Cereales: Exigencias hídricas, consumo de agua y riego

El agua en la planta

Tema 2 .- Cereales (4) Exigencias hídricas, consumo de agua y riego alamy alamyEl agua en la planta

• Todas las células vivas contienen agua.
• Las plantas de cereal en crecimiento activo tienen una elevada humedad.
• Su masa verde fresca tiene en torno a un 80% de humedad.
• Esta agua de constitución de la planta supone:
• Para una biomasa fresca de un cultivo de cereal de 60 t mf/ha y un 83% de humedad: 10 t ms/ha y 50 t agua/ha 50 t H2O/ha = 50 m3/ha (103 L/1 m3) (1 ha/104 m2) = 5 L/m2

El agua en las células vegetales crea una presión de turgencia contra la pared celular rígida. Esta turgencia permite la forma y la disposición en el espacio de los tejidos herbáceos y permite el crecimiento de los tejidos vegetales. o O O Masa seca + Agua n/time dre El estado hídrico de los tejidos vegetales se caracteriza mediante el potencial hídrico: estado energético del agua en la planta (se expresa en unidades de presión: Pa o bar). o A mayor presión de turgencia mayor potencial hídrico. o A mayor concentración de solutos menor potencial hídrico.

Potencial hídrico en la planta

El estado hídrico de los tejidos vegetales se caracteriza mediante el potencial hídrico de la planta:

• Estado energético del agua en la planta (se representa con la letra griega psi (!) y se expresa en unidades de presión: Pa o bar). o A mayor presión de turgencia mayor potencial hídrico (Yp, potencial de presión). o A mayor concentración de solutos menor potencial hídrico (Yo, potencial osmótico). o Potencial hídrico de la hoja: Yh = "p + Yo

> > Yp Yh > Célula hidratada y turgente Célula deshidratada y no turgente El potencial hídrico del suelo (Ys = "m + Yo + "g) depende de: o Contenido de agua: potencial matricial (Ym). o Contenido de sales: potencial osmótico (To). o Altura o profundidad: potencial gravitacional (g). Capacidad de campo Punto de marchitez Al secarse el suelo disminuye su contenido de humedad y su potencial matricial es más negativo: o Mayor tensión en la curva característica. o Mas energía debe emplear la planta para absorber el agua del suelo. Tensión de agua en el suelo, depende del contenido de humedad del suelo. En los suelos con salinidad el potencial es más negativo. Si el agua está más profunda el potencial es más negativo.

Curva característica de humedad

60,0 50,0 40,0 Humedad (%) 30,0 20,0 10,0 0,0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Tensión (kPa) · Arenoso · Franco · Arcilloso > Yh Yh

Flujo de agua suelo-planta-atmósfera

Demanda evaporativa Transpiración Estado hídrico de la planta Transporte Absorción Flujo de agua Agua del suelo · Se produce un flujo de agua entre el suelo y la planta y entre esta y la atmósfera. · El agua pasa del suelo a la planta porque el potencial hídrico de la planta es menor que el del suelo. · El agua circula por la planta hacia menores potenciales. · El agua pasa de la hoja a la atmósfera porque el potencial hídrico es menor en el aire que dentro de la hoja. Yatmósfera < Phoja < Yraíz < "suelo

Transpiración

• La planta absorbe el agua del suelo con su sistema radicular.
• Esta agua es el agua de lluvia (o agua de riego, si se riega) que se acumula en el suelo (reserva de agua del suelo).
• El agua es transportada hasta las hojas a través de los haces vasculares (xilema).
• El agua que la planta absorbe del suelo la transpira a través de los estomas de las hojas:
• El agua en forma de vapor de agua del interior de la hoja se difunde a la atmósfera a través de los estomas.
• Este es proceso inevitable que ocurre cuando la planta abre los estomas para que penetre el CO2 atmosférico y sea fijado en la fotosíntesis de las células del parénquima.
• El agua se evapora porque la atmósfera está más seca que el interior de la hoja.
• La evaporación del agua desde las hojas a la atmósfera es un fenómeno fisiológico denominado transpiración. o o o vapor de agua TRANSPIRACIÓN o o o Estomas a o o O o o El agua llega desde la raíz por los haces vasculares (xilema). vapor de agua

