Ciencia para todos desde el CEBAS

Archivo para noviembre, 2014

EL CEBAS PARTICIPA EN LA SEMANA DE LA CIENCIA 2014

Un año más, el CEBAS ha participado en la XIII Edición de la Semana de la Ciencia.

La Semana de la Ciencia comenzó el viernes 7 de Noviembre y finalizó el domingo 9 de Noviembre. En el Stand del CEBAS se presentaron diferentes actividades y talleres organizados por los Grupos de Erosión y Conservación de Suelos, Riego, Tecnología de Alimentos y de Estrés Abiótico.

Grupos de Erosión y Conservación de Suelos

Este grupo ha participado en la semana de la ciencia con los siguientes trabajos:

Dos posters (figura 1) donde se destaca que el año 2015 es el año internacional del suelo (declarado por la FAO, que es la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) y donde se explica lo que es el  “suelo”, su formación,  la importancia que tiene para la vida así como las principales amenazas y soluciones que se pueden aplicar para combatirlas.  En el caso particular de la región de Murcia, las amenazas están básicamente relacionadas con la degradación y pérdida de suelo producida por la erosión hídrica. En estos posters se señalan aquellas prácticas que favorecen los procesos de degradación: operaciones de labranza muy intensivas  (con arado muy agresivo, profundo y muy repetidas) al causar la rotura de los horizontes y de la estructura del suelo;  los incendios forestales que destruyen la vegetación y dejan el suelo desprotegido, fácilmente erosionable; monocultivos en pendiente sin protección en el suelo, que favorecen la convergencia del agua de lluvia y la erosión de las superficies, disminuyen la biodiversidad. También se señalan las soluciones que podemos aplicar:

  • Mantenimiento de paisajes variados con combinación de distintos usos agrícolas alternando con bosque;
  • Técnicas diferentes de aterrazamiento, fajas vegetales entre cultivos, cubiertas verdes bajo el arbolado; Evitar las pérdidas por erosión y o contaminación de suelos con excesivos fertilizantes para mantenimiento de acuíferos y embalses limpios.

Los perfiles de suelos más representativos de la región así como diferentes paisajes erosivos se mostraron en fotografías. Se incluyó también una explicación de por qué el suelo tiene distintos colores y como se determinan. En dos experimentos se explicó el funcionamiento de la erosión de suelos:

Simulador de escorrentía: efecto de la cubierta vegetal sobre el arrastre de los materiales y la pérdida de nutrientes del suelo (y por tanto de la fertilidad del mismo). Simulador de lluvia: simulamos la resistencia que presenta el suelo a la erosión dependiendo de su estructura.

Fotos Grupo Suelos Fotos Grupo Suelos_2

 

Grupo de Riego

PANEL DEL CICLO DEL AGUA: juego donde venían definidos los distintos procesos (transpiración, evaporación etc.) que rigen el ciclo del agua tanto en  la superficie de la tierra cómo en la atmósfera,  así como su recorrido. El agua (que se acumula en ríos, lagos y océanos) principalmente se evapora con la energía del sol o también puede ser transpirada a través de la vegetación. Una vez en la atmósfera se condensa formando las nubes y vuelve a la tierra a través de la precipitación. Al volver el agua a la tierra, ésta se puede infiltrar o volver otra vez a los lagos y océanos, y así volver a empezar el ciclo.

MAQUETA DE RIEGO: En ella se explican los tres tipos de riego más conocidos como son el riego a manta, el riego por aspersión y el riego por goteo. Además, la maqueta estaba provista de tres recipientes con tres tipos de agua (agua destilada, agua de la comunidad de regantes y agua regenerada) en los que se podía medir su conductividad eléctrica, explicando las ventajas e inconvenientes del agua regenerada así como su tratamiento en una estación depuradora.

Fotos RiegoBecarios Riego

 

Grupo de Tecnología de Alimentos

1.TALLER DE CALIDAD DE FRUTA.

Se realizó una evaluación sensorial (método subjetivo) y una refractometría, para determinar del contenido en azúcares. Para ello, se ofreció a cada participante trozos de 3 frutas con los que:

1) se realizó una evaluación sensorial del dulzor de cada una de las frutas.

2) Se utilizaron partes de las mismas frutas para prensarlos y obtener su zumo, con el fin de determinar con un refractómetro el contenido en azúcares.

Finalmente, se compararon los resultados obtenidos tanto por el método objetivo (medida con refractómetro) como por el método subjetivo (evaluación sensorial).

2.TALLER DE HONGOS FILAMENTOSOS EN FRUTAS.

Los participantes pudieron observar con detalle las estructuras de los hongos bajo una lupa de laboratorio. Se les pidió que  identificasen la morfología del micelio aéreo que puede observarse en el hongo filamentoso.

3.TALLER DE ATMÓSFERA MODIFICADA.

