un enfoque metodológico para estudios biomecanicos
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Un enfoque metodológico
Estudiando estructuras
de tallos y raíces
Aproximación primera
Ciclo de Conferencias 2013 Colegio de Postgraduados, Jun. 2013
Ofelia Andrea Valdés Rodríguez
Las estructuras de las raíces y los tallos de las plantas
Su importancia en retención de suelos y control de la erosión
1 Porque
2 Para qué 3 ¿Cómo?
Las raíces brindan el soporte de
toda la estructura de la planta
• el tallo
• y demás
Los tallos brindan el soporte de la
estructura aérea
• Ramas
• hojas
• flores
• frutos
Tallos y raíces –su función estructural
Tallos en mucho sol y poca agua
Almacenar agua
Almacenar agua y
nutrientes
Tallos Cortos y gruesos Fotosintéticos Consistencia suave
Mucha humedad o vientos frecuentes Riveras o zonas tropicales
Resistir vientos fuertes y/o huracanes
Tallos con gran flexibilidad y tolerancia al exceso de humedad
Resistir corrientes de agua y/o estancamientos
Mucha competencia por la luz Alcanzar grandes alturas es importante
Tallos largos y rectos
Tallos flexibles para trepar
Tallos muy largos rígidos o flexibles
Suelos arenosos poco agua y nutrientes
Raíces extendidas y superficiales
Raíces abundantes
Raíces Las superficiales para explorar, aunque no sujetan bien, pero
si son abundantes sí tienen gran
fuerza de sujeción.
Suelos profundos Rocosos o en pendientes
Raíces Pivotantes largas y fuertes proporcionan un sistema de anclaje robusto
Raíz de una plántula
Raíz del árbol
Conocer sus formas nos permitirá conocer estrategias para
Retener los suelos
La forma de la planta tiene una fuerte
influencia genética
La unión hace la fuerza
Estrategias en suelos sueltos
Gran cantidad de raíces largas distribuidas de forma concéntrica
gran número de individuos compartiendo raíces que los sujetan
Una fuerte raíz pivotante que se refuerza con laterales de igual consistencia
Cada lateral tiene también sistemas de anclaje propios
Estrategias para mucho peso
Las raíces se distribuyen alrededor del tallo de manera uniforme para soportar fuerzas en cualquier dirección
Estudiar las formas de algunas especies de la región para determinar su potencial de establecimiento
Búsqueda de patrones en especies arbóreas tropicales
Acacia amarilla (Albizia lebbeck) Palo Mulato (Bursera simaruba)
Guayaba (Psidium guajava)
Sin embargo, las raíces no siempre crecen con patrones claramente definidos, por lo que su estudio se dificulta
Zapote negro (Diospyros digyna) Mango (Mangifera
indica)
Especies que tengan patrones definidos
Continuamos la búsqueda
Semillas abundantes y fáciles de propagar
Sus semillas son abundantes y el árbol es de rápido crecimiento Su tallo es flexible y resistente a fuertes vientos
Enterolobium ciclocarpum
Posee una fuerte pivotante y sus laterales también son fuertes
Sus raíces no tienen una cobertura densa
Sin embargo,
Enterolobium ciclocarpum
Por lo que su capacidad para retener suelos no es muy extensa
» Jatropha curcas (piñón) es una especie de la región
» Tallos muy flexibles » Fuerte raíz pivotante » Cuatro gruesas laterales
equidistantes que producen abundantes masas de raíces secundarias
Más prometedoras
» Ricinus communis (higuerilla) es un arbusto muy abundante en la región
» De rápido crecimiento » Tallos muy flexibles » Fuerte raíz pivotante » Entre 15 y 40 laterales
distribuidas a lo largo y alrededor del tronco
Más prometedoras
» Moringa oleifera (Moringa) es un árbol tolerante a sequías
» De rápido crecimiento » Tallos muy flexibles » Fuerte y gruesa raíz pivotante » puede desarrollar laterales
también muy gruesos
