UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
FACULTAD AGROPECUARIA Y DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES
CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA
Influencia de distintos niveles de sombra en las características morfológicas y fisiológicas en el crecimiento temprano del cacao (Theobroma cacao L) clon EETP-800 en la provincia de Zamora
Chinchipe
Autor
Alex Oswaldo Guamán Guamán Director
Ing. Jhonny Fernando Granja Travez Mg. Sc.
Loja – Ecuador 2021
TESIS DE GRADO PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AGRÓNOMO
II
CERTIFICACIÓN DE TESIS
Ing. Jhonny Fernando Granja Travez Mg. Sc.
DIRECTOR DE TESIS
CERTIFICA:
Que luego de haber dirigido y revisado el trabajo de tesis titulado: “Influencia de distintos niveles de sombra en las características morfológicas y fisiológicas en el crecimiento temprano del cacao (Theobroma cacao L) clon EETP-800 en la provincia de Zamora Chinchipe”, previo a la obtención del título de Ingeniero Agrónomo, del egresado: Alex Oswaldo Guamán Guamán, se autoriza su presentación debido a que el mismo se sujeta a las normas y reglamentos generales de graduación exigido por la Carrera de Ingeniería Agronómica.
En mi calidad de Director de Tesis certifico que la investigación realizada ha sido trabajo propio del egresado.
Loja, 15 de julio de 2021
________________________________
Ing. Jhonny Fernando Granja Travez Mg. Sc.
DIRECTOR DE TESIS
III
CERTIFICACIÓN DEL TRIBUNAL DE GRADO
Una vez cumplida la reunión del tribunal de calificación del trabajo final de tesis titulado:
“INFLUENCIA DE DISTINTOS NIVELES DE SOMBRA EN LAS
CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS Y FISIOLÓGICAS EN EL CRECIMIENTO TEMPRANO DEL CACAO (Theobroma cacao L) CLON EETP-800 EN LA PROVINCIA DE ZAMORA CHINCHIPE” de autoría del Sr. Alex Oswaldo Guamán Guamán, egresado de la carrera de Ingeniería Agronómica.
En tal virtud, nos permitimos certificar que, en el trabajo final consolidado de investigación, se ha incorporado las sugerencias efectuadas por los miembros del tribunal y está acorde con los requerimientos de la carrera de Ingeniería Agronómica de la Facultad Agropecuaria y de Recursos Naturales Renovables, por lo tanto, se procede a la aprobación y calificación del trabajo de tesis, y se autoriza continuar con los trámites pertinentes.
Loja, 04 de noviembre del 2021
____________________________________
Mg. Sc. Klever Anibal Chamba Caillagua PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
___________________________________
Mg. Sc. Francisco Javier Guayllas Guayllas VOCAL
____________________________________
Mg. Sc. Paulina Vanesa Fernández Guarnizo VOCAL
IV AUTORÍA
Yo, Alex Oswaldo Guamán Guamán declaro ser el autor del presente trabajo de tesis y eximo expresamente a la Universidad Nacional de Loja y a sus representantes jurídicos, de posibles reclamos o acciones legales, por el contenido de la misma.
Adicionalmente acepto y autorizo a la Universidad Nacional de Loja, la publicación de mi tesis en el Repositorio Institucional-Biblioteca Virtual.
Firma:
Autor: Alex Oswaldo Guamán Guamán Cédula: 1106082017
Fecha: 05/11/2021
V
CARTA DE AUTORIZACIÓN
Yo, Alex Oswaldo Guamán Guamán, declaro ser el autor de la tesis titulada “Influencia de distintos niveles de sombra en las características morfológicas y fisiológicas en el crecimiento temprano del cacao (Theobroma cacao L) clon EETP-800 en la provincia de Zamora Chinchipe” como requisito para optar al grado de Ingeniero Agrónomo, autorizo al sistema bibliotecario de la Universidad Nacional de Loja para que con fines académicos, muestre al mundo la publicación intelectual de la Universidad, a través de la visibilidad de su contenido de la siguiente en el Repositorio Digital Institucional.
Los usuarios puedan consultar el contenido de este trabajo en el (RDI), en las redes de información del país y del exterior, con las cuales tenga convenio la Universidad.
La Universidad Nacional de Loja, no se responsabiliza por el plagio o copia de la tesis que realice un tercero.
Para constancia de esta autorización, en la ciudad de Loja a dieciocho días del mes de noviembre del dos mil veinte y uno, firma el autor:
Firma:
Autor: Alex Oswaldo Guamán Guamán Cédula: 1106082017
Dirección: Av. Chuquiribamba, Barrio Cera, Cantón Loja - Loja.
Correo electrónico: [email protected] Celular: 0939893981
DATOS COMPLEMENTARIOS
Director de tesis: Ing. Jhonny Fernando Granja Travez Mg. Sc.
Tribunal de grado:
Ing. Klever Anibal Chamba Caillagua Presidente Mg.Sc. Francisco Javier Guayllas Guayllas Vocal Mg.Sc. Paulina Vanesa Fernández Guarnizo Vocal
VI
AGRADECIMIENTO
A mis padres Rosa Guamán Patiño y Daniel Guamán Guamán por brindarme su dedicación, motivación y apoyo incondicional durante el transcurso de la carrera; a mis hermanas quienes han sido mi inspiración y motivación de lucha para seguir adelante hasta verme realizado como profesional.
A mi director de tesis por su dirección, apoyo y revisión del presente trabajo y asesorarme con cada inquietud presentada durante el desarrollo de la investigación. Así mismo, a la Ing. Beatriz Guerrero técnica del laboratorio de Bromatología, Ing. Jeamel Ruiz técnica del laboratorio de Sanidad Vegetal y a la Ing. Tania Sarango técnica del Laboratorio de Análisis Químico por su predisposición y gentileza. A cada uno de los docentes que compartieron su sabiduría y me motivaron en el aula de clase para culminar de la mejor manera con esta fase de mi vida.
Así mismo agradezco al Ing. Diego Loaiza director encargado de la estación experimental
“El Padmi”, al grupo de investigación de cacao dirigido por el Ing. Johnny Granja, Ing.
Mirian Capa, Ing. Santiago Vásquez, Ing. Marlene Molina y compañeros por permitirme formar parte del macro-proyecto: “Efecto de la Radiación fotosintéticamente activa sobre cacao (Theobroma cacao L.) en la Región Sur del Ecuador y sus implicaciones agronómicas”. A mis compañeros y amigos por su apoyo que me han brindado, con consejos acertados y palabras de aliento, los tengo siempre presentes.
VII
DEDICATORIA
A mis padres Daniel y Rosa por su esfuerzo y apoyo incondicional durante el transcurso de la carrera hasta verme realizado como profesional; asimismo a mis hermanas quienes día a día fueron participes de mis alegrías, triunfos y tristezas.
Alex.
