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  • Casaabiertaaltiempo

    UNIVERSIDAD AlJTONOMA METROPOLITANA- IZTAPALAPA

    / D I S E O E IMPLEMENTACION DE UN S ISTEMA DE MONITOREO DE INTERCAMBIO GASEOSO EN PLANTAS /

    / MARTHA R E F U G I POSADAS

    P R O Y E C T O

    Presentado como requisito

    para obtener el grado de:

    / L I C E N C I A T U R A

    E N

    I N G E N I E R I A B IOMEDICA I

    Av. Michoacn y Pursima. Col. Vicentina. Iztapalapa. D.F. C.P. 09340. Tel. 686-03-22

  • E s t e p r oyec to f u e r e a l i z a d o en e l L a b o r a t o r i o de F i s i o -

    t e c n i a en e l Centro de Gen t i c a d e l C o l e g i o d e Pos tg raduados

    b a j o l a d i r e c c i n d e l D r . V ec to r A . Gonz lez Hernndez, acep-

    tado como r e q u i s i t o p a r a l a o b t enc i n d e l grado d e :

    L I C E N C I A T U R A

    EN

    I N G E N I E R I A BIOMEDICA

    -

    ASESOR INTERNO (UAM): M .C . MA. ESTHER D I A Z TREVIRO

    ASESOR EXTERNO ( C P ) : DR. V I C T O R A . GONZALEZ HERNANDEZ

    C h a p i n g o , Mxico, Septiembre de 1988.

  • 882155

    A G R A D E C I M I E N T O

    A todas aquellas personas que estuvieron cerca de mi

    y que de alguna u otra manera contribuyeron en este

    trabajo.

  • CONTENIDO P g .

    INDICE DE CUADROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv INDICE DE FIGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi INDICE DE ANEXOS. viii

    I. INTRODUCCION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 EL INTERCAMBIO GASEOSO 3

    . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conceptos Generales. 3

    Sistemas de anlisis de gases. 4 . . . . . . . Unidad de suministro y acondicionamiento de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    . . . . . . . . . . Cmara de asimilacin 4 . . . . . . . Sistema de muestre0 del gas 7

    Configuraciones de sistemas de anlisis de gases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    Sistema cerrado 8 - . . . . . . . . . . . . .

    . . . . . . . . . . . . . Sistema abierto 11 1.2 LA FOTOSINTESIS Y TRANSPIRACION COMO PROCESOS

    DIFUSIVOS. . . . 12 . . . . . . . Naturaleza de las resistencias 14

    . . . . . . . . . . . . . . Capa frontera 14 Estomtica. . . . . . . . . . . . . . . . 15

    1.3 METODOS DE MEDICION DE COZ Y VAPOR DE AGUA . 16 Medicin del COZ . . . . . . . . . . . . . . 16

    Analizador de gases de rayos infrarrojos (IRGA). . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

    Principio. . . . . . . . . . . . . . . 16 Construccin . . . . . . . . . . . . . 18 Calibracin. . . . . . . . . . . . . . 20

    i

  • Pg.

    Calibracin absoluta . . . . . . . 20 Calibracin diferencial. . . . . . 21

    Medicin del vapor de agua . . . . . . . . . . . 22 . . . . . . . . . Fsica del vapor de agua. 22

    Temperatura de punto de roclo. . . . . . 22 Dficit de saturacin. . . . . . . . . . 22 Humedad relativa . . . . . . . . . . . . 23

    Sensores de humedad . . . . . . . . . . . . 24 Psicrometrla de bulbo hGmedo y seco. . . 24 Sensores de humedad relativa . . . . . . 26 Higrometra de punto de roco. . . . . . 27

    11. DISEfJO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE MEDICION DE GASES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Caractersticas del sistema. . . . . . . . . . . 28 Determinacin de l a tasa fotosinttica (FC02). . 28 - Determinacin de la tasa transpiratoria (TT) . . 30 Descripcin del sistema. . . . . . . . . . . . . 30

    Sensores de COZ y vapor de agua . . . . . . 30 Sensor de COS. . . . . . . . . . . . . . 30 Sensor de humedad. . . . . . . . . . . . 32

    Sistema de muestre0 del gas . . . . . . . . 32 Sistema de acondicionamiento del aire . . . 33 Cmara de asimilacin . . . . . . . . . . . 34

    1II.PRUEBA DEL SISTEMA . . . . . . . . . . . . . . . 36 Evaluacin de la cmara sin planta . . . . . . . 36 Mediciones hechas en planta de maz y crtamo. . 38 Evaluacin experimental de la resistencia de capa frontera (ra). . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

    _I- --"-?---- -I

  • P g .

    . . . . . . . Clculo de la resistencia estomatal 50 Medicin de tasa transpiratoria y otros parmetros con base en porometra. . . . . . . . . . . . . . 52 Clculo de la resistencia estomatal (rs) con base en porometra . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

    IV. CONCLUSIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 V. BIBLIOGRAFIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

  • I N D I C E DE CUADROS

    Pg. Cuadro

    1

    6

    7

    8

    M e d i c i o n e s hechas a l a cmara d e a s i m i l a -

    c i n s i n p l a n t a . 37

    E v a l u a c i n d e l a cmara s i n p l a n t a .

    M e d i c i o n e s hechas a una p l a n t a d e m a z .

    38

    39

    M e d i c i o n e s hechas a una p l a n t a d e c r tamo . 40

    Tasas t r a n s p i r a t o r i a s ( T T ) p r omed i o a d i s -

    t i n t o s f l u j o s d e a i r e a t r a v s d e l a cmara

    d e a s i m i l a c i n en una p l a n t a d e ma z y cr-

    tamo.

    -

    M e d i c i o n e s h e chas a un s m i l d e p l a n t a d e

    ma z d e p a p e l f i l t r o .

    41

    45

    M e d i c i o n e s h e chas a un s m i l d e p l a n t a d e

    c r tamo d e p a p e l f i l t r o . 46

    Tasa d e e v a p o r a c i n (TE ) a d i s t i n t o s f l u j o s

    d e a i r e a t r a v s d e l a cmara d e a s i m i l a c i n

    en un s i m i l d e p l a n t a hecho c o n p a p e l f i l t r o . 47

    i v

  • Pg. Cuadro

    9

    10

    11

    12

    Resistencia de la capa frontera (ra) a

    distintos flujos a travs de la cmara

    de* asimilacin en un smil de planta de

    maz y crtamo hechos con papel filtro.

    Resistencia estomatal (r ) . S

    48

    51

    Valores obtenidos de TT y otros parmetros

    con base en porometra. 53

    Resistencia estomatal (r ) con base en

    porometra. S

    - 54

    V

  • I N D I C E DE F I G U R A S

    Figura

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    Sistema de anlisis de gases.

    Diagramas de las dos configuraciones

    ms usuales para los sistemas de an-

    lisis de gases.

    Modelo elctrico de la hoja que ilustra

    el proceso difusivo del C02.

    Construccin de un analizador de gases

    - de rayos infrarrojos ( I R G A ) con cmaras

    de absorcin en paralelo.

    Carta psicromtrica ilustrando las rela-

    ciones entre temperatura de bulbo seco y

    temperatura de bulbo hmedo, humedad re-

    lativa (RH), razn de humedad y presin

    de vapor.

    Diagrama de bloques.

    Pg.

    5

    9

    13

    19

    25 .

    31

    7 Cmara de asimilacin. 35

    vi

  • F i g u r a

    8

    9

    PSg.

    Tasa t r a n s p i r a t o r i a ( T T ) a d i s t i n t o s f l u -

    j o s de a i r e a t r a v s de l a cmara de asim&

    l a c i n en una p l a n t a de maz y crtamo. 42

    Tasa de evaporac in ( T E ) / R e s i s t e n c i a de

    l a capa f r o n t e r a ( r a ) . 49

  • I N D I C E DE ANEXOS

    Anexo

    1

    2

    3

    -

    4

    5

    Tabla meteorolgica Smithsoniana No. 108.

    Informacin tcnica del analizador de gases

    de rayos infrarrojos marca Beckman, Modelo

    865.

    Informacin tdcnica del higrmetro de punto

    de roco marca EGG Environmental Equipment,

    Modelo 660.

    Manual de operaciones e instrucciones de man

    tenimiento de las bombas de vaco marca Felisa,

    Modelos 1500 y 1600.

    -

    Manual de instrucciones de instalacin y ope-

    racin de l o s flujmetros marca Dwyer, series

    RMC y V F B .

    viii

  • 1

    1

    I. INTRODUCCION

    Las plantas constituyen los elementos fundamentales para

    la transformacin de la energa radiante a energa qufmica a

    travs de la fotosntesis, que es la base del proceso produc-

    tivo en la agricultura. La eficiencia en la produccin de un

    cultivo depende de cuanta energa qumica se elabora y que

    proporcin de esa energa se transforma en productos de impof

    tancia econmica para el productor, lo cual a su vez, es fun-

    cin del genotipo y de la disponibilidad de factores ambien-

    tales en cuanto a cantidad, calidad y oportunidad. Ortiz

    e$ al. (1985).