Los participantes disponían de distintas bolsas de lechuga en IV gama en las que podían medir los niveles de oxígeno (O2) y de dióxido de carbono (CO2). Además, pudieron realizar una evaluación sensorial de la calidad visual de la lechuga según una escala hedónica. Finalmente compararon los niveles gaseosos medidos en relación al aspecto de las ensaladas de lechuga.

  1. TALLER DE ZUMOS PARA LA SALUD.

Se presentaron zumos con propiedades beneficiosas para la salud. Estos zumos ricos en distintos compuestos bioactivos,  fueron degustados por los participantes a los que se les explico, que las diferencias de apariencia y sabor son debidas a la presencia de estas sustancias bioactivas.

Fotos AlimentosBecarios Alimentos

 

Grupo de Estrés Abiótico

Este grupo colaboró con la observación de cultivos celulares de tabaco BY-2 transformados la proteína GFP unida al retículo endoplasmático. Esta línea celular transformada con esta  proteína se utiliza exclusivamente para realizar estudios in vivo de la estructura del retículo endoplasmático mediante Microscopia de Laser Confocal. Estos cultivos se pudieron observar a través de un microscopio óptico invertido, y las imágenes de microscopia confocal pudieron ser observadas en un video donde se pudo ver la estructura tridimensional del retículo endoplasmático de estas células de tabaco.Fotos Estrés abioticoBecarios Estrés abiótico

 

 

 

 

participantes 1participantes 2

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Jornadas de Puerta Abiertas: Visita de los IES Montepinar y Capuchinos al CEBAS

El pasado 11 de Noviembre de 2014 nos visitaron 60 alumnos de primero y segundo de Bachillerato de los IES Montepinar y Capuchinos. Las actividades de la Jornada incluyeron la proyección de los DVDs Institucionales del CSIC y del CEBAS, una explicación detallada sobre el CSIC, el CEBAS y sobre la carrera investigadora. Posteriormente, los alumnos realizaron una visita guiada para mostrar diferentes infraestructuras del CEBAS (cámaras de crecimiento en condiciones controladas, servicio de cultivos in vitro, equipamiento para análisis de gases, equipamiento para determinaciones de calidad en frutas y hortalizas, servicios de metabolómica y de ionómica) así como la muestra de diferentes experimentos (procesado, envasado y conservación de productos vegetales cuarta gama, análisis de fluorescencia de clorofilas,…). Igualmente se les mostró equipamiento básico de un laboratorio, incluyendo pipetas automáticas, pH-metros, centrífugas etc… y las diferentes formas de comunicación de datos en Congresos y en publicaciones científicas.

Alumnos del IES Montepinar en el Servicio de Metabolómica del CEBAS

Alumnos del IES Montepinar en el Servicio de Metabolómica del CEBAS

Alumnos del IES Montepinar durante su visita al Servicio de Ionómica del CEBAS

Alumnos del IES Montepinar durante su visita al Servicio de Ionómica del CEBAS

Alumnos del IES Capuchinos en un laboratorio del CEBAS

Alumnos del IES Capuchinos en un laboratorio del CEBAS

Alumnos del IES Capuchinos en un laboratorio del CEBAS

Alumnos del IES Capuchinos en un laboratorio del CEBAS

Francis Galton el padre de la bioestadística estigmatizado por la historia

Pedro Martínez-Gómez, Investigador científico del Departamento de Mejora genética vegetal, CEBAS-CSIC

Francis Galton (1822-1911) era miembro de una familia acomodada dedicada a la banca de Birmingham en Inglaterra. Desde pequeño fue instruido para ser médico por deseo expreso de su progenitor. Era nieto del célebre médico Erasmus Darwin (1731-1802) y primo de Charles Darwin (1809-1882). En este contexto recibió una exquisita educación de niño y joven recorriendo durante sus vacaciones junto con avanzados estudiantes de medicina hospitales de Inglaterra, Francia y Alemania [1].

Sin embargo ya desde muy joven se manifiesta en él un interés por las matemáticas y la medición que a la postre sería el origen de su mayor legado científico, la constitución de la bioestadística como base en los estudios de herencia, genética humana y antropología.  También se habla de él como el precursor de la psicología experimental. Por eso concluye estudios de matemáticas y cuando retoma los estudios de medicina a la edad de 22 años fallece su padre dejándole una respetable suma de dinero  que le permitirá el resto de su vida dedicarse a la investigación sin preocupaciones económicas.

En este punto indicar que tras abandonar sus estudios de medicina se dedica a viajar por el mundo y comienza sus estudios como geógrafo  y posteriormente como meteorólogo. Además en 1853 se casa con una mujer procedente de la intelectualidad de Cambridge que colmó sus expectativas de continuar en el mundo científico como estadista en el campo de la geografía o meteorología.

Sin embargo, tras este momento álgido, en los años sesenta de este siglo XIX y cuando pasaba de los cuarenta sufre una verdadera crisis vital en los dos aspectos en los que había puesto su energía vital. Por un lado tiene continuas disputas con los miembros de la Sociedad Geográfica, además de continuas críticas a su trabajo como meteorólogo  y, su libro sobre Suiza también es un fracaso. Por otro lado, no tiene hijos y piensa que la razón está en algún tipo problema de esterilidad suyo.