VIII
TABLA DE CONTENIDO
PORTADA……….I CERTIFICACIÓN DE TESIS………..II CERTIFICACIÓN DEL TRIBUNAL DE GRADO………III AUTORÍA………..…….IV CARTA DE AUTORIZACIÓN………...………V AGRADECIMIENTO………...……..VI DEDICATORIA………VII TABLA DE CONTENIDO………..VIII TÍTULO……….…….XI RESUMEN ... XII ABSTRACT ...XIII
1. INTRODUCCIÓN ... 1
1.1 Objetivos ... 3
1.1.1 Objetivo general ... 3
1.1.2 Objetivos específicos ... 3
2. REVISIÓN DE LITERATURA ... 4
2.1 Generalidades e importancia del cacao ... 4
2.2 Origen del cacao ... 4
2.3 Grupos genéticos de cacao ... 5
2.4 Cacao clon EETP-800 ... 5
2.5 Ecofisiología del cacao ... 6
2.5.1 Temperatura. ... 7
2.5.2 Precipitación. ... 7
2.5.3 Viento. ... 7
2.5.4 Humedad relativa. ... 7
2.5.5 Altitud. ... 8
2.5.6 Sombreamiento y luminosidad. ... 8
2.6 Respuestas fisiológicas del cacao a la variación en la intensidad de la luz ... 11
2.7 Ciclo fenológico del cacao ... 14
3. MATERIALES Y MÉTODOS ... 15
3.1 Ubicación del área de estudio ... 15
IX
3.2 Materiales ... 15
3.3 Diseño experimental ... 16
3.4 Metodología general ... 17
3.4.1 Análisis de pH del suelo ... 19
3.4.2 Análisis de conductividad Eléctrica (CE) del suelo ... 19
3.4.3 Análisis bromatológicos en las hojas... 19
3.4.4 Contenidos foliares nutricionales ... 20
3.4.5 Variables morfológicas evaluadas durante el desarrollo vegetativo ... 20
3.4.5.1 Altura de la planta. ... 20
3.4.5.2 Área de sección transversal del tronco (ASTT). ... 20
3.4.5.3 Longitud de brote. ... 20
3.4.5.4 Tasa de crecimiento absoluta (TCA). ... 21
3.4.5.5 Tasa de crecimiento relativa (TCR). ... 21
3.4.5.6 Longitud y número de metámeros. ... 21
3.4.5.7 Área foliar (AF) del brote... 21
3.4.5.8 Índice de área foliar (IAF) ... 22
3.4.6 Variables fisiológicas evaluadas durante el desarrollo vegetativo ... 22
3.4.6.1 Concentración de clorofila ... 22
3.4.6.2 Densidad estomática (DE) ... 23
3.4.6.3 Tamaño de los estomas (TE) ... 24
3.4.6.4 Fenología del cacao ... 24
3.5 Análisis Estadístico ... 24
4. RESULTADOS ... 25
4.1 Variables morfológicas evaluadas ... 25
4.1.1 Altura de la planta... 25
4.1.2 Incremento de altura ... 26
4.1.3 Área de sección transversal del tronco ... 26
4.1.4 Longitud del brote ... 27
4.1.5 Incremento de longitud de brote ... 27
4.1.6 Tasa de crecimiento absoluta del largo de brote ... 28
4.1.7 Tasa de crecimiento relativa del largo de brote ... 29
4.1.8 Longitud y número de metámeros ... 29
4.1.9 Área foliar del brote ... 30
4.1.10 Índice de área foliar ... 31
4.2 Variables fisiológicas ... 31
X
4.2.1 Concentración de clorofila... 31
4.2.2 Densidad estomática ... 32
4.2.3 Tamaño de los estomas ... 32
4.2.4 Fenología ... 33
4.3 Análisis de pH del suelo ... 36
4.4 Conductividad eléctrica ... 36
4.5 Análisis bromatológicos en las hojas ... 37
4.6 Contenidos foliares nutricionales ... 37
4.7 Correlación entre variables ... 38
5. DISCUSIÓN ... 40
6. CONCLUSIONES ... 50
7. RECOMENDACIONES ... 51
8. BIBLIOGRAFÍA ... 52
9. ANEXOS ... 66
XI
“INFLUENCIA DE DISTINTOS NIVELES DE SOMBRA EN LAS CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS Y FISIOLÓGICAS EN EL CRECIMIENTO TEMPRANO DEL CACAO (Theobroma cacao L) CLON EETP-
800 EN LA PROVINCIA DE ZAMORA CHINCHIPE”
XII RESUMEN
El cacao es una especie tropical arbórea, generalmente cultivada en condiciones de sombra, aunque se han reportado algunos genotipos cultivados a plena exposición solar.
El efecto de la sombra en campo es muy complejo y surge la necesidad de tener un mejor conocimiento que permita resolver los problemas que todavía se plantean en cuanto a su utilización racional, para maximizar el crecimiento de las plantas en sus primeras etapas durante el establecimiento y posteriormente para incrementar la producción. En este estudio nos planteamos como objetivo principal evaluar la influencia de la sombra en los parámetros morfológicos y fisiológicos en la etapa vegetativa del cacao clon EETP-800.
Para tal efecto, se ejecutó un ensayo de campo en la Estación Experimental “El Padmi”
de la UNL, en la provincia de Zamora Chinchipe, por un periodo de 6 meses (agosto 2020 a enero 2021) sobre un cultivo de cacao clon EETP-800 de 8 meses de edad, bajo un arreglo DCA con 3 tratamientos (0, 35 y 80 % de sombra) y 7 repeticiones. Dentro de las mediciones se registró las siguientes variables morfológicas: altura, ASTT, largo de brote, TCA del brote, TCR del brote, longitud y número de metámeros, área foliar del brote y IAF. A nivel fisiológico se evaluó la clorofila a, b y total, densidad estomática, tamaño de estomas y fenología. También se realizó análisis bromatológicos y nutricionales a nivel foliar, análisis pH y CE del suelo. Los resultados sugieren que la sombra no influye directamente en las variables morfológicas como: el crecimiento de tallos y ramas, así como en la producción de hojas y brotes en la etapa vegetativa. En cuanto a variables fisiológicas, el contenido de clorofila no se vio afectado por los tratamientos de sombra, mientras que para la densidad estomática se encontró un mayor número de estomas para el tratamiento bajo plena luz con 884 estomas por mm2 con mayores tamaños. Además, el crecimiento de las flores se caracterizó por tener un periodo de 25 días. Estos resultados muestran, que en estadios de crecimiento temprano del cacao clon EETP800, bajo condiciones de plena luz y con sombra, el crecimiento vegetativo y contenidos nutricionales foliares no se ven afectados. Podemos agregar que, el clon EETP-800 se adapta perfectamente a las condiciones del clima amazónico.
Palabras clave: radiación, sombra, Theobroma cacao L.
XIII ABSTRACT
Cocoa is a tropical tree species, usually cultivated in shady conditions, although some genotypes cultivated at full sun exposure have been reported. The effect of shadow in the field is very complex and there is a need to have a better knowledge to solve the problems that still arise in terms of its rational use, to maximise the growth of plants in their early stages during the establishment and subsequently to increase production. In this study we set as our main objective to evaluate the influence of shade on morphological and physiological parameters in the vegetative stage of the EETP-800 clone cocoa. For this purpose, a field trial was conducted at the UNL Experimental Station "El Padmi" in the province of Zamora Chinchipe for a period of 6 months (August 2020 to January 2021) on an 8-month-old EETP-800 clone cocoa crop under a DCA arrangement with 3 treatments (0, 35 and 80 % shade) and 7 repetitions. Within the measurements, the following morphological variables were recorded: height, ASTT, outbreak length, outbreak TCA, outbreak TCR, length and number of metamers, leaf area of the outbreak and IAF. At the physiological level, chlorophyll a, b and total, stomatic density, stomata size and phenology were evaluated. Bromatological and nutritional analyses were also performed at foliar level, pH and EC analysis of the soil. The results suggest that shadow does not directly influence morphological variables such as: the growth of stems and branches, as well as the production of leaves and shoots in the vegetative stage. Regarding physiological variables, the content of chlorophyll was not affected by shade treatments, while for stomatic density a greater number of stomata was found for treatment under full light with 884 stomata per mm2 with larger sizes. In addition, the growth of the flowers was characterized by having a period of 25 days. These results show that in early growth stages of the EETP800 clone cocoa, under full light and shady conditions, vegetative growth and foliar nutritional contents are not affected. We can add that, the EETP-800 clone adapts perfectly to the conditions of the Amazon climate.
Keywords: radiation, shade, Theobroma cacao L.
1
1. INTRODUCCIÓN
Se estima que el cacao sombreado cubre el 31 % del área cultivada global total, con diferencias notables entre países y continentes, en América Latina el cacao bajo sombra representa el 83 % del área cultivada total (Somarriba et al., 2012) siendo la principal forma de manejo del cultivo de cacao a través de diferentes sistemas agroforestales (SAF) (Pacheco et al., 2011). En Ecuador el 20 % del área plantada se cultiva bajo sombra y un 80 % sin sombra (Somarriba y Lopez-Sampson, 2018).
El cultivo de cacao en el Ecuador es uno de los más importantes y uno de los principales productos de exportación, para el año 2019 el área sembrada fue de 601 954 ha, con una producción anual de 283 680 t y un rendimiento de 0.63 t ha-1 (ESPAC, 2019). En la zona sur oriental, en particular la provincia de Zamora Chinchipe, poco a poco ingresa en el mapa productor de cacao Nacional Fino o de Aroma, pues para el año 2019 contó con una superficie plantada de 1 111 ha con una producción de 177 t (INEC-ESPAC, 2020) y un rendimiento de 0.59 t ha-1 (MAG, 2020), un promedio bajo considerando que el rendimiento potencial de este cultivo puede llegar a 5 t ha-1 (van Vliet et al., 2015).