Más prometedoras
Metodología 1. Tres tipos de suelo
seleccionados: – Arenoso – Franco-arenoso – Franco-arcilloso
2. 15 sujetos por sustrato
3. Una semilla por contenedor de 40x50cm
4. Mediciones de tallo y hojas
5. Desentierro de las raíces
Metodología A partir del nivel del suelo e iniciando por una raíz lateral
1. Medir los ángulos entre las raíces principales
2. Medir la distancia de emergencia de cada raíz principal
3. Medir diámetros e inclinación de cada raíz principal Ground level
ZRT=2.2Db
Reference for
θsymm
Db
θi
Lateral root
b23
LCi
LCmax
Ground level
Lateral root
Stumplength
Metodología 4. Estimar la inclinación
de la raíz pivotante
5. codificar la información en formato de gráfica de árbol (MTG)
6. Analizar estadísticamente las medidas de cada individuo
7. Comparar entre grupos de plantas en los tres suelos
Ground level
ZRT=2.2Db
Reference for
θsymm
Db
θi
Lateral root
ZRT TapIncAngle
Modelo de la estructura del sistema de raíces de J. curcas
Ángulos entre raíces: b12= b23= b34= b41=90º Distancia del tallo: d1=d2=d2=d4 Ángulos de inclinación: θ1= θ2= θ3= θ4 Inicio de las raíces: LC1=LC2=LC3=LC4 Inclinación de la pivotante: TapIncAngle=-90º
Metodología 8. Se propone un modelo
para la raíz con un índice de simetría para cada parámetro evaluado
9. Se establece una escala de 0-1 para evaluar la similitud de los individuos contra cada parámetro del modelo
10. Se determina un índice total de simetría
βsymm = [|(b1-2 - 90º)|+|(b2-3 -180º)|+|(b3-4 - 270º)|]/540º
Dsymm = (∑(dmax-di)/∑d1-4)/3
θsymm = (∑abs(θmax-θi)/∑θ1-4)/3
LCMsymm = *∑(LCmax-LCi)/3]*(StumpLength)
TapSymm = [(-90) – TapIncAngle]/90
SI=[(
symm+
symm+
symm+ LCMsymm+ Tapsymm)]/5
Resultados • No se encontraron diferencias
estadísticas en los índices de simetría en relación con el tipo de suelo (P>0.05)
• La desviación promedio del sistema de raíces respecto al modelo propuesto fue del 14%
Parámetros del sistema de raíces de J. curcas
18º
• El volumen de las raíces es estadísticamente diferente en cada tipo de suelo
• Sin embargo, la estructura permanece constante
• El mayor crecimiento aéreo ocurre en las plantas localizadas en suelos franco-arenosos y franco-arcillosos
c) Longitud de tallos (3-MESES)
Edad (días)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Longitud (
mm
)
0
100
200
300
400
Franco-Arcilloso
Franco-Arenoso
Arenoso
Resultados
Independientemente del tipo de suelo
• La biomasa de las plantas se distribuye mayormente en el tallo
• La longitud de las raíces se incrementa en suelos arenosos
• La biomasa subterránea se distribuye de manera superficial
• Las mayores coberturas ocurren en suelos franco-arenosos y franco-arcillosos
Arenoso Franco-Arenoso Arcilloso
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Long tallo
Lon R Pivot
Arenoso Franco-Arenoso Arcilloso
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Relaciones de masa
hojas
tallo
Raiz
AArreennoossoo
FFrraannccoo--AArreennoossoo
FFrraannccoo--AArrcciilllloossoo
Resultados
* Preliminares El sistema de raíces de J. curcas mantiene una estructura constante con una fuerte raíz pivotante que permite el anclaje en profundidad y cuatro laterales equidistantes que contribuyen al equilibrio
Más informes en: Jatropha curcas L. Root Structure and Growth in Diverse Soils Valdés et al., 2013. Hindawi Publishing Corporation The ScientificWorld Journal Volume 2013, Article ID 827295, 9 pages http://dx.doi.org/10.1155/2013/827295
» Establecer alguna escala para medir la contribución de las plantas a mantener la cohesión del suelo
» Y por tanto evitar la erosión o bien proteger el suelo contra la erosión
Será posible …