Esta situación de angustia vital hace que tras leer el libro de su primo Charles Darwin sobre El origen de las especies decide sin ataduras económicas, ni profesionales, ni sentimentales ya que no tenía hijos, dedicarse a llegar donde Charles Darwin no había podido llegar, a la aplicación de estas teorías de selección natural en la mejora de la especie humana, lo que se llamaría Eugenesia. Galtón dispuso de una fortuna personal para dedicar su inteligencia y su energía al cultivo de su tema favorito: la medición como herramienta para caracterizar al ser humano [2]. En este punto decir que Charles Darwin casado con su prima Emma Wedgwood tuvo 10 hijos algunos de los cuales padecieron enfermedades y fallecieron en la infancia. Él pensaba que estas anomalías podían tener un origen genético debido a la consanguineidad con su esposa y prima [3]. Darwin en su obra sobre El origen del hombre si bien explica la procedencia y evolución del hombre desde los primates no se atreve a inferir lecciones sobre la mejora de la especie [4].

La Eugenesia era para Galton una fuente de motivación inagotable que le hizo desarrollar una serie de herramientas matemáticas de análisis, estadísticas, para poner a punto su objetivo vital “mejorar la raza humana”. Además esta dedicación a la Eugenesia era una forma  de expiar los pecados que él cree que tenía al no poder disfrutar de descendencia. Este sentimiento perverso quizás es el que esté siempre detrás de cualquier práctica eugenésica.

Debía dedicarse a la identificación y el control de los tipos de seres humanos más o menos deseables según los criterios de la Inglaterra Victoriana y puritana para controlar su reproducción. La idea era fomentar la procreación en los individuos que mejoraran la raza (eugenesia positiva) y evitar la procreación de los individuos indeseables (eugenesia negativa). Este aspecto que podría considerarse como el inicio de la genética humana como especialidad, llevó a Galton a realizar un sin fin experimentos que en algún sentido rozaban el ridículo, como los llevados a cabo para identificar el gen de la tontería en humanos.  También comenzó estudios sobre frenología, basados en asociar rasgos de la cabeza con cualidades mentales o intelectuales [5]. En 1984 incluso instaló en la Exposición Internacional de Londres un laboratorio para para evaluar la capacidad intelectual de cada persona que obtenía su valoración previo pago de unas pocas medidas [2].

Por otro lado, sus estudios estadísticos utilizando la campana de Gaus para analizar el comportamiento humano se mantienen hasta hoy mismo en algunas parcelas de la ciencia. También el uso de la bioestadística para explicar  y predecir aspectos de la conducta humana ha estado en vigor hasta tiempos recientes.

Sir Francis Galton

Sir Francis Galton

Fue suya también la famosa frase sobre Nature o Nurture (genética o educación) que polarizará hasta nuestros días el peso de la genética en el comportamiento humano. Él por supuesto era partidario de la Nature al 100%.

Sin embargo como ya hemos comentado lo que con toda probabilidad estigmatizó a Galton fue su apostolado de la Eugenesia. Probablemente en la parte científica era un visionario en cuanto a la percepción y el análisis de la conducta humana, pero su afán por divulgar sus ideas sobre la mejora de la raza incluso indicando que la propia Inglaterra degeneraría si no se seguían sus consejos, fue lo que lo condenó.

Pero esta idea de mejorar la raza humana se extendió como una mancha de aceite y se realizaron registros eugenésicos en multitud de países además de laboratorios especializados. Estos laboratorios comenzaron en Inglaterra pero pronto en EEUU fue donde más prosperaron, además de en otros países como Francia y Alemania. También aparece en el desgraciado libro de Adolf Hitler (1889-1945) Mein Kampf. Además en la Alemania del III Reich el tema se llevó hasta el estreno con la publicación incluso de una revista especializada titulada Journal of Racial Hygiene .

Por otro lado hay que añadir que contribuyó al origen de la bioestadística y la genética humana y la creación en 1901 de la revista Biometrika junto con Karl Pearson (1857-1936) y Frank Raphael Weldon (1860-1906), una revista que continúa siendo hoy (en su volumen 101 y con 113 años de historia) una referencia en el campo de la bioestadística (http://biomet.oxfordjournals.org/). Esta revista continúa siendo editada por la prestigiosa editorial Oxford Journals de la Universidad de Oxford en el Reino Unido.

Por tanto a pesar de ser considerado el padre de la bioestadística y uno de los precursores sobre los estudios de herencia y antropología, su nombre ha quedado estigmatizado por la historia al haberse asociado con todas las teorías sobre eugenesia. La unión de evolución y cuantificación forjó una alianza temible y constituyó la primera teoría racista de peso en la historia de la ciencia [2]. Justo es decir que la Eugenesia también fue ampliamente aceptada a principios del S. XX pero después de la Segunda Guerra Mundial, el holocausto judío, los campos de concentración y los experimentos con humanos del III Reich alemán esta palabra se ha considerado más que maldita en cualquiera de los foros científicos posteriores.

