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comunicación corta
Experimentos de campo y simulación para evaluar la adaptación de cultivares de arroz
al dióxido de carbono y la temperatura elevados en la India subtropical
Sushree Sagarika Satapathy a , Dillip Kumar Swain a , ∗ , Srikantha Herath b
a Departamento de Ingeniería Agrícola y Alimentaria, Instituto Indio de Tecnología Kharagpur, PO Box 721302, Kharagpur, India
b Instituto para la Sostenibilidad y la Paz, Universidad de las Naciones Unidas, 5-53-70 Jingumae, Shibuya-ku, Tokio 150-8925, Japón
información del artículo
Historia del artículo:
Recibido el 1 de julio de 2013
Recibido en forma revisada
12 de noviembre de 2013
Aceptado el 24 de noviembre de 2013
Palabras clave:
Calibración
CERES-Arroz
Adaptación de cultivares
CO 2 elevado
Coeficiente de genotipo
Rendimiento de arroz
resumen
Se requiere una opción de adaptación específica de la ubicación para minimizar el impacto adverso del cambio climático en el arroz
producción. En la presente investigación, calibramos coeficientes de genotipo de cuatro cultivares en el
Modelo CERES-Rice para la simulación del rendimiento del arroz bajo un ambiente elevado de CO 2 y evaluación del
adaptación de cultivares en la India subtropical. Los cuatro cultivares (IR 36, Swarna, Swarn sub1 y Badshabhog)
se cultivaron en campo abierto y en cámara superior abierta (OTC) de CO 2 ambiental (≈390 ppm) y se elevaron
Ambiente de CO 2 (25% más alto que el ambiente) durante la temporada de lluvias (junio-noviembre) de los años 2011
y 2012 en Kharagpur, India. Los coeficientes de genotipo; P1 (fase vegetativa básica), P2R (fotoperíodo
sensibilidad) y P5 (fase de llenado de grano) fueron mayores, pero G1 (número potencial de espiguillas) fue menor en
el ambiente elevado de CO 2 en comparación con su valor de campo abierto en los cuatro cultivares. Uso del
El modelo calibrado de ambiente elevado de CO 2 simuló los cambios en el rendimiento de grano de −13%, −17%, −4%,
y + 7% para los cultivares IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog, respectivamente, con un aumento de CO 2
nivel de 100 ppm y temperatura ascendente de 1 ◦ C en comparación con el nivel y la temperatura ambiente de CO 2
y fueron comparables con los cambios de rendimiento observados en el experimento OTC. Impactos potenciales
del cambio climático se simularon para escenarios de cambio climático desarrollados a partir del clima global HadCM3.
modelo del Informe especial del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático sobre escenarios de emisiones (A2
y B2) para los años 2020, 2050 y 2080. El uso de los datos climáticos futuros simuló una disminución continua
en el rendimiento de grano de arroz desde los años actuales hasta los años 2020, 2050 y 2080 para los cultivares IR 36 y Swarna
tanto en el escenario A2 como en el escenario B2 con un aumento de temperatura de ≥0,8 ◦ C. Considerando que, el cultivar Swarna sub1 fue
menos afectado y Badshabhog se vio favorecido en condiciones de CO 2 elevado con un aumento de temperatura de hasta 2 ◦ C en
el clima subtropical de la India.
© 2013 Elsevier BV Todos los derechos reservados.
1. Introducción
Aumento de la temperatura atmosférica debido al aumento de los niveles de
gas de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono, tiene un efecto directo o indirecto
en la producción de alimentosGarg y col., 2001; Krupa, 2003; Aggarwal,
2003; Kang et al., 2009 ) . A pesar de los avances tecnológicos, como
cultivares mejorados, organismos genéticamente modificados y
sistemas de riego, el clima sigue siendo un factor clave que influye en la agricultura
productividad cultural. A nivel de planta, una mayor concentración de CO 2
aumenta la fotosíntesis, el crecimiento, el desarrollo y el rendimiento de una amplia
gama de cultivos C3 cultivados (Long y col., 2004, 2006; Ainsworth
y Long, 2005; Ainsworth, 2008 ) . El arroz es un cultivo C3, su biomasa
aumenta hasta un 40%, bajo niveles elevados de CO 2 ( Baker et al., 1996; Ziska
et al., 1997 ) . En ausencia de aumento de temperatura, muchos estudios
∗ Autor para correspondencia. Tel .: +91 3222 283170; fax: +91 3222 282244.
Direcciones de correo electrónico: swain@agfe.iitkgp.ernet.in , dillip swain@hotmail.co m
(DK Swain).
han mostrado un aumento en el rendimiento de arroz con la duplicación del nivel de CO 2
( Kim et al., 2003; Baker et al., 1992; Liu et al., 2008; Yang et al.,
2009; Razzaque y col., 2011; Madan et al., 2012 ) . Sin embargo a pesar
estos efectos beneficiosos, el aumento combinado de temperatura y
la variabilidad de las precipitaciones afectaría considerablemente el rendimiento del arroz. Arroz
se vuelve estéril si se expone a temperaturas superiores a 35 ◦ C durante más
de 1 h durante la floración y por tanto no produce grano.
En escenarios de cambio climático, el aumento de la temperatura anula
el efecto positivo del aumento de la concentración de CO 2 en el rendimiento del arroz como
informado por varios investigadores (Peng y col., 2004; Sheehy y col.,
2006; Krishnan y col., 2007; Masutomi y col., 2009; Mahoma
y Tarpley, 2009 ).
Sistema de producción de cultivos que implica el manejo de fertilizantes, plagas
el control, el genotipo, el medio ambiente y las prácticas culturales
plex y la realización de ensayos que tengan en cuenta todos estos factores
se vuelve cada vez más complejo y caro. Apropiadamente validado
Los modelos de simulación de cultivos podrían utilizarse para probar muchas de estas combinaciones.
ciones en poco tiempo con gastos limitados. Tales simulaciones pueden adecuarse
describir de manera precisa las tendencias relativas en los rendimientos causadas por
1161-0301 / $ - ver la portada © 2013 Elsevier BV Todos los derechos reservados.
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tabla 1
Propiedades del suelo del sitio experimental en Kharagpur, India.
Profundidad del suelo (cm)
Arcilla (%)
Limo (%)
Arena (%)
Carbón orgánico (%)
pH en agua
Nitrógeno total (%)
0-5
14.3
26,2
59,5
0,5
6.3
0,05
5-20
14.3
26,2
59,5
0.4
6.3
0,04
20–40
27
20,2
52,8
0,1
6.5
0,01
40–60
28,6
19,2
52,2
0,1
6,7
0,01
variación (Penning de Vries y col., 1989 ) . Modelos para complejos
Las simulaciones de sistemas de cultivo tienen como objetivo ser dinámicas en lugar de estáticas,
determinista en lugar de estocástica y mecanicista en lugar de
empíricoWang, 1997 ) . Los modelos mecanicistas ofrecen más opciones para
mejorar el sistema y comprender los procesos y su interacción
comportamiento. Muchos de estos modelos de cultivos están disponibles en Decision Support
Sistema de Transferencia de Agrotecnología (DSSAT) (Jones et al., 2003 ),
que fue desarrollado por International Benchmark Sites Net-
trabajo para Agrotechnology Transfer ( Uehara y Tsuji, 1993 ) en el
Universidad de Hawaii. CERES (síntesis de recursos ambientales de cultivos)
sis) modelo del DSSAT simula el crecimiento, desarrollo, nutrientes
absorción y rendimiento de los cultivos de cereales considerando el efecto del clima,
manejo de cultivos, genética de cultivos y agua del suelo, contenido de C y N.
