Balance hidrológico y flujo de nutrientes asociados al agua en plantaciones de Eucalyptus grandis, en Concordia [Entre Ríos]

Tesis presentada para optar al Grado de Doctor en Ciencias NaturalesFil: Tesón, Natalia. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Naturales y Museo; Argentin

Dissolved organic carbon in water fluxes of <i>Eucalyptus grandis</i> plantations in northeastern Entre Ríos Province, Argentina

Water fluxes in tree plantations and other ecosystems carry dissolved organic carbon (DOC) provided by atmospheric inputs, autotrophic and heterotrophic metabolisms and from the lysis of dead material. These compounds may be colorless or provide a yellow-to-brown color to water and may also absorb visible light due to the presence of chromophores in the chemical structure. Concentration and composition of DOC and DOC annual flux in water pathways of a Eucalyptus grandis plantation were studied in Entre Ríos, Argentina. Samples of bulk precipitation, throughfall, stemflow, litter lixiviation, surface runoff and water table were analyzed for DOC concentration and color (optical density). Regression analyses for DOC concentration vs water fluxes intensity and for DOC concentration vs color were done. A DOC circulation model was calculated using available information on water budgets fluxes. Results showed that molecular features, values and range of DOC concentrations varied among fluxes, which may be explained by factors and processes influencing water gains and losses and by composition and availability of organic matter that may be dissolved in water in contact with biomass, necromass, soil and subsoil. Regression parameters from DOC concentration vs optical density were useful for DOC chemical composition analyses and interpretation of DOC changes. Annual circulation of DOC (in kg ha-1 year-1) showed that atmospheric contribution is low (ca. 30), aboveground biomass lixiviation is about 3-4 times the atmospheric input (126.7 to 101.4), and inputs to mineral soil (374.4 to 348.0) came mainly (74 to 78 %) from litter lixiviation.Los flujos de agua en los ecosistemas transportan carbono orgánico disuelto (COD) de los aportes atmosféricos, el metabolismo autotrófico y heterotrófico y la lisis de materia muerta. Estos compuestos pueden ser incoloros o coloreados, y absorber luz visible debido a la presencia de cromóforos. Se estudiaron la concentración, composición y flujo anual de COD en las vías hídricas de una plantación de Eucalyptus grandis, Entre Ríos, Argentina. Se determinó la concentración de COD y color (densidad óptica) en muestras de agua de precipitación bruta, trascolación, flujo caulinar, lixiviación del mantillo, escurrimiento superficial y napa freática. Se realizaron regresiones COD vs flujo hídrico y COD vs color. Se modeló la circulación de COD. Las características moleculares y los valores y rangos de concentración de COD variaron entre flujos hídricos que se explicarían por factores y procesos que influencian las ganancias y pérdidas de agua y la composición y disponibilidad de materia orgánica que puede disolverse en aguas en contacto con la biomasa, la necromasa, los horizontes del suelo y el subsuelo. Los parámetros de regresión COD vs color resultaron útiles para analizar la composición del COD e interpretar los cambios en COD en las aguas. La circulación anual de COD muestra que la contribución (kg ha-1 año-1) atmosférica es baja (ca. 30), el lixiviado de la biomasa aérea es alrededor de 3-4 veces el suministrado por la atmósfera (126,7 a 101,4) y el ingreso al suelo (374,4 a 348,0) deriva principalmente (74 a 78 %) de la lixiviación del mantillo

Resultados preliminares sobre la variación en vulnerabilidad a la cavitación por sequía en clones de Eucalyptus grandis Hill ex Maid

