Sitio de estudio

El estudio se realizó en un invernadero de la Estación Forestal Piedras Blancas de la Universidad Nacional de Colombia (Medellín; 6° 15’ 38” N y 75° 30’ 23” O). Este sitio se encuentra a una altitud de 2 400 m, presenta precipitación media anual de 1 815 mm, temperatura media anual de 14.9 °C y humedad relativa de 85 %. Sus condiciones bioclimáticas corresponden a la zona de vida bosque húmedo Montano Bajo (bh-MB) (^{Holdridge, 1987}).

Establecimiento del ensayo

Las semillas se obtuvieron de 15 árboles semilleros (al menos 100 m de distancia entre sí) localizados en áreas abiertas del Suroeste Antioqueño, caracterizados por alta calidad fenotípica y sanitaria (^{Medina-Macedo et al., 2016}). Las semillas se sembraron en arena esterilizada y se regaron diariamente hasta que las plantas desarrollaron dos hojas verdaderas (altura promedio = 2.70 ± 0.67 cm; diámetro promedio = 2.84 ± 0.63 mm; biomasa media = 0.09 ± 0.02 g), momento en que se realizó el trasplante al sustrato de crecimiento.

El sustrato consistió en una mezcla volumétrica de suelo y arena de río previamente lavada (3:2). El suelo de tipo Andosol (horizonte Bw, 30 a 50 cm) se tamizó con una malla de 4 mm y se secó al aire. Posteriormente, el sustrato se desinfectó con Basamid® (principio activo: dazomet [tetrahidro-3,5-dimetil-2H-1,3,5-tiadiazina-2-tiona]) a una dosis de 200 g∙m^-3, se cubrió con plástico durante 10 días y se aireó por cinco días para eliminar residuos tóxicos del producto.

Diseño experimental

El ensayo estuvo compuesto por 10 tratamientos: uno incluyó una fertilización completa (FC), siete con supresión de macro y microelementos (N, P, K, Ca, Mg, S y B), uno sin microelementos catiónicos (Fe, Mn, Cu y Zn) y otro sin fertilización (control). Cada tratamiento tuvo 10 repeticiones asignadas completamente al azar a las unidades experimentales (una planta). La cantidad de cada nutriente aplicado al sustrato del tratamiento FC se calculó con base en valores teóricos medios de fertilidad del suelo como referentes, los cuales permiten un desempeño adecuado de las especies forestales tropicales en vivero (^{Sepúlveda, Diez, Moreno, León, & Osorio, 2014}). Las fuentes de nutrientes y cantidades aplicadas al sustrato, según el tratamiento de fertilización, se muestran en el Cuadro 1.

La dosificación de nutrientes en cada tratamiento se realizó en una sola ocasión antes de llenar las bolsas plásticas (10 x 22 cm, 2 kg). La dosis de N se fraccionó y se suministró a los 15 y 30 días después del trasplante. Los MC se suministraron al inicio y 15 días después del trasplante. El fraccionamiento de la dosis de fertilización de estos nutrientes pretendió reducir la toxicidad y riesgos de desequilibrio nutricional (^{Raj, Rajamani, & Kumara, 2020}). No se realizaron aplicaciones adicionales de nutrientes a las indicadas; además, antes y después de la fertilización se hizo un análisis fisicoquímico del sustrato (Cuadro 2).

Las bolsas se llenaron con el sustrato correspondiente a cada tratamiento. Las plantas homogéneas, seleccionadas previamente, se colocaron en las bolsas y se mantuvieron en invernadero por seis meses después del trasplante, garantizando la humedad del sustrato entre 50 y 60 % de la capacidad máxima de retención, lo cual coincide aproximadamente con la humedad retenida a capacidad de campo. La capacidad máxima de retención se determinó mediante la colocación de muestra (2 g) en cámara húmeda para su saturación total por capilaridad, secado posterior a 105 °C durante 12 h y pesado (^{Jaramillo, 2011}). Las bolsas se colocaron sobre mesas de crecimiento en recipientes de plástico con gravilla desinfectada para permitir el drenaje.

