Evaluación de niveles de tolerancia de patrones de Theobroma cacao L. al Aluminio intercambiable de un oxisol

Jeffrey Hurtado Martínez

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias Agropecuarias

Palmira, Colombia

2017

Evaluación de niveles de tolerancia de patrones de Theobroma cacao L. al Aluminio intercambiable de un oxisol

Jeffrey Hurtado Martínez

Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Ciencias Agrarias

Directora:

Ph.D. María Sara Mejía de Tafur

Línea de Investigación:

Línea de investigación en Suelos

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias Agropecuarias

Palmira, Colombia

2017

(… A Chile, algún día volveré…)

Dedico este triunfo a:

Dios padre celestial por tantas bendiciones

.

A mis padres, Don Henry Hurtado quien ha sido

mi mayor apoyo y a Doña Stella Martínez quien me ha

inspirado a ver siempre más allá. Ellos quienes me han

apoyado durante todos estos años incondicionalmente en

mis proyectos y metas.

A mis abuelos, Don Ernesto Cantillo símbolo de

fortaleza y sabiduría y a Doña Blanca Martínez por todo su

amor y cariño. Ellos quienes hicieron posible iniciar este

proyecto que aquí culmina.

A Don Luis Ángel Murillo “Don Lui” por sacarme

de tanto apuro, ya que sin su apoyo, recomendaciones y

consejos este proyecto no se hubiese culminado.

A Robert Rodríguez, amigo y colega que siempre

me brindo su mano en ayuda incondicionalmente y con el

que supimos salirle al frente a tanta adversidad.

Finalmente dedico este logro a cada una de las personas

quienes por su confianza, apoyo y cariño a lo largo de

este trabajo me inspiraron a seguir adelante.

Agradecimientos

Este trabajo fue posible gracias al apoyo de muchas personas. Por tanto, mis más

sinceros agradecimientos:

A la profesora María Sara Mejía de Tafur por su dedicación y por la oportunidad de ser parte de su

equipo investigador, gracias a lo cual puedo presentar el este documento.

A los trabajadores del campus por facilitarme muchas cosas, a Don Fernando y a los “muchachos”

del taller, a Don Aldemar y a los vigilantes, a los encargados de los laboratorios de hidráulica,

fisiología vegetal, química general, física de suelos, análisis ambiental y Casa de mallas.

Al profesor Héctor Fabio Ramos por sus valiosas asesorías, cátedras, consejos y por sus

correcciones durante la escritura del presente documento y al profesor Harold Tafur Hermman por

sus enseñanzas, buena disposición y por ayudarme en el momento en que más lo requería.

Al ingeniero Antonio Ortiz, a Leobardo y con ellos a Fedecacao por su buena disposición y por

facilitarme el material vegetal aquí empleado.

A Don Milsiades Zapata dueño de la Finca Aguacatal y a la comunidad de Santander de Quilichao

por permitirme conocer su trabajo y con ello, por facilitarme las cantidades del suelo que requería.

A mis compañeros de posgrados Ing.MSc. Marcela Zapata y a Ing.MSc. Cesar Gasca por su

valiosa ayuda al colaborarme con muchas mediciones.

A la facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Palmira,

por otorgarme la beca “Apoyo a estudiante de Maestría” para el año 2015.

Y finalmente, pero no menos importante, a mis valiosos amigos y familiares que con su alegría y

cándida compañía me sirvieron de apoyo moral, que en ultimas es lo que verdaderamente

“levanta el espíritu”.

Resumen IX

Resumen

El cacao (Theobroma cacao L.) a pesar de ser una especie de origen amazónico, las

altas concentraciones de aluminio intercambiable (Al3+) y la baja disponibilidad de

nutrientes en los suelos, condicionan el desempeño agronómico de su cultivo. Se

realizaron dos experimentos, análisis de varianza (ANDEVA) y pruebas de medias

(Duncan y Tukey). En el primero se incubaron durante 17 semanas dosis para neutralizar

el 0 10, 20, 40 y 60 % de Al3+ de carbonato de calcio (CaCO3), hidróxido de calcio