El transporte de agua está ligado funcionalmente con la fijación de carbono en las plantas terrestres. El agua transportada dentro de la planta se encuentra en estado meta-estable debido a las presiones negativas de acuerdo a la Teoría de Cohesión-Tensión. Las curvas de vulnerabilidad a la cavitación, es decir, aquellas que relacionan las pérdidas de conductividad hidráulica (ks) del leño por ruptura de la columna de agua, con las tensiones dentro del mismo, dan valiosa información acerca de la capacidad de respuesta de distintas especies y genotipos al estrés hídrico. El objetivo del estudio fue evaluar la variación en tolerancia al estrés hídrico de cuatro clones de Eucalyptus grandis (K, B, 2 y 4) del Programa de Mejoramiento Genético de INTA. Para ello, debió ajustarse una metodología adecuada para realizar las curvas de vulnerabilidad a la cavitación en árboles adultos. Se trabajó con el método de inyección de aire que relaciona la pérdida de conductividad hidráulica con la cavitación inducida por presiones positivas en una cámara de doble entrada. Los clones seleccionados presentan densidad de madera contrastante (alta/ baja) y distintas tasas de crecimiento. El material evaluado se obtuvo de un ensayo clonal de 18 años de edad ubicado en Concordia, Entre Ríos, Argentina (31°22’ L S; 58° 07’ L W; Altitud: 43 msnm) en un suelo arenoso profundo. Entre abril y mayo de 2012, mediante un hidroelevador se ascendió a las copas y se cortaron ramas de tres individuos por clon. Para la realización de las curvas de cavitación se utilizó la porción basal (20 cm) de las ramas secundarias. Se comparó con ANOVA los parámetros a y b de la curva de vulnerabilidad a la cavitación que describen el P50 o presión a la que se produce el 50 % de pérdida de ks y la forma de la curva. Los resultados obtenidos muestran diferencias significativas entre dos de los clones evaluados, siendo el más tolerante a la cavitación (P50= -1,85 +/- 0,19MPa) el clon 2, que es uno de los clones de alta densidad de madera. El menos tolerante fue el clon B (P50= -1,11 +/- 0,11MPa), caracterizado por ser de rápido crecimiento y baja densidad de madera. Estos resultados son congruentes con su respuesta post-sequía evaluada en crecimiento y flujo de savia (estudios previos), que mostró una mayor resiliencia en el clon 2 y una menor en el clon B. El clon K, de alta densidad, también presentó alta resiliencia post-sequía, pero no mostró ventajas claras en vulnerabilidad a la cavitación, aunque sí fue el de mayor ajuste osmótico en el tejido foliar. Se concluye que la vulnerabilidad a la cavitación es variable entre clones, tendría un rol adaptativo importante en la resistencia a la sequía de E. grandis, pero existen mecanismos alternativos (y/o complementarios) en otros sistemas de órganos que deben también evaluarse con miras a la selección de genotipos más resistentes al estrés ambiental.Water transport is functionally linked to carbon fixation in terrestrial plants. Water inside plants is under meta-stable state due to negative pressure (tension) according to Cohesion-Tension Theory. Vulnerability to cavitation curves, i.e., those relating losses in xylem hydraulic conductivity (ks) due to water column breakage with tension inside the xylem, provide valuable information about different species and genotypes response capacity to environmental stress. The objective of this study was to evaluate the variation in drought stress tolerance of four Eucalyptus grandis clones (K, B, 2 and 4) from the Genetic Improvement Program of INTA. For this purpose, methodological adjustments were needed in order to develop vulnerability to cavitation curves in adult trees. The air-injection method was applied, which relates ks losses with cavitation induced by positive pressures in a double-ended chamber. The selected clones present contrasting wood density (high, low) and different growth rates. The studied material was obtained from a 18 years-old clonal trial located in Concordia, Entre Ríos, Argentina (S L: 31°22’ S; W L.: 58° 07’; Altitude: 43 masl) in deep sandy soil. Crown access was possible with a hydraulic crane. Branch samples (3 individuals per clone) were taken between April and May 2012. Vulnerability to cavitation curves were developed in the basal portion (20 cm long) of secondary branches. Curves parameters (a and b) were compared between clones with ANOVA, describing the water potential at which 50% of ks is lost (P50) and the curve form. Significant differences were observed between two studied clones. The most cavitation resistant clone 2 (P50= -1.85 +/- 0.19MPa) was a high wood density clone. The least cavitation resistant clone B (P50= -1.11 +/- 0.11 MPa) was characterized by its high growth rates and low wood density. These results are consistent with post-drought responses evaluated through growth and sapflow measurements (previous studies) which demonstrated a higher resilience in clone 2 than in clone B. High wood density clone K also presented a high resilience after a severe drought event, but it did not present clear advantages in terms of cavitation resistance. However, it presented the highest osmotic adjustment capacity of the studied clones. In conclusion, vulnerability to cavitation is variable between clones and it would have an adaptive role in terms of E. grandis drought resistance. However, alternative (and/or complementary) mechanisms exist in other plant organs which have to be evaluated in order to select drought resistant genotypes.Fil: Tesón, Natalia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Entre Ríos. Estación Experimental Agropecuaria Concordia. Agencia de Extensión Rural Concordia; ArgentinaFil: Fernandez, Maria Elena. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Agencia de Extensión Rural Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; ArgentinaFil: Licata, Julian Andres. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Entre Ríos. Estación Experimental Agropecuaria Concordia. Agencia de Extensión Rural Concordia; Argentin