    Estos mismo autores sealan que durante el desarrollo de - una planta, existen numerosos pasos bioqumicos y fsicos-qu-

    micos que se integran a travs de esquemas complejos que ori-

    ginan procesos fisiolgicos, como son la fotosntesis, la res-

    piracin, la absorcin y el transporte de minerales, la trans-

    piracin, la floracin y otros muchos. La obtencin de altos

    rendimientos econmicos requiere de la optimizacin de dichos

    procesos, cuya expresin es determinada genticamente y modi-

    ficada por los factores ambientales. Estos Cltimos pueden ser

    manipulados por el hombre a travs de las prcticas culturales

    (fertilizacin, control de plagas, riego, etc.) afectando de

    esta manera al microclima en el sistema agrcola bajo produc-

    cin; es decir se afecta l a circulacin de C o p , la humedad re-

    lativa y la temperatura; se modifica la penetracin de energa

  • 2

    r a d i a n t e , a l t e r n d o s e l a e f i c i e n c i a d e l a a c t i v i d a d f o t o s i n -

    t t i c a . De e s t a f o rma , pueden a p r e c i a r s e l a s abundantes re-

    l a c i o n e s e n t r e los p r o c e s o s f i s i o l g i c o s y los f a c t o r e s am-

    b i e n t a l e s .

    En l a a c t u a l i d a d e x i s t e i n s t r u m e n t a c i n y m todos que

    b a j o c o n d i c i o n e s a m b i e n t a l e s c o n t r o l a d a s s on c a p a c e s d e moni-

    t o r e a r p r o c e s o s como l o s a n t e s d e s c r i t o s , d e n t r o d e l o s c u a l e s

    se d ebe o p t a r p o r a q u e l l o s que adems d e ser p r e c i s o s , resul-

    t e n g i l e s y p e r m i t a n l a e v a l u a c i n d e un nmero d e p l a n t a s

    que r e p r e s e n t e n a l a s p o b l a c i o n e s que se r e q u i e r e n a n a l i z a r .

    P o r l o a n t e r i o r , e 1 , o b j e t i v o d e es te p r o y e c t o c o n s i s t i

    e n d i s e a r e imp l ementa r un s i s t e m a p r e c i s o y g i l p a r a m e d i r

    el i n t e r c a m b i o g a s e o s o e n p l a n t a s ; e s d e c i r , l a m e d i c i n d e l -

    f l u j o g a s e o s o e n t r e l a p l a n t a y l a a t m s f e r a , p r o d u c i d o a t r a - vs d e l a f o t o s n t e s i s ( f i j a c i n C o n ) y l a t r a n s p i r a c i n (pf

    d i d a d e agua en forma d e v a p o r ) ; l o que p e r m i t e t e n e r una es-

    t i m a c i n d i r e c t a d e l a magn i tud y e f i c i e n c i a d e ambos p r o c e -

    sos.

  • 3

    1.1 EL INTERCAMBIO GASEOSO

    Concep t o s G e n e r a l e s

    E l i n t e r c a m b i o d e g a s f o t o s i n t s t i c o (C02), se r e f i e r e a l

    f l u j o d e g a s e n t r e l a p l a n t a y l a a t m s f e r a p r o d u c i d o a ' t r a -

    vs d e l a f o t o s n t e s i s , l o que p r o p o r c i o n a una med ida d i r e c t a

    d e e s t e p r o c e s o . S imu l tneamente se pueden h a c e r m e d i c i o n e s

    d e l v a p o r d e agua y 0 2 , l o s c u a l e s t amb in s on pa rme t r o s que

    p r o p o r c i o n a n i n f o r m a c i n s o b r e l a s l i m i t a c i o n e s d e l p r o c e s o

    f o t o s i n t t i c o .

    En l a a c t u a l i d a d e x i s t e n m todos e i n s t r u m e n t a c i n que

    p e r m i t e n m o n i t o r e a r camb ios muy pequeos e n l a c o n c e n t r a c i n

    d e C O Z p r o d u c i d o s en una a t m s f e r a dada p o r una p l a n t a comple -

    -

    t a , una h o j a o un segmento d e h o j a . E s t a s m e t o d o l o g i a s pue-

    den s e r usadas p a r a e s t u d i a r l a c o n t r i b u c i n f o t o s i n t t i c a d e

    l a p l a n t a o d e rganos d e l a misma ( en d i f e r e n t e s e t a p a s d e

    su d e s a r r o l l o o b a j o d i f e r e n t e s c o n d i c i o n e s a m b i e n t a l e s ) a

    l a p r o d u c t i v i d a d , en d i v e r s o s campos o amb i en t e s c o n t r o l a d o s

    en e l L a b o r a t o r i o .

    E l mtodo ms p r e c i s o p a r a m e d i r e l i n t e r c a m b i o d e CO,,

    e s m e d i a n t e e l uso d e un a n a l i z a d o r d e g a s d e r a y o s i n f r a r r o -

    j o s ( I R G A : I n f r a Red Gas A n a l i z e r ) . L a c a n t i d a d d e C O P as imk

    l a d o p o r l a p l a n t a puede se r med ido s i S s t a se a i s l a e n una

    I Z T P P A L A P-d L@" SERYlCtOS DOCUMErCrMEQ

  • 4

    cmara, haciendo pasar un flujo de aire y detectando el cam-

    bio de concentracin de COZ en la atmsfera de la misma. Long

    (1982).

    Sistemas de Anlisis de Gases

    Los sistemas abiertos de anlisis de gases, y l o s siste-

    mas cerrados de flujo circulante, consisten de cuatro partes

    fundamentalmente: una unidad de suministro y acondicionamien

    to de aire, una cmara de asimilacin, la red de tuberas pa-

    ra gas y el sensor del gas a medir ( C O Z y / o vapor de agua),

    (Figura 1).

    Undad de suministro y acondicionamiento de aire.

    -El aire que circula a travs de la cmara de asimilacin

    puede ser tratado previamente para tener l o s niveles de con-

    centracin de CO y en algunos casos de O , humedad y tempera tura previamente determinados, puede ser aire natural homoge-

    neizado. En ambos casos, se requiere conocer con la mayor

    precisin tales caractersticas para asegurarse que el ambieo

    te dentro de la cmara de asimilacin es adecuado. Esta uni-

    dad incluye bombas de presin-vaco, tubera, flujmetros y

    el equipo acondicionador u homogeneizador del aire.

    CImara de Asimilacin.

    Una cmara de asimilacin, no e s ms que un recinto ais-

    lado y transparente donde se introduce la planta completa o

  • 5

    @ VOOI0 \

    L

    t!

    A M b I L N T a

    FIGURA I . Slstemo de A&lisk de 008m8,

    I -

    .I . . .. . < ,.I , ~ ,

  • 6

    p a r t e d e e l l a para o b t e n e r i n f o r m a c i n a c e r c a d e l a s t a s a s d e

    i n t e r c a m b i o g a s e o s o , y a s e a f o t o s n t e s i s o t r a n s p i r a c i n . Es

    t a s cmaras s o n u t i l i z a d a s e n d o s f o r m a s p r i n c i p a l m e n t e :

    -

    En e l l a b o r a t o r i o , l a s p l a n t a s s e a i s l a n e n d i c h a s cma-

    ras para i n v e s t i g a r l o s n i v e l e s d e e s o s p r o c e s o s f i s i o l g i -

    c o s , m e d i a n t e l a o b s e r v a c i n d e l a r e s p u e s t a d e s u i n t e r c a m -

    b i o g a s e o s o y e l b a l a n c e d e e n e r g a e n un a m b i e n t e " c o n t r o l a -

    d o " ; e n f u n c i n d e l o s c a m b i o s q u e s e p r o d u z c a n e n e l a m b i e n -

    t e e x t e r n o a l a p l a n t a ( r a d i a c i n , t e m p e r a t u r a , humedad, c o n -

    c e n t r a c i o n e s d e COZ y 0 2 ) o e l a m b i e n t e i n t e r n o d e l a misma

    ( c o n t e n i d o d e s a l y a z c a r , n i v e l h o r m o n a l , e s t a d o h d r i c o d e

    l a p l a n t a , e t c . ) .

    -

    En e l c a m p o , l a s p l a n t a s s o n a i s l a d a s e n cmaras p o r t -

    t i l e s p a r a p r u e b a s d o n d e s e d e s c r i b e n c o m p o r t a m i e n t o s f i s i o -

    l g i c o s g e n e r a l m e n t e e n r e s p u e s t a a v a r i a c i o n e s n a t u r a l e s d e l

    a m b i e n t e ,

    E l o b j e t i v o . d e t a l e s e x p e r i m e n t o s es p o d e r d i l u c i d a r

    c i e r t o s p r o c e s o s e n c o n d i c i o n e s q u e s i m u l e n l a s n a t u r a l e s ,

    p e r o q u e p u e d e n s e r t a n a r t i f i c i a l e s como e l i n v e s t i g a d o r l o

    d e s e e . L a s c o n d i c i o n e s a m b i e n t a l e s d e n t r o d e l a cmara, p a r -

    t i c u l a r m e n t e e l m o v i m i e n t o d e l a i r e y e l f l u j o d e r a d i a c i n

    ( d e o n d a c o r t a y l a r g a ) , n u n c a p o d r n s e r i d n t i c a s a l a s n a -

    t u r a l e s ; s i n e m b a r g o , p u e d e n s imularse e n f o r m a muy p a r e c i d a .

  • A

    7

    El diseo de una cmara de asimilacin depender del ta-

    mao y forma del material vegetal a investigar, y del grado

    de control deseado en factores como la concentracin de C o p y

    vapor de agua, la temperatura y la energa radiante, todos

    ellos en relacin con el movimiento de aire a travs de la C&

    mara de asimilacin.