(Ca(OH)2) y cal dolomita (CaMg(CO3)2), mediante un diseño completamente al azar. Se

evaluó la respuesta de encalado, en términos de la variación de las propiedades

químicas del suelo: pH y disponibilidad de nutrientes (Al3+, P, Ca2+, Mg2+, Fe y Mn). Los

resultados indicaron que el CaCO3 presento un mejor rendimiento. Para el segundo

experimento se sembraron cuatro patrones de cacao de diferentes genotipos (PA-

121xIMC-67; IMC-67xEET-62; SCA-6; EET-400xIMC-67), se neutralizó el 0 10, 20, 40 y

60 % de Al3+ con CaCO3. A los tres meses se evaluó la respuesta fisiológica de estos

mediante el desarrollo de raíces, tallo, hojas, Tasa de fotosíntesis, conductancia

estomática, Tasa de transpiración y CO2 interno. Los resultados indican que la tolerancia

de la planta de cacao se debe a las características genotípicas y no de la neutralización

del Al3+; no obstante, sin ser estadísticamente significativo, se evidencio un mayor

rendimiento de las plantas a medida que aumentaba la neutralización del Al3+. El hibrido

IMC-67xEET-62 presento el mayor rendimiento, mientras que el genotipo SCA-6 fue

susceptible al Al3+.

Palabras clave: Encalado, Patronaje, Aluminio intercambiable, genotipos, respuesta

fisiológica.

Abstract XI

Abstract

Despite cocoa (Theobroma cacao L.) is a species from Amazonian origin, the high

concentrations of exchangeable aluminum (Al3+) and the low availability of nutrients in the

soils, condition the agronomic performance of its cultivation. Two experiments, analysis of

variance (ANOVA) and means tests (Duncan and Tukey) were performed to answer this

topic. In the first one, doses of calcium carbonate (CaCO3), calcium hydroxide (Ca(OH)2)

and lime dolomite (CaMg(CO3)2) were used to neutralize 0, 10, 20, 40 and 60% of Al3+. A

completely random design was used to evaluate the soil‟s response to liming through the

variation of these soil chemical properties: pH and nutrient availability (Al3+, P, Ca2+, Mg2+,

Fe and Mn). The results indicated that CaCO3 had better performance and its

neutralization percentages were considered as tolerance‟s levels. For the second

experiment, four cacao genotypes (PA-121xIMC-67; IMC-67xEET-62; SCA-6; EET-

400xIMC-67) were selected for plant rootstocks. After three months, the physiological

response of these plants was evaluated by the development of roots, stem, leaves,

photosynthesis rate, stomatal conductance, transpiration rate and internal CO2. The

results indicate that the cocoa plant‟s tolerance is due to the genotypic characteristics and

not to the neutralization of Al3+. However, without being statistically significant, a higher

yield of the plants was evidenced as the neutralization of Al3+ increased. The hybrid IMC-

67xEET-62 had the highest yield, while the SCA-6 genotype was susceptible to Al3+.

Keywords: Liming, Interchangeable aluminum, genotypes, physiological response, Plant

rootstock.

Contenido XIII

Contenido

Pág.

1. Marco teórico. ........................................................................................................... 3 1.1 El cacao (Theobroma cacao L.) y su cultivo. ...................................................... 3

1.1.1 Descripción de la planta. .................................................................................. 3 1.1.2 Morfología de la planta. ................................................................................... 3 1.1.3 Tipos de cacao (Theobroma cacao L.). ............................................................ 4

1.2 Cultivo del Cacao. .............................................................................................. 5 1.2.1 Propagación por injerto. ................................................................................... 6 1.2.2 Patrones de cacao. .......................................................................................... 7

1.3 Producción de cacao. ......................................................................................... 8 1.3.1 Reseña histórica .............................................................................................. 8 1.3.2 Actualidad ...................................................................................................... 10 1.3.3 Producción en suelos ácidos. ........................................................................ 11

1.4 Acidez en suelos y el cultivo de cacao. ............................................................ 11 1.5 Efectos del Aluminio en suelos y plantas. ......................................................... 12

1.5.1 En suelos. ...................................................................................................... 12 1.5.2 En plantas. ..................................................................................................... 14 1.5.3 Toxicidad por Aluminio en la fotosíntesis de las plantas. ............................... 16

1.6 Manejo de suelos ácidos. ................................................................................. 18 1.6.1 Productos para encalar o materiales encalantes. ........................................... 20

