Desarrollo de modelos de predicción de emergencia de malas hierbas en condiciones de secano

• Autores: Carlos Sousa Ortega
• Directores de la Tesis: Antonio Delgado García (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Número de páginas: 137
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    Las malas hierbas son el principal desafío en la protección de cultivos ya que pueden llegar a causar pérdidas potenciales de más del 30% del rendimiento total. Además, la capacidad de adaptación a los métodos de control, incluyendo la aparición de individuos resistentes a herbicidas, está dificultando su manejo. Por ello, es necesario incrementar el conocimiento de la biología de las malas hierbas. Un punto vulnerable, particularmente en malas hierbas anuales de semilla pequeña, es el momento de su emergencia ya que dependen de las escasas reservas de la semilla hasta el momento en el que consiga realizar la fotosíntesis. De este modo, los métodos de control aplicados en estos estadios obtendrían mayores eficacias. Por consiguiente, el conocimiento del momento de emergencia de las malas hierbas facilitaría su manejo, especialmente en el caso de malas hierbas preocupantes como Avena sterilis ssp. ludoviciana (Durieu) Gillet & Magne, Centaurea diluta Aiton, Lolium rigidum Gaudin y las tres especies de Phalaris (Phalaris brachystachys Link, Phalaris minor Retz y Phalaris paradoxa L). Por un lado, L. rigidum y A. sterilis ssp. ludoviciana son malas hierbas problemáticas en todo el mundo, y en los últimos años se ha incrementado la dificultad para controlarlas debido a la aparición de biotipos resistentes. Por otro lado, C. diluta y las tres especies del género Phalaris son malas hierbas especialmente preocupantes en el sur de España, de las cuales es necesario incrementar su estudio para poder establecer estrategias óptimas de manejo. Para incrementar el conocimiento de la biología de L. rigidum, C. diluta y A. sterilis, se estableció un experimento en condiciones de campo en distintas localidades repartidas por España. El número de localidades varió entre 9 y 11 localidades, dependiendo de la especie. En cada localidad se sembraron un total de 400 semillas por especie y localidad, con cuatro repeticiones. La siembra se realizó en el otoño de 2016 y se monitoreó la emergencia durante dos campañas agrícolas en condiciones de secano. Por otro lado, para estudiar la emergencia de las tres especies de Phalaris, se realizaron experimentos de campo en dos localidades del sur de España durante dos (2006/07 y 2007/08) y tres (de 2005/06 a 2007/08) campañas agrícolas. En ambas localidades, se embraron 500 semillas de cada especie de Phalaris en cada campaña agrícola, simulando las condiciones de los campos de cereales de secano. La emergencia de L. rigidum total respecto al total de las semillas sembradas fue del 59% en el primer año y de un 9% en el segundo año. Su emergencia varió en función de la localidad, comenzando entre los 5 y los 16 días después de la siembra (DAS) y terminando entre los 40 y 110 DAS. Por otro lado, la emergencia de C. diluta fue del 39% en el primer año y de un 11% en el segundo año. En ambos años, el principal pico de emergencia C. diluta se produjo aproximadamente a los 45 DAS. Mientras que para el caso de A. sterilis ssp. ludoviciana el porcentaje de emergencia fue del 30% durante la primera campaña agrícola y del 21% durante la segunda. En ambas temporadas, el principal pico de emergencia se produjo entre noviembre y febrero. Respecto a la emergencia de las tres especies de Phalaris, el periodo de emergencia duró