El cultivo del cacao que tradicionalmente se hacía en un ambiente sombreado bajo SAF para regular el nivel de radiación solar incidente (Suárez et al., 2018a) se ha venido destacando como monocultivo a pleno sol (Jaimez et al., 2018), lo que requiere más investigación, ya que la ecofisiología del cacao es diferente en los dos tipos de ambientes.
Además, en condiciones de sombra, el cacao está influenciado por varios factores ambientales, ya que, además de reducir la intensidad de la radiación, promueve variaciones de temperatura, velocidad del viento, humedad relativa del aire y del suelo, entre otros parámetros relacionados con el desempeño ecofisiológico y la producción de cacao (Jaimez et al., 2008).
Los beneficios de los SAF en cacao no son claros debido a que las diferentes estructuras de estos sistemas difieren significativamente en la intercepción y transmisión de la radiación solar (Durán-Bautista et al., 2015), lo que afecta directamente el crecimiento y el rendimiento del cacao (Blaser et al., 2017; Wartenberg et al., 2019) y la interacción de distintos factores (tipo de especie, densidades, arreglos de plantación, suelo, entre otros), dificulta aún más la comprensión del efecto de la sombra (Somarriba, 2005).
2
Según Acheampong et al. (2013) afirma que se debe obtener una mejor comprensión de cómo los niveles de luz influyen en el rendimiento inicial del cacao, ya que es un componente importante para optimizar su crecimiento durante la fase de establecimiento.
Además, los niveles óptimos de sombra para este cultivo pueden variar según las condiciones climáticas del lugar donde se cultiva y el genotipo a utilizarse (Abdulai et al., 2018; Suárez, et al., 2018), presentando diferencias en el crecimiento temprano, en cuanto a la capacidad fotosintética y actividad fotoquímica (Almeida et al., 2017; Jaimez et al., 2018).
Desde hace 21 años el INIAP inició cruces entre clones de origen nacional con el CCN- 51, con el objeto de combinar caracteres de altos niveles de productividad y calidad. Esto dio origen a los dos primeros clones de alto potencial productivo liberados en 2016, como son los clones INIAP-EETP-800 AROMA e INIAP- EET-801 FINO, los que presentan excelentes perspectivas para ser desarrollados en todo el país (ANECACAO, 2017). Sin embargo, no se conoce estudios de la adaptabilidad de estos genotipos a las condiciones edáficas y climáticas existentes en la zona amazónica del sur de Ecuador, resaltando la importancia de evaluar su respuesta a este ambiente.
El cantón Yantzaza de la provincia de Zamora Chinchipe presenta una alta frecuencia relativa de nubes (70 %) (INAMHI, 2014), temperatura media de 22.7 °C y humedad relativa >84% (Climate-data.org, 2020). Debido a estas condiciones ambientales imperantes, existe cierta incertidumbre sobre la necesidad real de establecer plantaciones de cacao en condiciones de sombra. Además, en la zona de estudio, la información acerca de los requerimientos de radiación, el desempeño morfo-fisiológico, aclimatación o adaptación a condiciones de sombreado no es del todo conocida y es un tema de constante discusión, debido a escasos estudios y principalmente en plantas juveniles de nuevos genotipos de cacao de alto potencial productivo (clon EETP-800) en los ecosistemas agrícolas.
Por tanto, debido a la poca información en respuesta al factor lumínico, esta investigación contribuirá con información valiosa sobre los efectos de la sombra en las características morfo-fisiológicas en el crecimiento temprano del cacao, contribuyendo al entendimiento de la luz en el crecimiento y desarrollo del cultivo, permitiendo establecer estrategias para un manejo agrícola adecuado, lo cual contribuirá al incremento de la producción, generando un impacto social y económico positivo sobre los productores.
3
A fin de cumplir el propósito de la presente investigación, se plantearon los siguientes objetivos:
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo general
Evaluar la influencia de la sombra en los parámetros morfológicos y fisiológicos en la etapa vegetativa del cacao (Theobroma cacao L.) clon EETP-800.
1.1.2 Objetivos específicos
Determinar el efecto que provoca la sombra sobre el crecimiento de plantas de cacao en estado vegetativo.
Identificar el efecto de la sombra sobre parámetros fisiológicos de plantas de cacao en estado vegetativo.
4
2. REVISIÓN DE LITERATURA 2.1 Generalidades e importancia del cacao
El cacao se cultiva principalmente en África del Oeste, América Central, Sudamérica y Asia. Los principales productores son también los mayores exportadores, con excepción de Brasil y Malasia cuyo consumo interno absorbe la mayor parte de su producción.
Actualmente, la producción mundial de cacao es de 5 596 397 t con un rendimiento promedio de 457.4 kg/ha, siendo África el principal productor, contribuyendo con el 67.1
% de producción a nivel mundial, mientras que países de América contribuyen con el 17.4 % (FAOSTAT, 2019).
Ecuador, con una producción de 283 680 t, ocupa el quinto lugar en el ranking mundial de países productores de cacao, contribuyendo con el 5 % de la producción (FAOSTAT, 2019). El cultivo está presente en casi todas las provincias, destacando como las más importantes: Los Ríos, Guayas, Manabí y Esmeraldas (Lema, 2020) y se produce como
“cultivo solo” o cultivo asociado con otras especies.
La historia económica del Ecuador ha estado estrechamente relacionada con el cultivo de cacao, y específicamente con la variedad de cacao nacional de sabor fino, por ser un producto de exportación y fuente de empleo en sectores rural y urbano. El cultivo de cacao en Ecuador es muy antiguo, se remonta a la época precolombina, ya que antes de la colonización española de este territorio (Loor Solorzano et al., 2012), ya se observaron grandes árboles de cacao que demostraban el conocimiento y la utilización de esta especie en la región costera, antes de la llegada de los europeos (Lanaud et al., 2012). Registros muestran que el Ecuador exporta cacao a base de la variedad Nacional fino de aroma desde 1830 (Amores, 1999).
2.2 Origen del cacao
El cacao (Theobroma cacao L.) pertenece a la familia Malvaceae. Es una especie perenne diploide (2n = 2 × = 20) con un genoma relativamente pequeño que varía en tamaño de 411 a 494 Mb (Argout et al., 2010; Motamayor et al., 2013; Da Silva et al., 2017).
Estudios demuestran que es originario de Sudamérica, de las regiones tropicales húmedas en la región amazónica de Colombia, Ecuador, Perú, Venezuela y Brasil, donde aún
5
permanecen poblaciones silvestres y luego fue introducido por el hombre en Centroamérica (Motamayor et al., 2002; Lanaud et al., 2012; Thomas et al., 2012).
El estudio llevado a cabo por Zarrillo et al. (2018) permite comprobar que la mayor diversidad de T. cacao se encuentra en la región superior del Amazonas en el noroeste de Sudamérica, apuntando a esta región como su centro de origen. Hallazgos todavía más sorprendentes, en estudios recientes realizados en Palanda, cantón de la provincia de Zamora Chinchipe, demuestran que el cacao tiene su origen en la Alta Amazonia, de acuerdo con la evidencia arqueológica hallada en cerámicas y piedras de la cultura denominada Mayo-Chinchipe, donde se confirmó el uso del cacao desde el 3.300 a.c (5.300 años hasta la actualidad) en el yacimiento Santa Ana-La Florida.
Este hallazgo tiene una importancia de carácter global, pues constituye el registro más antiguo del uso y domesticación del cacao por el ser humano, al menos 1,500 años antes de su distribución en Centroamérica y Mesoamérica (Loor Solorzano et al., 2012; Valdez, 2013, 2019). Por lo tanto, la ciencia ahora señala que tanto el centro de origen como el primer centro de domesticación y uso del cacao ocurrieron en la misma región del alto Amazonas de América del Sur (Díaz-Valderrama et al., 2020).