1.7 Antecedentes de la investigación. .................................................................... 20

2. Metodología. ........................................................................................................... 25 2.1 Localización. .................................................................................................... 25 2.2 Experimento 1 .................................................................................................. 25

2.2.1 Diseño experimental. ..................................................................................... 26 2.2.2 Descripción de los tratamientos. .................................................................... 26 2.2.3 Descripción de las unidades experimentales. ................................................ 27 2.2.4 Variables de respuesta. ................................................................................. 27 2.2.5 Técnicas de laboratorio para determinar las variables de respuesta. ............. 27 2.2.6 Análisis estadístico ........................................................................................ 28 2.2.7 Conducción del ensayo. ................................................................................. 28

2.3 Experimento 2 .................................................................................................. 29 2.3.1 Diseños experimentales ................................................................................. 29 2.3.2 Descripción de los tratamientos. .................................................................... 29 2.3.3 Descripción de las unidades experimentales. ................................................ 30 2.3.4 Variables de respuesta. ................................................................................. 30 2.3.5 Técnicas de laboratorio para determinar las variables de respuesta. ............. 31 2.3.6 Análisis estadístico ........................................................................................ 31

XIV Tolerancia al Aluminio intercambiable de 4 patrones de Theobroma cacao L.

2.3.7 Conducción del ensayo. .................................................................................31

3. Resultados y discusión. .........................................................................................33 3.1 Caracterización química del suelo tratado ........................................................ 33

3.1.1 pH ..................................................................................................................33 3.1.2 Porcentajes de neutralización de Al3+ .............................................................35 3.1.3 Contenido de Aluminio ...................................................................................38 3.1.4 Contenido de Fosforo .....................................................................................39 3.1.5 Contenido de Calcio .......................................................................................40 3.1.6 Contenido de Magnesio ..................................................................................41 3.1.7 Contenido de Hierro y Manganeso .................................................................41 3.1.8 Selección del material encalante ....................................................................42

3.2 Efecto del encalado en la morfología de la planta ............................................. 43 3.2.1 Desarrollo de raíces .......................................................................................43 3.2.2 Altura planta ...................................................................................................45 3.2.3 Producción de biomasa ..................................................................................46 3.2.4 Desarrollo área foliar ......................................................................................47

3.3 Respuesta fisiológica (Fotosíntesis) .................................................................. 50 3.3.1 Tasa de Fotosíntesis ......................................................................................51 3.3.2 CO2 interno.....................................................................................................51 3.3.3 Conductancia estomática ...............................................................................52 3.3.4 Tasa de transpiración .....................................................................................52

4. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................55 4.1 Conclusiones .................................................................................................... 55 4.2 Recomendaciones ............................................................................................ 55

5. Bibliografía ..............................................................................................................57

Contenido XV

Lista de figuras

Pág.

Figura 1. Efecto de las diferentes dosis de ME en el pH del suelo………...…………….. 34

Figura 2. Efecto en el tiempo de las dosis de ME sobre el pH del suelo. A: 10% Al; B:

20% Al; 40% Al; 60% Al………………………………………………………..…………….... 36

Figura 3. Efecto de la aplicación de material encalante sobre el Aluminio

intercambiable………………………………………………………………………….............. 39

Figura 4. Rendimiento de los genotipos por tratamiento comparando las variables

longitud de raíz (en y) y el peso seco raíz (en x)…………………………………............... 45

Figura 5. Influencia de la neutralización de Al3+ en la producción de biomasa por

genotipo. Mesa Seca (Raíz, Tallo, Hojas)…………………………………………............... 47

Figura 6. Influencia de la neutralización de Al3+ en la producción de biomasa por

genotipo. En eje “X”: Longitud de Raíz; en eje “Y”: Área Foliar………………….............. 49

Figura 7. Cultivo de cacao tipo Criollo en Latinoamérica………………………………….. 73

Contenido XVII

Lista de tablas

Pág.

