Modelos Computacionales Desarrollo del crecimiento

Uso de modelos para optimizar la densidad de plantación

La cercanía de las plantas afecta la plasticidad arquitectónica y la absorción de carbono.
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¿Cuál es la mejor manera de maximizar su cosecha: amontonar más plantas en su parcela o espaciarlas para maximizar la exposición a la luz? El modelado por computadora muestra que algunas plantas pueden modificar la arquitectura de sus hojas para mejorar la luz y, por lo tanto, pueden tolerar un hacinamiento moderado.

Para los productores de plantas anuales, se puede determinar el espacio óptimo entre plantas, desde sugerencias de paquetes de semillas hasta plantaciones intensivas, a partir de una sola temporada de crecimiento. Para cultivos perennes como la palma de aceite, que comienzan a producir 3 años después de la siembra y continúan produciendo durante 25 años, responder a esta pregunta requeriría ensayos agronómicos largos y costosos, lo que haría que la prueba de prácticas de siembra innovadoras fuera poco práctica. 

Un nuevo estudio del investigador del CIRAD Dr. Raphaël Perez y colegas probó el impacto del diseño de plantas y la plasticidad arquitectónica en las respuestas fisiológicas, como la interceptación de la luz y la asimilación de carbono.

Para determinar el grado de plasticidad arquitectónica con las densidades de plantación, los autores estimaron la biomasa y las dimensiones de las plantas de palmas cosechadas de 6 años cultivadas bajo diferentes densidades de plantación. También realizaron escaneos LiDAR para producir datos arquitectónicos en 3D. “Las mediciones de campo de la arquitectura de la hoja, principalmente los ángulos de la hoja y las coordenadas 3D, fueron difícilmente factibles en una gran cantidad de plantas y pueden ser muy sensibles a los manipuladores. Descubrimos que las mediciones basadas en LiDAR son prometedoras para el fenotipado rápido y preciso de la arquitectura de la palma aceitera”, explica Pérez.

Estos datos demostraron que las plantas de palma individuales expresan plasticidad. El aumento de la proximidad de la planta aumentó la longitud del raquis y la erección de la hoja, y disminuyó el peso de la hoja, mientras que otros rasgos estructurales permanecieron sin cambios.

El panel de la izquierda muestra una palmera como las coordenadas 3D de la nube de puntos Lidar. Una fotografía que apunta a la ubicación en la imagen de la nube de puntos muestra una bola de destino pegada a la hoja de palma. Este objetivo es evidente en la imagen de la nube de puntos como un punto. Otro panel amplía la imagen de la nube de puntos para mostrar el detalle de una hoja de palma con puntos a lo largo del raquis resaltados. Esto conduce a una imagen con solo el ángulo del raquis. Un panel final es una imagen del equipo Lidar montado en un trípode frente a una palmera.
Procesamiento de escaneos LiDAR utilizando el software PlantScan3D para recuperar coordenadas 3D a lo largo del raquis.

Un modelo de simulación de palma aceitera existente (VPalma) se usó luego en combinación con un modelo biofísico (Archimed-φ) para explorar cómo estos cambios en la arquitectura de la planta afectaron la interceptación de la luz y, por lo tanto, la adquisición de carbono. 

El modelo generó maquetas en 3D utilizando los datos medidos en el campo. Luego, los autores pudieron simular la cantidad de luz interceptada por plantas cultivadas a diferentes densidades. A partir de esto, se podría simular la asimilación de carbono a escala de parcela.

5 palmeras, cada una representando un diseño de plantación diferente, todas muestran una arquitectura vegetal diferente. Las diferencias en la intercepción de la luz son evidentes en el mapeo de colores falsos entre los árboles. Una leyenda para la irradiación varía de 0 a 500 vatios por metro cuadrado.
Cinco diseños de plantación (AE) y su impacto en la arquitectura de la planta y la interceptación de la luz.

Los autores encontraron que, si bien la plasticidad arquitectónica bajo una alta densidad de plantación mejoró la intercepción de la luz a través de la expansión del área foliar, la competencia por la luz impuesta por el diseño contrarrestó este beneficio en términos de asimilación de carbono a escala de rodal.

Pérez concluye, “la herramienta de modelado presentada en este documento allana el camino para diseñar patrones de plantación de plantaciones basados en in silico estimaciones del rendimiento de la planta”.

LEER EL ARTÍCULO:

Raphaël PA Perez, Rémi Vezy, Loïc Brancheriau, Frédéric Boudon, François Grand, Merlin Ramel, Doni Artanto Raharjo, Jean-Pierre Caliman, Jean Dauzat, Cuando la plasticidad arquitectónica no logra contrarrestar la competencia lumínica impuesta por el diseño vegetal: un in silico enfoque utilizando un modelo funcional-estructural de la palma de aceite, in silico Plants, Volumen 4, Número 1, 2022, diac009, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac009


Los datos procesados, así como el código de los modelos, están disponibles a los autores previa solicitud. El modelo Archimed-phi está disponible en línea (https://archimed-platform.github.io/archimed-phys-user-doc/). Un ejemplo de configuración de simulación está disponible en el repositorio de Zenodo (doi:10.5281/zenodo.6246090).

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