Evaluación de las variables

Las variables evaluadas fueron altura (H), desde la cicatriz de los cotiledones hasta la yema más alta, y diámetro del cuello de la raíz (DCR) medido con un calibrador digital o pie de rey (PCE Inst, DCP 600N, España). Las mediciones se realizaron mensualmente; además, se describieron los síntomas visuales de deficiencia y se tomaron las fotografías correspondientes.

Al momento de cosecha (t = 6 meses) se separaron las partes aérea y radical de cada planta. El área foliar (AF, cm²) de las hojas frescas se obtuvo con un medidor LICOR LI-3000A (EUA). Posteriormente, tanto la parte aérea como la parte radical se secaron en horno (60 °C, 72 h) hasta alcanzar biomasa constante. Para cada planta se obtuvo la biomasa seca aérea (BSA, g) y biomasa seca radical (BSR, g).

Procesamiento de datos

Con base en los valores obtenidos para las variables, se calcularon índices de crecimiento (área bajo la curva) y calidad (^{Birchler, Royo, & Pardos, 1998}; ^{Dickson, Leaf, & Hosner, 1960}) y rasgos funcionales (área foliar específica y tasa de crecimiento relativo) de la planta (^{Pérez-Harguindeguy et al., 2013}).

El área bajo la curva (ABC) representa la ganancia en altura de las plantas en el periodo de crecimiento:

donde,

n = número de periodos evaluados

t_i = i-ésimo día después del trasplante

h_ti = altura registrada en el i-ésimo día después del trasplante (cm).

El índice de calidad de la planta (ICP) integra el diámetro y altura con la relación entre el peso seco total de la planta (g) y la relación parte aérea/parte radical (^{Dickson et al., 1960}):

donde,

H = altura al momento de la cosecha (cm)

DCR = diámetro en el cuello de la raíz al momento de la cosecha (mm)

BSA = biomasa seca aérea (g)

BSR = biomasa seca radical (g)

BST = biomasa seca total (g).

La tasa de crecimiento relativo (TCR) mide el incremento del tamaño de la planta durante un determinado intervalo de tiempo:

donde,

BST₁ = biomasa seca total inicial (g)

BST₂ = biomasa seca total al momento de la cosecha (g)

t₂ = tiempo transcurrido desde el trasplante hasta la cosecha (días)

t₁ = tiempo inicial (0 días).

Con el fin de establecer comparaciones entre los tratamientos de supresión de nutrientes y el tratamiento de fertilización completa, se calcularon rendimientos relativos: RR = V_i (tratamiento de supresión) / V_i (FC), donde V_i es la variable biométrica (i: H, DCR, BSA, BSR) y FC es el tratamiento de fertilización completa.

Finalmente, se clasificó el grado de limitación generado por los tratamientos, considerando tanto el efecto sobre cada variable, como el producido sobre el conjunto de ellas. El grado de limitación se determinó con base en los valores de RR de las variables H, ICP, TCR y AF de cada tratamiento de supresión, con respecto a los valores correspondientes a dichas variables en el tratamiento FC. Los cuatro grupos de limitación fueron: baja (RR ≥ 75 %), intermedia (50 % ≤ RR < 75 %), alta (25 % ≤ RR < 50 %) y muy alta (RR < 25 %). Los nutrientes dentro de cada grupo de limitación se establecieron de acuerdo con los grupos homogéneos resultantes de la aplicación de la prueba de Tukey (P = 0.05).

Análisis estadístico

Los efectos de los tratamientos se determinaron con un análisis de varianza de una vía y se hicieron comparaciones múltiples con la prueba de Tukey (P = 0.05). Las relaciones conjuntas entre las variables y las diferencias entre tratamientos se establecieron con un análisis de componentes principales. Los análisis se programaron mediante el lenguaje R (^{R Core Team, 2019}).

Desempeño biométrico de las plantas

Acorde con el Cuadro 3, la supresión de nutrientes produjo respuestas diferenciales con respecto a la FC. Las plantas del tratamiento -P mostraron el menor desempeño biométrico con resultados similares a las plantas del control, pero con diferencias estadísticamente significativas (P < 0.05) respecto a los otros tratamientos. Consecuentemente, el P fue el nutriente más limitante para O. pyramidale.