Utilizando el modelo CERES-Rice, muchos investigadores han informado
impacto del cambio climático en la producción de arroz ( Babel et al., 2011; Kumar
et al. , 2010; Wikarmpapraharn y Kositsakulcha, 2010; Swain y
Thomas, 2010; Gouranga y col., 2009; Yao et al., 2007 ) . Sin embargo,
una opción de gestión específica de la ubicación bien validada para el clima
Falta adaptación al cambio en el sistema de producción de arroz. Localización
cultivo específico, tiempo de siembra y adaptación al manejo de nutrientes
ciones necesita una investigación detallada para reducir el cambio climático
impactos en la producción de arroz del clima tropical y subtropical, el
importante productor y consumidor de arroz. Varias variedades de arroz
muestran una respuesta variable a la elevación de CO 2 y al aumento de la temperatura
debido a la diferente capacidad en la planta de asimilación de la atmósfera
CO 2 a través de la fotosíntesis. La simulación del rendimiento del arroz para el clima
Los escenarios de cambio generalmente se basan en la calibración del modelo.
parámetro del cultivar deseado para las condiciones climáticas actuales y
su posterior aplicación para escenarios de cambio climático. Es esencial
necesario para comprender el efecto de los escenarios de cambio climático en el crecimiento,
fenología y rendimiento de cultivares a través de ambientes controlados
experimentos con niveles elevados de CO 2 y, en consecuencia, estimar
los parámetros del modelo para su uso en escenarios de cambio climático
ios. En la presente investigación, utilizamos una instalación experimental
y modelo de simulación de cultivos para calibrar el coeficiente de genotipo de
Modelo CERES-Rice para cuatro cultivares de arroz cultivados bajo niveles elevados de CO 2
ambiente como en Open Top Chamber y para evaluar el cultivar
adaptación al cambio climático en la India subtropical.
2. Materiales y métodos
Los experimentos de campo se llevaron a cabo en la granja de investigación de
Departamento de Ingeniería Agrícola y Alimentaria, Instituto Indio de
Tecnología Kharagpur, Kharagpur (22 ◦ 19 N de latitud y 87 ◦ 19
Longitud E) India para la calibración y validación de CERES-Rice
modelo para ambiente elevado de CO 2 . El suelo de la ubicación es rojo lat-
erítico con textura franco arenosa, que se agrupa taxonómicamente
bajo el grupo 'Haplustalf'. Las propiedades del suelo del experimento
tal sitio utilizado para la simulación de cultivos se dan en la Tabla 1 . El clima
de Kharagpur se clasifica como húmedo y subtropical. Es caracter
izado por calor y húmedo en verano (abril y mayo), lluvioso durante
De junio a septiembre, moderadamente caluroso y seco en otoño (octubre y
Noviembre), fresco y seco en invierno (diciembre y enero) y
primavera moderada en febrero y marzo. El sitio recibe un promedio
precipitación anual de 1400 mm con una ocurrencia del 70-75% de la
precipitación total en los meses del monzón (junio-octubre). La media
la temperatura diaria varía entre 21 ◦ C en diciembre / enero y
32 ◦ C en mayo / junio.
2.1. Configuración experimental
El experimento de calibración y validación de CERES-Rice
modelo bajo un ambiente elevado de CO 2 se llevó a cabo durante
temporada de lluvias (junio-noviembre) de los años 2011 y 2012 en Open
Cámaras superiores (OTC). Cámaras Open Top, compuestas de policarbonato
Las láminas de nate son las más utilizadas y las más precisas
método para exponer plantas cultivadas en el campo a niveles elevados de CO 2 y otros
gases atmosféricos. Cuatro cultivares de arroz populares seleccionados para el
los experimentos fueron IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog. los
cultivares IR 36 de duración media (110-120 d) tipo y Swarna
de larga duración (140-150 d) se cultivan comúnmente en el
región. El cultivar Swarna sub1 (140-150 d), de naturaleza similar
a Swarna es una introducción reciente en la región como un
cultivar, que tiene una alta tolerancia a las condiciones de inundación / inmersión
ción. El cultivar Badshabhog (150-160 d), un arroz aromático con
menor potencial de rendimiento en comparación con los cultivares restantes, se cultiva
en una extensión limitada. Diferencias en las características fisiológicas de
estos cultivares se dan en la Tabla 2 . Estos cuatro cultivares se cultivaron
con dos réplicas en campo abierto y en dos OTC como un ambiente
y el otro entorno de CO 2 elevado . El área del campo (4 m × 4 m)
del OTC se dividió en ocho parcelas iguales de tamaño 1.8 m × 1 m,
donde se cultivó cada cultivo de arroz. Las parcelas estaban separadas por
insertando láminas de aluminio de hasta 75 cm en el interior del suelo y 25 cm
sobre el suelo para restringir el movimiento de agua y nutrientes entre
las parcelas. Las plántulas de arroz de 25 días se trasplantaron el día 27
Julio de 2011 y el 15 de julio de 2012 con 2-3 plántulas por colina en
un espaciado de 20 cm × 15 cm. Todos los cultivares se cultivaron con su
manejo recomendado de nutrientes (NPK) a través de fermentos químicos
tilizer (CF) en campo abierto y OTC. Las dosis de CF como N: P 2 O 5 : K 2 O fueron
100: 50: 60 kg ha -1 para IR 36 / Badshabhog y 120: 50: 60 kg ha -1 para
Swarna / Swarna sub1. La cantidad requerida de CF como N, P y K fueron
suministrado a través de urea que contiene 46% N, superfosfato simple
(16% P 2 O 5 ) y muriato de potasa (60% K 2 O), respectivamente. Dosis completa
de P y K se aplicaron como basal 1 día antes del trasplante de arroz
y se incorporaron bien al suelo. Se aplicó nitrógeno en cuatro
divisiones iguales en basal, macollamiento activo, iniciación de la panícula y floración
etapa de ing de los cultivares. Altura del agua estancada de 1 cm como mínimo
se mantuvo en el campo desde el trasplante hasta la etapa de masa de
La cosecha.
2.2. Muestreo de plantas
Se recolectaron muestras de plantas desde el trasplante hasta la cosecha en
Intervalo de 20 días. Para ello, las observaciones no destructivas
en el número de cultivadores de 20 colinas de una parcela, dejando dos filas fronterizas,
se registraron, y el número medio de macollos de representantes
Hill se estableció ( Thyagarajan et al., 1995 ) . De estas 20 colinas
una colina con número medio de macollos se consideró como colina de muestra.
Después de la recolección, las muestras de plantas sobre el suelo se limpiaron y se
lavado en agua para eliminar la contaminación de la superficie y separado
en tallos (vaina foliar + tallo), hojas y panículas. A partir de entonces, el
Las partes de la planta se guardaban en paquetes de papel que a su vez se colocaban en un
horno para secar. Todas estas muestras de plantas se secaron en horno a 70 ◦ C hasta
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Mesa
2
Diferencias
en
planta
caracteristicas
de
la
arroz
cultivares
usado
en
la
experimentar.