entre 31 y 48 DAS, mostrando dos picos principales. Además de estudiar la emergencia, estos ensayos sirvieron para desarrollar modelos para predecir la emergencia de las seis especies estudiadas y para validar lo modelos previamente publicados de L. rigidum (Izquierdo et al. 2013) y A. sterilis ssp. ludoviciana (Leguizamón et al. 2005). En ambos casos, los modelos nuevos obtuvieron mayor precisión que los modelos previamente publicados. El nuevo modelo de L. rigidum se basó en tres puntos cardinales que se establecieron en 5.8 ºC, 11.5 ºC y 20.6ºC para la temperatura base (Tb), optima (To) y techo (Tc), respectivamente. Además, el modelo basado en el tiempo hidrotérmico (HTT) no mejoró significativamente el modelo basados únicamente en el tiempo térmico (TT). La precisión de los modelos nuevos fue mejor en las localidades del norte que en las del sur. Por ello, se desarrollaron modelos específicos para el norte y sur. El modelo desarrollado para las localidades del norte funcionó muy bien, pero el modelo del sur necesita mejorar su precisión. Estos trabajos revelan que, en lo que respecta a esta especie de mala hierba, probablemente deban desarrollarse modelos diferentes para las distintas condiciones climáticas. Respecto al modelo de C. diluta, la función Weibull de tres parámetros fue la que mejor describió su emergencia. Se desarrollaron modelos de emergencia basados en TT y HTT que mostraron un alto grado de precisión, como demuestran los valores del error medio cuadrático (RMSE) de 10.8 y 10.7, respectivamente. Para estos modelos se establecieron los tres puntos cardinales en 0.5ºC, 10.0 ºC y 35 ºC para las Tb, To y Tc; mientras que el potencial hídrico base (Ψb) se estimó en -0.5 MPa. El modelo de A. sterilis ssp. ludoviciana también utilizó tres temperaturas cardinales para estimar el TT. Los tres puntos cardinales se establecieron en -1.0 ºC, 5.8ºC y 18.0ºC para las Tb, To y Tc, mientras que Ψb se estableció en -0.2 MPa para la estimación de la HTT. Por último, los modelos para las tres especies de Phalaris, tanto los modelos paramétricos como no paramétricos, se establecieron en base a tres puntos cardinales. Las Tb, To y Tc se establecieron entre -1 °C y 1 °C, entre 9.8 °C y 11.8 °C y entre 21.2 °C y 23.4 °C, respectivamente; mientras que el Ψb se estimó entre -1 y -1.1 MPa. Además de desarrollarse modelos nuevos para cada especie, éstos se validaron en ensayos independientes. Se obtuvo un ajuste adecuado (RMSE<15) en 2 de las 2 situaciones testadas para C. diluta y 5 de 8 para A. sterilis ssp. ludoviciana. Mientras que los modelos paramétricos y los no paramétricos de las tres especies de Phalaris obtuvieron resultados similares y fueron validados con éxito en 12 de los 15 experimentos independientes. Adicionalmente a estos ensayos, se desarrolló una aplicación, llamada MalertappUS (https://malertappus.es/), capaz de predecir la emergencia implementando los nuevos modelos desarrollados para A. sterilis ssp. ludoviciana, C. diluta, L. rigidum, P. brachystachys, P. minor y P. paradoxa. Además, se añadieron los modelos de dos especies adicionales (Papaver rhoeas L. y Bromus diandrus Roth). Utilizando los datos proporcionados por esta aplicación, se validaron los modelos de estas ocho especies durante dos campañas agrícolas (2019/20 y 2020/21) en seis y nueve localidades respectivamente. Las especies que obtuvieron resultados suficientemente robustos para su uso fueron: C. diluta con 93% de éxito, B. diandrus con un 86%, L. rigidum con un 85%, P. rhoeas con un 77%, P. paradoxa con un 71% y A. sterilis ssp. ludoviciana con un 53%.