Efectos negativos similares por supresión de P han sido reportados para otras especies forestales, resultado de la afectación de su papel en funciones cruciales como la síntesis de moléculas (DNA, RNA, ATP y NADPH), participación en procesos fisiológicos como la fotosíntesis y respiración, y activación de proteínas por medio de la fosforilación (^{Raij, 2017}). ^{Souza, Tucci, Silva, y Ribeiro (2010}) evaluaron plantas de Swietenia macrophylla King sin suministro de P y encontraron rendimientos relativos de 23 % en BSA y 35 % en BSR. Similarmente, ^{Carlos, Venturin, Macedo, e Higashikawa (2013}) obtuvieron rendimientos relativos cercanos a 40 % en altura y 5 % en BSA de Stryphnodendron adstringens (Mart.) Coville. Asimismo, plántulas de Amburana acreana (Ducke) A. C. Sm alcanzaron rendimientos menores de 10 % para BSR (^{Vieira, Weber, Scaramuzza, Costa, & de Souza, 2011}).

Después del P, el N fue el elemento que causó menor desempeño con respecto al tratamiento FC (P < 0.05). La Figura 1 muestra que, aunque la supresión de N disminuyó los rendimientos relativos de altura y DCR, su mayor afectación ocurrió en la biomasa seca con rendimientos relativos de 28 % en BSA y 23 % en BSR. Similarmente, otros estudios han mostrado cómo la supresión de N afecta la BSA y BSR de especies forestales en vivero, dado su papel en la síntesis de aminoácidos y ácidos nucleicos necesarios para el funcionamiento de la planta, además de participar en la composición de la molécula de clorofila (^{Raij, 2017}). Así, la supresión de N ha generado rendimientos cercanos al 13 % en BSA para Tectona grandis L. f. (^{Barroso, Figueiredo, Pereira, Mendonça, & Silva, 2005}), y de 26 % y 20 % en BSR para Tabebuia chrysantha (Jacq.) G. Nicholson y Margaritaria nobilis L. f., respectivamente (^{Herrera-Ramírez et al., 2014}). Otros estudios señalaron al N como el más limitante para el desarrollo de Bombacopsis glabra (Pasq.) Robyns (^{Camacho et al., 2014}), Betula alnoides Buch.-Ham. ex D. Don (^{Chen, Zeng, Xu, Zhao, & Guo, 2010}) y Khaya ivorensis A. Chev. (^{Corcioli, Divino- Borges, & de Jesus, 2016}).

Como patrón general, la supresión de Ca, K, S, Mg, B y los MC tuvo baja influencia sobre el desempeño biométrico de O. pyramidale con rendimientos relativos superiores al 70 % para todas las variables (Figura 1).

Figura 1 Rendimiento relativo (RR) de las variables biométricas de Ochroma pyramidale bajo tratamientos de supresión de nutrientes tras seis meses de crecimiento en vivero. Letras distintas representan diferencias significativas de las variables biométricas entre tratamientos de fertilización (Tukey, P = 0.05). Línea horizontal punteada representa el valor de la fertilización completa (FC). -MC = supresión de micronutrientes catiónicos, H = altura, DCR = diámetro del cuello de la raíz, BSA = biomasa seca aérea, BSR = biomasa seca radical. 

Las plantas de FC y -Ca fueron las de mejor desempeño biométrico sin diferencias entre ellos (P > 0.05), pero sí con respecto al control (Cuadro 3). La supresión de Ca, elemento que contribuye a la estabilidad de la pared celular, además de ser importante en la señalización y la regulación de algunas enzimas (^{Pandey, 2015}), no determinó limitaciones. Ello se reflejó en los valores altos de rendimiento relativo de las variables, incluso superiores a los del tratamiento FC (>100 %), aunque el nivel de Ca en el sustrato de crecimiento fue relativamente bajo (2.4 cmol_c∙kg^-1). ^{Carlos et al. (2013}) y ^{Vieira, de Oliveira, y Weber (2015}) tuvieron resultados similares, donde las plantas en ausencia de Ca presentaron desempeños superiores en comparación con las plantas bajo FC.