Cultivares
Temporada
de
usar
Madurez
duración
(dias)
Altura
(cm)
Alojamiento
capacidad
(0-1
escala)
Macollar
capacidad
Hoja
largo
(cm)
Hoja
color
Grano
escribe
Único
grano
peso
(gramo)
Granos
por
panícula
Flexible
potencial
(t
decir ah
-
1
)
IR
36
Seco húmedo
115-120
87
±
2.2
0,05
Alto
46
±
2.3
Verde
Largo
esbelto
0.022
114
±
2.0
6
Swarna
Mojado
135–140
101
±
2.0
0,05
Alto
43
±
2.0
Oscuro
verde
Medio
esbelto
0,020
149
±
4.0
8
Swarna
sub1
Mojado
135–140
101
±
2.0
0,05
Alto
43
±
2.0
Oscuro
verde
Medio
esbelto
0,020
148
±
6.0
8
Badshabhog
Mojado
150-155
160
±
2.0
0,07
Bajo
50
±
2.0
Ligero
verde
Pequeño
0,010
175
±
3,0
4
se obtuvieron pesos constantes. Biomasa seca de hojas, tallos y
se observaron panículas. La suma de los pesos de estas partes de la planta.
se tomó como producción de biomasa de brotes. La observación sobre
crecimiento: peso de la hoja, peso del tallo, peso de la panícula, biomasa de los brotes,
y altura de la planta; fenología: aparición de floración y maduración
parámetros de ridad y rendimiento: número de panículas por m 2 , número de espiguillas
por panícula, número de granos por panícula, peso de un solo grano, grano y
Se registraron el rendimiento de la paja y el índice de cosecha.
2.3. Instrumentación
Monitores de dióxido de carbono, temperatura y humedad relativa
Se utilizaron sensores para registrar la concentración de CO 2 , la temperatura y
Humedad relativa en campo abierto y OTC. Liberación de CO 2 al OTC
está controlado por SCADA basado en computadora (control de supervisión y
adquisición de datos) software. El software SCADA regula el caudal
de CO 2 según el valor establecido en el OTC. Los registradores de datos se utilizan para
registrar la concentración media de CO 2 como valor de proceso de todas las cámaras
a un intervalo de 1 min. Cuando el valor del proceso es menor que el valor establecido,
el comando pasa del software del sistema a SMPS (modo de conmutación
fuente de alimentación) para la apertura del módulo de relé para regular la apertura
ing de la válvula solenoide para liberar CO 2 en el OTC. Cuando proceso
el valor alcanza el valor establecido, hay un cierre normal del módulo de relé
y válvula solenoide para detener la liberación de CO 2 . El contenido de CO 2 de
campo abierto fue de ~ 390 ppm. En consecuencia, el contenido de CO 2 del OTC
de CO 2 elevado se mantuvo un 25% más alto que en campo abierto, es decir
≈490 ppm a través de la adquisición de datos en tiempo real basada en computadora
y sistema de control.
2.4. Modelo CERES
CERES es un modelo basado en procesos, dinámico y mecanicista que
puede simular el crecimiento y desarrollo de cultivos de cereales bajo
diferentes niveles de clima, suelo y manejo. Los diversos pro-
Los procesos simulados por este modelo son el desarrollo fenológico de
La cosecha; crecimiento de hojas, tallos y raíces; acumulación de biomasa
ción y reparto entre hojas, tallo, panícula, granos y raíces;
balance hídrico del suelo y uso del agua por el cultivo; y nitrógeno del suelo
transformaciones y absorción por el cultivo. El modelo simula total
biomasa del cultivo como el producto de la duración del crecimiento y
tasa de crecimiento promedio. La simulación de rendimientos a nivel de proceso
implica la predicción de estos dos importantes procesos. El rendimiento
del cultivo es la fracción de biomasa total dividida en grano. Cultivo
La tasa de crecimiento se simula empleando un enfoque de equilibrio de carbono.
en un sistema fuente-sumidero (Ritchie et al., 1998 ) y duración del cultivo
a través del concepto de tiempo térmicoJones et al., 2003 ).
2.5. Calibración y validación de modelos
La calibración es el ajuste de los parámetros del sistema para que
Los resultados simulados alcanzan un nivel predeterminado, generalmente el de
Una observación. Coeficientes de genotipo de los cultivares de arroz IR 36,
Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog fueron calibrados y validados.
fechado para campo abierto, así como para entornos elevados de CO 2 utilizando
los datos experimentales sobre fenología, biomasa y rendimiento de grano para
el año 2011 y 2012, respectivamente, en Kharagpur, India. Estadística
Se seleccionan métodos ticos para comparar los resultados de la simulación.
y observación. La evaluación del desempeño del modelo es presentada por
error cuadrático medio (RMSE), error cuadrático medio normalizado
(RMSE n ) e índice D (Willmott, 1982; Willmott y col., 1985 ).
RMSE =
{
norte
∑
i = 1
(S i - Ob i ) 2
norte
} 0,5
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SS Satapathy y col. / Europ. J. Agronomy 54 (2014) 21–33
RMSE n = 100
{∑ n
yo = 1 (S yo - Ob yo ) 2 / n
} 0,5
Ob promedio
D = 1 -
∑ n
yo = 1 (S yo - Ob yo ) 2
∑ n
i = 1 (| S i - Ob promedio | + | Ob i - Ob promedio |)
2
donde S i y Ob i son el modelo simulado y experimental
puntos de observación, respectivamente. Ob avg es el promedio de experimental
observaciones yn es el número de observaciones.
Los coeficientes de genotipo utilizados para el crecimiento y desarrollo de
Los cultivares de arroz son: P1 (fase vegetativa básica), es el período de tiempo
expresado como grados día de crecimiento ( ◦ C-días) por encima de una temperatura base
atura de 9 ◦ C; P2O (fotoperíodo crítico o la duración del día más larga)
en horas en las que el desarrollo ocurre a un ritmo máximo; P2R
(sensibilidad al fotoperiodo), grado en el que el desarrollo fsico
que lleva al inicio de la panícula se retrasa se expresa en ◦ C-días; P5
(fase de llenado del grano), período de tiempo en ◦ C-días desde el comienzo del grano
llenado hasta la madurez fisiológica con una temperatura base de 9 ◦ C; G1,
número potencial de espiguillas por panícula; G2, peso de un solo grano; G3,
coeficientes de macollamiento relativos a los cultivares IR64; y G4, temperatura
coeficiente de tolerancia (Buddhaboon et al., 2004 ) . Los coeficientes P
Permitir que el modelo prediga eventos como la floración y la madurez.
y los coeficientes G para predecir el rendimiento potencial de grano de un
cultivar. Para la calibración y validación de los coeficientes de genotipo
de los cuatro cultivares en un ambiente de campo abierto, usamos diariamente
datos meteorológicos (temperatura máxima y mínima, precipitaciones y
radiación solar) y nivel de CO 2 de 390 ppm en campo abierto. Para cal-
ibración y validación del coeficiente de genotipo en condiciones elevadas
Ambiente de CO 2 , utilizamos los datos meteorológicos diarios de las elevadas
Ambiente de CO 2 dentro de OTC y nivel de CO 2 25% más alto que el
campo abierto, es decir, ≈490 ppm.
2.6. Evaluación de la adaptación de cultivares
A través del experimento OTC, el cambio porcentual en grano
rendimiento bajo CO 2 elevado (+100 ppm) en comparación con el CO 2 ambiental
(~ 390 ppm) se calculó para los cuatro cultivares. El grabado
temperatura media del aire en el interior de OTC de elevado CO 2 era aproxi-
inmediatamente 1 ◦ C más alto que el OTC de CO 2 ambiental durante el cultivo
temporada de crecimiento. El cambio porcentual en el rendimiento de grano del cultivo
tivars con el aumento del nivel de CO 2 (+100 ppm) y el aumento
La temperatura (+1 ◦ C) del experimento OTC se comparó con
rendimiento de simulación del modelo CERES-Rice para los dos años (2011
y 2012) en el mismo lugar 'Kharagpur'. Para simulación bajo
campo abierto y ambiente elevado de CO 2 , utilizamos el calibrado
coeficientes de genotipo del entorno respectivo en el modelo. los
rendimiento simulado bajo un ambiente elevado de CO 2 representan el
rendimiento bajo el ambiente de la cámara que será diferente del
el rendimiento podría haberse simulado al aire libre con enriquecimiento de CO 2 .