Insistiendo en esta situación que puede considerarse como injusta, se podría también mencionar el “buen nombre” de su discípulo Karl Pearson que continuó sus trabajos en bioestadística (con su famosísimo coeficiente de correlación de Pearson) y como no en eugenesia, aunque pasó a la historia de forma más noble.

 

Referencias

[1] Alvarez Peláez, R. (1988) Traducción, introducción y notas del libro sobre “Herencia y Eugenesia” de Francis Galton. Alianza Editorial, Madrid.

[2] Gould SJ (1997) La falsa medida del hombre. Edición revisada y ampliada. Traducción de R. Pochtar y A. Desmonts. Ed. Crítica, Barcelona.

[3] En la web http://darwin-online.org.uk se pueden consultar detalles sobre la vida de Charles Darwin.

[4] El Origen del Hombre, la selección natural y sexual de Charles Darwin traducido en 1880 en la editorial de Trilla y Serra de Barcelona. Disponible en la web http://darwin-online.org.uk

[5] Alonso Peña, J.R. (2013). El escritor que no sabía leer y otras historias de la neurociencia. Ed. TalentBook, Barcelona.

Tesis Doctoral: “Gestión de la calidad del fruto mediante prácticas culturales y aplicación de un modelo fisiológico en melocotonero”

Autora: Rosalía Alcobendas Puig

Directores: Juan José Alarcón Cabañero y Emilio Nicolás Nicolás

Lugar: Escuela Superior de Ingeniería Agronómica. Universidad Politécnica de Cartagena

La escasez de recursos hídricos constituye uno de los principales desafíos del siglo XXI al que se están enfrentando ya numerosas sociedades de todo el mundo. A lo largo del último siglo, el uso del agua aumentó a un ritmo dos veces superior al de la tasa de crecimiento de la población, siendo la agricultura la gran consumidora de agua a nivel mundial, ya que emplea actualmente más del 70% del agua dulce disponible. Por tanto, resulta de vital importancia llevar a cabo estudios encaminados a conseguir una óptima gestión de los recursos hídricos disponibles, especialmente en zonas áridas y semiáridas como el Levante Español, donde se producen la mayor parte de frutas y verduras a nivel nacional, y en la que la pluviometría es especialmente escasa. Además de intentar optimizar la eficiencia en el uso del agua mediante el estudio de nuevas  estrategias y sistemas de riego de precisión, otra herramienta útil que debemos tener en cuenta es el uso de modelos de producción agraria. Estos modelos nos permiten simular un gran número de situaciones o escenarios, variando las condiciones de cultivo, la climatología, las prácticas culturales, etc., y permitiendo de este modo predecir la producción y/o calidad de la cosecha en función de nuestros “inputs” de entrada (entre los que se encuentran los aportes hídricos). De este modo es posible estimar previamente (y de forma aproximada) la relación coste-beneficio al final de cada ciclo de cultivo.

En esta Tesis Doctoral, defendida el 30 de Octubre de 2014, se han planteado dos objetivos principales, el primero de ellos se centra en evaluar y conocer la calidad del fruto de dos variedades de  diferente maduración de melocotonero, en función de distintos regímenes hídricos y carga de cultivo. El segundo objetivo comprende la simulación de la calidad de la cosecha por medio de la parametrización y validación de un modelo mecanístico específico adaptado a las dos variedades. Las dos variedades estudiadas han sido los cultivares “Flordastar” y “Catherine”. La primera de ellas es una variedad extra-temprana (cosechada entre finales de Abril y primeros de Mayo), cuya importancia económica radica principalmente en su precocidad, siendo ésta cualidad uno de los motivos del progresivo incremento de la superficie de cultivo dedicado a dicha variedad en los últimos años. En cambio, “Catherine” es una variedad de media estación tradicionalmente cultivada en la Región de Murcia, cuya cosecha se realiza a mediados de Julio.

 

Figura 1.- Variedades de melocotonero utilizadas en esta Tesis                                                Doctoral (A: cv. “Flordastar” y B: cv. “Catherine”).

Figura 1.- Variedades de melocotonero utilizadas en esta Tesis
Doctoral (A: cv. “Flordastar” y B: cv. “Catherine”).

En general los resultados obtenidos mostraron que, en el caso de “Flordastar”, la estrategia de riego aplicada afectó al crecimiento de los frutos, obteniéndose un mayor porcentaje de frutos no comerciales en el tratamiento de riego deficitario controlado (RDC). Además, los árboles del tratamiento control produjeron un mayor número de frutos de calibre extra (AAA). La carga productiva también afectó el crecimiento reproductivo, siendo mayores y más firmes los frutos de los árboles que presentaron una carga baja de frutos. Respecto al grado de exposición a la luz solar, éste resultó un factor con gran influencia sobre la calidad de los frutos, siendo los más expuestos a la luz solar los que alcanzaron un mayor tamaño, y presentando un color rojo más intenso que los que no recibieron la luz solar directa. Los resultados obtenidos permitieron identificar que los efectos negativos del RDC sobre la calidad de la fruta en “Flordastar” pueden ser parcialmente compensados mediante una distribución de frutos en el árbol que permita una exposición óptima de los mismos a la luz solar y en la que se evite posicionarlos en las zonas más distales de los ramos fructíferos.