    A s pues, es deseable que las condiciones ambientales que

    estn afectando a la fotosntesis y la transpiracin, y por

    ende a la planta, sean conocidas y de preferencia estn bajo

    el control del investigador. Estas condiciones ambientales

    incluyen: la densidad de flujo de la radiacin fotosintgtica

    mente activa(que es aquella que tiene una longitud de onda en- -

    tre 400 a 700 rim), incidente sobre la hoja de todas las dire2

    cienes, temperatura de la hoja, concentracin de C 0 2 , 02, va- -

    por de agua, y presin y flujo del aire en la cmara. Adicio - nalmente, es conveniente lograr una distribucin homognea

    del aire circulante dentro de la cmara para evitar gradientes

    indeseables.

    Sistema de muestreo del gas.

    Muestras del aire circulante deben ser transferidas al

    sensor de C 0 2 o de vapor de agua en el estado requerido; es

    decir, con la cantidad, temperatura, presin, humedad y pure-

    za adecuadas. El sistema de muestreo puede variar considera-

    ,

    blemente en estructura. Generalmente cuando se usa en la me-

  • 8

    dicin del intercambio de C02 en plantas, este sistema est

    compuesto por: tubera, hiombas de presin-vaco, flujmetros,

    reguladores de presin y dispositivo de secado de aire con

    filtro y, vlvulas; para medicin de transpiracin se pueden

    usar adems filtros para impurezas.

    Configuraciones de sistemas de anslisis de gases

    Existen varias configuraciones para la implementacin de

    un sistema de anlisis de gases.

    usuales: sistema cerrado y sistema abierto.

    Dos de ellas son las ms

    Sistema cerrado.

    Este sistema descrito por Long (1982) es el ms simple y

    el ms apropiado para trabajos de laboratorio con bajo costo,

    sin requerir mucha especializacin en tcnicas de anlisis de

    gases; tambin trabaja con la menor sensibilidad del sensor del

    gas a medir (Cop o VA). En un sistema cerrado, el aire fluye

    de la cmara de asimilacin hacis el sistema de tubera del sen

    s o r ; despus el aire es reciclado del sensor nuevamente hacia

    la cmara, lo que implica que el aire no entra ni sale del sig

    tema, Gnicamente se est reciclando internamente (Figura 2a).

    -

    Si la hoja aislada en la cmara est fotosintetizando,

    entonces la concentracin de C o p en el sistema tendr un de-

    cremento, que continuar hasta que el punto de compensacin

  • r

    A T M O 8 r I R A

  • 10

    d e C O Z d e f o t o s n t e s i s sea a l c a n z a d o , P o r e l c o n t r a r i o , s i

    l a p l a n t a u h o j a e s t t r a n s p i r a n d o , l a c o n c e n t r a c i n d e VA a s

    m e n t a r p r o g r e s i v a m e n t e h a s t a p r o v o c a r c i e r r e e s t o m a t a l o l a

    s a t u r a c i n d e l a i r e i n t e r n o . L a t a s a d e a s i m i l a c i n f o t o s i n -

    t t i c a para C O Z ( F C 0 2 ) p u e d e ser c a l c u l a d a c o n la s i g u i e n t e

    e c u a c i n :

    F C 0 2 = ' ' d o n d e : A C a = Cambio d e c o n c e n t r a - c i n d e C o p e n un i n t e r v a l o d e t i e m p o ,

    t * A -

    V = V o l u m e n d e l s is tema (cmara d e a s i m i l a - c i n ) .

    t = I n t e r v a l o d e t i e m p o e n q u e s e t o m a r o n l o s c a m b i o s e n l a c o n c e n - t r a c i n d e COZ.

    A = Area f o l i a r .

    As p u e s , s e t i e n e q u e l a t r a n s p i r a c i n es la p r d i d a d e

    a g u a d e l a s p l a n t a s e n f o r m a d e v a p o r , d o n d e :

    Tasa t r a n s p i r a t o r i a = T r a n s p i r a c i n p o r u n i d a d d e t i e m p o y p o r

    u n i d a d d e r e a f o l i a r .

    F = F l u j o d e a i r e . F AVA AF P

    AVA = D i f e r e n c i a d e c o n c e n t r a c i n d e V A a n t e s y d e s p u s d e pasar p o r l a cmara.

    AF = Area f o l i a r .

  • A

    11

    Adicionalmente, debe mencionarse que tanto para fotoslfr

    tesis como para transpiracin los sistemas deben contar con

    una fuente de luz de intensidad y calidad adecuadas, puesto

    que los estomas generalmente se cierran en la obscuridad.

    Sistema ab i e r to .

    En un sistema de este tipo, fluye aire a travs de la c&

    mara de asimilacin donde se encuentra la planta con una con-

    centracin de COZ y vapor de agua conocidos, generalmente to-

    mados de l a atmsfera. El aire se hace circular por la cma-

    ra para posteriormente salir; el sensor medir entonces, la

    diferencia de concentracin de C o p o de VA contenidos en mueg

    tras de aire, antes y despus de haber circulado por la cma-

    ra (Figura 2b), Long (1982). -

  • -- .I* 12

    1.2. LA FOTOSINTESIS Y TRANSPIBBCION COHO PROCESOS DIFUSIVOS.

    Por analoga con la Ley de Ohm, tanto fotosntesis (Fs)

    como transpiracin (Tr) se pueden considerar como procesos di-

    rectamente relacionados con los gradientes de concentracin

    del gas que difunde (GO2 o vapor de agua) entre la hoja y la

    atmsfera, e inversamente proporcionales a la resistencia to-

    tal que deben vencer para difundir. Como ambos procesos ocu-

    rren a travs de los estomas, pueden visualizarse como sigue:

    Durante la fotosntesis, entra el C02 a la hoja a travs

    de los estomas debido a la existencia de un gradiente de difu-

    sin entre las clulas del mesfilo de la hoja que estn foto-

    sintetizando y la atmsfera. La tasa de fotosntesis, conside

    rada como un flujo de C o p , est dada por la magnitud del gra-

    diente, y la resistencia total a la difusin del C o p a lo lar-

    go del gradiente.

    -

    El flujo de gases entre regiones de concentraciones dife-

    rentes, es anlogo al flujo de electricidad a travs de un cog

    ductor elctrico. Haciendo una analoga a la Ley de Ohm, se

    tiene:

    donde: FC02 = Tasa fotosinttica. AC Ir FC02 = - bC = Gradiente de concentracin de

    C O Z entre la hoja y el aire.

    Cr = Resistencia total de la hoja a difusin de C02

  • FIGURA 3 . el proceso dlfusivo del COO

    Modelo el8ctrico da la hoja quo fiwtro 01

    Gaastra (1959) consider que la va de difusin para el

    Cop entre la atmsfera y el punto de carboxilacin consista

    de tres resistencias en serie: la resistencia de l a capa

    frontera (r,), la resistencia estomatal (r ) y la resistencia

    del mesfilo (rm) (Figura 3) . Por expansin de la ecuacin

    anterior:

    S

    Ca - r , donde Ca = Concentracin de COZ FC02 -i ra+rs+rm en la atmsfera.

    La concentracin de C02 en el sitio de carboxilacin es

    desconocida, pero es asumida en el modelo de Gaastra como ce-

    ro. En modelos posteriores el punto de compensacin de Cop

    de fotoslntesis (r) ha sido considerado como una mejor esti- cin de la concentracin dentro de la hoja.

  • .14

    S i m i l a r m e n t e , p a r a tasa d e t r a n s p i r a c i n , que es l a p r

    d i d a d e v a p o r d e agua d e l a h o j a a t r a v s d e los es tomas :

    VAho j a - V A a i r e TT = r + r a S

    Note que e l v a p o r d e agua p e r d i d o p o r t r a n s p i r a c i n es

    e l e v a p o r a d o en l a s s u p e r f i c i e s d e c l u l a s d e l m e s f i l o , p o r

    l o que l a s r e s i s t e n c i a s a l a d i f u s i n son slo l a s d e l es toma

    ( r ) y d e l a c apa f r o n t e r a ( ra ) . S

    N a t u r a l e z a d e l a s r e s i s t e n c i a s

    Capa frontera

    Cuando e v a p o r a una s u p e r f i c i e ( t a l como una h o j a ) , se

    forma una pequea capa d e m o l c u l a s d e a i r e y d e v a p o r d e

    agua a d y a c e n t e a e s t a s u p e r f i c i e , l a c u a l se c o n o c e como capa

    f r o n t e r a . L a p r o f u n d i d a d depende d e l a g e o m e t r a d e l a s u p e r

    f i c i e , d e l a v e l o c i d a d d e e v a p o r a c i n y d e l a v e l o c i d a d d e l

    v i e n t o . Cuando l a capa es p r o f u n d a , e n una g r a n s u p e r f i c i e

    o e n a i r e e s t t i c o , l a r e s i s t e n c i a a l a d i f u s i n d e g a s es

    mayor Long ( 1982 ) .

    E l l o i m p l i c a que l a r e s i s t e n c i a d e capa f r o n t e r a (ra)

    puede d i s m i n u i r s e m e d i a n t e el i n c r e m e n t o d e l f l u j o d e a i r e

    s o b r e l a p l a n t a y p o r l a d i s m i n u c i n del r e a f o l i a r .

