Introducción

Actualmente, existe una marcada tendencia hacia la producción de energía de fuentes renovables; siendo una de ellas la biomasa forestal que ofrece la ventaja adicional de un camino hacia una economía baja en carbono. Las plantaciones para fines bioenergéticos son un excelente modelo para contribuir a la reducción de emisiones producto de la dependencia de combustibles fósiles. Los países desarrollados como Estados Unidos, Suecia, Italia, Holanda y España entre otros están desarrollando plantaciones específicamente concebidas para la producción de biomasa con altas tasas de acumulación anual y períodos cortos de rotación. Esto se logra en plantaciones de alta densidad, usando genotipos mejorados y una alta intensidad en las actividades silviculturales (^{Baetting et al., 2010}).

Estas plantaciones al ser sembradas a altas densidades tienen un costo inicial más alto en el establecimiento por hectárea; por ejemplo, en Chile se establecieron plantaciones a 5 000, 7 500 y 10 000 plantas por hectárea (^{Esquivel et al., 2013}). En Costa Rica no se han desarrollado plantaciones con estos propósitos; sin embargo, a nivel de investigación y desarrollo, el TEC viene estudiando desde el 2013 un nuevo concepto denominado “Dendroenergía: plantaciones forestales hacia la producción de biomasa para múltiples propósitos”. Una alternativa para disminuir los costos de establecimiento es realizar la siembra directa, simulando el proceso natural que se lleva a cabo en los bosques (^{Willoughby et al., 2003}), pero en el manejo de las plantaciones forestales, el control de las arvenses es una actividad de gran importancia para el éxito de una plantación. Desde el establecimiento hasta el cierre de las copas de los árboles, la presencia de malezas puede causar serios retrasos en el crecimiento hasta la pérdida total de las plantas (Estrada, 2001). Una forma de control efectiva en las primeras etapas de cualquier cultivo es el uso de herbicidas principalmente los premergentes, este tipo de herbicidas elimina las hierbas indeseables inhibiendo su germinación o eliminando las recién emergidas, lo que evita la competencia temprana con el cultivo de interés. Por lo general, la semilla de los cultivos se coloca por debajo de la zona de suelo con alta concentración de herbicida y la selectividad del herbicida al cultivo puede ser tanto posicional como fisiológica (^{Macías, 2012}). Un control de las malezas eficaz se traduce en la eliminación de la vegetación competidora, sin daño químico y fisiológico a la plantación (^{ARAUCO, 2012}).

Existe poca información sobre el uso de herbicidas pre emergente en plantaciones forestales. De las especies más utilizadas en reforestación, son los eucaliptos en los que más se han usado herbicidas, donde los ingredientes activos como el oxifluorfen 4-2 lb/gal, la pendimetalina 3-4 lb/gal, la simazina 4 lb/gal, el sulfuron-metil al 75 % y la flumioxacina 51 %, han dado buenos resultados (^{Minogue et al., 2013}).

Sin embargo, se conoce poco de herbicidas premergentes que puedan ser utilizados para el control de malezas en especies forestales como la melina y madero negro, que son de las especies de interés para plantaciones dendroenergéticas en Costa Rica. Por tal motivo en este trabajo se seleccionaron herbicidas premergentes comercializados en el país para obtener información sobre los efectos que puedan causar en el desarrollo de las plantas durante las primeras semanas de vida para las especies seleccionadas.

El objetivo de esta investigación consistió en evaluar el efecto de herbicidas premergentes en la siembra directa de semilla pre germinada de Gmelina arborea y Gliricidia sepium, especies de gran interés dendroenergético, con el fin de determinar si se pueden utilizar en la siembra directa de estas bajo esquemas de altas densidades de siembra, para disminuir los costos iniciales.

