La fotosíntesis, la respiración y el carbono conservador eficiencia en el uso del campo de cuatro cultivos.

La fotosíntesis, la respiración y el carbono conservador eficiencia en el uso del campo de cuatro cultivos.

Abstracto

El presente trabajo tiene como objetivo poner a prueba la hipótesis de que la eficiencia del uso de carbono (CUE) de girasol, sorgo, trigo y cultivos de garbanzo, con diferentes vías fotosintéticas (C3, C4) y la composición de rendimiento (hidratos de carbono, proteínas, lípidos), mantendrá constante durante el régimen térmico natural que ocurre durante todo el ciclo del cultivo en campo abierto. Todos los cultivos fueron bien regado. Girasol y sorgo tuvieron dos tratamientos de aplicación de nitrógeno, mientras que el trigo sólo tenía un nivel adecuado de nitrógeno, y garbanzo no tenían nitrógeno en absoluto. Temperatura de Canopy, fotosíntesis neta diurna (P), y de noche la respiración (R) fueron controlados por las cámaras del pabellón de sistema cerrado, automatizado debidamente para mediciones continuas. Respiración nocturna respuesta a la temperatura y la fotosíntesis mediodía-tiempo se mide en la escala de hoja, también. Los resultados mostraron una estricta relación lineal (es decir, CUE constante) entre P acumulada (? P) y R acumulada (? R) durante todo el ciclo de sorgo (pendiente = 2,28) y el trigo (3,35), y hasta la antesis de girasol (2,08) y garbanzo (2,83), independientemente de la térmica

Evolución de los regímenes y los niveles nutricionales de nitrógeno. Se mantuvo la misma linealidad en que se observaron en las relaciones términos de biomasa frente a R.? En girasol, desviación significativa de la linealidad se observa después de la antesis, con una diferencia entre los dos tratamientos con nitrógeno. No se pueden extraer conclusiones de garbanzos post-antesis, debido a la interrupción de la experimento haya causado por una tormenta intensa. Respuestas respiración escala Leaf a temperatura eran insuficientes para explicar el comportamiento correspondiente al pabellón de nivel.

Introduccion

El conocimiento del balance de carbono de cultivos, como respuesta de la ganancia de CO2 (fotosíntesis, P) y la pérdida de CO2 (respiración, R) a las condiciones ambientales, es fundamental a la comprensión y evaluación cuantitativa de crecimiento de las plantas, la productividad primaria de los ecosistemas y el impacto del cambio climático en la vegetación.

Respiración de los cultivos ha sido mucho menos estudiado, como en comparación con la fotosíntesis, por diversas razones tales como las dificultades metodológicas en las mediciones (Loomis y Connor, 1992; Amthor y Baldocchi, 2001) y las limitaciones conceptuales de modelado (Ryan, 1991; Choudhury, 2001). Por lo tanto, la exactitud de las predicciones del balance de carbono depende en gran medida de las incertidumbres asociadas a la estimación de la respiración (Waring et al, 1998;.. Högberg et al, 2001). La mayor parte de estas incertidumbres, a su vez, están relacionados a la extrapolación de conclusiones extraídas de menor experimentos jerárquicos escala o el nivel de la planta de hoja /) para condiciones de contorno mayor escala jerárquica (por ejemplo, a largo plazo y / o cultivo / nivel de la comunidad).

Un enfoque dominante en la modelización del balance de carbono,de hecho, los marcos de las respuestas de las vías respiratorias dentro de la baja jerarquía-paradigma "crecimiento-mantenimiento" (por ejemplo, Ryan, 1991), donde se repartió respiración de la planta en los componentes funcionales de la construcción, el mantenimiento y la absorción de iones (Farrar, 1985; Lambers, 1985;Amthor, 1986), con una respuesta resultante R para ambiental condiciones considerablemente diferentes de la respuesta de P correspondiente. Por ejemplo, las observaciones a corto plazo en general demostrar que, en rangos normales de temperatura de la planta, la respiración es altamente sensible a la temperatura mientras que la fotosíntesis es relativamente insensible (Amthor, 1989). Esta observación implica tácitamente que la respiración (R) y la fotosíntesis (P) son de alguna manera independiente flujos, minimizando la importancia de la energía y, en consecuencia, con vistas a los vínculos subyacentes entre R y P. Del mismo modo, los estudios a corto plazo han demostrado la fuerte correlación existente entrerespiración de mantenimiento y el contenido de nitrógeno del tejido (por ejemplo, Ryan, 1991). En contraste, los experimentos de la planta entera a largo plazo tienen muestra una relación estrictamente delimitada entre R y P en un amplio intervalo de temperaturas (Gifford, 1994, 1995; Tjoelker y el impacto principal al, 1999) y que. de la fertilización nitrogenada es a través del crecimiento del área foliar en lugar de contenido de nitrógeno foliar (por ejemplo, García et al., 1988). Esto sugiere que, a nivel comunitario, la vínculo estricto entre R y P se mantendría durante un razonable gama de temperatura y la disponibilidad de nitrógeno a la comunidad. A proporcionalidad estricta entre R y P fue También encontrado por Byrd et al. (1992) en tanto 'C3' y Especies C4 ', cultivadas en ambientes controlados durante un período relativamente largo y una amplia gama de los niveles de nitrógeno, lo que indica que un aumento en la fotosíntesis, inducida por el mayor contenido de nitrógeno foliar, provoca un aumento proporcional en la planta entera la respiración, independientemente de la asimilación de CO2 vía. y sustratos proporcionados por P de R del vigente estructuras de las plantas (Lawlor, 1995;. Dewar et al, 1999).