2.3 Grupos genéticos de cacao
Las actuales variedades comerciales derivan de tres grupos conformados por su origen geográfico, composición genética y morfología, denominados Criollo, Forastero y Trinitario (híbrido de Criollo × Forastero), que difieren en calidad, vigor y rendimiento (Cheesman, 1944). En Ecuador, se cultivan variedades que se derivan de los grupos antes mencionados, como los clones 'CCN 51' y varios clones de 'EET' conocidos como nacionales. Recientemente, Motamayor et al. (2008) sugirió una nueva clasificación del germoplasma de cacao y los agrupó en 10 grupos genéticos: Amelonado, Contamana, Criollo, Curaray, Guianna, Iquitos, Marañón, Nacional, Nanay y Purús, lo que reflejaría con mayor precisión la diversidad genética que la clasificación anterior.
2.4 Cacao clon EETP-800
Entre 1997 y 1999, la Estación Experimental Tropical Pichilingue (EETP) del Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INIAP) del Ecuador, había iniciado cruces entre clones de origen nacional con el clon CCN-51, con el objeto de combinar caracteres
6
de altos niveles de productividad y calidad. Esto dio origen a un grupo de materiales que permitió a fines del año 2016, entregar al sector cacaotero del país, los dos primeros clones de alto potencial productivo (2,4 a 3,0 TM/ha/año de cacao seco) como son los clones INIAP-EETP-800 AROMA e INIAP- EET-801 FINO, los que presentan excelentes perspectivas para ser desarrollados en todo el país (ANECACAO, 2017).
El cacao clon EETP-800 “Aroma Pichilingue” fue obtenido del cruce de CCN 51 × EET 233 y se liberó comercialmente en octubre del año 2016, el cual se destaca por su precocidad y alta productividad (Loor-Solórzano et al., 2018; Loor-Solórzano et al., 2019). Las principales características de este clon son: crecimiento semi-erecto, floración en el primer y tercer trimestre del año, mazorca de forma elíptica inmadura color verde y amarilla en su madurez fisiológica con una longitud de 19.2 cm y diámetro de 8.9 cm, con 46 semillas en promedio, autocompatible, producción precoz, tolerante a enfermedades como la escoba de bruja (Monillioptera perniciosa), mal del machete (Ceratocystis fimbriata) y monilla (Mollioptera roreri), cuenta con un índice de mazorca de 18, promedio de 46 semillas por mazorca e índice de semilla de 1.40, ubicándose en la categoría Arriba Superior Summer Selecta (ASSS) (Loor-Solórzano et al., 2019).
El clon presenta un alto grado de adaptación en la parte media y alta de la cuenca del río Babahoyo, nor-occidente de Pichincha y norte de Guayas, hasta una altura máxima de 600 msnm, zonas donde el potencial genético del clon expresa su mejor comportamiento comercial. En cuanto al distanciamiento de siembra, puede ir desde 2,5 x 2,5 m hasta 4 x 4 m, ya sea en cuadrado “cuatro vientos”, triángulo “tres bolillos” o dobles hileras con calles de trabajo. La elección estará en función del tipo de terreno, superficie a sembrar, capacidad económica y nivel de intensificación de la producción. Presenta un rendimiento promedio de 2 toneladas de cacao seco ha/año, el cual puede incrementarse hasta llegar a sobrepasar las 2,5 toneladas de cacao seco ha/año, dependiendo del nivel de tecnología que se le aplique al cultivo (fertilización, fertirriego, etc.) (Loor-Solórzano et al., 2018).
2.5 Ecofisiología del cacao
El crecimiento, desarrollo y la buena producción del cacao están estrechamente relacionados con las condiciones medioambientales de la zona donde se cultiva. Es por ello que los factores climáticos influyen en la producción de una plantación (Almeida y
7
Valle, 2007); además, la relación del transcurso climático y el periodo vegetativo nos permite establecer los calendarios agroclimáticos (Paredes, 2003).
2.5.1 Temperatura.
El cacao no soporta temperaturas bajas, siendo su límite medio anual de temperatura los 21 º C ya que es difícil cultivar cacao satisfactoriamente con una temperatura más baja.
La óptima temperatura es entre 22 º C y 28 ° C. Es un cultivo que debe estar bajo sombra para que los rayos solares no incidan directamente y se incremente la temperatura (Dostert et al., 2012).
2.5.2 Precipitación.
El cacao es una planta sensible a la escasez de agua, pero también al encharcamiento por lo que se precisarán de suelos provistos de un buen drenaje. Un anegamiento o estancamiento puede provocar la asfixia de las raíces y su muerte en muy poco tiempo.
Las necesidades de agua oscilan entre 1500 y 2500 mm en las zonas bajas más cálidas y entre 1200 y 1500 mm en las zonas más frescas o los valles altos (Dostert et al., 2012).
2.5.3 Viento.
El cacao es una planta muy sensible al viento, a medida que la velocidad del viento se incrementa (>14 km h‐1), aumenta la transpiración y probabilidad de daño directo a las hojas, provocando un desecamiento, muerte y caída de las hojas (Paredes, 2003). El viento puede provocar estímulos mecánicos en las plantas, afectando su crecimiento y desarrollo. Según Reis et al. (2018) las hojas más jóvenes son más intolerantes al estrés mecánico provocado por el viento, ya que presentan mayores daños macroscópicos y microscópicos y, en consecuencia, mayores cambios moleculares, bioquímicos y ultraestructurales, por tanto, las altas velocidades del viento pueden comprometer seriamente el desarrollo de las hojas jóvenes y afectar su productividad y expresión alterada de transcripciones de genes psba y psbo relacionados con el aparato fotosintético y genes per relacionados con enzimas antioxidantes a una tasa de 4,5 m s-1.
2.5.4 Humedad relativa.
El cacao necesita una humedad relativa de aproximadamente el 80 %. La apertura del estoma en las hojas de cacao está relacionada con la humedad relativa del aire (HR): los
8
estomas se mantienen más abiertos a una humedad más alta que una humedad más baja.
Sin embargo, probablemente debido a una alta transpiración cuticular, el cierre del estoma no siempre controla de manera eficiente la pérdida de agua (Almeida y Valle, 2010).
2.5.5 Altitud.
El cacao crece mejor en las zonas tropicales cultivándose desde el nivel del mar hasta los 800 metros. Sin embargo, en latitudes cercanas al ecuador las plantaciones se desarrollan normalmente en mayores altitudes que van de los 1,000 a 1,400 msnm. La altitud no es un factor determinante como lo son los factores climáticos y edafológicos. Observándose valores normales de fertilidad, temperatura, humedad, precipitación, viento y energía solar, la altitud constituye un factor secundario (Paredes, 2003).
2.5.6 Sombreamiento y luminosidad.
El cacao es una especie que crece en ambientes del sotobosque con alta precipitación y reducida disponibilidad de luz (Baligar et al., 2008), por ello cuenta con una serie de características que son típicos de especies de sombra (Daymond et al., 2011), reportándose generalmente que es altamente sensible a estrés por alta radiación, con un punto de saturación de luz entre 400 y 600 μmol m-2 s-1 (Almeida et al., 2013; Ávila- Lovera et al., 2015; Tezara et al., 2015), además, incluyen tasas fotosintéticas bajas entre 1 y 8 μmol m–2 s–1 ( Ávila-Lovera et al., 2015; Almeida et al., 2013) y una alta sensibilidad al estrés fotoinhibidor (Daymond et al., 2011), condiciones que hacen necesario el establecimiento del cultivo de cacao bajo sombra (Almeida y Valle, 2010; Acheampong et al., 2013).
Por estas razones, los cultivos de cacao en todo el mundo generalmente se establecen en entornos con sombra, como SAF a la sombra de grandes árboles y/o con cultivos anuales y perennes (Somarriba et al., 2012). Sin embargo, los beneficios de estos sistemas pueden ser engañosos presentando a la vez ventajas y desventajas (Graefe et al., 2017; Sepúlveda et al., 2017). Bajo sombra ayuda a contrarrestar algunos factores climáticos adversos que se presentan con mayor intensidad en época seca, reduciendo la tasa de transpiración (Saavedra et al., 2020), el estrés y el movimiento del viento (Reis et al., 2018), disminuir el daño causado por plagas (Daghela et al., 2013), control del microclima (Jiménez-Pérez et al., 2019), favoreciendo el contenido hídrico y la actividad metabólica (Ordoñez- Espinosa et al., 2020).
