Como investigador de plantas, necesita evaluar eficazmente el rendimiento de los cultivos, tanto si está seleccionando la mejor variedad como si intenta comprender la tolerancia al estrés abiótico, estudiar la resistencia a las enfermedades o determinar la resiliencia climática. Pero si sólo mide los datos meteorológicos, puede estar pasando por alto indicadores clave de rendimiento. En este artículo y en el vídeo que aparece a continuación, hablamos de un indicador importante pero que a menudo se pasa por alto: el potencial hídrico del suelo. El potencial hídrico es infrautilizado por los investigadores de plantas en los estudios de estrés abiótico, a pesar de que es la única manera de evaluar las verdaderas condiciones de sequía para determinar la tolerancia a la sequía en las plantas. Aprenda qué es el potencial hídrico y cómo puede mejorar la calidad de su estudio de plantas.
Si ha estudiado poblaciones de plantas, probablemente esté familiarizado con la ecuación simplificada de la Figura 1 que representa cómo pensamos sobre el impacto de la genética y el medio ambiente en los fenotipos observables.
Esta ecuación descompone el fenotipo observado (altura de la planta, rendimiento, color del grano, etc.) en los efectos del genotipo (la genética subyacente de las plantas) y los efectos del medio ambiente (precipitaciones, temperatura media diaria, etc.). De esta ecuación se desprende que la calidad de su estudio depende directamente del tipo de datos medioambientales que recopile. Por tanto, si no mide el tipo de datos adecuado, la precisión de todo su estudio puede verse comprometida.
Los estudios sobre la sequía son muy difíciles de reproducir, cuantificar e incluso diseñar. Esto se debe a que no hay nada predecible sobre el momento, la intensidad o la duración de la sequía, y es difícil hacer comparaciones entre lugares con diferentes tipos de suelo. También sabemos que observar únicamente las precipitaciones, o incluso el contenido volumétrico de agua, no describe adecuadamente las condiciones de sequía que se dan en el suelo. El potencial hídrico del suelo es una herramienta esencial para cuantificar el estrés por sequía en la investigación vegetal, ya que le permite hacer evaluaciones cuantitativas sobre la sequía y proporciona una manera fácil de comparar los resultados a través de los sitios de campo y en el tiempo. Veamos por qué.
Cuando pensamos en el suelo, normalmente lo hacemos en el contexto del crecimiento de las plantas. Sabemos que el suelo influye en el crecimiento de las plantas a través de la disponibilidad de nutrientes, la posible presión de enfermedades, el crecimiento de las raíces y la disponibilidad de agua.
Muchos investigadores piensan que la disponibilidad de agua de las plantas puede determinarse con un sensor tradicional de humedad del suelo que mida el contenido volumétrico de agua.
Pero si está intentando caracterizar el estrés por sequía, comprender la eficiencia del uso del agua en los cultivos o estudiar la tolerancia al estrés abiótico en las plantas con un sensor de contenido de agua, está midiendo el parámetro equivocado. El contenido de agua sólo indica cuánta agua hay en el suelo. No puede decirle si esa agua está disponible para las plantas. Vea este breve vídeo para saber por qué es así.
Uno de los problemas que plantea el uso de datos sobre el contenido volumétrico de agua para cuantificar el estrés abiótico es que es necesario conocer el tipo y la textura del suelo para interpolar la información sobre la disponibilidad de agua en el contexto de la planta. Esto dificulta las comparaciones si los tipos de suelo son diferentes en varios lugares. En cambio, el potencial hídrico del suelo evalúa directamente la disponibilidad de agua. Eso significa que ya tiene en cuenta la textura del suelo. Cuando se mide el potencial hídrico, se dispone de una medida que es directamente comparable entre lugares y a lo largo del tiempo sin necesidad de análisis adicionales ni de calibración específica del suelo.
El otro problema de utilizar el contenido volumétrico de agua para indicar el estrés por sequía es que el contenido de agua es sólo una cantidad. Indica cuánta agua se ha añadido al suelo (o se ha agotado). Pero no puede indicar la accesibilidad del agua para las plantas ni cuánta energía se necesita para acceder a ella. En cambio, el potencial hídrico indica la energía del agua en el suelo y si las plantas están cómodas o estresadas, ya que indica cuánta agua del suelo tienen a su disposición. Por eso el potencial hídrico es una medida mucho más informativa que el contenido de agua cuando se quiere saber si las plantas están experimentando verdaderas condiciones de sequía. Vea cómo funciona en el siguiente vídeo.
Algunas personas evitan medir el potencial hídrico del suelo porque su definición es complicada y difícil de entender. Pero no es necesario entender el potencial hídrico del suelo para utilizarlo eficazmente. Puede considerar el potencial hídrico como una especie de termómetro del agua para las plantas. Del mismo modo que puede mirar el termostato de su casa y ver 22 C (72 F) y pensar "eso es cómodo para mí como ser humano", puede mirar los datos del potencial hídrico del suelo y comprender si la cantidad de agua en el suelo es cómoda o no para sus plantas. El vídeo siguiente explica por qué.