Rasgos funcionales e índices de calidad de las plantas

Con base en el Cuadro 4, los tratamientos generaron diferencias en los índices de calidad (P < 0.05), así como en los rasgos funcionales. De nuevo, la supresión de P fue determinante, afectando la calidad y rasgos funcionales con un desempeño similar al control. Así, la supresión de P ocasionó rendimientos relativos, con respecto al grupo de tratamientos de mayor desempeño, de 18.1 % para TCR, 41.1 % para AF y 2.5 % para ICP. Con respecto a este último, ^{Carlos et al. (2013}) obtuvieron rendimientos relativos cercanos a 30 % al comparar plantas de S. adstringens sin suministro de P con otras que recibieron fórmulas FC.

Contrario al efecto observado de la supresión de P en los rasgos funcionales y de calidad de las plantas, la supresión de la mayoría de los nutrientes restantes generó menor afectación. Particularmente, para los tratamientos FC, -Ca, -Mg y -MC, los mayores valores del ICP (promedio de 4.2) tuvieron diferencias con el resto de los tratamientos (P < 0.05). Con respecto a los rasgos funcionales, las plantas de los tratamientos FC, -Ca, -Mg, -MC, -K, -S y -B presentaron los mayores valores de TCR, sin diferencias entre ellos (P > 0.05), pero sí con respecto a los tratamientos control, -P y -N. A pesar de que este último tratamiento presentó diferencias con respecto al control y a -P, los resultados permitieron identificar al N como el nutriente que determina, luego de P, las mayores limitaciones.

Relación entre las variables evaluadas

El análisis de componentes principales corroboró la influencia determinante del P, seguido del N, tanto en el crecimiento y desarrollo (Figura 2) como en los rasgos funcionales y la calidad de las plantas; asimismo, el análisis reflejó la baja influencia de suprimir la mayoría de los nutrientes. Esta baja influencia puede atribuirse a la morfología radicular de las especies pioneras de crecimiento rápido como es O. pyramidale, cuya raíz ramificada y con abundantes pelos absorbentes le permite ser muy eficiente en la absorción de nutrientes y presentar así menor susceptibilidad a la supresión (^{Coll, Potvin, Messier, & Delagrange, 2008}; ^{Paz, 2003}).

Figura 2 Análisis de componentes principales de las variables evaluadas en Ochroma pyramidale tras seis meses de crecimiento en vivero bajo tratamientos de supresión de nutrientes. H = altura, DCR = diámetro del cuello de la raíz, BSA = biomasa seca aérea, BSR = biomasa seca radical, ABC = área bajo la curva, FC = fertilización completa, -MC = supresión de micronutrientes catiónicos, ICP = índice de calidad de la planta, TCR = tasa de crecimiento relativo, AF = área foliar.  

Síntomas visuales de deficiencia nutricional

La Figura 3 presenta los síntomas de deficiencia, los cuales comenzaron a notarse a los dos meses de crecimiento, sobre todo en la altura. A los seis meses, las diferencias entre tratamientos se manifestaron también en la coloración de las hojas, su forma, textura y tamaño. Las deficiencias observadas por cada elemento suprimido se describen a continuación y se ilustran en la Figura 4.

Figura 3 Aspecto de las plántulas de Ochroma pyramidale tras seis meses de crecimiento en vivero bajo la supresión de nutrientes. 

-Mg: Plantas de menor tamaño que las de FC. Clorosis en hojas viejas y puntos necróticos desde el ápice. Estos síntomas de deficiencia son similares a los observados en Tabebuia rosea (Bertol.) Bertero ex A. DC. (^{Higuita-Aguirre, León - Peláez, Osorio, & Correa, 2021}) y Plathymenia reticulata Benth (^{Vieira et al., 2015}).