Estomas en las hojas de los cereales

0 Sai et al. (2023) Guard cells Stomatal pore Subsidiary cells Barley Si los estomas están más abiertos la planta transpira más agua. La planta puede cerrar los estomas para reducir la pérdida de agua. Open stomata Closed stomata Barley Nº estomas/mm2 en el haz hoja trigo distintas variedades 80 60 40 60 estomas por mm2 en el haz 20 0 Alchemy Brompton Claire Hereward Rialto Robiaus Soissons Xi19 100 Nº estomas/mm2 en el envés hoja trigo distintas variedades 80 60 40 70-80 estomas por mm2 en el envés 20 0 Alchemy Brompton Claire Hereward Rialto Robiaus Soissons Xi19 1.4 1.2 Abertura estomas en el haz hoja trigo distintas variedades 1.0 0.8 0.6 0.4 Estomas más cerrados 0.2 0.0 Alchemy Brompton Claire Hereward Rialto Robigus Soissons Xi19 1.4- 1.2 Abertura estomas en el envés hoja trigo distintas variedades 1.0- 0.8 0.6 Estomas más abiertos 0.4 0.2 0.0 Alchemy Brompton Claire Hereward Rialto Robigus Soissons Xi19 En el envés de la hoja de los cereales hay más estomas y están más abiertos (recibe menos radiación y la transpiración es menor). Wall et al. (2022) Haz 1 Envés

Consumo de agua

• Las plantas de cereal con una biomasa fresca de 60 t/ha con 83% de humedad tienen 50 t agua/ha que son 5 L/m2
• La planta también utiliza agua en la fotosíntesis:
• Para una tasa de crecimiento del cultivo de 20 g ms/m2 día el agua consumida es de 12 g H2O/m2 día o 0,012 L/m2 día
• El consumo de agua de la planta es mayoritariamente por transpiración a través de los estomas:
• Un cultivo de cereal puede consumir 4-6 mm de agua por transpiración cada día (ver diapositivas siguientes): 5 mm/día = 5 L/m2 día O o TRANSPIRACIÓN o o o Estomas O O o O O o o vapor de agua Masa seca + Agua Photosynthesis Equation Sunlight 6CO2 6H2O 12 60 Carbon dioxide + Photosynthesis + Oxygen Chlorophyll 8 Science Fach CO2 Chloroplast Light Stroma Thylakoid membrane NADP ADP+ P. H2O Light reactions Calvin Cycle O2 ATP NADPH O2 Cytosol Sugars En un solo día consume tanta agua por transpiración como toda la que tiene en su masa fresca. o vapor de agua Water Glucose

Regulación de la transpiración por estomas

Estomas en las hojas de los cereales Los estomas regulan: Calor vaporización agua Radiación neta Calentamiento de la hoja Y y ala Fotosíntesis CO2 Transpiración Vapor de agua 1.0 Millar et al. (1968) Transpiración relativa 0.0 0.6 0.4 20 30 -40 Potencial hídrico hoja (bar) La planta de cebada reduce la transpiración cerrando los estomas para mantener el potencial hídrico de la hoja. La temperatura de las hojas de trigo aumenta al disminuir el aporte de agua y la transpiración lo que provoca más respiración y menor rendimiento. y =- 659.07x+27020,R2=0.76 *** Lu et al. (2020) Rendimiento (kg/ha) 8000 7000 80% 6000 75% 5000 4000- 28 29 30 31 32 33 Temperatura de la hoja (ºC) o La transpiración y la fotosíntesis: al abrirse entra más CO2 y hay más fotosíntesis, pero se pierde más vapor de agua por transpiración. o La temperatura de la hoja: la transpiración enfría la hoja. o Por el contrario, el cierre de los estomas hace aumentar la temperatura y también la respiración ya que no se disipa tanta radiación neta en forma de calor de vaporización. 10000 9000 60%