Por otra parte, existe una estrecha relación entre P y R, a menudo se expresa en términos de relación entre primaria neta producción (NPP) y la producción primaria bruta (GPP), ha sido también reportada por Waring et al. (1998) en un ecosistema forestal, y Gifford (1995), Tjoelker et al. (1999) y Cheng et al. (2000) a la variable Concentraciones de CO2 durante los experimentos planta entera a largo plazo.

El comportamiento conservador de la eficiencia del uso de carbono (CUE), observado por Gifford (1995) inducida por la misma autor a proponer la constancia de CUE (en caso contrario indicado como relación NPP / GPP constante) como una adecuada simplificación, para escalas jerárquicos superiores, a enfoque de modelado de la respiración (Dewar, 1996) y predicciones de productividad (McCree, 1988; Cheng et al,. 2000). La ventaja sería en la dificultad reducida de derivar NPP directamente de GPP en lugar de a partir de la asignación de los hidratos de carbono (Waring et al., 1998), probablemente con errores mucho más pequeñas que intervienen (Landsberg y Waring, 1997).

Por lo tanto, una relación de NPP / GPP constante es visto como un sólido enfoque para el modelado del balance de carbono (Dewar et al, 1999;. Cheng et al, 2000). La revisión de la literatura pone de manifiesto que todavía hay mucho espacio para nuevas investigaciones sobre tal tema, debido a las restricciones experimentales siguientes: reducido número de experimentos y observaciones se centran en la determinación CUE bajo condiciones ambientales variables condiciones y en su mayoría confinados a la temperatura y CO2. (Gifford, 1995; Tjoelker et al, 1999;. Cheng et al, 2000);. entendimiento limitado de los mecanismos la estabilización de la relación entre la fotosíntesis y la respiración (Gifford, 1995), la incertidumbre sobre si CUE constancia depende de la especie y la invariante bajo diferente estado nutricional (Luo et al, 1996;. Cheng et al, 2000);. la mayor parte de los experimentos que se llevaron a cabo en ambientes controlados artificialmente, la micrometeorológica experimentos de campo (por ejemplo Baldocchi, 1994; Suyker y Verma, 2001;. Saigusa et al, 2002) son afectados por limitaciones metodológicas (Amthor y Baldocchi, 2001). Por otra parte, la investigación sobre la conservadora comportamiento de CUE asume especial importancia a la hora el coste de carbono requerido para diferentes composiciones de biomasa varía en gran medida entre las especies. Por ejemplo, en los estudios de Cheng et al. (2000) en el girasol, y Gifford (1995) en el trigo, el ciclo del cultivo fue investigado sólo hasta la etapa vegetativa dejando es cuestionable si CUE se mantiene constante también después de la formación de los órganos reproductivos. En efecto, la sólo informes experimento a largo plazo R y P sobre todo el ciclo de girasol cultivado en el campo (Whitfield et al., 1989) mostró que la respiración oscura acumulativa aumentado proporcionalmente a la asimilación neta sólo hasta antesis, mientras que aumentó más que proporcionalmente a partir de entonces, causando una relación curvilínea entre R y P.

Un aspecto adicional e importante es la respuesta CUE de cultivos, mientras que las variables ambientales tales como regímenes térmicos y los niveles de nutrientes, y las expresiones de crecimiento como la ontogenia de la planta y la translocación de asimila y nitrógeno, cambian simultáneamente bajo condiciones fuera de las puertas naturales. En este sentido, hay poca información existe en toda la expresión de temporada de cultivo respiración de diferentes especies cultivadas en campo abierto y bajo diferentes fuentes de nutrientes (Biscoe et al, 1975.; Rochette et al., 1996).

El objetivo de este trabajo era, pues, de contribuir a la consolidación del paradigma que asume relación NPP / GPP constante por probar la hipótesis CUE que seguirá siendo conservador sobre los recursos naturales régimen térmico se produce durante todo el ciclo de cuatro cultivos (girasol, sorgo, trigo y garbanzos) con diferentes habitus, climáticas y de nutrientes requisitos, vía fotosintética (C3 y C4), y la composición de rendimiento (hidratos de carbono, proteínas, lípidos). El CUE de girasol y sorgo fue también inspeccionados bajo

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