La figura 4 ilustra cómo podemos considerar el potencial hídrico como una especie de "termómetro de confort" para las plantas. Obsérvese que los valores kPa del potencial hídrico se indican siempre como valores negativos. Una forma de entender el kPa es que cuanto más negativo sea el valor, más seco estará el suelo. Un valor de cero está en el rango de saturación total, mientras que -1000 kPa o menos es el punto de marchitamiento permanente.
En la parte inferior de la figura 4 se puede ver que, durante el periodo vegetativo, el maíz prefiere estar en el rango de -50 kPa. Durante la maduración, sin embargo, prefiere que el suelo esté en el rango de kPa de -800 a -1200, que es bastante más seco.
Cerca de la parte superior de la figura 4, verás que las patatas prefieren una ventana más estrecha, de unos -30 a -50 kPa.
Los dos gráficos siguientes ayudan a ilustrar cómo los datos del potencial hídrico pueden ofrecer una imagen más precisa del estrés hídrico en las plantas. La Figura 5 muestra algunos datos de contenido volumétrico de agua en céspedes.
Fíjese en los picos de riego o precipitaciones a lo largo del tiempo. Sin ningún contexto sobre el tipo de suelo, es difícil sacar conclusiones sobre la disponibilidad de agua o lo cómodo que es el suelo para el césped en este campo.
En la figura 6, añadimos datos sobre el potencial hídrico, lo que facilita mucho ver si las plantas están en un rango óptimo de disponibilidad de agua.
En este gráfico se ve que al principio de la temporada se regaba en exceso. Hacia julio, redujeron la frecuencia de riego, lo que permitió que el suelo se secara y se acercara al rango óptimo de -30 a -50 kPa.
A finales de agosto y principios de septiembre, se ve que empezaron a dejar pasar demasiado tiempo entre riegos, lo que supuso un importante estrés por sequía para el césped. El descenso del contenido de agua en torno al 13 de septiembre no difiere mucho de los que se producen antes y después. Sólo cuando se observan los datos del potencial hídrico se aprecia la drástica caída fuera del rango óptimo de kPa, que podría llevar al césped al punto de marchitamiento permanente. Para obtener más información sobre la comprensión de los datos, vea nuestro seminario web Cómo interpretar los datos de humedad del suelo.
El potencial hídrico, como cualquier otra cosa, tiene sus limitaciones cuando se utiliza para determinar la tolerancia a la sequía en las plantas. He aquí tres aspectos a tener en cuenta:
Al realizar mediciones del potencial hídrico, ¿debe centrarse en la cantidad o en la calidad de los datos? La respuesta puede sorprenderle. Un estudio reciente analizó esta disyuntiva en el contexto de los datos de fenotipado de plantas. El estudio comparó la medición manual de plantas de campo -un método muy preciso pero laborioso- con la extracción de la altura de las plantas a partir de imágenes obtenidas con drones, que genera muchos más datos (pero menos precisos). Lo que descubrieron es que los sacrificios en precisión se compensan con una mayor capacidad de producción. En otras palabras, en general es preferible tener más puntos de datos que tener menos puntos de datos más precisos (véase Lane, H.M. y S.C. Murray. 2021. Crop Science. High throughput can produce better decisions than high accuracy when phenotyping plant populations).
Este concepto de alto rendimiento se aplica a la captura de la variabilidad del lugar mientras se recogen datos sobre el potencial hídrico o cualquier otro tipo de datos medioambientales. Por ejemplo, en la Figura 8, observe cuánta variabilidad tenemos en las mediciones de conductividad eléctrica a granel. Si sólo dispusiéramos de uno o unos pocos puntos de muestreo, sacaríamos conclusiones erróneas al extrapolar los datos a todo el emplazamiento.
Tanto si está tratando de seleccionar la mejor variedad como de comprender mejor las enfermedades o la resistencia al clima, su capacidad para lograr sus objetivos de investigación depende de su capacidad para recopilar el tipo adecuado de datos. La adición de datos sobre el potencial hídrico a los datos sobre el contenido de agua y los datos meteor ológicos garantizará que su estudio evalúe con precisión si sus plantas están experimentando realmente estrés por sequía. Para profundizar en la diferencia entre contenido de agua y potencial hídrico, vea nuestro seminario web Humedad del suelo 101.
Lane, Holly M., y Seth C. Murray. "High Throughput can produce better decisions than high accuracy when phenotyping plant populations". Crop Science 61, no. 5 (2021): 3301-3313. Enlace del artículo.
Descubra por qué el Dr. Andrew Green y sus asesores, el Dr. Gerard Kluitenberg y el Dr. Allan Fritz, piensan que controlar el potencial hídrico del suelo es la única forma cuantificable de imponer un tratamiento coherente y repetible en los estudios de estrés por sequía.
Lea el estudio de caso: "Cribado de la tolerancia a la sequía"
Nuestros científicos cuentan con décadas de experiencia ayudando a investigadores y cultivadores a medir el continuo suelo-planta-atmósfera.
El potencial hídrico es un mejor indicador del agua disponible en la planta que el contenido de agua, pero en la mayoría de las situaciones resulta útil combinar los datos de ambos sensores.
Obtenga la información que necesita para estresar o desestresar su cultivo en el momento y la forma adecuados para alcanzar sus objetivos.
Conductividad hidráulica: qué es, cómo medirla y ventajas e inconvenientes de los métodos habituales.
Reciba periódicamente los contenidos más recientes.