Washington, DC, USA
February 3, 2014
Agricultural engineer David Fleisher studies water-stressed potato plants in a soil-plant-atmosphere research chamber that controls carbon dioxide and irrigation levels. Results from the study reveal how climate change affects potato plant growth. Photo by Stephen Ausmus.
Research at the U.S. Department of Agriculture (USDA) suggests that potatoes are still the go-to tuber when times get tough.
Agricultural Research Service (ARS) agricultural engineer David Fleisher and his colleagues conducted studies to measure how potato plants would respond to elevated atmospheric carbon dioxide levels and the increasingly erratic rainfall patterns expected to result from global climate change. ARS is USDA's chief intramural scientific research agency, and this work supports the USDA priority of responding to global climate change.
The team conducted two outdoor chamber studies to evaluate effects of short-term drought cycles at current and elevated carbon dioxide levels. The studies were conducted using soil-plant-atmosphere research chambers that provided precise control over carbon dioxide levels, air temperature, irrigation and humidity. The chambers contained sensors that monitored air, soil, and canopy temperatures, relative humidity, and solar radiation above and below the canopy.
The quantity of solar radiation in the first study was about twice as much as in the second. Having two different study periods allowed the scientists to evaluate how variations in solar radiation during the drought periods affected plant response. In both studies, 11-day drought cycles were applied before tuber formation began and around 10 days after tuber formation began.
The researchers observed significant differences in plant response that they attributed to the variation in solar radiation, which in turn affected plant water-use efficiency and dry matter production. With all other growth factors being equal, the plants in the first study had a 30 percent to 200 percent increase in total dry matter production, depending on carbon dioxide levels and water availability.
The team also noted that the cyclic droughts resulted in lower levels of dry matter and leaf area production. They concluded that drought stress before tuber formation probably enhanced the future delivery of carbon, water and plant nutrients to tubers instead of to stems or leaves—and that this response increased under elevated carbon dioxide levels. Averaged across all drought treatments, tuber yield from plants growing under elevated carbon dioxide levels was as much as 60 percent greater than tuber yield from plants growing under current carbon dioxide levels.
Fleisher, who works at the ARS Crop Systems and Global Change Laboratory in Beltsville, Md., published the study results in Agricultural and Forest Meteorology.
La posibilidad de rendimientos más altos de patatas como resultado del cambio climático
Resultados de estudios por científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) sugieren que las plantas de patata podrían producir rendimientos más altos ante el cambio climático.
Ingeniero agrícola David Fleisher y sus colegas con el ARS realizaron estudios para medir la respuesta de las plantas de patata a los niveles elevados del dióxido de carbono atmosférico y las patrones cada vez más variables de precipitación como resultado del cambio climático. ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés), y esta investigación apoya la prioridad del USDA de responder al cambio climático global.
El grupo realizó dos estudios en cámaras de crecimiento al aire libre para evaluar los efectos de ciclos de sequía a corto plazo en los niveles actuales del dióxido de carbono y en niveles elevados. Los estudios se realizaron con cámaras que proveyeron un control preciso de los niveles del dióxido de carbono, la temperatura del aire, el riego y la humedad. Los cámaras tuvieron sensores que midieron la temperatura del aire, del suelo y del dosel de las plantas, la humedad relativa, y la radiación solar por encima de y debajo del dosel de las plantas.
La cantidad de la radiación solar en el primer estudio fue casi dos veces la cantidad en el segundo estudio. Los dos diferentes períodos de los estudios les permitieron a los científicos a evaluar el impacto en las plantas como resultado de variaciones de los períodos de sequía. En ambos estudios, los investigadores aplicaron ciclos de 11 días de sequía antes de la formación de los tubérculos y aproximadamente 10 días después del comienzo de la formación de los tubérculos.
Los investigadores observaron diferencias significativas en la respuesta de las plantas. Ellos atribuyeron estas diferencias a la variación en la radiación solar, la cual por su parte afectó la eficacia de utilización de agua por las plantas y la producción de materia seca. Si todos otros factores fueron iguales, las plantas en el primer estudio tuvieron un aumento del 200 por ciento en la producción total de materia seca, dependiendo de los niveles de dióxido de carbono y la disponibilidad de agua.
El grupo también notó que los ciclos de sequía causaron niveles reducidos de producción de materia seca y del área de las hojas. Ellos concluyeron que el estrés de sequía antes de la formación de los tubérculos probablemente aumentó la entrega en el futuro del carbono, el agua y los nutrientes a los tubérculos en vez de a los tallos y las hojas, y esta reacción se aumentó bajo los niveles elevados del dióxido de carbono. Cuando se determina el promedio de todos los tratamientos de sequía, los rendimientos de patatas de las plantas que crecieron bajo los niveles elevados de dióxido de carbono superaron por hasta el 60 por ciento los rendimientos de plantas que crecieron bajo los niveles actuales de dióxido de carbono.
Fleisher, quien trabaja en el Laboratorio de Sistemas de Cultivos y el Cambio Climático Global mantenido por el ARS en Beltsville, Maryland, publicó los resultados de este estudio en la revista 'Agricultural and Forest Meteorology' (Meteorología Agrícola y Forestal).
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