  • English

    Weeds are the main challenge in crop protection because they are able to reduce the potential yield losses in more than 30%. In addition, their ability to adapt to the different control methods, including the herbicide resistant, is increasing the difficulty to establish strategies to manage them. Therefore, it is necessary to study their biology in order to achieve an integrate weed management. The seedling stages, particularly in species with small seeds, is the main vulnerable moment for most weeds due to in fact that the scarce seed reserves are empty and the seedling has to start to perform the photosynthetic activity. Thus, control methods applied at these stages would be the most effective. Consequently, the knowledge of the weed emergence pattern would facilitate their management, especially in the case of troublesome weeds such as Avena sterilis ssp. ludoviciana (Durieu) Gillet & Magne, Centaurea diluta Aiton, Lolium rigidum Gaudin and three Phalaris species (Phalaris brachystachys Link, Phalaris minor Retz y Phalaris paradoxa L). On the one hand, L. rigidum and A. sterilis ssp. ludoviciana are problematic weeds worldwide that the difficulty of their control has been increased due to the apparition of resistant biotypes. On the other hand, C. diluta and the three species of the genus Phalaris are especially troublesome weeds in southern Spain, which need to be further studied in order to establish optimal management strategies. To increase the biology knowledge of L. rigidum, C. diluta and A. sterilis ssp. ludoviciana, a field conditions experiment was established in different sites throughout Spain. The number of sites varied between 9 and 11 locations, depending on the species. A total of 400 seeds of each species were sown in each sites with four replicates. The sowing was carried out in the autumn of 2016 and their emergence was monitored during two growing seasons under rainfed conditions. On the other hand, in order to study the emergence of the three Phalaris species, field experiments were conducted in two different sites, placed in southern Spain, during two (2006/07 and 2007/08) and three (from 2005/06 to 2007/08) growing season. In both sites, 500 seeds of each Phalaris species were sown in each growing season, simulating the conditions of rainfed cereal fields. The total emergence of L. rigidum from total sowed seeds was 59% in the first season and 9% in the second season. Its emergence varied according to the sites, starting between 5 and 16 days after sowing (DAS) and ending between 40 and 110 DAS. On the other hand, emergence of C. diluta was 39% in the first season and 11% in the second. In both season, the main peak of C. diluta emergence occurred at 45 DAS. A. sterilis ssp ludoviciana reached up the 30% of emergence in the first season and 21% in the second; And, in both seasons, the main peak of emergence occurred between November and February. Regarding the emergence of the three Phalaris species, the emergence period lasted between 31 and 48 DAS, showing two main peaks. Despite of studying emergence, these trials were used to develop weed emergence models of the six studied species and, also, to validate previously published models for L. rigidum (Izquierdo et al., 2013) and A. sterilis ssp ludoviciana (Leguizamón et al., 2005). In both cases, the new models obtained higher accuracy than the models previously published. The new L. rigidum model was based on three cardinal points that were set at 5.8ºC, 11.5 ºC and 20.6 ºC for base (Tb), optimum (To) and ceiling (Tc) temperature, respectively. On the other hand, the model based on hydrothermal time (HTT) did not significantly improve the models based on thermal time (TT). The accuracy of the new models performed better in northern locations than in southern locations. Therefore, specific models were developed for the north and south. The model developed for the northern locations performed very well, but the southern one needs to improve its accuracy. This study reveals that, for this weed species, different models should probably be developed for different climatic conditions. Regarding the C. diluta model, the three-parameter Weibull function best described seedling emergence of C. diluta. Emergence models were developed based on TT and HTT and showed high predictability, as evidenced by root mean square error (RMSE) values of 10.8 and 10.7, respectively. The three cardinal points were established for TT and HHT at 0.5 ºC, 10 ºC and 35 ºC for Tb, To and Tc, while base water potential (Ψb) was estimated at -0.5MPa. The A. sterilis ssp ludoviciana model also used three cardinal temperatures to estimate TT. The three cardinal points were set at -1.0, 5.8 and 18.0 C for Tb, To and Tc, while Ψb was set at -0.2 MPa for HTT estimation. Finally, the models for the three Phalaris species established three cardinal points for the parametric and non-parametric models were set between -1 °C and 1 °C for Tb, between 9.8 °C and 11.8 °C for To and between 21.2 °C and 23.4 °C for Tc; while Ψb was estimated between -1 and -1.1 MPa. In addition, these new models were validated at different independent situations. An adequate fit (RMSE<15) was obtained in 2 of the 2 situations tested for C. diluta and 5 of 8 for A. sterilis ssp ludoviciana. While parametric and non-parametric models for the three Phalaris species obtained similar results and were successfully validated in 12 of the 15 independent experiments. Despite of these trials, a new web application to predict the weed emergence was developed. This application is called MalertappUS and is available at https://malertappus.es. MalertappUS is able to predict the weed emergence implementing the new developed models for A. sterilis ssp. ludoviciana, C. diluta, L. rigidum, P. brachystachys, P. minor and P. paradoxa. Moreover, the models of two additional species (Papaver rhoeas L. and Bromus diandrus Roth) were also added. Using the data provided by this application, the models for these eight species were validated during two growing seasons (2019/20 and 2020/21) at six and nine locations, respectively. The species that obtained sufficiently robust results for their use were: C. diluta with 93% of success, B. diandrus with 86%, L. rigidum with 85%, P. rhoeas with 77%, P. paradoxa with 71% and A. sterilis ssp. ludoviciana with 53%.