En la variedad “Catherine”, se evaluó además la evolución y contenido de azúcares en la pulpa de los frutos. La concentración de azúcares constituye uno de los principales componentes nutricionales de la fruta, y su proporción en la misma varía a lo largo del ciclo de maduración, aportando el dulzor característico. En este caso, la estrategia de RDC aplicada no afectó significativamente al crecimiento del fruto, sin embargo, influyó sobre algunos de los parámetros de calidad evaluados. Así, el contenido en sólidos solubles, los ácidos cítrico, málico y tartárico, y algunos azúcares (glucosa y sorbitol) resultaron ser más elevados en los frutos procedentes del tratamiento de RDC. Ambos tratamientos de riego produjeron un porcentaje similar de frutos de categoría extra (AAA). Atendiendo a la distribución de los frutos dentro de la copa del árbol (altura, exposición a la luz solar y orientación), se observó que los posicionados en zonas altas del dosel y, por tanto, más expuestos a la luz solar, presentaron un mayor contenido en sólidos solubles, ácidos orgánicos (cítrico, málico y tartárico) y azúcares (sorbitol y glucosa).

El segundo bloque de este trabajo de investigación está dedicado a la validación y parametrización de un modelo mecanístico denominado ‘QualiTree’ (Lescourret et al., 2011), para las dos variedades de melocotonero anteriormente mencionadas. Este modelo integra las ventajas de los dos tipos de modelos existentes en agronomía, (agronómicos y mecanísticos), e incorpora parámetros de calidad de fruto (tamaño, proporción del peso de la pulpa sobre el peso total, contenido en materia seca de la pulpa, y concentraciones de cuatro azúcares reductores) mediante la integración de las ecuaciones publicadas por Lescourret y Génard (2005). En primer lugar, se llevó a cabo la parametrización del modelo para ambos cultivares (cv. “Flordastar” y “Catherine”), seguidamente, se compararon los valores resultantes de las distintas simulaciones con los valores observados en los ensayos de campo previamente realizados. Finalmente, se diseñaron distintos escenarios de simulación, con el objetivo de observar y evaluar la respuesta del modelo a los mismos y las predicciones que ofrece en cuanto a crecimiento vegetativo y reproductivo (cv. “Flordastar y  “Catherine”), y a contenido y evolución de azúcares en los frutos (cv. “Catherine”). Los escenarios de simulación diseñados estuvieron relacionados con la aplicación del déficit hídrico, variando el nivel del mismo, así como su periodo de ocurrencia a lo largo del ciclo de cultivo. Además, en el caso de la variedad “Flordastar” se diseñaron dos escenarios de aclareo basados en la carga productiva observada en campo. Como principales resultados de este segundo bloque, hay que destacar que la  estimación de los parámetros dependientes del cultivar se realizó con éxito en ambas variedades, ya que los valores simulados se ajustaron adecuadamente a los observados, tanto para los valores de crecimiento vegetativo y reproductivo, como para el contenido en azúcares, este último en la variedad “Catherine”. La correcta validación del modelo en ambas variedades, quedó reflejada en los bajos valores de la raíz cuadrada del error cuadrático medio relativo (RECMR) de predicción obtenidos. Finalmente, como principales resultados referentes a los escenarios de simulación diseñados, hay que resaltar, que en el caso de la variedad “Flordastar”, un nivel alto de aclareo puede compensar el efecto negativo sobre la calidad de la cosecha que supone la ocurrencia de un déficit hídrico severo en la fase III. Para el caso de la variedad “Catherine”, la simulación de los distintos escenarios de déficit hídrico puso de manifiesto que la aplicación de estrategias de RDC en esta variedad de melocotonero no conlleva mermas en la calidad de la cosecha, llegando incluso a mejorarla. De forma general, las simulaciones mostraron que: (i) La aplicación de un déficit hídrico sostenido reduce el crecimiento de frutos y brotes de forma proporcional al nivel de déficit aplicado, e independientemente de la carga productiva. (ii) La aplicación de un déficit hídrico moderado durante la fase II ó III de desarrollo del fruto no afecta a su crecimiento ni tampoco al vegetativo, independientemente de la carga del cultivo. (iii) La concentración de azúcares en la pulpa de los frutos, en general, resulta aumentar con el nivel de déficit hídrico.

Finalmente, el uso de modelos en agronomía proporciona una herramienta prometedora en lo referente a la gestión de las explotaciones agrarias, ya que actúan como apoyo en la toma de decisiones relacionadas con las prácticas culturales, en general, y con la gestión de la aplicación de los recursos hídricos disponibles, en particular. Esto puede resultar especialmente relevante en zonas donde los recursos hídricos suponen una importante limitación, como es el caso del Sureste español.