Reutilización de aguas residuales para el riego de plantaciones forestales: resultados preliminares sobre efectos en el suelo y en la productividad

La reutilización de las aguas residuales para el riego presenta numerosas ventajas entre las que se destacan la conservación de los recursos hídricos y el aporte continuo de nutrientes y agua para las plantas. En este trabajo se presentan los resultados del primer año de un proyecto desarrollado entre la EEA Concordia de INTA y la Facultad Regional Concordia de la UTN junto al Municipio de Colonia Ayuí, la empresa MASISA, la ONG Salto Grande Ambiental y La CTM Salto Grande, como respuesta a las frecuentes floraciones algales en las aguas del lago Salto Grande producto de la eutrofización. El objetivo del proyecto es disminuir el aporte de nitrógeno y fósforo a las aguas del Lago Salto Grande, sin afectar otros recursos y evaluar el comportamiento de una plantación de Eucalyptus grandis irrigada con efluentes cloacales. Las parcelas regadas incrementaron su crecimiento y si bien se observaron cambios en la química del suelo los indicadores analizados no mostraron valores que produzcan efectos adversos para la especie utilizada. Si bien estos resultados son preliminares, la reutilización de los efluentes para el riego de plantaciones forestales podría ser una alternativa al vertido de efluentes en las aguas superficiales.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Reuse of municipal treated water for forest irrigation

The reuse of municipal treated water for irrigation is an alternative to the discharge on surface waters that generate a sustained addition of nutrient and water for the trees. The objectives of this study are to evaluate reduction of the addition of nitrogen and phosphorus to the Salto Grande reservoir and to evaluate the effect on the growth of a Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden plantation. On the first 36 months, the total of wastewater reuse was 144.320 m3 and the increase of growth on irrigated plots was 35 %. Some changes in EC and SAR were detected, but they didn’t affect the trees. These preliminary results indicate that the reuse of wastewater for irrigation is an interesting alternative to the direct discharge.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Reutilización de aguas residuales para el riego de plantaciones forestales: resultados preliminares sobre efectos en el suelo y en la productividad

La reutilización de las aguas residuales para el riego presenta numerosas ventajas entre las que se destacan la conservación de los recursos hídricos y el aporte continuo de nutrientes y agua para las plantas. En este trabajo se presentan los resultados del primer año de un proyecto desarrollado entre la EEA Concordia de INTA y la Facultad Regional Concordia de la UTN junto al Municipio de Colonia Ayuí, la empresa MASISA, la ONG Salto Grande Ambiental y La CTM Salto Grande, como respuesta a las frecuentes floraciones algales en las aguas del lago Salto Grande producto de la eutrofización. El objetivo del proyecto es disminuir el aporte de nitrógeno y fósforo a las aguas del Lago Salto Grande, sin afectar otros recursos y evaluar el comportamiento de una plantación de Eucalyptus grandis irrigada con efluentes cloacales. Las parcelas regadas incrementaron su crecimiento y si bien se observaron cambios en la química del suelo los indicadores analizados no mostraron valores que produzcan efectos adversos para la especie utilizada. Si bien estos resultados son preliminares, la reutilización de los efluentes para el riego de plantaciones forestales podría ser una alternativa al vertido de efluentes en las aguas superficiales.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Wood density and anatomy of three Eucalyptus species: implications for hydraulic conductivity