  • 4

    15

    Los va lo res d e r o s c i l a n normalmente e n e l r ango 10 a a

    30 sm-l, y pueden ser una f r a c c i n pequea o g r ande d e l a

    r e s i s t e n c i a t o t a l .

    E s t o m t i c a

    L a o t r a r e s i s t e n c i a a l a c u a l se e n f r e n t a e l p r o c e s o d e

    d i f u s i n d e l v a p o r es t causada p o r e l g r a d o d e a p e r t u r a o

    c i e r r e d e l o s es tomas , l o que r e p r e s e n t a una r e s i s t e n c i a va -

    r i a b l e .

    Los p o r o s d e l o s es tomas pueden ser c o n s i d e r a d o s como

    p u e r t o s d e i n t e r c a m b i o e n t r e e l med io e x t e r n o y e l i n t e r i o r

    d e l a h o j a ; p o r e l l o , l o s f a c t o r e s f s i c o s que i n f l u y e n so-

    b r e l a d i f u s i n d e v a p o r d e agua a t r a v s d e d i c h o s p o r o s

    son i m p o r t a n t e s en e l e s t u d i o d e l a t r a n s p i r a c i n Long

    (1982 ) .

  • 16

    1.3 METODOS DE MEDICION DE COZ Y VAPOW DE AGUA

    M e d i c i n d e l COZ

    A n a l i z a d o r d e gases d e rayos i n f r a r r o j o s (IRGA).

    P r i n c i p i o

    E l p r i n c i p i o en e l que se basan l o s a n a l i z a d o r e s d e

    g a s e s d e r a y o s i n f r a r r o j o s y que a c o n t i n u a c i n se i n d i c a , es

    e l que s e a l a Long (1982) : E l a n l i s i s d e s u b s t a n c i a s en e l

    e s p e c t r o d e l a r e g i n i n f r a r r o j a es uno d e los mtodos ms co

    munes basado en l a i n t e r a c c i n d e l a m a t e r i a y l a r a d i a c i n

    e l e c t r o m a g n t i c a . Es ta es una r e l a c i n d i r e c t a e n t r e l a ab-

    s o r c i n d e l a s u b s t a n c i a en e l e s p e c t r o i n f r a r r o j o y su es-

    t r u c t u r a m o l e c u l a r , l a c u a l e s t d e t e rm inada p o r e l t i empo ,

    e l nmero y l a masa d e tomos , l a s f u e r z a s mutuas d e f r o n t e -

    r a y l a s i m e t r a d e l a m o l c u l a ( d i f e r e n t e s m o l c u l a s t i e n e n

    d i f e r e n t e e s p e c t r o ) .

    -

    -

    Gases y v a p o r e s que usua lmente e x h i b e n e s p e c t r o s muy com-

    p l e j o s son e s p e c i a l m e n t e adecuados p a r a e l a n l i s i s i n f r a r r o -

    j o . L a l l amada r e g i n i n t e r m e d i a i n f r a r r o j a d e l e s p e c t r o , se

    e n c u e n t r a e n t r e 2.5 y 25 um y es usada e n d i c h o a n l i s i s .

    L a v i b r a c n y r o t a c i n d e l e s p e c t r o d e l a s m o l c u l a s ,

    con s i m i l i t u d e s y d i f e r e n c i a s e n t r e e l l a s p e r m i t i e n d o l a me-

  • 17

    d i c i n s e l e c t i v a d e m e z c l a s d e g a s e s , caen d e n t r o d e e s t a l o n - g i t u d . En p r e s i o n e s y t e m p e r a t u r a s no rma l e s , es tos e s p e c t r o s

    e s t n c a r a c t e r i z a d o s p o r e s t r u c t u r a s muy f i n a s d e m o l c u l a s

    i n d i v i d u a l e s formando bandas d e a b s o r c i n con l n e a s c a r a c t e -

    r z a t i c a s , d e f o rma que s on r e g i s t r a d a s p o r e s p e c t r o s c o p i o s d e

    r e s o l u c i n moderada, l o que a s e g u r a una buena s e l e c t i v i d a d en

    l a m e d i c i n d e m e z c l a s . Los g a s e s C O Z , H 2 0 , CO, S 0 2 , NO, N 2 0 ,

    HCN, "3, C S 2 , CH4 y t o d o s los h i d r o c a r b o n o s a l t o s e s t n e n t r e

    l o s componentes ms comunes c o n a b s o r c i n en l a r e g i n i n f r a -

    r r o j a . P o r o t r o l a d o , m o l c u l a s c o n s t i t u i d a s p o r d o s tomos

    i g u a l e s (02, N 2 , H e , e t c . ) y g a s e s que no e x h i b e n momento d i -

    p o l a r , no abso rben r a d i a c i n i n f r a r r o j a .

    E l d i x i d o d e c a rbono es uno d e l o s g a s e s con mayor i n t e n

    s i d a d d e a b s o r c i n y p o r l o t a n t o , p a r t i c u l a r m e n t e adecuado

    p a r a l a d e t e r m i n a c i n d e c o n c e n t r a c i o n e s muy pequeas p o r an-

    l i s i s i n f r a r r o j o . L a banda d e mayor a b s o r c i n d e l COZ es en

    h = 4.25 pm con p i c o s s e c u n d a r i o s en X = 2 . 6 6 , 2 . 7 7 y 1 4 . 9 9 pm.

    Es i m p o r t a n t e h a c e r n o t a r que e l n i c o g a s p r e s e n t e normalmen-

    t e en e l a i r e c o n un e s p e c t r o d e a b s o r c i n que se e x t i e n d e so-

    b r e e l e s p e c t r o d e l C O 2 es e l v a p o r d e agua, que a b s o r b e r a -

    d i a c i n i n f r a r r o j a e n l a r e g i n 2 . 7 pm. E l v a p o r d e agua se

    p r e s e n t a usua lmente e n e l a i r e e n c o n c e n t r a c i o n e s mucho mayo-

    res que e l COZ . E s t a i n t e r f e r e n c i a r e p r e s e n t a un p rob l ema

    s i g n i f i c a t i v o ; s i n embargo, se puede v e n c e r h a c i e n d o e l s e ca -

    do d e l a i r e que v a a s e r examinado o b i e n , f i l t r a n d o l a r a d i a

    c i d n e n l a l o n g i t u d d e onda donde l a a b s o r c i n d e los dos ga-

    -

  • s e s c o i n c i d e .

    C o n s t r u c c i n

    E l a n a l i z a d o r d e g a s e s d e r a y o s i n f r a r r o j o s con-

    s i s t e d e t r e s p a r t e s b s i c a s : l a f u e n t e d e r a y o s i n f r a r r o j o s ,

    l a s cmaras d e mues t r e0 y e l d e t e c t o r .

    l a c o n s t r u c c i n d e un I R G A c o n d o s cmaras d e t e c t o r a s d e ab-

    s o r c i n en p a r a l e l o ; e s t e es e l t i p o d e c o n s t r u c c i n ms co -

    mnmente usado Janac et uk?. (1971) l a d e s c r i b e n :

    L a F i g u r a 4 i l u s t r a

    Dos e s p i r a l e s d e n i c r o m i o (o uno con e l r a y o d i v i d i d o

    p o r e s p e j o s ) c a l e n t a d o s p o r una c o r r i e n t e d e b a j o v o l t a j e a

    una t empe ra tu ra d e 600-800C ( r o j o v i vo ) , s i r v e como f u e n t e

    d e r a d i a c i n (1,2). L a r a d i a c i n d e un c a l e n t a d o r (2) pasa

    a t r a v s d e l t u b o d e mues t r a ( 4 ) , c o n t e n i e n d o e l a i r e que v a

    a s e r a n a l i z a d o y e n t r a a una cmara d e a b s o r c i n ( 6 ) . L a rg

    d i a c i n d e l o t r o c a l e n t a d o r (1) pasa a t r a v s d e l t ubo d e re-

    f e r e n c i a ( 3 ) , l l e n a d o con n i t r g e n o o con a i r e l i b r e d e C O Z y

    H20 y e n t r a e n o t r a cmara ( 5 ) . Las dos cmaras e s t n s e p a r a

    das d e l d e t e c t o r ( 7 ) p o r una membrana f i n a (hecha c on una a l e =

    c i d n d e a l u m i n i o ) d e 5 a 1 0 pm d e e s p e s o r , l a c u a l f o rma uno

    d e l o s e l e c t r o d o s d e l condensador d e l d i a f r a g m a . L a s v f a s d e

    r a d i a c i n s o n i n t e r r u m p i d a s po r . un o b t u r a d o r r o t a c i o n a l (10)

    que t i e n e una f r e c u e n c i a c o n s t a n t e e n t r e 2 y 20 Hz, causando

    cambios d e p r e s i n p e r o d i c a en e l d e t e c t o q c o n v i b r a c i o n e s

    s imu l tneamente d e l a membrana.

  • 19

    a n

    FIGURA 4

    an parotelo.

    Im 8 Puontam da Radia& .