9
Sin embargo, las diferentes estructuras de estos sistemas difieren significativamente en la intercepción y transmisión de la radiación solar (Durán-Bautista et al., 2015), lo que afecta directamente el crecimiento y el rendimiento del cacao y además pueden no ser suficientes para compensar los costos de producción a corto plazo (Blaser et al., 2017;
Wartenberg et al., 2019).
El uso de sombra en cacao debe tener un manejo adecuado y equilibrado (tipo de especie, densidades, arreglos de plantación) cuyo porcentaje a manejar está en relación con la fertilidad del suelo, con el fin de reducir la competencia por el agua y nutrientes (Somarriba, 2005), la excesiva sombra o la presencia de árboles inadecuados pueden afectar el desarrollo de las plantas, reduciendo la producción de flores y afectar la calidad de los frutos por la incidencia de enfermedades fúngicas y bacterianas (INFOCACAO, 2015; Jaimez et al., 2013), además al cultivarse bajo árboles de sombra se alteran los patrones de distribución de raíces en respuesta a la competencia por agua y nutrientes (Rajab et al., 2018).
Por otro lado, la evidencia experimental ha demostrado que se puede tener cacao sin sombra y actualmente se conoce la existencia de árboles de cacao cultivados exitosamente en plena exposición solar en Ecuador, Brasil y países africanos (Ghana y Costa de Marfil) (Agele et al., 2016; De Araújo et al., 2017; Jaimez et al., 2018).
El requerimiento de sombra del cacao a lo largo del tiempo ha sido cuestionado (Asare et al., 2010), ya que estudios demuestran que los rendimientos aumentan significativamente con el aumento de cubierta de copa (CC) de los árboles de sombra (Asare et al., 2018), mientras que otros estudios han demostrado que los rendimientos aumentan con el aumento de la intensidad de la luz en el área de cultivo (Wade et al., 2010; Asare et al., 2016), presentándose una relación negativa entre la cobertura de sombra y los rendimientos (Asare et al., 2010; Acheampong et al., 2013).
Esta percepción se basa en los primeros ensayos de sombra y fertilizantes en las décadas de los 70s, 80s y 90s realizado en cacao amazónico durante un período de 17 y 20 años en Ghana (Ahenkorah et al., 1974; Ahenkorah et al., 1986). Los resultados mostraron rendimientos muy altos de plantaciones de cacao bien fertilizados después de la eliminación completa de la sombra, mientras que en las parcelas muy sombreadas fue de apenas la mitad de las que estaban bajo el tratamiento sin sombra. Estos hallazgos han
10
dado lugar a las percepciones actuales sobre la sombra y el rendimiento del cacao, ya que en los estudios se recomendó la eliminación de la cobertura de sombra para mejorar la productividad del cacao, aun cuando en la misma investigación se encontró, que la productividad del sistema sin sombra declina luego de alcanzar un pico, mientras que aquella con sombra se mantiene estable, además de gozar de mayor longevidad.
Algunos autores concuerdan que si bien cultivar el cacao a plena luz tiene una ventaja productiva que incrementa el rendimiento, puede no ser viable económicamente, teniendo en cuenta los efectos negativos que provienen de la falta de sombra y la mayor demanda de insumos agroquímicos para mantener la productividad (Asare et al., 2016, Asare et al., 2018). En este sentido, los beneficios de la sombra parecen ser de carácter económico más no fisiológico, ya que, al intensificar las prácticas agronómicas, se obtiene mayor rendimiento al sol que a la sombra.
Los sistemas sombreados pueden tener un desempeño financiero similar o incluso mejor que los sistemas convencionales, a pesar de los menores rendimientos de estos sistemas, los menores costos por área y el mayor precio percibido por kilogramo de cacao hacen que estos sistemas tengan un mejor desempeño financiero (Waldron et al., 2012; Jezeer et al., 2017). Sin embargo, surge la pregunta de si se debe renunciar al potencial productivo de una planta, por el establecimiento de un sistema poco eficiente a expensas de mínimos costos de inversión.
Los rendimientos de cacao y la intercepción de luz están estrechamente relacionados cuando la disponibilidad de nutrientes no es limitante (Almeida y Valle, 2010). Por lo tanto, la disponibilidad de recursos es esencial cuando se cultiva cacao en ambientes con niveles altos de radiación y temperatura, ya que aumentan el metabolismo de las plantas y consecuentemente aumenta el requerimiento por agua, nutrientes y manejo cultural. Las tasas más altas de fotosíntesis y crecimiento en estas condiciones solo pueden mantenerse mediante un manejo intensivo del cultivo, para sostener el aumento de la productividad (Lahive et al., 2019), requiriendo elevada fertilidad del suelo (fertilizantes) y bajo un sistema de riego, ya que es una especie poco conservadora en relación con la eficiencia del uso del agua y así poder mantener dicho sistema a largo plazo (INFOCACAO, 2015).
Mientras, que en suelos de baja fertilidad, con períodos de sequía prolongada se recomienda cultivar el cacao bajo una sombra adecuada para atenuar las demandas
11
nutricionales del cultivo al mejorar y mantener la fertilidad del suelo, devolviendo grandes cantidades de hojarasca al suelo (Asare et al., 2016; De Araújo et al., 2017;
Famuwagun et al., 2017). Estos tres factores, luz, agua y/o nutrientes están íntimamente relacionados y no pueden ser separados, la interacción poco entendida y mal manejada podría ser la razón de fracasos en experiencias de siembras intensivas de cacao a plena exposición solar. Es por lo tanto necesario encontrar, en cada lugar, el punto crítico de estos tres factores.
De todas las consideraciones anteriores se puede concluir que la ventaja de la sombra en el cultivo de cacao, no es solo proveer una baja intensidad de luz, considerada como óptima para el crecimiento y producción del cultivo, sino como una práctica de contrarrestar factores ecológicos y económicos desfavorables, tales como: baja fertilidad, daños por viento, alta transpiración y el estrés hídrico, entre otros; es decir, en aquellos casos donde no se pueda incorporar nuevas tecnologías para modernizar el cultivo, el sombreamiento permite un desempeño fisiológico y agronómico moderado de la planta de cacao, sin alcanzar grandes producciones.
Debido a alta heterogeneidad y la amplia gama de condiciones climáticas y edáficas, estrategias de manejo, densidades de plantación y especies de árboles de sombra, sugieren que una recomendación global para niveles de sombra o especies de árboles de sombra no sería precisa. Más bien, su aplicabilidad depende de las condiciones edafoclimáticas locales y la etapa de crecimiento del cacao, considerando factores socioeconómicos, aspectos socioculturales y ambientales para la implementación de sistemas de producción de cacao (Niether et al., 2020).
2.6 Respuestas fisiológicas del cacao a la variación en la intensidad de la luz Una de las informaciones requeridas a menudo para estudiar el balance energético o el crecimiento de un cultivo particular es la radiación solar (Grossi, 2004). La luz solar es un factor altamente heterogéneo en los ecosistemas y a su vez es la principal fuente de energía, imprescindible para la vida de las plantas. La radiación disponible influye en numerosos procesos fisiológicos, morfogenéticos y reproductivos; los rayos directos del sol proporcionan la cantidad y una calidad de luz necesarias para la fotosíntesis, proceso en el que las plantas a través de las hojas utilizan la luz para convertir el agua y el dióxido de carbono en energía (INFOCACAO, 2015; Hernández et al., 2019).
12
La información sobre las interacciones entre la radiación solar y el comportamiento fisiológico de cacao se ha incrementado en las últimas décadas. Aun así, actualmente hay controversia sobre la “conveniencia” de establecer plantaciones a libre exposición solar (Lahive et al., 2019).
Las necesidades de luz varían según la especie; no todas las fuentes de luz son iguales, ni todas las plantas necesitan la misma cantidad. Debido a la variación genética en caracteres morfológicos y fisiológicos del cacao, les permite a las plantas mostrar una respuesta diferencial en determinados ambientes, por ello para lograr una combinación óptima de los genotipos de cacao con su entorno de cultivo, es evidente que deben tenerse en cuenta una serie de factores como la temperatura, tolerancia al estrés hídrico y alta intensidad de luz (Daymond y Hadley, 2004).