Estado hídrico del cultivo

Demanda evaporativa Transpiración Estado hídrico de la planta Lluvia (Riego) Densidad de raíces Absorción Flujo de agua Agua del suelo El estado hídrico de la planta se ajusta a:

• La disponibilidad de agua en el suelo:
• Depende de la pluviometría media (climas más áridos o húmedos) y años más secos o húmedos.
• Depende de la capacidad de almacenamiento del agua en el suelo (textura y materia orgánica) y de la cantidad de agua fácilmente utilizable para el cultivo.
• Depende de la posibilidad de poder utilizar agua de riego.
• La resistencia al transporte del agua entre el suelo y las hojas:
• Depende de la humedad del suelo: en el suelo seco se mueve con más dificultad el agua.
• Depende de la densidad de raíces (en cm raíces/cm3 suelo, a recordar epígrafe sobre sistema radicular) que exploran el suelo.
• La demanda evaporativa de la atmósfera (que depende de la energía de la radiación neta, de la humedad ambiental y de la velocidad del viento).
• Puede representarse por el valor de la evapotranspiración de referencia, ETo, determinada por el método del balance de energía de Penman-Monteith.
• Regulación de la transpiración por parte de la planta.

Disponibilidad de agua

Condado de Treviño (Burgos, enclave en Álava): CTBu P anual: 633 mm ETo anual: 968 mm Clima subhúmedo Vadocondes (Burgos): VBu P anual: 437 mm ETo anual: 1039 mm Clima semiarido Albacete: Alb P anual: 345 mm ETo anual: 1308 mm Clima árido Córdoba: Co P anual: 577 mm ETo anual: 1364 mm Clima semiárido

Pluviometría mensual

100,0 Pluviometria mensual (mm) 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mes -Condado de Treviño (Burgos) Vadocondes (Burgos) Albacete Córdoba

Estacionalidad precipitaciones

250 Pluviometría (mm) 200 150 100 50 0 Invierno Primavera Verano Otoño Estación del año CTBu VBu Alb Co Fuente: SIAR (2025), datos 2000-2024

Resistencia al transporte del agua

6 Crop transpiration (mm d-1) Densidad de raíces 4 (1) (2) (3) (4) 2 0 -0.2 -0.4 -0.8 -1.6 ¥, (MPa) Loomis y Connor (2007) Densidad de raíces cereales (espigado) Avena Trigo 0-15 Profundidad suelo (cm) 15-30 30-45 45-60 60-90 90-120 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Densidad de raíces (cm/cm3) Al aumentar la densidad de raíces (de la curva 1 a la 4) la planta es capaz de mantener mayores niveles de transpiración a potenciales del suelo más bajos (con menos agua en el suelo).

Curva característica de humedad del suelo

40 35 Humedad (%) 30 y = 61,232x0,222 25 20 45 kPa 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Tensión agua suelo (kPa) Sinha et al. (1979) La cebada muestra estrés hídrico cuando la humedad del suelo se sitúa por encima de 45 kPa de tensión (-45 kPa de potencial matricial). En un suelo de textura franca supone aproximadamente menos del 26% de humedad.

Demanda evaporativa de la atmósfera

A corto plazo la demanda evaporativa de la atmósfera es máxima en el mediodía solar y en las horas inmediatamente posteriores (máxima radiación solar, temperatura y menor humedad relativa o mayor déficit 1200 de presión de vapor). 6 Didnight 900 4.5 24 600 3 ++ DPV [kPa] 16 300 1.5 0 0 2. Jul 08:00 16:00 3. Jul 08:00 16:00 4. Jul 08:00 16:00

Evapotranspiración de referencia

250,0 200,0 ETo (mm) 150,0 100,0 50,0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mes -Condado de Treviño (Burgos) -Vadocondes (Burgos) Albacete Córdoba La demanda evaporativa de la atmósfera (ETo) es máxima en los meses de verano y mínima en invierno. Aumenta en la primavera, disminuyendo en el otoño. 40 Midnight Radiación solar [W/m2] Midnight Temperatura [°C] 32 - Temperatura del aire HC [C] Solar radiation [W/m2] VPD [kPa] 8 te: SIAR (2025), datos 2000-2024