Comportamiento ecofisiológico de Theobroma cacao L. en diferentes arreglos agroforestales bajo condiciones de la amazonia colombiana

Abstract

El cultivo del cacao (Theobroma cacao L.) es una de las actividades agrícolas importantes en el mundo con una producción de 5 millones de toneladas de grano al año; cultivadas bajo diferentes arreglos agroforestales que al generar distintos niveles de sombra y modificar las características ambientales, repercuten sobre el comportamiento fisiológico del cultivo. Para ello, se evaluó el comportamiento fisiológico (flujo de savia Vs e intercambio de gases) del cultivo del cacao bajo arreglos agroforestales y sus relaciones con las variables ambientales (humedad relativa del aire RH %, temperatura del aire Tair ºC, radiación fotosintéticamente activa PAR, µmol m-2 s-1 , y déficit de presión de vapor VPD, kPa). Se realizó una caracterización en 50 parcelas agroforestales de 2000m² cada una. A los individuos de las especies de árboles presentes en cada parcela se les tomaron variables de composición y estructura vertical y variables de organización espacial para modelar la distribución de la luz en cada parcela, usando dos modelos: Shademotion y SexI-Fs. Se identificaron 4 tipologías de sombra: multiestrato diversificado complejo (SMD, n=13), baja diversidad de árboles regulares (SAR, n=10), baja diversidad de árboles agregados (SAA, n=18), y alta densidad de musáceas (CP, n=9). Las principales diferencias en diversidad de especies de árboles (SMD=12.92, SAR=5.86, SAA=3.14, CP=3), como también en la estructura espacial de los árboles del dosel de sombra (aleatorio en el SMD, regulares en el SAR, agregados en el SAA, sin árboles de sombra en el CP) que impactaron la radiación transmitida en el dosel del cacao fueron SMD=680.4 µmol m-1 s-2 , SAR=820.3 µmol m-1 s-2 , SAA=1200.8 µmol m-1 s-2 , y CP=1400.6 µmol m-1 s2 ). A nivel del flujo de savia, los resultados mostraron una asociación positiva con la PAR, el VPD, la Ta y negativa con la RHa. En el arreglo bajo sombra temporal transmitida y generada en la asociación cacao-plátano (CP) hubo una mayor Vs diaria y nocturna. Además, bajo los arreglos agroforestales SMD y SAA se presentaron reversos nocturnos del flujo de savia, lo cual es indicativo de redistribución hidráulica. En relación al intercambio de gases, las plantas de cacao crecidas bajo menor sombrío, es decir, mayor número de horas de radiación (arreglo CP) comparadas con las crecidas bajo mayor sombrío (arreglo SMD) presentaron mayor tasa neta de asimilación de carbono (A) (8.09±0.1078 frente a 3.28±0.1153 µmol m-2 s-1 ), mayor tasa máxima de carboxilación (Vcmax) (24.98±0.87 frente a 17.76±1.28 µmol CO2 m-2 s-1 ) y mayor tasa de regeneración de RuBP controlada por el transporte de electrones (Jmax) (48.19±1.37 frente a 46.27±4.78 µmol CO2 m-2 s-1 ). Al analizar la relación entre el comportamiento fisiológico y las variables ambientales, el modelo de ecuaciones estructurales (SEM) mostró un buen ajuste a los datos indicados por el valor no significativo χ2 (P = 0,85), alto índice de ajuste comparativo (CFI = 0.97), bajo Error cuadrático medio de aproximación (RMSEA 0,001) y bajo índice de estabilidad (EI = 0,23), explicando la relación existente entre las variables ambientales resultado de la modificación de cada estructura agroforestal sobre el comportamiento fisiológico del cacao. Este estudio proporciona evidencia sobre el comportamiento del Vs en el cultivo del cacao, influenciado por la estructura agroforestal bajo las condiciones de la Amazonia. Se sugiere que los cacaotales en esta región pueden ser manejados con sombra temporal transmitida (arreglo CP) ya que se maximiza el Vs diurno y nocturno como también la tasa neta de asimilación de carbono.

Abstract: The cultivation of cocoa (Theobroma cacao L.) is one of the important agricultural activities in the world with a production of 5 million tons of grain per year; cultivated under different agroforestry arrangements that, by generating different levels of shade and modifying environmental characteristics, have an impact on the physiological behavior of the crop. For this, the physiological behavior (sap flow Vs and gas exchange) of the cocoa crop under agroforestry arrangements and its relations with the environmental variables (relative humidity of the air RH%, air temperature Tair ° C, photosynthetically active radiation PAR , μmol m-2 s-1 , and vapor pressure deficit VPD, kPa). A characterization was carried out in 50 agroforestry plots of 2000 m² each. Individuals of the tree species present in each plot were taken variables of composition and vertical structure and variables of spatial organization to model the distribution of light in each plot, using two models: Shademotion and SexI-FS. Four types of shade were identified: complex diversified multilayer (SMD, n = 13), low diversity of regular trees (SAR, n = 10), low diversity of aggregate trees (SAA, n = 18), and high density of musaceas ( CP, n = 9). The main differences in tree species diversity (SMD = 12.92, SAR = 5.86, SAA = 3.14, CP = 3), as well as in the spatial structure of shade canopy trees (random in SMD, regular in SAR, aggregates in the SAA, without shade trees in the CP) that impacted the radiation transmitted in the cacao canopy were SMD = 680.4 μmol m-1 s-2 , SAR = 820.3 μmol m-1 s-2 , SAA = 1200.8 μmol m1 s-2 , and CP = 1400.6 μmol m-1 s-2 ). At the sap flow level, the results showed a positive association with the PAR, the VPD, the Ta and negative with the RHa. In the arrangement under temporary shade transmitted and generated in the cocoa-banana association (PC) there was a higher daily and night Vs. In addition, under the SMD and SAA agroforestry arrangements there were nocturnal reversals of the sap flow, which is indicative of hydraulic redistribution. In relation to the exchange of gases, cocoa plants grown under shadier conditions, that is, a greater number of hours of radiation (CP arrangement) compared with those with a higher somber growth (SMD arrangement), presented a higher net rate of carbon assimilation (A ) (8.09 ± 0.1078 vs. 3.28 ± 0.1153 µmol m-2 s-1 ), highest maximum carboxylation rate (Vcmax) (24.98 ± 0.87 vs. 17.76 ± 1.28 µmol CO2 m-2 s-1 ) and higher rate of regeneration of RuBP controlled by electron transport (Jmax) (48.19 ± 1.37 versus 46.27 ± 4.78 µmol CO2 m-2 s-1 ). When analyzing the relationship between physiological behavior and environmental variables, the structural equation model (SEM) showed a good fit to the data indicated by the non-significant value χ2 (P = 0.85), high index of comparative adjustment (CFI) = 0.97), low mean square error of approximation (RMSEA 0.001) and low stability index (EI = 0.23), explaining the relationship between environmental variables resulting from the modification of each agroforestry structure on the physiological behavior of cocoa . This study provides evidence on the behavior of the Vs in the cocoa crop, influenced by the agroforestry structure under the conditions of the Amazon. It is suggested that cocoa plantations in this region can be managed with transmitted temporal shade (CP arrangement) since the day and night Vs are maximized as well as the net rate of carbon assimilation.