Por lo tanto, se consideró que los efectos de cámara de diferentes cultivares
evaluar el cambio en el rendimiento simulado en condiciones de CO 2 y temperaturas elevadas
peratura en comparación con el entorno de campo abierto. El factor
para el efecto de la cámara se determinó a partir del rendimiento de campo abierto
medio ambiente y ambiente ambiente OTC a través del promedio de
Observación experimental de dos temporadas.
Para la simulación de rendimiento en escenarios de cambio climático, fijo
aumento de CO 2 y temperatura por encima del tiempo actual se crearon
Escenario evaluado y desarrollado como resultado del modelo climático global.
(GCM), también se utilizó HadCM3. Los escenarios meteorológicos fijos fueron
combinación de tres niveles de aumento de la concentración de CO 2 (ppm):
100, 200, 300 y tres niveles de aumento en la temperatura media del aire.
tura ( ◦ C): 1, 2 y 3. Estas combinaciones de nueve tratamientos [3 (CO 2
nivel) × 3 (nivel de temperatura) = 9] se incorporaron en el ambiente
componente de modificación mental del archivo de manejo de cultivos en el
Modelo CERES. Usamos estos escenarios climáticos cambiados, suelo
Mesa
3
Simulado
y
observado
fenología
y
crecimiento
de
arroz
cultivares
(IR
36,
Swarna,
Swarna
sub1
y
Badshabhog)
crecido
debajo
abierto
campo
ambiente
durante
mojado
temporada
de
la
año
2011
(calibración
de
CERES-Arroz).
Cultivo
parámetros
IR
36
Swarna
Swarna
sub1
Badshabhog
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Antesis
día
(DAT)
55
49
75
74
77
76
92
95
Fisiológico
madurez
día
(DAT)
79
79
107
105
112
111
123
123
Grano
producir
a
madurez
(kg
decir ah
-
1
)
4071
4438
(±
341)
6307
6153
(±
513)
5804
5410
(±
272)
3791
3617
(±
307)
Disparo
peso
a
madurez
(kg
decir ah
-
1
)
8598
8930
(±
1446)
11,925
11.309
(±
1311)
12,427
11,570
(±
1396)
12,779
12,486
(±
1206)
DAT:
dias
después
trasplante,
valores
dentro de
abierto
paréntesis
son
estándar
desviaciones.
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Fig. 1. Biomasa de brotes de series de tiempo observadas (OBS) y simuladas (SIM) en días después del trasplante de cultivares de arroz (IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog) cultivados en
campo abierto durante la temporada de lluvias del año 2011 en Kharagpur, India (calibración de CERES-Rice).
propiedades de la ubicación, parámetros genotípicos calibrados del
cultivares bajo un ambiente elevado de CO 2 , y el manejo de cultivos existentes
prácticas de gestión para la simulación de rendimiento de grano. El porcentaje
El cambio en el rendimiento de grano simulado se calculó para el aumento de CO 2
y escenarios de temperatura en comparación con el rendimiento de los cultivares
bajo el clima actual. Para los escenarios desarrollados, el clima de
Modelo climático global HadCM3 bajo el Panel Intergubernamental
Informe especial sobre cambio climático sobre escenarios de emisiones de A2
y B2 para los años 2020 (2010-2039), 2050 (2040-2069) y
Se utilizaron 2080 (2070-2099) de la ubicación 'Kharagpur'. El A2
Los escenarios se caracterizan por un mundo heterogéneo de inde-
naciones independientes y autónomas, en continuo aumento
población y desarrollo económico de orientación regional. El B2
Los escenarios describen un mundo con población intermedia y eco-
crecimiento económico, haciendo hincapié en la solución local a los problemas económicos, sociales y
sostenibilidad ambiental ( IPCC, 2007 ) . La proyectada CO 2 con-
centraciones para ambos escenarios fueron 420, 480 y 540 ppm para
los años 2020, 2050 y 2080, respectivamente. El correspondiente
aumento de la temperatura del aire bajo el ambiente elevado de CO 2 fueron
0.8, 2.19 y 3.97 ◦ C para el escenario A2 y 0.8, 1.68 y 2.87 ◦ C para
Escenario B2 durante los años 2020, 2050 y 2080, respectivamente, como
en comparación con el clima de referencia (1961-1990).
3. Resultados
3.1. Calibración y validación de modelos para entornos de campo abierto
Las biomasas de brotes de series de tiempo simuladas estaban dentro
desviación estándar de sus valores observados a lo largo del crecimiento
temporada de ing para todos los cultivares (Figura 1 ) . Entre lo simulado y
biomasa de brotes de series de tiempo observadas, los valores de RMSE n fueron menores
de 0,22 y los valores de d-stat fueron> 0,98 para todos los cultivares. los
datos en la Tabla 3declaró que la madurez fisiológica simulada
día fue el mismo que el observado para los cultivares IR 36 y Badshab-
cerdo, y hubo 1 y 2 días de diferencia en Swarna sub1 y Swarna,
respectivamente. El peso simulado de los brotes y el rendimiento de grano en la madurez
ridad de todos los cultivares estaban dentro de las desviaciones estándar de sus
valores medidos. Los coeficientes de genotipo calibrados para todos los
Los cultivares se dan en la Tabla 4 . Los coeficientes de genotipo fueron val-
Aprobado utilizando resultados experimentales del entorno de campo abierto.
del año 2012. Entre la serie temporal simulada y observada
biomasa de brotes, los valores de RMSE n fueron inferiores a 0,19 y el d-stat
los valores fueron 0,99 para todos los cultivares (Figura 2 ). Además, el simulado
Los valores de biomasa de series de tiempo estaban dentro de la desviación estándar de su
valores observados en todos los cultivares. Entre la simulación y la experimentación
observación imental, la apariencia de la floración difería en 2-4
días entre los cultivares y la madurez de 1 a 4 días en todos los cultivos.
vars, excepto Swarna ( Tabla 5 ) . La variación entre simulado y
El peso observado de los brotes de los cultivares estuvo en el rango de 5 a 12%. los
El rendimiento de grano simulado varió hasta el 9% del rendimiento observado para todos los
cultivares excepto Badshabhog. Sin embargo, el rendimiento de grano simulado de
Badshabhog estuvo dentro de la desviación estándar del rendimiento observado.
3.2. Calibración y validación del modelo para niveles elevados de CO 2
ambiente
El modelo calibrado de campo abierto se utilizó para simular
días de madurez biológica, peso de los brotes en la madurez y rendimiento de grano de
los cuatro cultivares cultivados bajo un ambiente elevado de CO 2 en OTC
durante el año 2011. A partir de los datos de la Tabla 6 , se entiende
que los días de madurez fisiológica simulados de todos los cultivares
fueron considerablemente anteriores a sus valores observados: 6 días en RI
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26
SS Satapathy y col. / Europ. J. Agronomy 54 (2014) 21–33
Cuadro 4
Coeficientes de genotipo calibrados de los cultivares IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog en el modelo CERES-Rice para ambiente de campo abierto.