Materiales y métodos

Condiciones generales del estudio

El experimento se realizó bajo condiciones controladas en un invernadero ubicado en las instalaciones del Instituto Tecnológico de Costa Rica en Cartago (09°51’31’’ N, 83°54’31’’ O), a una altitud de 1 360 m, temperatura mínima 14,2 °C y máxima de 25,1 °C, con una precipitación promedio de 166,48 mm durante el periodo setiembre a diciembre (Instituto Meteorológico Nacional, 2009). Los tratamientos consistieron en una selección de herbicidas premergentes disponibles en el mercado y comúnmente utilizados para el control de arvenses en cultivos agrícolas. Para evaluar el efecto de los tratamientos se utilizaron recipientes de aproximadamente de 76 607 cm3 con un sustrato de suelo uniforme. En cada contenedor se colocaron las semillas pregerminadas y a la totalidad de los contenedores que forman parte del experimento se les aplicaron los tratamientos. El invernadero dispone de un sistema de riego controlado y automático que permitió que los contenedores recibieran cuatro tiempos de riego al día con la cantidad necesaria para mantener la humedad del sustrato en condición óptima para completar la germinación de las semillas. Durante el tiempo del experimento dentro del invernadero se registraron temperaturas mínimas de 18,2 °C y máximas de 38,3 °C. El experimento se realizó para las dos especies forestales de interés con registros de información durante 10 semanas.

Establecimiento del experimento

El diseño empleado para cada especie fue de bloques completos al azar para mantener un mayor control experimental de los posibles efectos de algún gradiente de luminosidad. Este diseño permite mejor control del error experimental. Se establecieron cuatro bloques por especie. Para cada especie se establecieron 13 tratamientos distribuidos aleatoriamente en los 4 bloques. La unidad de evaluación consiste en un contenedor con un sustrato uniforme y del mismo volumen, en donde se colocaron 7 semillas debidamente pregerminadas. El tratamiento pregerminativo fue el recomendado por el CATIE para cada especie y está basado en sumergir las semillas por algún tiempo en agua. Según lo anterior cada tratamiento consistió en cuatro contenedores, cada uno establecido al azar en un diferente bloque.

Tratamiento de la semilla

Las semillas utilizadas provienen del Banco de Semillas Forestales del CATIE. Las semillas de G. sepium se sumergieron en agua por 48 horas con 2 g de Vitavax y posteriormente se sembraron. En el caso de G. arborea se realizó un proceso intercalado de 12 horas en agua corriendo con 12 horas de exposición al aire y sol por tres días, posterior a esto se pusieron en agua durante dos días también con Vitavax. Las semillas se sembraron a un cm de profundidad con un trozo de madera como guía.

Cuadro 1 Información de los tratamientos aplicados a las semillas de Gmelina arborea Roxb. 

Cuadro 2 Escala de puntuación de EWRS para evaluar fitotoxicidad de herbicidas 

Aplicación de los herbicidas premergentes

Se prepararon los herbicidas según la dosis comercial recomendada por el fabricante (cuadro 1). Para aplicar los herbicidas premergentes se utilizó una bomba de espalda, con una boquilla 8002 anti deriva, regulador de presión a 2 bares/cm2. Se preparó un 1 l por herbicida premergente para aplicar cada tratamiento.

Los contenedores pertenecientes a un tratamiento se acomodaron juntos para efectos de la aplicación y luego se reordenaron al azar según el diseño al interior del invernadero. Para realizar las aplicaciones, los cálculos se realizaron para un área con las dimensiones de 0,60 m de ancho por 5 m de largo, en esa área se acomodaron las macetas para la aplicación de los productos. La calibración general consideró aplicaciones de 250 l de agua por hectárea. A continuación, se describen los tratamientos del experimento, con el nombre del producto aplicado, la dosis preparada y el modo de acción de cada producto.

Variables

Se monitoreó la germinación y sobrevivencia de ambas especies. El monitoreo comenzó a partir de la semana 4 en el caso de Gliricidia sepium y semana 5 en el caso de Gmelina arborea hasta finalizar el experimento en campo. Semanalmente se midió el diámetro a la base con un calibrador en mm y la altura con una cinta métrica. Además, se realizó una valoración de la fitotoxicidad (cuadro 2), por medio de una evaluación visual, siguiendo el cuadro de Champion citado por ^{Silva (2005)}, datos de la European Weed Research Society (EWRS). Paralelo a esta evaluación se realizó una descripción general de los síntomas observados.

También se realizó una medición final utilizando el analizador SPAD para determinar el contenido de clorofila en hojas. Esta medición se realizó la última semana del experimento a todas las plantas de cada tratamiento, en ambas especies. Las mediciones se realizaron en hojas libres de humedad, que estuvieran en buen estado y que fueran del estrato medio de cada planta.

Cuadro 3 Germinación y mortalidad de los tratamientos de las plantas de Gmelina arborea Roxb. 