    -e- >

  • 20

    La a m p l i t u d d e l a v i b r a c i n e s t d e t e rm inada p o r l a d i f e

    r e n c i a d e p r e s i n e n t r e l a s d o s cmaras , l a c u a l e s t d e t e r -

    minada p o r l a d i f e r e n c i a d e c o n c e n t r a c i n d e C O Z e n t r e l o s t u -

    b o s d e a n l i s i s y d e r e f e r e n c i a . E l cambio en l a amp l i t ud d e

    l a v i b r a c i n d e l a membrana p r o d u c e un cambio en l a c a p a c i d a d

    d e l condensador e l c u a l e s i n v e r s a m e n t e p r o p o r c i o n a l a l cambio

    d e v o l t a j e a t r a v s d e l condensador .

    C a l i b r a c i n

    Aunque l a c o n s t r u c c i n d e l IRGA d e s c r i t o t i e n e a l t a

    s e n s i b i l i d a d y c a p a c i d a d d e m o n i t o r e o c o n t i n u o d e c o n c e n t r a -

    c i n d e C O 2 , c a r e c e d e e s t a b i l i d a d en su c a l i b r a c i n p o r l a r -

    gos p e r o d o s d e t i e m p o . P a r a c u a l q u i e r t r a b a j o e s e s e n c i a l

    c a l i b r a r e l a n a l i z a d o r d i a r i a m e n t e . E l r e q u e r i m i e n t o mnimo

    p a r a una buena c a l i b r a c i n e s una f u e n t e d e g a s l i b r e d e COZ

    ( g e n e r a l m e n t e Ne) y una f u e n t e d e a i r e que c on t enga una c o n

    c e n t r a c i n c o n o c i d a d e C02 en e l r ango a ser a n a l i z a d o y c o g

    t e n i d o p r e f e r i b l e m e n t e en un c i l i n d r o d e a l u m i n i o ( s t e no

    d ebe a b s o r b e r COZ en sus p a r e d e s como l o h a r a un c i l i n d r o d e

    a c e r o ) . E x i s t e n do s f o rmas d e c a l i b r a r e l IRGA:

    1 . C a l i b r a c i n a b s o l u t a . Cuando e l a n a l i z a d o r v a y a a s e r

    usado p a r a d e t e r m i n a r l a c o n c e n t r a c i n e x a c t a d e CO2 en

    una mues t ra d e a i r e , s t e d e b e ser c a l i b r a d o en e l modo

    a b s o l u t o ; es d e c i r , l a mues t r a es comparada c o n g a s li-

    b r e d e C02. P a r a d i c h a c a l i b r a c i n , e l g a s l i b r e d e C02

  • 21

    es pasado a travs de ambos tubos,

    el de anlisis), haciendo el ajuste del cero en el gal-

    vanmetro. Posteriormente, muestras de aire con conceo

    tracin de COZ conocidas tambin se pasan a travs de

    ambos tubos y la deflexin de la aguja en el galvanme-

    tro deber ajustarse con la ganancia de amplificacin.

    (el de referencia y

    2. Calibracin diferencial. Cuando el analizador vaya a

    ser usado para determinar un cambio en la concentracin

    de C02; por ejemplo, la diferencia de concentracin de

    COZ en una corriente de aire antes y despus de haber

    pasado sobre una hoja, el analizador deber ser calibra

    do en modo diferencial. En este modo es posible detec-

    tar cambios muy pequeos de concentracin de C02 (por d e

    -bajo de 100 ~ g m - ~ con algunos modelos). Para una Cali-

    bracin precisa se requiere que los tubos de anlisis y

    referencia sean llenados con un mismo aire de una conce2

    tracin conocida de COZ; el cero es entonces ajustado en

    el galvanmetro Long (1982).

    Posteriormente se hace pasar un flujo igual de aire pero

    con mayor concentracin (conocida tambin) de C02 por el

    tubo de referencia, al mismo tiempo que el otro gas de

    menor concentracin de COZ pasa por el tubo de anlisis;

    en estas condiciones se ajusta la ganancia deseada en el

    galvanmetro. Este tipo de calibracin permite versati-

    lidad en la precisin de la calibracin.

  • 22

    M e d i c i n d e l v a p o r d e agua

    L o s c o n c e p t o s s o b r e l a s c a r a c t e r s t i c a s f s i c a s d e l va -

    p o r d e agua que se i n d i c a n a c o n t i n u a c i n , son l o s que s e a l a

    Lud low (1982 ) :

    F s i c a d e l v a p o r d e agua .

    E l v a p o r d e agua es un g a s que e j e r ce una p r e s i n pa r -

    c i a l en e l a i r e . E s t a p r e s i n e n a i r e s a t u r a d o ( P r e s i n d e

    v a p o r s a t u r a d a ) , e x p r e s a d a en k i l o p a s c a l e s (1 KPa = 75 mmHg

    a 0C = 10 mbar) se i n c r e m e n t a c o n l a t empe ra tu ra . S i n em-

    b a r g o , e l a i r e g e n e r a l m e n t e no es t s a t u r a d o y l a p r e s i n d e

    v a p o r es menor que l a p r e s i n d e v a p o r s a t u r a d o .

    -

    Tempera tura de punto d e r o c o

    Es l a t empe ra tu ra a l a c u a l l a p r e s i n d e v a p o r i g u a l a

    l a p r e s i n d e v a p o r s a t u r a d a , s i e l a i r e es e n f r i a d o s i n ga -

    n a r o p e r d e r agua .

    D e f i c i t d e s a t u r a c i n

    Es l a d i f e r e n c i a e n t r e l a p r e s n d e v a p o r y l a p r e s i n

    d e v a p o r s a t u r a d a a l a t e m p e r a t u r a d e l a i r e . En o t r a s p a l a -

    b r a s , el d f i c i t d e s a t u r a c i n es un n d i c e d e l p o d e r d e se-

    cado d e l a i r e ; e n t r e mas a l t o el d f i c i t ms g r ande es l a t a

    s a d e e v a p o r a c i n . Si l a t e m p e r a t u r a d e l a i r e y d e l a h o j a

    es l a misma, e l d f i c i t d e s a t u r a c i n es e q u i v a l e n t e a l a d i -

    -

    -

  • 4

    23

    ferencia de presiones de vapor de aire y de la hoja (e -e

    y est directamente relacionado con la tasa de transpiracin

    TT :

    h a

    e - e r + r

    a , donde h TT = a s

    r y rs = son respectivamente la resistencia de la capa frontera y la resistencia estoma- tal a la transferen- cia de vapor de agua.

    a

    Humedad relativa

    Es la razn de la'presin de vapor y la presin de vapor

    saturada a la temperatura del aire (e/eo) y se expresa como

    un porcentaje. La humedad relativa se usa principalmente pa

    ra describir el contenido de humedad en el aire, y como no

    tiene influencia directa en ningn proceso biolgico,es pre-

    ferible que en su lugar se usen uno o mls de los otros par-

    metros descritos anteriormente. Un error comGn en estudios

    de ambiente controlado es el de mantener constante la humedad

    relativa con el fin de mantener constante la tasa de evapora-

    cin mientras se vara la temperatura experimentalmente. Es-

    to da como resultado un dficit de saturacin, y por lo tanto

    la tasa de evaporacibn se incrementa con la temperatura.

    Todos estos parmetros, que describen el contenido de

    vapor de agua en el aire, estn estrechamente interrelaciona

    dos, de tal forma que si se conoce la temperatura del aire

    (del bulbo seco) pueden conocerse cualquiera de ellos. Estas

  • 24

    interrelaciones se muestran en la carta psicromtrica de la

    Figura 5; por ejemplo, si las temperaturas de bulbo hmedo

    y seco son 10 y 20 C respectivamente, la humedad relativa

    es 50%, la tasa de humedad es 7.5 g agua kg-I y la presin

    de vapor es 8.5 mmHg.

    Sensores de humedad

    Los sensores de humedad trabajan sobre uno de tres pri;

    cipios: de presin de bulbo hmedo, humedad relativa o tempe

    ratura de punto de roco. -

    Psicrometrfa de bu lbo hmedo y seco.

    Un psicrmetro de este tipo consiste de d os sensores de -

    temperatura, uno de los cuales est cubierto con muselina que

    se humedece. La evaporacin enfra el sensor humedecido a la

    temperatura de bulbo hmedo. La presin de vapor de agua (e)

    es calculada por la siguiente frmula:

    donde T1 y T son, respectivamente, las temperaturas de bulbo

    hmedo y seco; e (TI) es la presin de vapor saturada a la

    temperatura de bulbo hmedo, y y es la constante psicromtri-

    ca, valor del cual depende que elpsicrmetro sea ventilado o

    no. Los valores obtenidos con psicrmetros ventilados son

    S

  • 4

    25

    +amporo+uro do bulbo 8080 P C )

    Carta PaIcromtrica iiustrarndo las rela - cionea entre tempuaturu da bulbo seco y tuno peratura de bulbo hmedo, hummdod relati - vo ( RH l. rozn de humedad y- prm8in de vo- por.

  • *

    26

    g e n e r a l m e n t e ms p r e c i s o s que c on l o s d e l t i p o no v e n t i l a d o s .

    Los p s i c r m e t r o s d e b u l b o hmedo y s e c o s on r e l a t i v a m e n t e ba-

    r a t o s y s i m p l e s .

    S e n s o r e s d e humedad r e l a t i v a .

    Estos v a r a n d e s d e l o s s i m p l e s d i s p o s i t i v o s donde l a hu-

    medad r e l a t i v a i n f l u y e en l a s p r o p i e d a d e s mecn i ca s d e l mate-

    r i a l , h a s t a l o s ms c o m p l e j o s donde l a humedad a f e c t a l a s p r o

    p i e d a d e s e l c t r i c a s d e l o s s e n s o r e s .