Coeficientes
IR 36
Swarna
Swarna sub1
Badshabhog
P1 ( ◦ C-días)
470
620
640
750
P2R ( ◦ C-días)
50
180
180
300
P5 ( ◦ C-días)
350
490
520
420
P2O (h)
11,7
11,8
11,6
11,6
G1 (núm.)
sesenta y cinco
70
67
62
G2 (g)
0,02
0,02
0,02
0,01
G3
1
1
1
1
G4
1
1
1
1
P1: fase vegetativa básica, P2O: fotoperíodo crítico, P2R: sensibilidad al fotoperíodo, P5: fase de llenado del grano, G1: número potencial de espiguillas por panícula, G2: peso de un solo grano,
G3: macollamiento y G4: coeficientes de tolerancia a la temperatura.
36, 9 días en Swarna sub 1 y 11 días en Swarna / Badshabhog.
De manera similar, el rendimiento de grano simulado de todos los cultivares, excepto
Badshabhog varió ampliamente de sus valores observados. Solo el
Los valores de biomasa de brotes simulados en la madurez de todos los cultivares fueron
dentro de la desviación estándar de sus observaciones. Existe una gran
variación entre los valores simulados y observados para fisiología
madurez ical y rendimiento de grano de los cultivares bajo niveles elevados de CO 2
entorno, mientras se simula con el uso del modelo calibrado
de CO 2 ambiental como en campo abierto. Este resultado sugiere que hay
una necesidad de calibración y validación del modelo bajo ele-
ambiente de CO 2 como en OTC para su aplicación en condiciones climáticas
cambiar escenarios debido al aumento del nivel de CO 2 .
Calibramos y validamos los coeficientes de genotipo de
Modelo CERES-Rice para ambiente elevado de CO 2 usando el OTC
datos experimentales del año 2011 y 2012, respectivamente. En cali-
bración, los valores de biomasa de brotes de series de tiempo estaban dentro
desviación de los valores medidos a lo largo de la temporada de crecimiento para
todos los cultivaresFig.3 ) , excepto Badshabhog, que difería en uno
punto de observación solamente. El RMSE n entre el simulado y
La biomasa de brotes de la serie de tiempo observada fue <0,20 para los cultivares IR
36, Swarna y Swarna sub1, y 0,28 para Badshabhog. El d-stat
los valores fueron> 0,96 para los cuatro cultivares. La diferencia entre
La madurez fisiológica observada y simulada fue <3 días entre
los cultivares y el rendimiento de grano simulado y la biomasa de brotes fueron
dentro de la desviación estándar de sus valores observados (Tabla 7 ) . los
Los coeficientes de genotipo calibrados para todos los cultivares se dan en
Cuadro 8 . Se validaron los coeficientes de genotipo del modelo.
utilizando resultados experimentales de la OTC en ambientes elevados de CO 2
del año 2012. Entre el tiempo simulado y observado
serie de biomasa de brotes, los valores de RMSE n fueron <0,14 y el d-stat
los valores fueron 0,99 para todos los cultivares y la serie de tiempo simulada
Los valores de biomasa estaban dentro de la desviación estándar de sus valores observados.
valores ( Fig. 4 ) . De la observación experimental, la apariencia
del día de antesis simulado difirió en menos de 3 días en todos los
cultivares y el día de madurez simulado por menos de 3 días entre
todos los cultivares, excepto Badshabhog, donde la diferencia fue de 6
días ( Tabla 9 ) . El rendimiento de grano simulado de los cultivares Swarna
y Swarna sub1 coincidieron bien con su rendimiento observado. El rendimiento
fue ligeramente sub-simulado para IR 36 y sobre simulado para
Badshabhog. Sin embargo, la biomasa de brotes simulada en la madurez
Fig. 2. Biomasa de brotes de series de tiempo observadas (OBS) y simuladas (SIM) en días después del trasplante de cultivares de arroz (IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog) cultivados en
campo abierto durante la temporada de lluvias del año 2012 en Kharagpur, India (validación de CERES-Rice).
Página 7
SS
Satapathy
et
Alabama.
/
Europ.
J.
Agronomía
54 (2014) 21
-
33
27
Cuadro 5
Fenología y crecimiento simulado y observado de cultivares de arroz (IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog) cultivados en campo abierto durante la temporada de lluvias del año 2012 (validación de CERES-Rice).
Parámetros de cultivo
IR 36
Swarna
Swarna sub1
Badshabhog
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Día de antesis (DAT)
56
52
76
80
78
80
95
93
Día de madurez fisiológica (DAT)
80
84
108
115
112
115
127
126
Rendimiento de grano en la madurez (kg ha -1 )
4420
4850 (± 495)
7296
6762 (± 118)
6451
6700 (± 191)
4312
3723 (± 596)
Peso de los brotes en la madurez (kg ha -1 )
9346
10280 (± 481)
14,006
15.914 (± 2207)
14.371
15,230 (± 1101)
14,621
13,390 (± 1259)
DAT: días después del trasplante, los valores entre paréntesis abiertos son desviaciones estándar.
Tabla 6
Fenología y crecimiento simulados y observados de cultivares de arroz (IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog) cultivados bajo un ambiente elevado de CO 2 durante la temporada de lluvias del año 2011 (utilizando genotipo calibrado de campo abierto
parámetros).
Parámetros de cultivo
IR 36
Swarna
Swarna sub1
Badshabhog
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Día de madurez fisiológica (DAT)
75
81
99
110
105
114
115
126
Rendimiento de grano en la madurez (kg ha -1 )
3197
2200 (± 353)
5486
3396 (± 454)
5168
3039 (± 427)
3253
3366 (± 461)
Peso de los brotes en la madurez (kg ha -1 )
6662
8335 (± 1810)
9920
10.602 (± 2221)
10.587
11,417 (± 1981)
10,751
12.309 (± 2073)
DAT: días después del trasplante, los valores entre paréntesis abiertos son desviaciones estándar.
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28
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Mesa
7
Simulado
y
observado
fenología
y
crecimiento
de
arroz
cultivares
(IR
36,
Swarna,
Swarna
sub1
y
Badshabhog)
crecido
debajo
elevado
CO
2
ambiente
durante
mojado
temporada
de
la
año
2011
(calibración
de
CERES-Arroz).
Cultivo
parámetros
IR
36
Swarna
Swarna
sub1
Badshabhog
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Antesis
día
(DAT)
54
50
74
71
76
71
91
94
Fisiológico
madurez
día
(DAT)
81
81
108
110
111
114
124
126
Grano
producir
a
madurez
(kg
decir ah
-
1
)
2223
2200
(±
353)
3316
3396
(±
454)
3371
3039
(±
427)
3066
3366
(±
461)
Disparo
peso
a
madurez
(kg
decir ah
-
1
)
7748
8335
(±
1810)
10,898
10.602
(±
2221)
11,158
11,417
(±
1981)
11,818
12.309
(±
2073)
DAT:
dias
después
trasplante,
valores
dentro de
abierto
paréntesis
son
estándar
desviaciones.
estaba dentro de la desviación estándar del valor observado para todos los cultivos
vars.
3.3. Adaptación del cultivar bajo CO 2 elevado y en aumento
ambiente de temperatura
El cambio en el rendimiento de grano simulado de los cultivares bajo variaciones
niveles elevados de CO 2 y aumento de temperatura en comparación con
El entorno ambiental se muestra en la Fig.5 . Con aumento del nivel de CO 2
de ≈100 ppm y una temperatura ascendente de ≈1 ◦ C por encima de la temperatura ambiente,
cambio en el rendimiento de grano experimental fueron −17,2%, −11,1%, −8,8%,
y + 8,9% para IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog, respectivamente
tivamente como se observa en el experimento OTC y el correspondiente
Los cambios en el rendimiento de grano simulado fueron −13,3%, −17,4%, −3,6% y
+ 7,2%, respectivamente, como promedio durante los dos años (2011 y 2012).