Al final de las 10 semanas se realizó una evaluación de la biomasa; se cosecharon 8 plantas al azar por tratamiento para cada especie analizada, a cada planta se le realizó una separación cuidadosa de hojas, tallo y raíces. Las muestras se limpiaron, se pusieron en bolsas de papel y posteriormente se pusieron en un horno a 105 °C por 24 horas, luego se registró el peso seco de cada una de las partes de las plantas.

Análisis de los datos

Se utilizó un análisis de varianza para las variables de respuesta considerando los efectos de Tratamiento y Bloque. El ANDEVA se analizó para las variables diámetro, crecimiento, y biomasa seca total. Se verificaron los supuestos básicos del análisis de varianza mediante la prueba de normalidad de los residuos del modelo de ANDEVA y la prueba de Levene para verificar la homogeneidad de las varianzas. Para la comparación de los tratamientos, se utilizó la prueba de comparación múltiple Tukey (p ≤ 0,05) para establecer las diferencias estadísticas (nivel de significancia de a=0,05). En el caso del análisis de la fitotoxicidad, se realizó una recopilación de datos semanales y se presentan los resultados en un gráfico y la descripción de los síntomas presentados en cada tratamiento.

Resultados y discusión

Respecto a la G. arborea, el cuadro 3 presenta los principales resultados de germinación y mortalidad. La evaluación de la melina se pudo ver afectada por el porcentaje de germinación de la semilla, sin embargo, en los tratamientos de Ametrina, Butaclor, Linuron, Oxifluorfen, Diuron, Oxadiagil y en el testigo, germinaron las semillas esperadas. En el caso de los demás tratamientos se presentó una germinación menor de la esperada; este efecto en los diferentes tratamientos pudo darse por el contacto del herbicida con la semilla o la hoja al momento de germinar, produciendo que algunas no germinaran. Atrazina, pendimetalina, Halasulfuron y Oxadiazon presentaron mortalidad durante el experimento, siendo mayor en el caso de la Pendimetalina donde germinó un 90 % de las plantas y al final del experimento solo un 75 % habían sobrevivido.

Los resultados para melina muestran que los tratamientos con Ametrina y Linuron, Diuron y el Testigo obtuvieron los más altos resultados en cuanto al parámetro de biomasa seca, mientras que el tratamiento con Pendimetalina obtuvo el menor peso seco al igual que los valores más bajos en la altura total; similarmente este mismo tratamiento no obtuvo buenos rendimientos en cuanto al diámetro. En el caso del contenido clorofila no se obtuvo diferencias significativas para la mayoría de los tratamientos, a pesar de obtener menores rendimientos en los resultados en general, además de presentar una fitotoxicidad final de 45 % de afectación en el tratamiento aplicado, la cual tiene implicaciones en el rendimiento de las plantas.

Figura 1. Resultados semanales de los tratamientos de los diámetros de las plantas de Gmelina arborea Roxb.  

Al analizar los resultados del contenido de clorofila con el SPAD, el tratamiento con Oxifluorfen obtuvo los mejores resultados, el Halasulfuron Metil fue el tratamiento que demostró una mayor afectación en los procesos a nivel de hoja, al registrar en promedio un menor contenido de clorofila. En el caso de la evaluación de altura, el Oxifluorfen obtuvo mayor crecimiento en comparación con los demás tratamientos, también los tratamientos Ametrina y Linuron los mejores resultados en comparación con la mayoría de los tratamientos y formando una agrupación de medias con el tratamiento aplicado con Oxifluorfen. En el caso de la variable diámetro, el Linuron permitió un mayor diámetro con respecto al resto de demás tratamientos, además en el caso de tratamiento Oxifluorfen y el tratamiento Testigo presentaron resultados mayores que los demás tratamientos, pero significativamente menores que el tratamiento con Linuron. En el crecimiento y diámetro de la evaluación final, el Oxifluofen y el Linuron obtuvieron los mejores resultados (cuadro 4). Los resultados de Oxifluorfen muestra valores promedio de 30,75 unidades de SPAD, un diámetro de 0,24 mm, una altura final de 24,70 cm y una fitotoxicidad máxima de 8 % con síntomas que no se reflejan en el rendimiento. Los resultados de los parámetros sobresalientes en el tratamiento de Linuron fueron un diámetro promedio 0,42 mm y un valor medio de altura de 24,23 cm, una biomasa promedio por planta de 2,36 g. Este tratamiento no obtuvo un resultado importante con relación al contenido de clorofila y en cuanto a la fitotoxicidad, el resultado no presentó efecto alguno.