Tabla 1. Condiciones químicas iníciales de los suelos en estudio……………………….. 26

Tabla 2. Descripción de los tratamientos……………………………………………………. 26

Tabla 3. Descripción de los tratamientos II………………………………………………….. 30

Tabla 4. Porcentajes de neutralización de Al3+ por tratamiento………………………….. 37

Tabla 5. Efecto de los tratamientos sobre los nutrientes del suelo evaluados………….. 42

Tabla 6. Efectos de los niveles de neutralización de Al sobre los parámetros de

crecimiento del cacao………………………………………………………………………….. 50

Tabla 7. Valores de los parámetros fotosintéticos para los diferentes genotipos

evaluados………………………………………………………………………………………... 53

Introducción

El cacao (Theobroma cacao L) especie originaria de la cuenca Amazónica, crece bien a

alturas menores a 1200 msnm, en suelos bien drenados, profundos, con pH entre 5.5 y

7.0. Su cultivo es fuente económica importante, en especial para pequeños agricultores,

pues la demanda mundial del grano de cacao es muy alta, gracias a sus características

organolépticas. Dada la importancia de este cultivo en Colombia, las universidades y otra

instituciones gubernamentales y no gubernamentales buscan desarrollar prácticas de

cultivo para una cacaocultura competitiva, sostenible y sustentable, además de amigable

con el medio ambiente y que propenda por mejorar la calidad, del cacao-chocolate

(Fedecacao, 2012, 2013).

El cacao en Colombia se siembra, por lo general, en zonas con suelos con pH ácido y su

rendimiento en la última década se promedia en 0.45 t/ha año mientras que el promedio

mundial es de 1,6 t/ha año, lo cual que indica que es posible incrementar el rendimiento

con mejores prácticas de manejo. La productividad de las plantas se restringe

principalmente por cuando el pH del suelo es bajo y con alto aluminio intercambiable

(Al3+) que genera toxicidad y condicionan la oferta de otros nutrientes como el N, P, K, Ca

y Mg toxicidad. (Baligar & Fageria, 1997; Castellanos et al., 2007; García, 2007; Azcon et

al, 2008; Aránzazu et al, 2009; MADR, 2013; Presidencia de la República, 2016).

Se ha encontrado que pequeñas concentraciones de Al3+ tiene efectos benéficos para las

plantas. Sin embargo, es importante considerar el efecto perjudicial de la saturación de

Al3+ en el crecimiento del cacao; ya que la toxicidad por Al se manifiesta principalmente

en las raíces de las plantas con alteraciones en su estructura, desarrollo y crecimiento

que limitan la absorción de agua y de nutrientes. Por tanto, los efectos del Al3+

dependerán de la concentración en que este elemento se encuentre en el medio y de los

niveles de tolerancia que presenten los diferentes genotipos del cacao. (Shamshuddin,

2004; Zapata, 2004; Baligar & Fageria, 2005; Casierra & Aguilar, 2007; Djalovic et al.,

2011; Ramos, 2016)

2 Introducción

En Colombia es común el encalado cuando se van a establecer plantaciones de cacao

en suelos ácidos para neutralizar el Al3+, lo que puede resultar costoso para el agricultor y

afectar la rentabilidad (Fedecacao-Pronatta, 2001; Osorno, 2012). Una alternativa a esta

problemática es emplear algunos genotipos tolerantes al Al3+ como patrones y usar

plántulas propagadas vegetativamente, a través de la injertación de clones de alto

rendimiento. Esto permite un mejoramiento notable en los rendimientos finales del cultivo

y se propicia un manejo ecoeficiente del suelo, ya que un menor uso de material

encalante reduce costos y disminuye el riesgo al sobre encalamiento. (Palencia et al,

2004; Fedecacao, 2013; Minagricultura, 2013).

Diversos estudios sobre la resistencia a enfermedades de algunos genotipos de cacao,

han permitido obtener información sobre la respuesta de estos en diferentes ambientes y

estados de desarrollo. En este momento se han encontrado los materiales IMC 67 y PA

121 como promisorios para su explotación en sitios con características de infertilidad o de

limitaciones por alta acidez. (García & León, 1978; Palencia et al, 2004, 2007, 2009).

Dado que los diferentes genotipos dentro de una misma especie presentan variaciones

genéticas considerables en relación con su tolerancia al Aluminio (Casierra & Aguilar,

2007), es de interés definir patrones de cacaotero rústicos y resistentes a condiciones de

altas concentraciones de Al3+. El presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar el

efecto de tres materiales encalantes en un oxisol de Santander de Quilichao, Cauca,

Colombia y la respuesta de cuatro patrones a la neutralización de Al3+ con diferentes

dosis de material encalante.

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