Bajo un nivel similar de CO 2 (+100 ppm), un aumento de temperatura de 2 ◦ C
y 3 ◦ C simuló un cambio correspondiente en el rendimiento de grano de −25,3
y -37,6% en el cultivar IR 36; −22,8 y −38,7% en Swarna;
−9,6 y −27,5% en Swarna sub1; y +1,7 y −3,3% en Badshab-
cerdo ( Fig. 5 ). Con un mayor aumento en el nivel de CO 2 (+200 y +300 ppm),
hubo una baja reducción en el rendimiento de grano simulado en todos los cultivares.
El uso del clima futuro del GCM simuló una
Disminución del rendimiento de grano desde el presente año hasta los años 2020, 2050 y
2080 para los cultivares IR 36 y Swarna con temperatura creciente de
≥0,8 ◦ C (Figura 6 ) . El cultivar Swarna sub1 tuvo un rendimiento estable
hasta 2050 y, a partir de entonces, el rendimiento disminuyó tanto en la etapa A2 como en la B2.
narios. Considerando que, el rendimiento de Badshabhog se incrementó hasta 2080
en el escenario B2 y 2050 en el escenario A2. El rendimiento de grano en A2
El escenario fue menor que el escenario B2 para todos los cultivares en los años
2050 y 2080.
4. Discusión
4.1. Parametrización del modelo en campo abierto y CO 2 elevado
ambiente
El coeficiente de fase vegetativa básico calibrado (P1) para diferencias
cultivares ent, es decir, IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog en OTC
de ambiente elevado de CO 2 fueron 480, 680, 710 y 800 ◦ C-días,
respectivamente, que eran superiores a sus correspondientes
valores de campo (470, 620, 640 y 750 ◦ C-días, respectivamente). El P1
valor para Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog fue considerablemente
más alto en CO 2 elevado que en campo abierto, debido a la cosecha más larga
duración (+3 a +5 días) en el ambiente elevado de CO 2 . Nuestro hallazgo
ing estaba en corroboración con Madan et al. (2012) , quien informó
retraso en la floración y madurez en ambientes elevados de CO 2 .
De manera similar, los valores de sensibilidad al fotoperiodo (P2R) en niveles elevados de CO 2
ambiente fueron 70, 200, 190 y 350 ◦ C-días para los cultivares IR
36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog, respectivamente, que fue
más altos que sus valores de campo abierto (50, 180, 180 y 300 ◦ C-días,
respectivamente). Los valores más altos de P1 y P2R bajo niveles elevados de CO 2
medio ambiente en comparación con el campo abierto indican que la cosecha
mulado más grados-día de crecimiento en la fase vegetativa con
aumento del nivel de CO 2 , que se puede discernir de un mayor aumento en
Brote de biomasa bajo CO 2 elevado en la etapa inicial de crecimiento del cultivo.
en comparación con las etapas posteriores de nuestro experimento. El aumento en
biomasa de brotes con un aumento de CO 2 a 20 y 80 DAT fueron 36 y
1% en IR 36, 37 y 16% en Swarna sub1 / Swarna, y 95 y 9% en
Badshabhog, respectivamente, como promedio durante los dos años. Jitla y col.
(1997) un lso informó mayor aumento en el crecimiento de brotes de arroz debido a CO 2
enriquecimiento durante el período de crecimiento temprano que durante el período de crecimiento posterior.
Kim y col. (2003)declaró que el efecto positivo del CO 2 elevado
en la biomasa aérea del arroz disminuyó desde el macollamiento hacia
madurez. La respuesta más alta observada al CO 2 al principio del crecimiento
temporada puede deberse a una absorción de N más eficaz con una mayor
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29
Fig. 3. Biomasa de brotes de series de tiempo observadas (OBS) y simuladas (SIM) en días después del trasplante de cultivares de arroz (IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog) cultivados en
ambiente elevado de CO 2 dentro de la cámara superior abierta durante la temporada de lluvias del año 2011 en Kharagpur, India (calibración de CERES-Rice).
desarrollo bajo CO 2 elevado (Kim y col., 2001 ) . El valor de
El coeficiente de la fase de llenado de grano (P5) de los cultivares también fue mayor
en 60-90 ◦ C-días en un ambiente elevado de CO 2 en comparación con
campo abierto. Este hallazgo estaba en corroboración con el experimento
observación donde la duración del llenado del grano fue mayor en 4 días
en ambiente elevado de CO 2 en comparación con campo abierto para todos los
cultivares, excepto Badshabhog. Madan y col. (2012) un lso observó mayor
duración del llenado de grano bajo CO 2 elevado para el cultivar IR64 (+1 d)
y N22 (+3 d) en comparación con el CO 2 ambiental .
A diferencia del coeficiente del fenotipo, el número potencial de espiguillas
ber coeficiente (G1) para todos los cultivares fue menor en niveles elevados de CO 2
medio ambiente que en campo abierto. Sin embargo, el peso de un solo grano
El valor de (G2) se mantuvo sin cambios bajo un ambiente elevado de CO 2 ;
aunque se observó una disminución marginal en el experimento. Durante
el período de llenado del grano, la temperatura media de elevado CO 2
ambiente era 2 (± 0.2) ◦ C más alto que en campo abierto (30 ◦ C para
IR 36 y 25 ◦ C para cultivares en reposo) lo que posiblemente redujo el llenado
número de granos por panícula en 4% en IR 36, 8% en Swarna, 2% en Swarna
sub1 y 5% en Badshabhog. Además, el índice de cosecha de todos los
cultivares, excepto Badshabhog se redujo de 0,48 en campo abierto
a 0.33 en ambiente elevado de CO 2 . Menor índice de cosecha en alzado
La temperatura bajo un ambiente elevado de CO 2 se debió principalmente a
menor rendimiento de grano causado por la disminución de la fertilidad de las espiguillas. Nuestro resultado
de la sensibilidad a la temperatura en el nmero de granos llenos estaba de acuerdo
ment con Kim et al. (1996) ,Matsui y col. (1997) , y Vara Prasad
et al. (2006) . Exposición de corta duración a eventos de alta temperatura
(> 33 ◦ C) representa una seria amenaza para la producción de arroz (Wassmann y col.,
2009 ) . La amenaza es severa cuando las altas temperaturas coinciden con
el relleno de granoFitzgerald y Resurrección, 2009 ) , que puede ser
exacerbado por una mayor temperatura de la copa asociada con estoma-
tal respuesta al CO 2 elevado ( Vara Prasad et al., 2006; Long y Ort,
2010 ).
4.2. Selección de cultivares para la adaptación al cambio climático
Comparamos los cambios en el rendimiento simulado de los cuatro cultivos.
vars con sus cambios en el rendimiento experimental bajo niveles elevados de CO 2
(≈ + 100 ppm) con el aumento de temperatura (≈ + 1 ◦ C) en comparación con
Tabla 8
Coeficientes de genotipo calibrados de los cultivares IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog en el modelo CERES-Rice para ambiente elevado de CO 2 .
Coeficientes
IR 36
Swarna
Swarna sub1
Badshabhog
P1 ( ◦ C-días)
480
680
710
800
P2R ( ◦ C-días)
70
200
190
350
P5 ( ◦ C-días)
440
570
580
480
P2O (h)
11,7
11,8
11,6
11,6
G1 (núm.)