Esta Tesis Doctoral ha sido presentada como compendio de 4 publicaciones en revistas internacionales de alto índice de impacto pertenecientes al JCR (Agricultural Water Mangenemet, Irrigation Science y Scientia Horticulturae), las cuales se encuentran en el primer cuartil de su área correspondiente.

 

Rosalía Alcobendas Puig junto a sus directores de Tesis, el Dr. Juan José Alarcón Cabañero y  el Dr. Emilio Nicolás Nicolás.

Rosalía Alcobendas Puig junto a sus directores de Tesis, el Dr. Juan José Alarcón Cabañero y el Dr. Emilio Nicolás Nicolás.

Tesis doctoral: “Mecanismos de Secuestro de Carbono en Suelos Semiáridos en función del Tipo de Uso y Prácticas de Manejo”.

Autora: Noelia García Franco. Directores: Juan Albaladejo Montoro y María Martínez-Mena

15/09/2014. Universidad de Murcia.

 

El suelo supone el 75% del reservorio total de carbono orgánico (CO) terrestre. Los diferentes usos y prácticas de manejo dan lugar a que el suelo se comporte como una fuente o como un sumidero de gases de efecto invernadero tal como el CO2. En un estado ideal, en un estado en equilibrio, las pérdidas de carbono no superaran a las ganancias. Por el contrario, la realidad es muy distinta, y en la actualidad, a nivel global se está produciendo un desequilibrio en el ciclo terrestre del carbono (C) con emisiones a la atmósfera de 3-6 Gt de CO2 por año, debido a la mineralización del carbono orgánico en el suelo (COS), con la consecuente aceleración del cambio climático.

En zonas áridas y semiáridas (como es el caso de las áreas Mediterráneas), el contenido de COS está condicionado por la falta de agua y restos orgánicos, junto a las elevadas tasas de descomposición de la materia orgánica debido a las altas temperaturas. La utilización de usos y prácticas de manejo sostenible adecuadas (como por ejemplo: el laboreo reducido, enmiendas orgánicas, siembra verde, reforestaciones de zonas degradadas), sería una vía para conseguir un mayor secuestro de COS en estas zonas. Además, desde una perspectiva socioeconómica y ambiental, la implantación de los mejores usos y prácticas de manejo, es un aspecto clave para la sostenibilidad y supervivencia de estas áreas.

Actualmente, existen lagunas de conocimiento en relación con las interacciones entre los diferentes mecanismos de estabilización del C en con los factores bióticos y abióticos de control del C en el suelo bajo diferentes usos y prácticas de manejo. De hecho, uno de los principales desafíos a los que se enfrentan los científicos hoy día es profundizar en el conocimiento de estas interacciones y proporcionar una base de datos que permita determinar y recomendar los mejores usos y prácticas de manejo sostenibles, para la conservación del suelo y la mitigación del cambio climático en ambientes semiáridos.

Para ello, los objetivos que se establecieron en esta Tesis fueron:

  1. Evaluar el stock de C en el perfil del suelo, según los usos de suelo y determinar qué factores controlan sus variaciones, para aumentar nuestra capacidad de predecir la dinámica del CO en el suelo con el cambio climático, en las áreas semiáridas.
  2. Cuantificar y caracterizar los pools funcionales de materia orgánica (lábil, intermedio y pasivo), bajo diferentes usos y prácticas de manejo, con el fin de obtener una mayor comprensión del tiempo de permanencia del CO en el suelo y los procesos que intervienen en su almacenamiento.
  3. Evaluar la efectividad de la reforestación y de las prácticas agrícolas de manejo sostenibles en la capacidad de secuestro de C en el suelo.
  4. Determinar los procesos y mecanismos implicados en la acumulación y estabilización del CO en el suelo, en diferentes condiciones de uso y prácticas de manejo.

El estudio se realizó a dos escalas: escala regional (objetivo 1) y escala de parcela (objetivos 2 al 4). Para el primero se utilizó la base de datos del Proyecto LUCDEME. Para el estudio a escala de parcela se seleccionaron dos usos de suelo donde años atrás se habían realizado distintas prácticas de manejo:

  • Uso Forestal (Sierra de Carrascoy): Se evaluó el efecto, después de 20 años, de dos tipos de reforestaciones con aterrazamiento mecánico y con plantación de Pinus halepensis: i) una con enmienda orgánica (AT) y ii) sin enmienda (T). Se usó como referencia una zona natural adyacente matorral (S) (Foto 1).

 

Fig 1

Fig 1

Uso Agrícola (Sierra de Burete): Se evaluó en un cultivo ecológico de almendros de secano el efecto, después de 4 años, de la implantación de dos prácticas de manejos sostenibles: i) no laboreo (NT)       y ii) laboreo reducido con    adición de siembra verde (RTG). El laboreo reducido (RT), práctica habitual en la zona, se utilizó como control (Foto 2).