    -

    E l s e n s o r d e c l o r u r o d e l i t i o es e l t i p o ms comn d e

    s e n s o r e l c t r i c o y es r e l a t i v a m e n t e b a r a t o . E l c l o r u r o d e

    l i t i o e s h i g r o s c p i c o y e l c o n t e n i d o d e humedad d e l a i r e de-

    t e r m i n a cuan ta agua a b s o r b e , l o c u a l i n f l u y e en l a r e s i s t e n -

    c i a AC d e l s e n s o r . E s t e t i p o d e s e n s o r es s e n s i b l e a c on t a -

    m i n a c i n p o r p o l v o y o t r a s p a r t c u l a s h i g r o s c p i c a s . Todos

    l o s s e n s o r e s e l c t r i c o s son s e n s i b l e s a ' c a m b i o s en l a tempe-

    r a t u r a , p o r l o c u a l d ebe h a c e r s e una c o r r e c c i n y a s e a e l c -

    t r i c a m e n t e o p o r c l c u l o .

    Ot ro mtodo s i m p l e y b a r a t o e s t basado en e l c o l o r d e l

    c l o r u r o d e c o b a l t o impregnado en p a p e l , e l c u a l cambia a a z u l

    p a r a humedad r e l a t i v a b a j a y d e l i l a a r o s a p a r a humedad rela

    t i v a a l t a . E s t o s i n d i c a d o r e s son usados c o m e r c i a l m e n t e p a r a

    c u b r i r v a r i a c i o n e s d e l 10 a l 100% d e humedad r e l a t i v a .

  • J

    27

    Higrometra de punto de roco.

    Existen bsicamente dos tipos de sensores de punto de

    roco: de sal saturada e higromtro de condensacin.

    Los del tipo de sal saturada son ampliamente usados por

    su bajo costo y simplicidad; adems de no ser afectados por

    iones contaminantes. Su mayor limitacin es una baja respues

    ta en tiempo e incapacidad de medir humedad relativa menor a

    10%.

    Los del tipo de condensacin operan en una amplia gama

    de puntos de roco y son ms rspdos, precisos y confiables,

    por lo que son ms costosos y complejos.

    -

    El aire que va a ser medido, se circula a travs del apa - rato, el cual lo enfra hasta que el roco empieza a tomar

    forma; este es detectado ptica o elctricamente, haciendo ce

    sar el enfriamiento; cuando el roco se est evaporando, el

    enfriamiento recomenza. El equilibrio de temperatura a la

    cual justamente el roco se est formando y evaporando es la

    temperatura de punto de roco, y es a esta temperatura a la

    cual el sistema deber estar calibrado antes de iniciar las

    mediciones.

    -

  • 28

    XI. DISEBO E IMPLEHENTACION DEL SISTEMA DE MEDICION DE GASES

    C a r a c t e r s t i c a s d e l sistema

    L a c o n f i g u r a c i n usada p a r a e s t e p r o y e c t o fue l a d e l s i c

    tema a b i e r t o ; e n e l c u a l , como y a se d e s c r i b i , se s u m i n i s t r a

    a i r e d e l a a t m s f e r a c o n c o n c e n t r a c i n d e C02 y v a p o r d e agua

    c o n o c i d a s , a t r a v s d e una cmara d e a s i m i l a c i n donde se en-

    c u e n t r a e l m a t e r i a l v e g e t a l . L o s s e n s o r e s u t i l i z a d o s e n e s t e

    d i s e o f u e r o n : un a n a l i z a d o r d e g a s e s d e r a y o s i n f r a r r o j o s p a

    r a e l C O Z y un h i g r m e t r o d e punto d e r o c o d e l t i p o conden-

    s a c i n p a r a e l v a p o r d e agua .

    Los s i s t e m a s a b i e r t o s pueden ser d i s e a d o s en d i v e r s o s

    tamaos, como e l d e B e a d l e e t al. ( 1974 ) q u i e n e s d i s e a r o n

    uno p a r a h o j a s s o l a s . E s t o s a u t o r e s t amb in a f i r m a n que l o s

    h i g r m e t r o s de punto d e r o c o s o n i n s t r u m e n t o s p r e c i s o s y

    c o n f i a b l e s p a r a m e d i r f l u j o s d e g a s e s .

    D e t e r m i n a c i n d e l a t a s a f o t o s i n t t i c a (FC02)

    A l m e d i r FC02 una mues t r a d e l a i r e que e n t r a a l a cma-

    r a pasa a t r a v s d e l t ubo d e r e f e r e n c i a y o t r a mues t ra d e l

    a i r e que s a l e d e l a cmara es pasado a t r a v s d e l t ubo d e

    a n l i s i s . E l I R G A m o n i t o r e a e n t o n c e s l a d i f e r e n c i a d e l con-

    t e n d o . d e COZ e n e l a i r e a n t e s y despus d e habe r e n t r a d o a

    l a cmara d e a s i m i l a c i n .

  • 29

    Para calcular la tasa fotosinttica FC02 se tiene la si-

    guiente relacin:

    F hCa A FC02 = donde: F = flujo del aire a travs de la cmara.

    ACa = diferencia de concentra- cin de C 0 2 antes y des- pus de pasar por la c- mara.

    A = Area foliar.

    Para determinar FC02 en un sistema abierto los requeri-

    mientos son: que el IRGA pueda ser calibrado en modo diferen

    cial; que el flujo del aire a travs de la cmara sea constan

    te y conocido en forma precisa y que el rea foliar sea deter-

    minada tambin en forma precisa.

    -

    Las ventajas en el uso de un sistema abierto son:

    1. Se puede determinar simultneamente la concentracin

    de C02 en un nmero n de cmaras de asimilacin, me-

    diante el uso de un interruptor.

    2. Mediante el acoplamiento de otros instrumentos, es

    posible medir otros procesos en forma simultnea,

    como la transpiracin.

  • 30

    D e t e r m i n a c i a n d e l a t a s a t r a n s p i r a t o r i a (TT)

    Con e l s i s t e m a d e s c r i t o a n t e r i o r m e n t e e s p o s i b l e c a l c u -

    l a r t amb in l a t a s a d e t r a n s p i r a c i n d e l a s p l a n t a s . A s , l a

    t empe ra tu ra o b t e n i d a c o n e l h g r m e t r o d e punto d e r o c o , t a g

    t o a l a e n t r a d a como a l a s a l i d a d e l a cmara, d ebe t r a n s f o r -

    marse a d e n s i d a d d e v a p o r d e agua , es d e c i r , c o n c e n t r a c i n d e

    v a p o r d e agua (CVA) u t i l i z a n d o l a s T a b l a s M e t e o r o l g i c a s Smith-

    s o n i a n a s ( T a b l a s No. 108) Anexo 1. Una v e z o b t e n i d o s e s t o s

    d a t o s se c a l c u l a en forma d i r e c t a l a t a s a t r a n s p i r a t o r i a :

    F l u j o x AVA T T = A r e a f o l i a r

    CVA s a l i d a - CVA e n t r a d a donde AVA =

    D e s c r i p c i n d e l s i s t e m a -

    A c o n t i n u a c i n s e p r e s e n t a e l d i ag rama d e b l o q u e s ( F i gu -

    r a 6 ) , e n e l c u a l se mues t ran e n f o rma e squem t i c a a t o d o s

    los c o n s t i t u y e n t e s d e l s i s t e m a , a s como l a s r e l a c i o n e s en-

    t r e e l l o s y e l f l u j o que e l p r o c e s o d e m e d i c i n d e g a s e s tie n e e n e l mismo.

    Sensores d e COZ y v a p o r d e agua .

    Sensor d e C02

    Se pre tend . i u t i l i z a r un a n a l i z a d o r d e g a s e s d e r a y o s

    i n f r a r r o j o s (IRGA) marca Beckman Mode l o 8 6 5 (Anexo 21, e l

  • 31

    ISTLMA D L ATMO8tLRA

    O821

    D ROTAMETRO I A G R A f DE M ASIMILACION

    n A

    A -

    B * L O Q U E S

    HIOROMETRO

    D E PUNTO

    D E ROCIO

    R

    G A

    E S T R

    .a>( ROTAMETRO

    FIGURA 6 : i

    .

    I

    i 4 n (AMslENTe)

    55

  • 32

    cual determina continuamente la concentracin de C O Z en una

    mezcla de gases. El anlisis est basado en una medicin

    diferencial de la absorcin de energa infrarroja.

    Para convertir las lecturas en valores de concentracin,

    es necesario utilizar una curva de calibracin, elaborada en

    el mismo instrumento y por investigador en funcin de los ob-

    jetivos del experimento con base en gases de concentracin co-

    nocida de C o p con precisin.

    Sensor de humedad

    Se utiliz un higrmetro de punto de rocko del tipo con-

    densacin, con detector ptico, marca EGG Environmental

    Equipment Modelo 660 (Anexo 3), cuyo sensor consiste de un

    espejo capaz de detectar temperaturas de punto de roco en el

    rango -40C a +lOOC.

    -

    Similarmente, como en el caso de las concentraciones de

    C o p , las temperaturas obtenidas deben transformarse a vapor

    de agua, es decir, concentracin de vapor de agua (CVA), y

    una vez obtenidos estos datos, se calcula en forma directa la

    tasa transpiratoria.