Figure 2 Resultados semanales del crecimiento de Gmelina arborea Roxb. en los tratamientos.  

En la figura 1 y 2 se muestran los resultados tanto del crecimiento y del diámetro de melina; se observan diferencias significativas en estas variables a partir de la semana 7 para los tratamientos de Linuron y Oxifluorfen, los cuales obtuvieron los mejores resultados. Los tratamientos que obtuvieron menores rendimientos en cuanto a crecimiento fueron Pendimetalina, Metsulfuron, Halasulfuron metil, Oxadiazon y Oxadiargil. En el cuadro 5 se muestran los resultados de fitotoxicidad de todos los tratamientos a los que se les aplicaron los herbicidas premergentes del ensayo. Linuron y Tiobencarbo no presentaron síntomas; el tratamiento de Oxadiazon presentó síntomas al inicio, pero se logró recuperar al final del experimento, en el caso de Atrazina, Oxifluorfen, Halasulfuron Metil, Ametrina presentaron al final del experimento síntomas sin efecto, síntomas ligeros y síntomas que no se reflejan en el rendimiento. En el caso del Oxifluorfen las plantas al inicio presentaron mayor cantidad de síntomas; sin embargo, las plantas lograron recuperarse en una pequeña medida (cuadro 5).

Figura 3 Efecto de la fitotoxicidad de los tratamientos de Gmelina arborea Roxb. durante el experimento. 

En algunos tratamientos se vieron síntomas de malformaciones como en el caso de la Pendimetalina y el Metsulfuron en la especie Melina; la literatura cita estos síntomas dentro de los efectos de los herbicidas. En lo que respecta al Madero Negro, el cuadro 6 evidencia los resultados de germinación y sobrevivencia para cada uno de los tratamientos.

La germinación de madero negro presentó valores relativamente bajos, donde incluso el testigo presentó apenas un 75 % de germinación a las 4 semanas de iniciado el tratamiento. En el caso de la sobrevivencia se notó una afectación en comparación a germinación por tratamiento. En los tratamientos de Linuron, Halasulfuron metil, Oxadiazon y el testigo no se presentó mortalidad. En todas las demás murieron al menos una planta por tratamiento, excepto en el tratamiento de Pendimetalina donde hubo un 100 % de mortalidad (cuadro 7).

En general el herbicida que obtuvo los mejores rendimientos globales en todos los parámetros fue el Linuron, siendo un tratamiento sobresaliente en cuanto a que se presentó mortalidad de las malezas; peso de la biomasa total 3,46 g; contenido de clorofila de 30,55 unidades SPAD; diámetro del tallo 0,31 cm siendo un resultado solo superado por el tratamiento del Halasulfuron metil; altura de 27,19 cm y sin presentar efecto por fitotoxicidad al igual que el tratamiento testigo.

Entre los tratamientos que obtuvieron los más bajos rendimientos se encuentran el Pendimetalina que tuvo una mortalidad de todas las plantas germinadas de madero negro. También en varios de los parámetros analizados el Tiobencarbo, el Diuron, el Oxadiargil, el Oxifluorfen y el Oxadiazon obtuvieron menores resultados, estadísticamente no hubo diferencia significativa con los demás tratamientos (figura 3 y 4).

Cuadro 4 Germinación y mortalidad de los tratamientos de las plantas de Gmelina arborea Roxb. 

Cuadro 5 Resultado de biomasa seca total, contenido de clorofila, altura y diámetro de las plantas de Gmelina arborea Roxb. 

*Diferencias significativas se indican con letras distintas. * Significant differences are indicated by different letters.

En la figura 5 se puede observar el comportamiento del crecimiento, así como la muerte total del tratamiento con Pendimetalina, a partir de la semana 7, en comparación al tratamiento con Linuron que fue sobresaliente desde el inicio de las mediciones. Algunos de los síntomas presentados en las plantas de madero negro, fueron la bifurcación del tallo en el tratamiento del Metsulfuron, daños severos en las hojas en el tratamiento con Oxifluorfen y la perdida de follaje de la parte inferior de la planta en el tratamiento con Diuron. El Tiobencarbo presentó bordes quemados y crecimiento irregular de las hojas. Con el Oxadizon se presentó un daño medio, mucha producción de hojas, pero con bordes irregulares y doblados. En el caso de la Pendimetalina donde murieron todas las plantas hubo muerte del punto de crecimiento apical de las plantas desde las primeras semanas, luego el tejido se fue necrosando y posteriormente murió, la tendencia se refleja en la figura 6.