-K: Plantas de tamaño y biomasa menores que las de FC. Se observaron bordes quemados en hojas viejas, similares a los observados en T. rosea y P. reticulata (^{Higuita-Aguirre et al., 2021}; ^{Vieira et al., 2015}).

-S: Plantas de menor tamaño que las de FC. Existió clorosis desde la base hasta el ápice en las hojas nuevas, síntoma también observado en Amburana acreana (Ducke) A. C. Sm y en T. rosea (^{Higuita-Aguirre et al., 2021}; ^{Vieira et al., 2011}).

-N: Retraso en crecimiento con respecto al tratamiento FC. Coloración amarillenta en las hojas, más notoria en las nuevas. Síntomas similares se registraron en T. grandis y Quercus humboldtii Bonpl. (^{Barroso et al., 2005}; ^{Sepúlveda et al., 2014}).

-P: Fuerte retraso en el crecimiento. Necrosis en las hojas y posterior muerte y desprendimiento. Síntomas similares se encontraron en otros estudios (^{Barroso et al., 2005}; ^{Camacho et al., 2014}), donde las hojas viejas presentaron manchas rojas y extremos enroscados.

-B: Disminución en el crecimiento en comparación con las de FC. No se observaron síntomas claros de deficiencia.

-MC: Disminución en el crecimiento y clorosis intervenal.

Control: Muy bajo desarrollo con respecto a las plantas de FC. Área foliar muy baja, entrenudos cortos, necrosis y pérdida continua de hojas.

Figura 4 Comparación entre hojas de Ochroma pyramidale procedentes del tratamiento de fertilización completa (hoja izquierda en cada fotografía) y tratamientos de supresión de nutrientes -Mg, -K, -S, -N, -P, microelementos catiónicos y control con respecto al orden alfabético mostrado. 

Clasificación del grado de limitación nutricional

Con el fin de sintetizar integralmente el efecto de la supresión de nutrientes, se seleccionaron cuatro variables relacionadas con el vigor y la calidad de las plantas, que pueden determinar un mejor desempeño en campo: H, ICP, TCR y AF. La altura (H) es utilizada comúnmente como indicador para la salida del material vegetal del vivero, dada su estrecha relación con la capacidad fotosintética y el vigor competitivo (^{Pérez-Harguindeguy et al., 2013}). No obstante, considerando únicamente este criterio, se pueden perder de vista aspectos clave como la proporcionalidad de desarrollo con respecto a los componentes estructurales (biomasa aérea y radical) o rasgos funcionales que pueden determinar un mejor desempeño en cuanto a la capacidad para adquirir recursos (agua y luz). Por ello, se incluyeron adicionalmente tres variables de estos dos últimos grupos (ICP, TCR y AF). Así, el ICP permite elegir plantas equilibradas con respecto a su calidad y a la biomasa seca aérea y radical (Pérez-Harguindeguy et al., 2013). Por su parte, la TCR identifica plantas con capacidad de adquirir mayor biomasa en menor tiempo (^{Kołodziejek, 2019}), mientras que el AF permite seleccionar plantas con mayor capacidad fotosintética y consecuentemente, mejor crecimiento y productividad (Pérez-Harguindeguy et al., 2013).

La Figura 5 muestra una propuesta de clasificación del grado de limitación determinado por los tratamientos de supresión de nutrientes, considerando tanto el efecto generado sobre cada una de las variables, así como el producido sobre el conjunto de ellas. Con base en el promedio de las cuatro variables, el grado de limitación impuesto por el conjunto de nutrientes siguió el patrón decreciente: P > N > K, Mg, MC, S, Ca, B. Los dos nutrientes más limitantes coincidieron con los reportados para las especies T. rosea (^{Higuita-Aguirre et al., 2021}) y Cedrela fissilis Vell. (^{Souza et al., 2009}).

Figura 5 Grado de limitación de los nutrientes sobre el crecimiento y desarrollo de Ochroma pyramidale. RR: rendimiento relativo, H = altura, FC = fertilización completa, MC = micronutrientes catiónicos, ICP = índice de calidad de la planta, TCR = tasa de crecimiento relativo, AF = área foliar.