El cacao es una especie tolerante a la sombra, cuya fisiología y metabolismo se adapta a condiciones de baja luminosidad (Hernández et al., 2019), sin embrago, puede aclimatarse parcialmente a una alta exposición de radiación solar, disminuyendo su capacidad fotosintética, para lo cual requiere del suministro adecuado de agua y nutrientes, permitiendo así que algunos cultivares se desarrollen con éxito a plena luz del sol (De Almeida et al., 2019).
Se ha demostrado que la intensidad del manejo del dosel (tamaño del dosel y la cantidad de sombreado automático) es responsable del microclima dentro del área de cultivo que influye en la fisiología del cacao (Jiménez-Pérez et al., 2019). Por ejemplo, la cantidad de radiación solar que recibe la planta determina su longevidad, tasa fotosintética y peso de la hoja; las hojas de la parte superior del dosel experimentan tasas fotosintéticas más altas y un menor contenido de agua y longevidad, en comparación con las hojas del dosel inferior (Miyaji et al., 1997).
A una alta luminosidad las hojas de cacao se desarrollan de forma diferente que cuando se encuentran en un ambiente sombreado. Bajo sombra el cacao presenta área foliar (AF) alta, sin embargo, la interacción sombra × genotipo es significativa (Acheampong et al., 2013). Por ello se ha demostrado que los clones de cacao a plena exposición solar presentan menor área foliar específica (AFE), lo que podría estar asociado a un mayor grosor foliar y menor superficie como respuesta a una alta exposición lumínica; en comparación con hojas bajo sombra que son más delgadas con una superficie mayor, por
13
lo tanto, bajo sombra puede tener un índice de área foliar (IAF) más alto (Tezara et al., 2015).
En plantas con poca luz (10 y 20 % de exposición) presentan una mayor cantidad de Clorofila total (Chl t) y una baja relación chl a/b (De Almeida et al., 2019), por lo que la síntesis de clorofila puede estar estrechamente relacionada con la expansión foliar. En cuanto al número de hojas/planta se han obtenido mayores resultados en plantas cultivadas a pleno sol (Famuwagun et al., 2017), además, el tiempo térmico acumulado (días grado de crecimiento ° Cd) es mayor en plantas a pleno sol y la tasa de aparición de hojas (filocrón en °C/hoja), es más rápida en plena exposición solar (Agele et al., 2016).
Respecto a las características fenológicas, como la longevidad de la hoja, pueden alterarse por el efecto de la intensidad de la luz durante la ontogenia de la hoja, el tiempo de vida promedio de las hojas se estima de 450 días en plantas bajo sombra y 250 días a plena exposición solar (Müller et al., 1992). Sin sombra las plantas presentan un recambio foliar dos veces más rápido, lo que sugiere que el sombreado reduce la exposición del cacao a la sequía atmosférica, lo que probablemente resulta en una mayor longevidad de las hojas (Abou et al., 2016).
En el estudio anatómico entre hojas expuestas a pleno sol y hojas bajo sombra, se han encontrado diferencias en el grosor de la lámina de la hoja (LLT), el grosor del mesófilo total (TMT), el grosor del parénquima empalizada (PPT) y el grosor del parénquima esponjoso (SPT) en niveles de luz del 100 % (pleno sol) y 50 %. Por el contrario, en 5 % de luz, se dan reducciones de 24.5 %, 23 %, 21 % y 20 % en los valores de espesor para LLT, TMT, PPT y SPT, respectivamente (De Araújo et al., 2017). Tales cambios morfo- fisiológicos, que ocurren a nivel foliar, pueden influir en la tolerancia a la alta irradiación, lo que aumenta la eficiencia en la captación de luz y en el proceso fotosintético, resultando en un mejor desempeño de la planta (Galyuon et al., 1996).
Generalmente, se ha reportado que altos valores de radiación causarían fotoinhibición en el cacao, sin embargo, se ha comprobado que en variedades ecuatorianas de cacao clonal y CCN51 expuestos a una alta intensidad lumínica, pueden aclimatar los caracteres fisiológicos y morfológicos. Los clones cultivados a plena exposición solar (425.2 µmol m-2 s-1), reducen significativamente el AFE y la eficiencia cuántica máxima del fotosistema II (PSII) (Fv/Fm), mostrando aclimatación morfoanatómica y regulación
14
descendente del aparato fotoquímico, sin evidencias de fotoinhibición (Tezara et al., 2015).
En otro reporte al evaluar clones de tipo nacional en la costa ecuatoriana a alta luminosidad, todos los clones mostraron un aumento de 35 % en promedio en la tasa fotosintética neta (A) y un rendimiento óptimo a altos niveles de radiación (1000 µmol m-2 s-1). Dicha respuesta de fotosíntesis a estas condiciones de luz alta no se ha reportado previamente en cacao (Jaimez et al., 2018).
Recientes estudios en la Amazonía colombiana por Suárez et al. (2018a) mostraron que las plantas de cacao exhiben una aclimatación óptima con una radiación solar relativamente alta (700 μmol m-2 s-1) mejorando el rendimiento fisiológico en comparación con una radiación media (400 μmol m-2 s-1) y baja (300 μmol m-2 s-1). Otro estudio similar reportó cuatro tipos de sistemas de cultivo diversos, con radiaciones de 680.4 μmol m-2 s-1; 820.3 μmol m-2 s-1; 1200.8 μmol m-2 s-1 y 1400.6 μmol m-2 s-1, los cuales fueron compatibles con un buen desarrollo ecofisiológico y por lo tanto, propicios para la producción agronómica de cacao (Suárez et al., 2018b), contradiciendo la suposición de que las plantas de cacao crecen mejor en condiciones de sombra.
Estos resultados apoyan la hipótesis de que el cacao es una planta que se adapta a las condiciones ambientales prevalecientes, debido a que el crecimiento a plena luz del sol durante un período prolongado da como resultado que las plantas se aclimaten al exceso de radiación a través de cambios morfológicos y fisiológicos, lo que le permite ser cultivado en zonas sin sombra (Galyuon et al., 1996).
2.7 Ciclo fenológico del cacao
Niemenak et al. (2010) utilizó la escala BBCH para describir al cacao sobre la germinación de semillas y el establecimiento de brotes, y el crecimiento vegetativo y generativo en las ocho etapas principales de crecimiento. La descripción completa abarcó el alargamiento de la hoja, el tallo principal, la formación de un jorquete, el inicio del chupón y el crecimiento del chupón, el alargamiento de las ramas en abanico, la aparición de la inflorescencia, el desarrollo del fruto y la maduración del fruto y la semilla. La codificación sigue la "escala BBCH ampliada". Este es un sistema numérico que diferencia entre etapas de crecimiento principal, secundaria y terciaria.
15
3. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1 Ubicación del área de estudio
El proyecto de investigación se llevó a cabo en la Estación Experimental “El Padmi” de la Universidad Nacional de Loja, en la provincia de Zamora Chinchipe, cantón Yantzaza, parroquia Los Encuentros, barrio “El Padmi”, a 123 km de la ciudad de Loja (Figura 1).
La Quinta tiene una extensión de 103,5 ha, entre una altitud de 775 a 1150 msnm y se encuentra ubicada en las coordenadas 764741 E y 9585808 N (Armijos y Patiño, 2010).
El cantón Yantzaza cuenta con un clima cálido-húmedo con una temperatura media anual de 22.7 °C, una precipitación anual de 1 959 mm, siendo el mes más seco agosto y el más húmedo abril, con promedios mensuales de 132 mm y 212 mm respectivamente (Climate- data.org, 2020). La humedad relativa es >84%, con una nubosidad promedio anual de 7 octas y una frecuencia relativa de nubes del 70% (INAMHI, 2014).
Figura 1. Ubicación geográfica del área de estudio. Fuente: Elaboración propia.
3.2 Materiales
De campo: lampa, bomba de mochila, machete, barreta, piola, cinta métrica, flexómetro, regla metálica, libreta de campo, lápiz, balanza digital, calibrador, balde, guantes, mascarilla, fundas plásticas, fundas de papel, podadora, malla sarán (35 y 80 % de sombra), alambre, martillo, playo, motosierra, cegueta, hielera cooler, papel de cocina.