44
44
44
50
G2 (g)
0,02
0,02
0,02
0,01
G3
1
1
1
1
G4
1
1
1
1
P1: fase vegetativa básica, P2O: fotoperíodo crítico, P2R: sensibilidad al fotoperíodo, P5: fase de llenado del grano, G1: número potencial de espiguillas por panícula, G2: peso de un solo grano,
G3: macollamiento y G4: coeficientes de tolerancia a la temperatura
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30
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Fig. 4. Biomasa de brotes de series de tiempo observadas (OBS) y simuladas (SIM) en días después del trasplante de cultivares de arroz (IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog) cultivados en
ambiente elevado de CO 2 dentro de la cámara abierta durante la temporada de lluvias del año 2012 en Kharagpur, India (validación de CERES-Rice).
ambiente ambiental en el experimento OTC. Con este CO 2 y temperatura
escenario de funcionamiento, la tendencia de los cambios en el rendimiento simulado fue
lo mismo que de los cambios en el rendimiento experimental entre los cultivos
vars. Se redujeron los rendimientos de arroz tanto simulado como experimental
para los cultivares IR 36 (−17% y −13%), Swarna (−11% y −17%),
y Swarna sub1 (−9% y −4%), pero aumentó para el cultivar
Badshabhog (+ 9% y + 7%) con aumento del nivel de CO 2 en 100 ppm
y el correspondiente aumento de temperatura de 1 ◦ C por encima del CO 2 ambiental
(≈390 ppm) y temperatura durante el período de crecimiento del cultivo. los
magnitudes de los cambios de rendimiento de la simulación y la experimentación
valor fueron comparables para todos los cultivares, excepto Swarna sub1
donde la reducción del rendimiento simulado fue mayor que la observada
reducción del rendimiento bajo el ambiente elevado de CO 2 . sin embargo, el
tendencia similar de cambios de rendimiento en el valor simulado a partir del experimento
Hallazgos imentales para los cultivares bajo un aumento fijo en el nivel de CO 2
y temperatura favorecida la aplicación del modelo CERES-Rice para
simulación del rendimiento de grano bajo diferentes niveles de CO 2 y temperatura
para la adaptación de cultivares.
El aumento del nivel de CO 2 a una temperatura particular simuló un
aumento en el rendimiento de grano, pero aumento de temperatura en un determinado
El nivel de CO 2 simuló una disminución en el rendimiento de grano. La reducción de rendimiento
fue muy significativo cuando la temperatura se incrementó en 3 ◦ C
independientemente de la elevación del nivel de CO 2 (+100 a +300 ppm), simulando
la reducción de 22 a 38% en IR 36, 28 a 39% en Swarna y 15 a 28%
en Swarna sub1. Mientras que bajo una temperatura ascendente similar, el
rendimiento de grano Badshabhog se incrementó en un 4-10% con el aumento de
Nivel de CO 2 (+200 a +300) por encima del valor ambiental. Por el contrario, a menor
nivel de elevación de CO 2 (+100 ppm), el rendimiento de Badshabhog fue
disminuyó marginalmente a 3 ◦ C de aumento de temperatura, pero aumentó en
2-7% con incremento de temperatura baja (hasta +2 ◦ C). Similarmente con
uso de HadCM3, el rendimiento de IR 36 y Swarna disminuyó significativamente
durante el año 2050 y 2080 en los escenarios A2 y B2 como
en comparación con el rendimiento actual. La disminución del rendimiento fue menor en B2
escenario (13-18%) en comparación con el escenario A2 (15-31%) debido a
menor aumento de temperatura en el escenario anterior. Considerando que, el grano
El rendimiento del cultivar Swarna sub1 se vio marginalmente afectado y de
Badshabhog fue favorecido hasta el año 2050 en ambos escenarios
ios, donde se esperaba que el aumento de temperatura hasta 2 ◦ C. Muchos
Los investigadores han informado que aumenta el rendimiento del arroz con el aumento de CO 2
nivel (Kim y col., 2003; Baker y col., 1992; Liu y col., 2008; Yang y col.,
2009 ) , pero el rendimiento disminuye con el aumento de la temperatura ( Peng
et al., 2004; Sheehy y col., 2006; Krishnan y col., 2007; Masutomi
et al., 2009 ) bajo un experimento ambiental controlado. los
hallazgos experimentales de los estudios de la cámara de crecimiento ( Baker
et al., 1992 ) mostraron un aumento del 32% en el rendimiento del grano de arroz debido al aumento
ing concentración de CO 2 de 330 a 660 mmol CO 2 mol -1 aire (ppm).
Mayor macollamiento y más panículas con grano bajo aumento
La concentración de CO 2 fue responsable de un mayor crecimiento y rendimiento.
de cultivo. La disminución del rendimiento del arroz con el aumento de la temperatura fue
principalmente debido a la esterilidad de las espiguillas del arroz a altas temperaturas. los
La temperatura en el momento de la floración afecta la fertilidad de las espiguillas.
y de ahí el rendimiento (Krishnan y Surya Rao, 2005 ) . Incluso un pequeño
El aumento de temperatura (+1 ◦ C) podría resultar en una gran disminución del rendimiento.
debido a la disminución del número de granos que se forman ( Sheehy et al.,
2006 ) . En nuestro experimento de cámara, una temperatura creciente de
1 ◦ C con un aumento del nivel de CO 2 de 100 ppm disminución del número de granos llenos
por panícula hasta un 10% en comparación con el entorno ambiental.
El aumento del nivel de CO 2 y la temperatura simularon una menor
reducción en el rendimiento de grano del cultivar Swarna sub1 en comparación con
Swarna e IR 36. Considerando que, se favoreció el rendimiento de Badshabhog
con el aumento del nivel de CO 2 y la temperatura correspondiente
tura. Entre los cultivares, el potencial de rendimiento esperado es mayor
en Swarna / Swarna sub1 (8.0 t ha -1 ), seguido de IR 36 (6.0 t ha -1 )
y Badshabhog (4.0 t ha -1 ) en la ubicación. El promedio ambiental
Página 11
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31
Mesa
9
Simulado
y
observado
fenología
y
crecimiento
de
arroz
cultivares
(IR
36,
Swarna,
Swarna
sub1
y
Badshabhog)
crecido
debajo
elevado
CO
2
ambiente
durante
mojado
temporada
de
la
año
2012
(validación
de
CERES-Arroz).
Cultivo
parámetros
IR
36
Swarna
Swarna
sub1
Badshabhog
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Simulado
Observado
Antesis
día
(DAT)
55
52
76
78
78
76
96
94
Fisiológico
madurez
día
(DAT)
81
84
110
113
113
111
129
123
Grano
producir
a
madurez
(kg
decir ah
-
1
)
2295
3095
(±
488)
3712
3949
(±
505)
3300
3879
(±
407)
3525
2904
(±
507)
Disparo
peso
a
madurez
(kg
decir ah
-
1
)
8030
8440
(±
713)
12,466
12,426
(±
1780)
11,480
12,550
(±
1218)
13,221
12,692
(±
1072)
DAT:
dias
después
trasplante,
valores
dentro de
abierto
paréntesis
son
estándar
desviaciones.