Figure 4 Weekly results of the treatments with the larger diameters of Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex Walp. plants. 

Figura 5 Resultados semanales del crecimiento de los tratamientos de Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex Walp.  

Figura 6 Resultado de la fitotoxicidad presentada en los tratamientos de Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex Walp. durante el experimento. 

En ambas especies, el tratamiento con Pendimetalina causó mayor daño por fitotoxicidad, donde se dio una pérdida del 100% en madero negro. La pendimetalina es un herbicida que su acción es inhibir la organización de los microtúbulos. Hay reportes para otros cultivos (tomate bajo riego) donde la pendimetalina causó la muerte completa y tuvo un porcentaje de fitotoxicidad de 90,7 % (^{Perez et al., 2014}). En el caso del Linuron que es un inhibidor del fotosistema II, los síntomas de aplicaciones premergentes en las hojas verdaderas de las plántulas se muestran cloróticas, posteriormente se necrosan y mueren (^{Diez, 2013}). El madero negro mostró tener resistencia a la aplicación del Linuron con la dosis comercial del Linurex 50 wp; en el caso de la Melina se presentó una ligera clorosis solo al inicio del experimento, posteriormente los daños fueron disminuyendo durante las 10 semanas.

Cuadro 6 Resultado de la fitotoxicidad presentada en los tratamientos durante el experimento. 

Cuadro 7 Germinación y sobrevivencia en Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex Walp. 

Cuadro 8 Variables medidas a las 10 semanas de aplicación de tratamientos en Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex Walp. 

*Diferencias significativas se indican con letras distintas. * Significant differences are indicated by different letters.

Cuadro 9 Resultado de la fitotoxicidad presentada en los tratamientos de Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex Walp. 

El Oxifluorfen tiene como mecanismo de acción la inhibición de la enzima PPO oxidasa; dentro de sus síntomas de daño incluyen la clorosis y posterior necrosis de hojas y tallos (Sanchez y Rosales, 2006). En la melina el tratamiento Oxifluorfen obtuvo una buena cantidad de características deseable para implementar la siembra directa; sin embargo, en lo referente a fitotoxicidad (cuadro 8 y 9) se presentaron síntomas ligeros, donde a diferencia de lo descrito, las hojas inferiores de algunas plantas se doblaron y algunas hojas mostraron manchas verde claro; sin embargo, con el tiempo se superaron los síntomas, por lo que hay evidencia que las plantas logran recuperarse de los síntomas provocados por este herbicida pre emergente.

En el caso los tratamientos testigo para ambas especies, como era de esperar no se presentaron daños por fitotoxicidad y mantuvieron valores de porcentaje de sobrevivencia estables durante el experimento, debido a que no estuvieron expuestos a las acciones fisiológicas de los diferentes herbicidas premergentes. Los dos testigos no obtuvieron para la mayoría de sus parámetros, diferencias estadísticamente significativas; sin embargo, estuvieron con valores por encima de los tratamientos más afectados. Se debe tener en cuenta que los tratamientos testigo estuvieron bajo la influencia natural de las malezas, aunque se limpiaron de malezas cada 15 días, por lo que en algún momento hubo interacción de las plantas con las malezas existentes en el suelo por lo que el rendimiento del tratamiento testigo pudo disminuirse por interacciones que no fueron objeto de estudio pero que bajo el diseño experimental fue una fuente de error identificada y controlada. Como indicaron ^{García et al. (2012}), el manejo de las malezas puede reflejar un menor crecimiento y desarrollo de árboles jóvenes dependiendo de la especie, siendo esto lo que puede explicar la diferencia de los resultados de los tratamientos testigos.

Conclusiones

Recomendaciones

Se recomienda implementar a escala los resultados de los mejores tratamientos y llevar un control del crecimiento y costos para validar la solución que se estaría ofreciendo a los productores de biomasa interesados en optimizar los costos de establecimiento de plantaciones dendroenergeticas.