36%, resultando la disminución entre el T0 y el P2 del 69%.

Teniendo en cuenta el incremento de la cantidad de carbono acumulada (ΔC/T0), en kg/ha, dependiente significativamente de la cantidad de agua de riego aplicada, con respecto al secano (T0), el incremento de carbono acumulado por volumen de agua aplicado con respecto a dicho tratamiento (ΔC-R), en kg//m³, presentó valores en torno a 0,132 kg/m³, observándose diferencias favorables a P1 con respecto a T2 y P2, que promediaron un aumento del 16% del P1 con respecto al P2.

Como consecuencia de los resultados anteriores, la materia seca acumulada por el viñedo fue en secano de 9,7 t/ha, con riego intermedio de 11,1 t/ha, y con riego de mayor dosis de 12,6 t/ha, representado así aumentos del 15% y del 30% con respecto al secano.

La eficiencia del agua en la producción de materia seca ha mostrado diferente resultado en función del enfoque del análisis efectuado. Así, la eficiencia del agua total, considerando tanto la precipitación (6100 L/m²) como el riego de cada tratamiento, el cual sólo representó entre el 13% (en P1) y el 20% (en T2 y P2) con respecto al total, mostró ligeras diferencias desfavorables al secano (T0), mientras que la eficiencia exclusiva del agua de riego, sin considerar la precipitación, mostró valores de materia seca claramente superiores en T0 (2,61 t/ha) que en P1 (1,25 t/ha) y que en T2 y P2 (0,84 y 0,79 t/ha). Unitariamente, el incremento de materia seca por volumen de agua de riego aplicado con respecto al secano presentó valores entre 0,245 y 0,285 kg/m³, favorables al nivel intermedio (P1) con respecto al nivel más alto de riego (T2 y P2), que supusieron un aumento del 16%.

La fijación de carbono se vio, lógicamente, afectada claramente por el régimen hídrico, en correspondencia con la materia seca producida. El riego de mayor dosis generó 6,3 t/ha, el de dosis intermedia 5,6 t/ha y el secano 4,8 t/ha de carbono. La eficiencia del agua total recibida por el viñedo supuso la fijación de carbono en torno a 0,08 kg/m³, mientras que la eficiencia exclusiva del agua de riego mostró valores entre 0,40 (P2) y 1,30 (T0) kg/m³, con diferencias desfavorables para T2 y P2.

El incremento de carbono acumulado por volumen de agua de riego con respecto al secano estuvo en torno a 0,132 kg/m³, con aumento del 16% de P1 respecto a P2.

En definitiva, la síntesis de biomasa, expresada mediante materia seca, y la correspondiente acumulación de carbono en la madera, reflejan la dependencia que el viñedo tiene de la disponibilidad de agua, estando la eficiencia del agua condicionada por el nivel de riego que sea aplicado en cada tipo de suelo y, probablemente, el material vegetal constituyente del viñedo.

Referencias

1. R. Savé, C. Biel, I. Funes, F. De Herralde, X. Aranda. El cultivo de la vid como sumidero de carbono en Cataluña. Enoviticultura 31: 62-69 (2014)

2. J.M. Escalona, E. Hernández-Montes, M. Tomás, H. Medrano. Factores ambientales y agronómicos que determinan la fijación de carbono en vid. Enoviticultura 31: 10-19 (2014)

3. E. Hernández-Montes, M. Tomás, H. Medrano, J.M. Escalona. Importancia del componente respiratorio en el balance de carbono en vid (Vitis vinifera L.). Enoviticultura 31: 20-27 (2014)

4. C. Miranda, L.G. Santesteban, M. Loidi, J.B. Royo. Balance de carbono del viñedo: cuantificación y reparto de la biomasa producida. Enoviticultura 31: 100-108 (2014)

5. J. Yuste, A.L. de la Torre. Biomasa acumulada en las partes permanentes de cepas adultas de distintas variedades de vid en el valle del Duero. Vida Rural 331: 40-44 (2011)

6. J.J. Hunter. Plant spacing implications for grafted grapevine I. Soil characteristics, root growth, dry matter partitioning, dry matter composition and soil utilisation. S. Afr. J. Enol. Vitic. 19 (2): 25-34 (1998)

7. J.R. Yuste, J. Yuste. Acumulación de materia seca en cepas arrancadas de Tempranillo en función del régimen hídrico en el Valle del Duero. Enoviticultura 7: 24-29 (2010)

8. F. Munalula, M. Meincken. An evaluation of South African fuelwood with regards to calorific value and environmental impact. Biomass and Bioenergy 33: 415-420 (2009)

Agradecimientos

Este trabajo ha sido posible con ayuda del proyecto PID2019-105039RR-C42, financiado por AEI/MCIN, con el apoyo de colaboradores del ITACYL.