16
Insumos: ácido bórico, sulfato de magnesio, herbicida agrícola (Glyphosate), insecticida (ATTA-KILL®: Cebo en gránulo)
3.3 Diseño experimental
En la investigación se aplicó un diseño completamente al azar (DCA), con 3 tratamientos y 7 repeticiones, siendo la unidad experimental una planta de cacao clon EETP-800 (Figura 2; Tabla 1), aplicando su respectivo modelo matemático. Los tratamientos son:
T1: 0 % de sombra (Plena luz) T2: 35 % de sombra
T3: 80 % de sombra
Modelo matemático para el DCA Yij = µ + Ʈi +
ɛ
ijYij: variable de respuesta µ: media general
Ʈi: efecto fijo del tratamiento
ɛ
ij: error experimentalFigura 2. Esquema de campo del experimento.
T1 Sombra 0%
T2 Sombra 35%
T3 Sombra 80%
4 m
3.5
17
Tabla 1. Delineamiento del diseño experimental
Diseño Cantidad
Número de tratamientos 3
Número de repeticiones 7
Unidad experimental Una planta de cacao Número de Unidades experimentales 21
3.4 Metodología general
El experimento se realizó en un cultivo establecido de cacao clon nacional EETP-800 por parte del proyecto de investigación de la Universidad Nacional de Loja titulado “Efecto de la radiación fotosintéticamente activa sobre cacao (Theobroma cacao) en la Región sur del Ecuador y sus implicaciones agronómicas”, sembradas el 17-10-2019. Las plantas se encontraron en un estado inicial de desarrollo, con una edad de 8 meses, a una densidad de siembra de 4 m x 3.5 m, en un área aproximada de 672 m2. Estas plantas de cacao se obtuvieron del Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias INIAP, el cual puede garantizar el origen y las características de las plantas.
El presente trabajo constó de diferentes fases; la fase de campo, que correspondió a la delimitación del ensayo, análisis previo del suelo, aplicación de los tratamientos, análisis de conductividad eléctrica y pH del suelo y registro de datos de las características de crecimiento vegetativas durante un periodo de 6 meses, desde agosto de 2020 hasta enero de 2021, así mismo, se llevó un control de las principales plagas, enfermedades y arvenses mediante prácticas culturales, destrucción del material vegetal infectado, aplicación eventual de herbicida agrícola (Glyphosate) y aplicación de insecticida (ATTA-KILL®: Cebo en gránulo) para proteger las plantas.
Para el análisis de suelo en el área de estudio, se realizó la toma de muestras de suelo y se envió para su respectivo análisis químico, en el laboratorio de Manejo de Suelos y Agua de la Estación Experimental Santa Catalina del INIAP, con el fin de tener una línea base sobre la cual se va a trabajar y evaluar los niveles de sombra.
Antes de la aplicación de los tratamientos se realizó la aplicación de ácido bórico y sulfato de magnesio en una dosis de 4 y 42 kg/ha respectivamente (Anexo 6), con la finalidad de corregir la deficiencia de los elementos S y B expresado en el análisis de suelo (Tabla 2;
18
Anexo 4). Para la implementación de los tratamientos de sombra, la intensidad de la luz se redujo con la colocación de estructuras independientes de mallas de polietileno negro (sarán o polisombra) de diferentes densidades (35 % y 80 %), colocada sobre postes de madera en las plantas bajo sombra, a una altura de 1,8 m desde el suelo, en cuanto al tratamiento del 0 % de sombra las plantas estuvieron expuestas a plena exposición solar (Figura 3). Estas condiciones se mantuvieron hasta 168 días después de iniciado el tratamiento (DDT).
Tabla 2. Resultados del análisis de suelo realizado en el laboratorio de Manejo de Suelos y Agua de la Estación Experimental Santa Catalina del INIAP.
pH CIC meq/100g
suelo
M.O.
%
N P S K Ca Mg 𝑪𝒂 𝑴𝒈
𝑴𝒈 𝑲
𝑪𝒂 + 𝑴𝒈 𝑲
∑ 𝑩𝒂𝒔𝒆𝒔 meq/100g
suelo
ppm meq/100ml
5,53 17 11,40 73 16 5,80 0,35 12,40 2,20 5,6 6,3 41,7
16,8 Lig.
ácido
Alto Alto Medio Bajo Medio Alto Alto Alto Alto Alto
Zn Cu Fe Mn B Arena Limo Arcilla Clase Textural
ppm %
4,10 1,40 254 30,5 0,10
68 3 29 Franco Arcillo
Arenoso Medio Medio Alto Alto Bajo
Resultados del laboratorio de Manejo de Suelos y Agua de la Estación Experimental Santa Catalina del INIAP. (28/01/2020). (M.O.: Materia orgánica; CIC: Capacidad de intercambio catiónico)
Figura 3. Tratamientos de sombra en cacao EETP-800.
En la fase de laboratorio, para las características fisiológicas se analizó el contenido de clorofila en hojas de cacao en el Laboratorio de Análisis Químico de la UNL; además, se realizaron análisis de densidad estomática en el Laboratorio de Sanidad Vegetal de la UNL, análisis bromatológicos de hojas en el Laboratorio de Suelos, Aguas y Bromatología de la UNL y contenidos nutricionales en hojas de cacao en el Laboratorio de Suelos, Tejidos Vegetales y Aguas en la Estación Pichilingue del INIAP.
T1: plena luz T2: 35 % de sombra T3: 80 % de sombra
19 3.4.1 Análisis de pH del suelo
Durante un periodo de 6 meses, desde agosto de 2020 hasta enero de 2021, cada 20 días se realizó el análisis de pH del suelo, tomando 4 repeticiones por tratamiento (12 muestras), recolectando 200 gr de suelo a 10 cm de profundidad. Las muestras se secaron y se tamizaron. El análisis se realizó en el Laboratorio de Análisis Químico de la UNL donde con la ayuda de un potenciómetro (electrodo de vidrio) se procedió a medir el pH en agua destilada con una relación (suelo: agua) (1:2.5) para conocer los cambios que se dieron en las propiedades del suelo durante la investigación. Para ello se tomó 20 ml de suelo y se agregó 50 ml de agua destilada, se agitó por 5 minutos a 400 rpm y se dejó en reposo por 30 minutos, luego se midió con el potenciómetro previamente estandarizado.
3.4.2 Análisis de conductividad Eléctrica (CE) del suelo
En las muestras colectadas para pH del suelo se realizó el análisis de CE utilizando aproximadamente 100 ml de suelo previamente pasado por un tamiz de 2 mm después se agregó agua destilada agitando con una varilla de vidrio o espátula. Después de mezclar se dejó reposar la muestra 24 horas antes de filtrar en un embudo Buchner aplicando vacío. Y finalmente se midió la resistencia eléctrica de la suspensión en las escalas dadas por el equipo (conductímetro). La CE se expresó en decisiemens por metro (dS/m).
3.4.3 Análisis bromatológicos en las hojas
Al final del periodo de estudio se analizó en el Laboratorio de Suelos, Aguas y Bromatología de la Universidad Nacional de Loja: materia seca, proteína, ceniza y fibra.
Tomando 100 g de hojas por repetición y considerando 6 repeticiones por tratamiento (18 muestras), las hojas luego de ser extraídos de la planta se colocaron en una funda de polietileno con la etiqueta correspondiente y se trasladaron al laboratorio dentro de las 24 horas siguientes. Considerando el protocolo de Guerrero, (2020), primero se procedió a determinar la materia seca parcial colocando la muestra en la estufa a 65 º C±5 hasta llegar a peso constante. En base a las muestras de materia seca se extrajo cenizas por incineración en la mufla, para lo cual se pesó 3 g de brote seco molido en un crisol de porcelana, los crisoles con la muestra fueron llevados al horno mufla para ser calcinados a 550 °C por 180 minutos. Para la proteína cruda se utilizó 0,5 g de muestra y se determinó usando el método de Kjeldahl, determinando primeramente el contenido de nitrógeno (N)
20
tras eliminar la materia orgánica con ácido sulfúrico, calculándose finalmente el contenido de proteína con ayuda de un factor (f = 6.25). La fibra cruda se determinó por el método de doble hidrólisis acido-básica, utilizando 1 g de muestra.