Aim of the study: To characterize wood anatomical traits of three Eucalyptus species that differ in wood density and ecological requirements, and to examine the relationships between some anatomical features, wood density, and theoretical xylem hydraulic conductivity (Ks).Area of study: We analyzed 86 trees from three sites of Argentina (Entre Ríos and Buenos Aires Provinces).Methods: The sampled trees were Eucalyptus globulus, E. grandis and E. viminalis ranging from 11 to 15 years old. One stem disc was cut from each tree to determine wood density and identify quantitative anatomical features of vessels and fibers. Vessel composition (S, size - to-number ratio, a measure of vessel size distribution) and lumen fraction (F, the total sapwood area available for water transport) were estimated. Results: E. grandis, the species with the highest growth rates, presented the highest theoretical Ks. This was associated with anatomical features such as a high density of wide vessels resulting in high F. On the other hand, E. viminalis, the species with the lowest growth rates and highest resistance to environmental stress, showed lower Ks as a result of a low density of wide vessels. These two species differed not only greatly in wood density but also in fiber characteristics. In the case of E. globulus, vessels were relatively narrow, which resulted in the lowest theoretical Ks, fibers were small, and wood density intermediate.Research highlights: F had greater influence on Ks than S. The anatomical characteristics and wood density could only partly explain the differential growth or resistance to stress of the studied species

Wood density and anatomy of three Eucalyptus species: implications for hydraulic conductivity

Aim of the study: To characterize wood anatomical traits of three Eucalyptus species that differ in wood density and ecological requirements, and to examine the relationships between some anatomical features, wood density, and theoretical xylem hydraulic conductivity (Ks). Area of study: We analyzed 86 trees from three sites of Argentina (Entre Ríos and Buenos Aires Provinces). Methods: The sampled trees were Eucalyptus globulus, E. grandis and E. viminalis ranging from 11 to 15 years old. One stem disc was cut from each tree to determine wood density and identify quantitative anatomical features of vessels and fibers. Vessel composition (S, size - to-number ratio, a measure of vessel size distribution) and lumen fraction (F, the total sapwood area available for water transport) were estimated. Results: E. grandis, the species with the highest growth rates, presented the highest theoretical Ks. This was associated with anatomical features such as a high density of wide vessels resulting in high F. On the other hand, E. viminalis, the species with the lowest growth rates and highest resistance to environmental stress, showed lower Ks as a result of a low density of wide vessels. These two species differed not only greatly in wood density but also in fiber characteristics. In the case of E. globulus, vessels were relatively narrow, which resulted in the lowest theoretical Ks, fibers were small, and wood density intermediate. Research highlights: F had greater influence on Ks than S. The anatomical characteristics and wood density could only partly explain the differential growth or resistance to stress of the studied species.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Wood density as an integrating variable of wood anatomy: analysis of branches and stem in four species of Eucalyptus

El objetivo del presente trabajo fue determinar la relación entre densidad aparente normal y la anatomía del xilema de ramas terminales y de tronco de cuatro especies de Eucalyptus L´Hér. (Myrtaceae) de importancia comercial, considerando a la anatomía como principal determinante de la funcionalidad de la madera. Se trabajó con material proveniente de ramas (n=30) y fuste (n=82) de ejemplares adultos de: E. grandis, E. camaldulensis, E. viminalis y E. globulus. Se determinaron la densidad de la madera y los caracteres anatómicos cuantitativos de vasos, fibras y proporción de tejidos (fibras, traqueidas vasicéntricas, vasos, radios y parénquima) en cortes histológicos y macerados en ambos tipos de órganos (ramas y tronco). La densidad difirió a nivel de fuste pero fue similar en las ramas al comparar las distintas especies. Según las relaciones halladas entre densidad y anatomía, mediante correlaciones y análisis de componentes principales, las tendencias no siempre siguieron patrones similares entre ramas y troncos. La densidad de la madera no resultó buen predictor de las distintas variables anatómicas individuales dentro de cada órgano. En el caso de las ramas, la densidad se reveló como una variable integradora de la fracción de lúmenes más que de las variables individuales de vasos (diámetro o número) o las asociadas a la fracción de pared (biometría de fibras y área ocupada). En cambio, en fuste, la densidad integró tanto la fracción de lúmenes (vasos), como la morfometría de fibras y porcentajes de tejidos. Es posible entonces hallar especies/genotipos de densidad similar dentro de este género pero con diferente composición/estructura anatómica.The aim of this study was to determine the relationship between wood density and xylem anatomy of branches and stem of four commercial Eucalyptus L´Hér. (Myrtaceae) species, considering anatomy as the main determinant of xylem functionality. We worked with samples from branches (n = 30) and stem (n = 82) of four species of adult’s trees: E. grandis, E. camaldulensis, E. viminalis and E. globulus. The wood density and quantitative anatomical features of vessels, fibers and proportion of tissue (fibers, vasicentric tracheids, vessels, rays and parenchyma) in histological sections and macerated were determined in both organ types (stem and branches). The wood density of stem was different among species but it was similar in the branches. According to the relationships found between density and anatomy, using correlations and principal component analysis, trends not always followed similar patterns among branches and stem. The wood density was not a good predictor of the several individual anatomical variables within each organ considered. In the case of branches, the density was revealed as an integrating variable of fraction lumens more than the individual variables of vessels (diameter or number) or the associated wall fractions (biometrics of fibers and occupied area). In contrast, in stem, density integrated fraction lumens (vessels), including morphometry of fibers and tissue percentages. Then, it is possible to find species / genotypes of similar density in this genus but with different composition / anatomical structure.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Experimental model of a Eucalyptus grandis plantation in concordia, Entre Ríos