La temperatura durante los dos años durante la fase de llenado de grano fue
30 ◦ C para IR 36 y 25 ◦ C para otros cultivares, si se planta el 27 de julio como
el período normal de siembra (15-30 de julio) de la ubicación. La media
La temperatura óptima del aire para el llenado de granos de arroz es de 20 a 29 ◦ C ( Satake
y Yoshida, 1978 ) . Mayor temperatura del aire durante el llenado del grano
La fase de IR 36 posiblemente resultó en una mayor esterilidad de las espiguillas, es decir, una menor
granos llenos, por lo tanto, una mayor reducción del rendimiento en comparación con
otros cultivares. De manera similar, la gran reducción del rendimiento en Swarna bajo
ambiente elevado de CO 2 puede deberse a una disminución en el grano lleno
número por panícula, que se basa ligeramente en el OTC
experimentar. El rendimiento creciente del cultivar 'Badshabhog' bajo
CO 2 elevado con aumento de temperatura (hasta +2 ◦ C) se debe al aumento
número de granos llenos por panícula y peso de un solo grano, que
se observa en nuestro experimento de cámara.
4.3. Implicaciones para los sistemas de producción de arroz recomendados
futuro
Las regiones tropicales y subtropicales del mundo son importantes
productor y consumidor de arroz, donde la seguridad alimentaria es primordial
importancia en el clima actual y futuro. Para combatir el
impacto adverso del cambio climático en la producción de alimentos, localizado
tecnologías de adaptación en la selección de cultivares, tiempo de siembra y
El manejo del agua y los nutrientes necesita una atención especial para el mantenimiento.
mantenimiento y mejora de la producción de alimentos y el uso de recursos
eficiencia. La presente investigación reflejó claramente que
La adaptación de var tiene el potencial de minimizar el impacto adverso.
del cambio climático en el rendimiento del arroz de la India subtropical. El culti-
var Badshabhog se beneficia a través del aumento de la producción de cereales
bajo temperatura creciente y ambiente elevado de CO 2 . El ele-
El CO 2 estimulado fomentó una mejora significativa en la biomasa de los brotes.
en el período inicial de crecimiento del cultivo en comparación con el último
etapas hacia la madurez en todos los cultivares. Entre los cultivares,
Badshabhog registró la mayor acumulación de biomasa en las
fase etativa bajo el ambiente elevado de CO 2 . El cultivar
Badshabhog se caracteriza por tener hojas más largas (> 45 cm) y más largas
duración de crecimiento (> 145 d) en comparación con los cultivares en reposo, posiblemente
aumento de la interceptación de la radiación solar y, por lo tanto, la biomasa de los brotes
acumulación en la etapa vegetativa del crecimiento del cultivo. Biomasa
acumulación y translocación a la porción de grano para la producción de grano
depende del material de origen disponible y del tamaño de grano, ya que
capacidad de fregadero bajo un conjunto dado de condiciones climáticas. Grano pequeño
tamaño (peso de un solo grano = 0,01 g) con pani-
cles (> 170 granos por panícula) y mayor acumulación de biomasa
del cultivar Badshabhog, probablemente favoreció una mejor fuente-sumidero
transferencia, que incrementó la producción de granos bajo niveles elevados de CO 2 y
ambiente de temperatura en comparación con otros cultivares. Grano
el rendimiento de los cultivos de cereales suele ser de origen limitado. Algunos investigadores
( Fischer y HilleRisLambers, 1978; Judi et al., 2006; Koshkin
y Tararaina, 1989; Ledent y Stoy, 1985 ) informaron una reducción
del número de granos de arroz con aumento en el peso de un solo grano bajo
limitación de la fuente durante el período de llenado del grano. Además, bajo ele-
ambiente de CO 2 vaciado un desequilibrio entre la fuente y el sumidero
puede conducir a la acumulación de carbohidratos en las hojas en toda la planta
nivel resultante disminución de la expresión de genes fotosintéticos ( Paul
y Foyer, 2001 ) . Por lo tanto, una mayor acumulación de biomasa y una
Es probable que la transferencia equilibrada de fuente-sumidero a nivel de planta minimice
el impacto adverso del futuro cambio climático en la producción de arroz.
El cultivar Badshabhog, como una selección local de los agricultores, es tolerante
a estreses abióticos y ha mostrado un aumento de la acumulación de biomasa
y la formación de rendimiento de grano en condiciones elevadas de CO 2 y temperatura
ambiente. Las características especiales de este cultivar como el largo
hojas, tamao de grano pequeo y un nmero creciente de granos se pueden considerar
ered en tecnología de mejoramiento para el desarrollo de cultivares que pueden
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Fig. 5. Cambio en el rendimiento de grano simulado de cultivares de arroz (IR 36, Swarna, Swarna sub1 y Badshabhog) cultivados con niveles elevados de CO 2 (+100, +200 y +300 ppm) y
aumento de la temperatura (+1 ◦ C, +2 ◦ C y +3 ◦ C) en comparación con el medio ambiente y cambio en el rendimiento de grano observado (OBS) a un nivel elevado de CO2 (≈ + 100 ppm) y aumento en
temperatura (≈ + 1 ◦ C) en Kharagpur, India (promedio durante los años 2011 y 2012).
Fig. 6. Efecto del modelo climático global sobre el rendimiento de granos de cultivares de arroz (IR 36, Swarna,
Swarna sub1 y Badshabhog) simulado para los años 2020, 2050 y 2080 bajo
Escenarios A2 y B2 en Kharagpur, India.
adaptarse mejor a los escenarios climáticos futuros para garantizar la alimentación mundial
seguridad.
5. Conclusiones
Los coeficientes de genotipo del modelo CERES-Rice deben ser
calibrado para entornos elevados de CO 2 para una mejor simulación de
rendimiento del grano de arroz en escenarios de cambio climático que conducen a un aumento
en nivel de CO 2 y temperatura. Uso del modelo parametrizado
bajo un ambiente elevado de CO 2 fue capaz de simular el rendimiento
tendencia de los cultivares con precisión bajo el aumento del nivel de CO 2 y la temperatura
ature. Al evaluar la respuesta de los cultivares con respecto a
el rendimiento de grano cambia bajo diferentes niveles de CO 2 y temperatura
surgir de la simulación y de las observaciones de dos años OTC
experimento, se notó que los cultivares IR 36 y Swarna fueron
más afectado, Swarna sub1 se vio marginalmente afectado, pero Badshab-
el cerdo se vio favorecido en condiciones de CO 2 elevado con aumento de temperatura
hasta +2 ◦ C. El potencial de rendimiento de los cultivares de larga duración
'Swarna / Swarna sub1' es significativamente más alto que el medio
variedad de duración 'IR 36' así como la variedad aromática 'Badshab-
hog 'bajo el ecosistema de regadío / secano de la India subtropical. En
perspectiva del cambio climático futuro y la demanda de alimentos, la
El cultivar Swarna sub1 debe ser preferido tanto para regadío como para
ecosistema de tierras bajas de secano en el clima subtropical para minimizar
el impacto adverso del cambio climático en la producción de arroz. Como el
cultivar Badshabhog muestra una respuesta favorable a la elevada
Ambiente de CO 2 , esto da la bienvenida a la tecnología de reproducción para la genética
manipulación en cultivares de alto rendimiento para aumentar su adaptación
capacidad para tensiones abióticas. En segundo lugar, el cultivo de Badshabhog
puede extenderse a un área más grande a medida que la demanda de arroz aromático
está aumentando drásticamente en el mercado internacional.
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Agradecimientos
Proyecto Nacional de Innovación Agrícola, Consejo Indio de
La Investigación Agrícola Nueva Delhi es reconocida con gratitud por
Proporcionar una subvención económica para la ejecución del proyecto de investigación. Nosotros
agradecer a los revisores sus constructivas sugerencias, que significan
mejoró significativamente el manuscrito.
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