3.4.4 Contenidos foliares nutricionales
Al finalizar el periodo de estudio de los tratamientos, se tomaron muestras foliares para la realización de análisis químicos, considerando 3 repeticiones por tratamiento (9 muestras) en el Laboratorio de Suelos, Tejidos Vegetales y Aguas en la Estación Pichilingue del INIAP. Para lo cual, se recolectó de 10 a 15 hojas por repetición de brotes de la temporada, del tercio medio de la canopia. Una vez recolectadas las muestras se colocaron en fundas de polietileno y se etiquetaron respectivamente, para su análisis correspondiente antes de las 48 horas siguientes. Los minerales analizados en las hojas fueron: N, P, K, Ca y Mg, expresándose en %.
3.4.5 Variables morfológicas evaluadas durante el desarrollo vegetativo Durante un periodo de 6 meses, en las 20 unidades experimentales se registraron las siguientes variables morfológicas:
3.4.5.1 Altura de la planta. A cada planta desde la base del cuello del tallo central hasta el ápice del brote más sobresaliente se midió cada 20 días con una cinta métrica y se expresó en cm.
3.4.5.2 Área de sección transversal del tronco (ASTT). Con ayuda de un calibrador, al inicio y final del experimento se medió el diámetro del tronco o tallo principal a 5 cm desde el suelo en el patrón, a partir del cual se calculó su área mediante la fórmula: ASTT= (
π
d2)/4. Donde, d= diámetro del tronco (cm) y π= valor constante (3.1416), expresando el dato en cm2.3.4.5.3 Longitud de brote. Se seleccionaron y etiquetaron 2 brotes en crecimiento activo por unidad experimental posicionados en el tercio superior de la altura de la planta y se midieron con una cinta métrica desde la base hasta el ápice cada 20 días, expresando en cm.
21
3.4.5.4 Tasa de crecimiento absoluta (TCA). A los brotes marcados se les determinó la TCA, para observar el incremento de longitud del órgano por unidad de tiempo, el cual se expresó en cm día-1 y se determinó al final del crecimiento del brote. Para ello se utilizará la siguiente formula:
𝑻𝑪𝑨 =
∆𝐿∆𝑡
Donde: ∆L= longitud inicial – longitud final y ∆t= tiempo inicial – tiempo final.
3.4.5.5 Tasa de crecimiento relativa (TCR). En los brotes marcados se determinó la TCR, que corresponde al incremento de longitud por unidad de tamaño y por unidad de tiempo, expresando en cm cm día-1, se determinó al final del crecimiento del brote. Para ello se usó la siguiente formula:
𝑻𝑪𝑹 =
1𝐿𝑖
∗
∆𝐿∆𝑡
Donde: Li = longitud inicial, ∆L= longitud inicial – longitud final y ∆t= tiempo inicial – tiempo final.
3.4.5.6 Longitud y número de metámeros. En los brotes seleccionados, se contabilizó el número de entrenudos y en base a su longitud total, por división, el cual se midió con una cinta métrica, se obtuvo una longitud promedio del metámero en el brote una vez que finalizó la evaluación y se expresó en cm.
3.4.5.7 Área foliar (AF) del brote. Se determinó por el método no destructivo de dimensiones foliares (modelo alométrico), para ello se tuvo en cuenta el modelo propuesto por (Schmildt et al., 2017), que sugiere la medición del ancho y del largo de cada hoja y la utilización de este valor para reemplazar una variable en una ecuación previamente obtenida, mediante la cual se calcula el área foliar de cada hoja. La sumatoria de las áreas foliares individuales de cada una de las hojas, permite el cálculo del área foliar por brote.
En el presente estudio se realizó un análisis con regresión de 25 muestras de hojas de cacao clon EETP-800 en diferentes estados de madurez (Anexo 2, figura 8 y 9); el área de dichas hojas se calculó mediante método de análisis
22
digital de fotografías empleando el programa Adobe Photoshop (Versión:
13.0.1); así mismo, se midió el largo y ancho de las mismas con una regla graduada en cm. Con estos datos por medio de regresión se obtuvo la ecuación para estimar el área foliar en base a medidas de longitud y/o ancho, seleccionando el de mejor ajuste estadístico.
Posteriormente se determinó el área foliar con la ecuación obtenida sobre los brotes marcados una vez al final de la aplicación de los tratamientos.
3.4.5.8 Índice de área foliar (IAF). Con el uso de estimaciones alométricas utilizando la ecuación anterior para estimar el área foliar, se determinó el área total de la cobertura foliar de cada planta de cacao para el IAF, el cual, indica la relación entre el área foliar total y la superficie del suelo que ocupa dicha área, la cual al dividir Área Área-1 es adimensional (no presenta unidades). Su cálculo se realizó con la fórmula:
𝑰𝑨𝑭 = 𝐴𝐹 𝐴𝑆
Siendo: AF, el área foliar por planta (m2) y AS= Área de suelo asignada (m2).
3.4.6 Variables fisiológicas evaluadas durante el desarrollo vegetativo
Durante un periodo de 6 meses, en las 20 unidades experimentales se consideró el análisis de las siguientes variables fisiológicas:
3.4.6.1 Concentración de clorofila. Esta variable se evaluó al final del experimento considerando 6 repeticiones por tratamiento (18 muestras) y se determinó la concentración de clorofila a, b y total con el siguiente protocolo (Rodés y Collazo, 2006).
Tratamiento de la muestra: se tomaron hojas totalmente sanas de plantas de cacao, seguidamente se lavó y seco cada una de las muestras y se cortó secciones de hoja sin nervaduras.
Extracción de pigmentos: se pesó un gramo de hoja fresca, luego se introdujo en un tubo de ensayo previamente envueltos en papel aluminio para evitar que penetren los rayos solares y con 6 ml de etanol al 90 % de modo que los
23
segmentos queden bien sumergidos en el solvente orgánico, seguidamente se llevó las muestras a baño maría a 80°C durante 20 minutos para que los pigmentos (clorofilas) salgan al exterior y se disuelvan en el solvente, al cabo de este tiempo los segmentos quedaron totalmente decolorados y el solvente de color verde por último se sacó los restos de muestra de los tubos.
Cuantificación de los pigmentos: se tomó 1 ml del sobrenadante de cada uno de los extractos y se diluye hasta 10 ml con el solvente utilizado, después se midió en un espectrofotómetro a longitudes de onda deseada, el blanco es el solvente utilizado, bien tapado para evitar que se volatilice, según Mackinney (1941) las ondas para medir la cantidad la absorbancia es 645 y 663 nm, de igual manera se utilizó las fórmulas siguientes:
𝐶𝑎 (µ𝑔
𝑚𝑙) = [(12,7 ∗ 𝐴663) − (2,69 ∗ 𝐴645)] ×𝑣𝑜𝑙. 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑜(𝑚𝑙) 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 ℎ𝑜𝑗𝑎 (𝑔) 𝐶𝑏 (µ𝑔
𝑚𝑙) = [(22,9 ∗ 𝐴645) − (4,68 ∗ 𝐴663)] ×𝑣𝑜𝑙. 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑜(𝑚𝑙) 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 ℎ𝑜𝑗𝑎 (𝑔) 𝐶 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (µ𝑔
𝑚𝑙) = [(20,2 ∗ 𝐴645) − (8,02 ∗ 𝐴663)] ×𝑣𝑜𝑙. 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑜(𝑚𝑙) 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 ℎ𝑜𝑗𝑎 (𝑔) Todo el protocolo que se realizó se trabajó en luz tenue con el fin de no alterar los pigmentos de clorofila.
3.4.6.2 Densidad estomática (DE). se refiere al número de estomas por unidad de área. El conteo estomático se realizó por el método de la impronta de acuerdo a la metodología de Barrientos-Priego et al. (2003), el cual consistió en la aplicación de esmalte de uñas transparente en un área pequeña en la superficie abaxial de la hoja. Después de que el esmalte se secó, la capa fue removida delicadamente y se colocó sobre una gota de agua destilada en el portaobjeto para su observación. Considerando 6 repeticiones por tratamiento (18 muestras), se tomó una hoja completamente expandida por brote para muestrear siempre en la zona central del lado abaxial de la lámina y a ambos lados de la nervadura principal entre las nervaduras secundarias (2 muestras/hoja), en este lugar de las hojas se aplicó una capa de esmalte de uñas. De cada aplicación se obtuvo una lámina grabada en la cual se realizaron las observaciones con un microscopio Olympus CX31 con el objetivo 10 X y