    Sistema de muestre0 del gas.

    Para este sistema se utilizaron bsicamente tres elemen-

    tos: bombas de presibn-vaco, flujmetros y tubera.

  • 33 I

    L a s bombas d e v a c o f u e r o n FELISA Mode l o s FE 1500 ( capa-

    c i d a d 50 l /m in ) y FE 1600 ( c a p a c i d a d 80 i /m in ) , d o s d e cada

    mode l o (Anexo 4 ) . L a s d e mayor c a p a c i d a d se emp lea ron p a r a

    s u m i n i s t r a r e l a i r e d e l a a t m s f e r a h a c i a e l s i s t e m a y l a s

    d e menor p a r a m u e s t r e a r e l a i r e d e l a cmara que s e r a ana l&

    zado p o r e l IRGA o s e n s o r d e VA a una t a s a d e 1 l / m i n p a r a e l

    p r i m e r o , y d e 1 . 8 l / m i n p a r a e l segundo s e n s o r .

    L o s rotmetros u t i l i z a d o s , d e marca Dwyer , t amb in fue-

    r o n d e d o s c a p a c i d a d e s : s e r i e RMC (30-300 l / m i n ) y s e r i e VFB

    (0-10 i /m in ) (Anexo 5 ) p a r a m o n i t o r e a r e l f l u j o s u m i n i s t r a d o

    d e l a a t m s f e r a y e l mues t r eado d e l a cmara, r e s p e c t i v a m e n t e .

    En r e l a c i n a l a t u b e r a , se u t i l i z : t u b e r a d e c o b r e

    ( m a t e r i a l impermeab l e a l C o p ) y t u b e r a f l e x i b l e (manguera)

    d e d i v e r s o s tamaos d epend i endo d e l a n e c e s i d a d d e l f l u j o d e

    a i r e .

    Sistema de acondicionamiento d e l a i r e .

    Este s i s t e m a c o n s i s t i d e un c i l i n d r o d e m e t a l con c a p a

    c i d a d d e 200 I t , a l c u a l se l e i n s e r t a r o n e n l a t a p a s u p e r i o r

    4 t ubos d e 1 .5 cm d e d i m e t r o ; d o s d e e l l o s e r a n p a r a e l i n -

    g r e s o d e l a i r e d e l a a t m s f e r a h a c i a e l i n t e r i o r d e l c i l i n d r o

    c on e l o b j e t o d e h o m o g e n e i z a r l o , y los otros t r e s e r a n sali-

    das , d o s d e l o s c u a l e s se c o n e c t a r o n d i r e c t a m e n t e a l a cmara

    y a l s e n s o r d e C o p o d e VA (IRGA o HPR) con e l o b j e t o d e t e -

    n e r l a r e f e r e n c i a d e l a i r e a t m o s f r i c o .

  • 34

    Cmara de a s i m i l a c i n .

    P a r a e l d i s e o d e l a cmara d e a s i m i l a c i n , se tomaron

    en cuen ta b s i c a m e n t e t r e s a s p e c t o s : m a t e r i a l , tamao d e l a

    mues t ra a i n t r o d u c i r y c i r c u l a c i n d e l a i r e .

    Dado que l o s e l e m e n t o s a a n a l i z a r s e e r a n e l C 0 2 y e l VA,

    e l m a t e r i a l d e b l a ser impermeab l e a e l l o s , p o r l o que se u t i -

    l i z a c r ' i l i c o t r a n s p a r e n t e d e 5 mm d e e s p e s o r , u n i d o s c o n pe-

    g a c r i l y s e l l a d o s con s i l i c n .

    L a cmara s e d i s e en p r i n c i p i o p a r a p l a n t a s d e ma z y

    s o r g o d e s d e aprox imadamente 4 a 8 semanas d e edad . Por l o

    mismo, se c o n s i d e r l a a l t u r a y nGmero d e h o j a s completamen-

    t e d e s a r r o l l a d a s d e m a t e r i a l e s d e e s t a edad . A s , l a cmara

    d e b e r a ser d e l a s s i g u i e n t e s d i m e n s i o n e s aprox imadamente

    -

    7 0 x 7 0 ~ 2 0 cm ( F i g u r a 7 ) .

    Adems, como en e s t o s e s t u d i o s es n e c e s a r i o g a r a n t i z a r

    e l c o n t a c t o un i f o rme y c o n s t a n t e d e l a i r e c on l a s u p e r f i c i e

    f o l i a r , se d e b a p r o c u r a r una buena c i r c u l a c i n d e l a i r e d e 2

    t r o d e l a cmara ; c o n t a l o b j e t i v o , se c o n s i d e r e l i m i n a r los

    n g u l o s d e 90" e n l a p a r t e s u p e r i o r d e l a misma, l a i n s t a l a -

    c i d n d e un v e n t i l a d o r (marca SF, Mode l o CK-120, 178 m3/hora )

    e n l a p a r t e i n f e r i o r p a r a i m p u l s a r l a c o r r i e n t e d e a i r e que

    i n g r e s a b a , y t e n e r una s a l i d a d e a i r e d e l a cmara d e l d o b l e

    d i m e t r o que l a d e l i n g r e s o .

  • 35

    CAMARA DE ASIMILACION

    vol (opro%j S St.6 Ita.

    FtGURA 7

  • 111. PRUEBA DEL SISTEMA

    La prueba del sistema se llev a cabo para el proceso de

    transpiracin, mediante tres mediciones: de una planta de maz,

    de una de crtamo y una sin planta. Esta ltima sirvi para

    detectar posibles fugas as como para estimar la precisin del

    sistema .

    Se coloc la muestra en la cmara de asimilacin y hacieg

    do circular por sta un determinado flujo de aire, se cuanti-

    fic la temperatura de punto de roco del aire que entr y sa-

    li a travs de la cmara, mediante el empleo del higrmetro

    de punto de roco.

    - Estas temperaturas se transformaron a concentraciones de

    vapor de agua ( C V A ) utilizando las tablas meteorolgicas Smith

    sonianas (Tabla No. lo$), para finalmente calcular en forma

    directa la tasa transpiratoria (TT):

    donde, AVA flujo Area foliar TT = CVA salida-

    = CVA entrada.

    Evaluacin de la cmara sin planta

    Para esta primera prueba se tomaron 15 lecturas (Cuadro 1)

    a un flujo de aire constante de 7 8 . 2 l/min, obtenindose los

    resultados que se presentan en el Cuadro 2.

  • Cuadro 1. Mediciones hechas a l a cmara de asimilacin sin planta.

    Temperatura Concentracin de vapor de agua Entrada Salida Entrada Sal ida ACVA 1 ' T l - 1 1

    ("CI ("C 1 (9 m - 7 ( 9 i (h-9 , ()lg an-2s-1)

    Flujo: 78.2 l/min

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10 11 12 13 14 15

    7.1 7.0 7.0 6.9 6.9 7.1 7.2 7 .O 7.1 7.0 7.0 7.0 7.0 6.9 6.9

    7.1 7.1 7 .O 7.0 7.1 7.2 7.2 7 .O 7.1 7 .O 7 .O 7 .O 7 .O 6.9 6.9

    7.801 7.750 7.750 7.699 7.699 7.801 7.851 7.750 7.801 7.750 7.750 7.750

    -7.750 7.699 7.699

    7.801 7.801 7.750 7.750 7.801 7.851 7.851 7.750 7.801 7.750 7.750 7.750 7.750 . 7.699 7.699

    - .

    - o. o51

    0.051 0.102 0.050

    -

    -

    O O O

    O O D . O o O

    - 0 O O

  • Cuadro 2 . Eva l uac i n de l a cmara s i n p l a n t a .

    -.

    38

    CVA F l u j o CVA ( en t rada ) CVA ( s a l i d a ) - 3 (LPM) gm-3 gm

    78.2 7 . 7 5 3 f 0 . 0 4 5 7 . 7 7 0 f 0.046 0.017 f 0 .03 ,

    Como s e puede o b s e r v a r , l a d i f e r e n c i a de concentra -

    c i dn de vapor e n t r e l a en t rada y s a l i d a f u e mucho menor que l a

    d e sv i a c i n e s t nda rd de l a s mismas, l o que i m p l i c a que e l

    e r r o r de d i s e o o c ons t rucc i n de l a cmara e s menor a l e r r o r

    exper imenta l y po r t an to s e puede c o n s i d e r a r como una cmara

    e f i c i e n t e y p r e c i s a en cuanto a f u ga s d e l s i s t e m a . De e s t a s

    dos p o s i b l e s f u e n t e s de e r r o r , se cons i d e r a que l a cons t ruc -

    c i dn es p rc t i camente l a de mayor i n f l u e n c i a .

    Med ic iones hechas en p lant ;aa .de ma42 y . c b r t a m o - - - -

    En e s t a s dos pruebas s e tomaron 10 l e c t u r a s p a r a t r e s

    f l u j o s d i s t i n t o s (Cuadros 3 y 4 ) con l a s c u a l e s s e c a l c u l a r o n

    l a s t a s a s t r a n s p i r a t o r i a s a d i f e r e n t e s f l u j o s que s e p re sentan

    en e l Cuadro 5 y s e i l u s t r a n g r f i camente en l a F i g u r a 8 .