Fig 2

Fig 2

Tras el análisis de diferentes variables físicas, químicas y biológicas del suelo y de la biomasa área, de los cambios en la estructura de la comunidad de hongos y bacterias mediante la técnica de pirosecuenciación y la dinámica del CO en los diferentes tamaños de agregados (Six et al., 1998, Six et al., 2000, Denef et al., 2004) y pools funcionales de la materia orgánica (Zimmermann et al., 2007), obtuvimos una serie de resultados que nos llevaron a concluir lo siguiente:

  1. El tipo de uso de suelo se reveló como el factor con mayor peso en el control de la concentración del CO en el suelo en los ecosistemas semiáridos estudiados.
  2. Los principales factores que controlan los cambios en el contenido de CO del suelo sugieren que, en futuros escenarios de cambio climático, la variación en la temperatura tendrá mayor impacto sobre suelos agrícolas, mientras que en el caso de los cambios de precipitación afectaran en mayor medida a los suelos forestales. Por otro lado, el impacto del cambio climático será mayor en la superficie del suelo que en profundidad, por lo que las actuaciones para el secuestro de carbono orgánico deberían focalizarse al secuestro en el subsuelo.
  3. En el uso forestal y agrícola, el potencial de secuestro de C depende, en gran medida de las técnicas usadas: el aporte de enmienda orgánica (uso forestal) y aplicación de la siembra verde (uso agrícola) producen un aumento en el pool lábil de CO en el suelo. Este promueve la formación de macroagregados y microagregados ocluidos dentro de esos macroagregados, protegiendo así el C y dejándolo inaccesible a los microorganismos.
  4. Los cambios en la cobertura vegetal inducen variaciones en la estructura de la comunidad de hongos del suelo, en el caso de la reforestación con Pinus halepensis, favorecen la formación de macroagregados, al aumentar la proporción de especies formadoras de hifas.
  5. La estabilización química del CO, a través de la formación de complejos con las partículas de limo y arcilla, y la protección física en los microagregados formados dentro de macroagregados, fueron los principales mecanismos de secuestro de C en los suelos estudiados, tanto en las áreas forestales como en las agrícolas.
  6. En los suelos agrícolas de estas áreas semiáridas, un mínimo de laboreo parece ser necesario, pues éste promueve la incorporación de los restos vegetales en las capas más profundas promoviendo la formación de agregados y la oclusión del CO dentro de ellos.
  7. Los stocks de C en los ecosistemas reforestados son directamente proporcionales a la cantidad de biomasa producida, la cual viene determinada por la productividad del suelo: i) el uso de enmiendas orgánicas del suelo previo a la implantación fue muy efectivo en el secuestro de C; ii) suprimir prácticas que impliquen una gran perturbación de los horizontes del suelo porque reducen la productividad y suponen la emisión de altas cantidades de CO2 a la atmósfera.
La nueva Doctora, Noelia García Franco, y los directores del trabajo, María Martínez-Mena y Juan Albaladejo Montoro y

La nueva Doctora, Noelia García Franco, y los directores del trabajo, María Martínez-Mena y Juan Albaladejo Montoro y

 

 

Presentación de la Segunda Edición del Proyecto IDIES

El pasado día 4 de Noviembre de 2014 tuvo lugar la presentación de la segunda edición del proyecto IDIES (I+D en Institutos de Enseñanza Secundaria) en el Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC).

IDIES en un proyecto educativo de iniciación a la investigación cuyo objetivo principal es mostrar al alumnado de Bachillerato qué es la investigación y cómo se practica, haciéndole partícipe y colaborador en proyectos dirigidos por investigadores de reconocido prestigio nacional e internacional.

 

D. Francisco Javier López (izquierda), coordinador del proyecto IDIES y D. Enrique Olmos Aranda, Vice-Director del CEBAS (derecha)

D. Francisco Javier López (izquierda), coordinador del proyecto IDIES y D. Enrique Olmos Aranda, Vice-Director del CEBAS (derecha)

Después de la primera edición en la que se realizaron 6 proyectos de investigación y en la que participaron 13 estudiantes, en la segunda edición se duplican el número de proyectos (12 proyectos) y, lógicamente, aumenta el número de alumnos, que pasan a ser 31. En esta nueva edición participan como instituciones: de nuevo el CEBAS, la Facultad de Medicina y la Facultad de Informática; y 4 Institutos, frente a 2 en la pasada edición. En concreto, participan de nuevo los IES Domingo Valdivieso de Mazarrón y el IES Juan Carlos I de Murcia, y se suman el IES Alcántara de Alcantarilla y el IES San Juan Bosco de Lorca.

Alumnos, profesores de los diferentes IES e investigadores implicados en el proyecto IDIES.

Alumnos, profesores de los diferentes IES e investigadores implicados en el proyecto IDIES.

Los investigadores del CEBAS van a dirigir 8 proyectos de investigación:

  1. “Efecto del agua oxigenada en la germinación y efectos en los contenidos de antioxidantes no enzimáticos en plántulas de melón”.