La Mesopotamia argentina es la zona núcleo de especies forestales de rápido crecimiento del país. Las plantaciones de Eucalyptus grandis constituyen el 90 % de la superficie forestada con eucaliptos del noreste de Entre Ríos. A partir de estudios previos sobre sus aspectos estructurales y funcionales se propone elaborar un modelo integral del que emerjan nuevas propiedades vinculadas con los almacenajes de la materia y procesos ecosistémicos. Se utilizaron datos de plantaciones al turno, de: biomasa, productividad primaria neta, flujos hídricos, flujos de nutrientes, contenido de nutrientes en la biomasa, necromasa y en el suelo. Se destaca la contribución de la parte aérea de la plantación en la distribución de la biomasa, asignación de la productividad y requerimiento de nutrientes. Los requerimientos de nutrientes, excepto fósforo, fueron provistos mayormente por absorción que por distribución, contrario a lo que ocurrió con el fósforo. La caída al mantillo y mortalidad de raíces fueron las vías principales de retorno de nutrientes, excepto el potasio, el cual retornó principalmente por los flujos hídricos. La elevada productividad de la plantación fue sostenida por una alta eficiencia en el uso del agua y nutrientes. Se destaca la importancia del adecuado manejo de los residuos de la cosecha, ya que la exportación de la biomasa aérea completa y los nutrientes que contiene implican una extracción elevada, comparada con los almacenajes subterráneos. Comparada con el nitrógeno, la elevada eficiencia de redistribución del fósforo permitiría a la plantación mayor independencia de los procesos de mineralización e inmovilización edáficos.The Argentinian Mesopotamia is the core of fast-growing tree species plantations of the country. Eucalyptus grandis plantations constitute 90 % of the forested area with Eucalyptus spp. in NE Entre Rios. Based on previous studies on structural and functional features, a comprehensive model is here proposed on emergence of new properties linked to matter and ecosystem processes. Data from different plantations at harvest time were used: biomass, net primary productivity, water flows, nutrient flows, nutrient content in biomass, necromass and soil. Aboveground biomass, productivity and nutrient requirements were higher than belowground ones. Nutrient requirements, except phosphorus, were provided mostly by the absorption rather than by retranslocation whilst the opposite situation was observed in phosphorus. Litter fall and roots mortality were the main ways of nutrient return, except for potassium, which returned mainly by water flows. The high productivity of the plantation was supported by an important water and nutrients use efficiency. The importance of an appropriate harvest residue management is highlighted, since export of total aboveground biomass and its nutrients content involves a high distribution, compared with belowground storages. Compared with nitrogen, high phosphorus retranslocation efficiency would allow plantation to be more independent of mineralization and immobilization edaphic processes.Laboratorio de Investigación de Sistemas Ecológicos y Ambientale