Investigadores tutores en CEBAS: Dr. José Antonio Hernández Cortés y Dr. Pedro Díaz Vivancos.

Alumnado IES Domingo Valdivieso: Sara Valls y Carmen María Sáez.

Profesora tutora en IES Domingo Valdivieso: Irene Méndez

  1. Cultivos celulares de tabaco BY-2”

Investigadores tutores en CEBAS: Dr. Enrique Olmos Aranda y Dra. Nieves Fernández García.

Alumnado IES Juan Carlos I: Eduardo Rubio, Irene Muñoz y María García

Profesores tutores en IES: María Trinidad Cámara, José María Caballero y María de los Reyes Villalba.

  1. “Efecto del uso y manejo en la capacidad de retención de agua en el suelo. Implicaciones en zonas semiáridas.”

Investigadoras tutoras en CEBAS: Dra. Elvira Díaz y Dra. María Martínez-Mena.

Alumnado IES Domingo Valdivieso: Fernando Guil y José Antonio López.

Profesor tutor en IES: Francisco Javier López.

  1. “Competición entre dos diferentes cepas de un virus en un mismo huésped”

Investigadores tutores en CEBAS: Dra. Veronica Truniger y Dr. Miguel Aranda.

Alumnado IES Juan Carlos I: Andrea Madrid, Alanna García y Lucía de Urraza.

Profesores tutores en IES: María Trinidad Cámara, José María Caballero y María de los Reyes Villalba.

  1. “Distribución de raíces de nectarinos en distintas condiciones de riego”

Investigadores tutores en CEBAS: Dra. Mari Carmen Ruiz y Dr. Wenceslao Conejero.

Alumnado IES Domingo Valdivieso: José Manuel Blaya y Antonio Méndez.

Profesor tutor en IES: Francisco Javier López.

  1. “Implicación del microbioma intestinal humano y animal en el metabolismo de los elagitaninos de la dieta”

Investigadores tutores en CEBAS: Dra. María Victoria Selma y Dr. David Beltrán.

Alumnado IES Alcántara: Enrique Barrancos, Thomas Michael Schmidt y María de la Cruz Torres.

Profesor tutor del “IES Alcántara”: José María Olmos Nicolás

  1. “Importancia de la estructura molecular en la acción anticancerígena de los metabolitos biodisponibles de la granada, las urolitinas, en un modelo celular de cáncer colorrectal”

Investigadores tutores en CEBAS: Dr. Juan Carlos Espín y Dr. Antonio González-Sarriás.

Alumnado IES Alcántara: María José Alegría, Irene López y Ana María Dólera.

Profesor tutor del “IES Alcántara”: Jesualdo Ibáñez Gutiérrez

  1. “Uso de plantas y enmiendas para la recuperación de suelos mineros”

Investigadores tutores en CEBAS: Dra. María Pilar Bernal y Dr. Rafael Clemente.

Alumnado IES San Juan Bosco: Rocío Llorente, Rocío Galera e Irene Ruiz.

Profesores tutores en IES: Carlos de la Fuente y Francisco Javier Fuentes.

Por su parte, la Facultad de Medicina, va a dirigir dos proyectos relacionados con el Envejecimiento cerebral, sueño y función cognitiva. Los investigadores tutores serán la Dra María Trinidad Herrero y el Dr. Francisco Jose Fernandez Gomez. Uno de los proyectos será realizado por alumnos del IES Juan Carlos I (Estíbaliz Martínez y Nieves Ruiz), mientras que el otro proyecto lo realizarán alumnos del IES Domingo Valdivieso (Ana Lorente, María Sánchez y José Luis Caña). Los profesores tutores por parte de los IES serán: Irene Méndez, María Trinidad  Cámara y José María Caballero, María de los Reyes Villalba.

Finalmente, la Facultad de Informática también dirigirá dos proyectos relacionados con “Técnicas de aprendizaje computacional aplicadas a ciencias de la salud”. Estos dos proyectos estarán dirigidos por el Dr. José Palma. Uno de estos proyectos lo ejecutarán alumnos del IES Alcántara (Carmen Anaïs Schmidt, Beatriz López y Rafael Martínez), mientras que el segundo proyecto lo realizarán alumnos del IES Domingo Valdivieso (Rachel Bell-Hudson y Eduardo Pérez). Profesor tutor en IES Domingo Valdivieso: Miguel López; Profesor tutor del IES Alcántara: Luis García Martínez

Los diferentes proyectos se desarrollarán durante el curso académica 2014-2015, y culminará con el II Congreso IDIES, previsto para finales de Mayo de 2015, en el que los alumnos expondrán públicamente sus trabajos mediante exposición oral combinando los idiomas Español e Inglés.

Alumnos, profesores de los diferentes IES e investigadores implicados en el proyecto IDIES.

Alumnos, profesores de los diferentes IES e investigadores implicados en el proyecto IDIES.

 

 

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