    Se puede n o t a r que e l s i s t ema es su f i c i en t emente s e n s i -

    b l e p a r a d i f e r e n c i a r t a s a s de t r a n s p i r a c i n b a j a s como l a d e l

    maz y ms e l e v a d a s como l a de crtamo y an ms impor tante

    s e puede a p r e c i a r que l a t a s a t r a n s p i r a t o r i a (TT) en ambas

    p l a n t a s tuvo cambios s i g n i f i c a t i v o s conforme se v a r i e l f l u -

    _-

  • 39

    Cuadro 3. Mediaianes .hechas a una p l a n t a de maz . A r e a Foliar: 1565 em2.

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    Temperatura Concentracin de vapor de agua Entrada Sal ida Entrada Sal ida ACVA

    ("C 1 ("C) (9m- (h' 3 , (sm- 9 Flujo: 118.2 l /min

    6.3 6.3 6.6 7.1 7.0 7.0 6.4 6.7 6.4 5.8

    6.8 6.8 6.7 6.7 6.7 6.5 6.5 6.7 6.7 6.7

    7 .O 6.8 6.8 6.9 7.0 6.8 6.8 6.9 6.9 6.9

    7.2 7.2 7.3 7.7 7.4 7.7 6.4 7.3 6.9 6.7

    7.4 7.3 7.4 7.3 7.3 7.3 7.4 7.4 7.4 7.4

    7.7 8.0 7.8 7.5 7.8 8.0 7.9 7.9 7.8 7.9

    7.404 7.404 7.550 7.801 7.750 7.750 7.452 7.600 7.452 7.165

    7.649 7.649 7.600 7.600 7.600 7.501 7.501 7.600 7.600 7.600

    7.75 7.649 7.649 7.699 7.75 7.649 7.649 7.699 7.699 7.699

    7.851 7.851 7.902 8.110 7.954 8.110 7.699 7.902 7.699 7.600

    0.447 0.447 0.352 O. 309 O. 204 O. 360 O. 247 0.302 O. 247 0.435

    Flujo: 78.2 i / m i n

    7.954 7.902 7.954 7.902 7.902 7.902 7.954 7.954 7.954 . 7.954

    Flujo: 53.2 l /min

    8.11 8.27 8.163 8.006 8.163 8.27 8.216 8.216 8.163 8.216

    O. 305 O. 253 0.354 O. 302 0.302 0.402 0.453. 0.354. o. 354 0.354

    0.36 0.621 0.514 O. 357 0.413 O. 621 O. 567 0.517 O. 464 0.517

    O. 563 O. 563 0.445 O .389 0.257 O .453 0.31 1 O. 380 0.311 O. 547

    O. 254 0.211 O. 235 O. 251 O. 251 O. 334 O. 377 O. 295 O. 295 O. 295

    O. 204 0.352 O. 291 o. 202 O. 234 0.352 0.321 O. 293 O. 267 O. 293

  • 40

    2uadro 4 . M e d i c i o n e s h e c h a s a una p l a n t a d e c r t a m o . Area F o l i a r : 1 1 8 1 c m 2

    Temperatura Concentraci6n de vapor de agua 1 q q - t ' Entrada Salida Entrada Salida ACVA

    ("C) ("C) (9m- 3 , (b (9m- (yg cm-'s-')

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    7 .O 7 . 2 7.2 7 .2 7.3 7.3 7.0 7 .1 7.3 7.1

    7.3 7 . 2 7.3 7 .2 7 . 2 6.9- 6.8 6.8 6.8 6.9

    7 .O 6.9 7.0 7.0 7 .O 7 . 2 7 .1 6.9 7 .O 6.8

    10.6 1 1 .o 10.9 10.6 10.7 10.5 10.5 9.8 9.9

    1o.a

    9.8 10.0 10.1 10.1 10.2 9.9 Y .9 9.9

    10.5 10.1

    1 1 . 2 11.3 11.5 11 .7 t l . 5 11.6 11.9 11.8 11.9 11.9

    7.750 7.801 7.851 7.851 7.902 7.902 7.750 7.801 7.902 7 .SO1

    7.902 7.851 7.902 7.851 7.851 7.699 7.649 7.649 7.649 7.699

    7.750 7.699 7.750 7.750 7.750 7.851 7.801 7.699 7.750 7.649

    Flu jo : 118.2 l/min

    9.763 10.01 9.887 4.949 9.763 9.825 9.702 9.702 9.280 9.339

    Flu jo : 76.2 i/min

    9.280 9.399 9.459 9.459 9.519 9.339 9.339 9.339 9.702 9.459

    Flujo: 53.2 l / m i n

    10.14 10.20 10.33 10.46 10.33 10.40 10.59 10.53 10.59 10.59

    2.013 2.204 2.036 2.098 1.861 1.923 1.952 1 .go1 1.378 1.538

    1.378 1.548 1.557 1.608 1.668 1.640 1.690 1.690 2.053 1.76

    2.390 2.501 2.580 2.710 2.580 2.549 2.789 2.831 2.840 2.941

    3.36 3.68 3.40 3.50 3.10 3.21 3.26 3.17 2.30 2.56

    1.48 1.66 1.67 1.73 1.79 1.76 1.82 1.82 2.19 1.89

    1.79 1.88 1.94 2.03 1.94 1.91 2.10 2.13 2.13 2.21

  • Cuadro 5. Tasas t r a n s p i r a t o r i a s (TT ) p r omed i o a d i s t i n t o s f l u j o s d e a i r e a t r a v s d e l a cmara d e a s i m i l a - c i n en una p l a n t a d e ma z y c r tamo .

    CVA ( e n t r a d a ) T T -2s-1 l.ig cm F l u j o (LPM) -3 gm

    Rango

    C A R T A M O

    53.2 7.7420.05 2.0020.13 1.87-2.13

    76.2 7.7720.11 1.7820. 18 1.60 1.96

    118.2 7.8320.59 3.1520.42 2.73 3.57

    M A 1 2

    53.2 7.6920 .O4 O . 2820.05 O . 23-0.33

    76.2 7.5920.05 O . 2820.05 O . 23-0.33

    118.2 7 .5320.20 O .42+0.11 O . 31 -0.53

    j o d e a i r e , l o c u a l p u d i e r a d e b e r s e a l a s v a r i a c i o n e s en l a

    r e s i s t e n c i a d e l a capa f r o n t e r a a s o c i a d a s c on l o s aumentos

    d e l f l u j o d e a i r e , y a que no se d e t e c t a r o n camb ios en l a con-

    c e n t r a c i n d e v a p o r d e agua en e l a i r e c i r c u l a n t e .

    G o n z l e z (1982) empleando una cmara d e f l u j o a b i e r t o

    p a r a p l a n t a s c o m p l e t a s d e 200 dm3 d e c a p a c i d a d y un h i g rme-

    t r o d e punto d e r o c o como s e n s o r d e humedad, e n c o n t r t a s a s

    d e t r a n s p i r a c i n d e 0.9 a 1.3 pg cm-2s'1 p a r a p l a n t a s d e s o r -

    go a 3OoC y 800 pEm-2s'1. Las d i f e r e n c i a s c o n l a s d e l p r e -

    s e n t e t r a b a j o pueden d e b e r s e a l a e s p e c i e , a l a t empe ra tu ra

    y s o b r e t o d o a l a r a d i a c i n f o t o s i n t t i c a m e n t e a c t i v a .

  • I

    42

    1.0

    FIGURA 8.Taso Trancrpiratorio (TT)

    a di8tintOS flujos de aire a travs de la cmara de asimilacin en uno planta de mak y crtame. - I Z T A P A L A P ~ ' & &RVlCiQ QOCUMENiALQ J

  • 43

    Con una cmara d e 760 dm d e c a p a c i d a d r e c u b i e r t a d e PO-

    l i e t i l e n o y p a r a f i l m L i v e r a (1985) m i d i t r a n s p i r a c i n d e

    p l a n t a s c o m p l e t a s d e s o r g o , encon t r ando v a l o r e s d e 0 .01 a

    0 .09 pg c m - l C 2 e n donde e l r e a c o r r e s p o n d e a l s u e l o donde

    e s t a b a n l a s p l a n t a s .

    A c e r c a d e e s t a t c n i c a c o n c l u y e que , e s t a s cmaras g r a n

    d e s s i b i e n pueden r e p r o d u c i r r d i s t i n t a s a l a s d e l ambien-

    t e n a t u r a l , dan r e s u l t a d o s e x c e l e n t e s p a r a med i r t r a n s p i r a -

    c i n , r f o t o s n t e s i s y r e s p i r a c i n d e l o s c u l t i v o s en e l

    campo; a g r e g a que e s t a t c n i c a d ebe s e r t i l p a r a g e n o t i p o s

    a d i f e r e n t e s n i v e l e s d e agua y t empe ra tu ra .

    a

    S ,

    P o r o t r o l a d o , c on una cmara d e a s i m i l a c i n d e 1 dm

    a p l i i a d a en h o j a s s o l a s , e s t e mismo a u t o r d e t e c t d i f e r e n c i a s

    s i g n i f i c a t i v a s e n t r e g e n o t i p o s d e s o r g o y ma z p a r a T T que

    v a r i a r o n d e 0.06 a 0 .10 v g cm'1s'2, as imismo e n c o n t r d i f e -

    r e n c i a s e n r d e 2.4 a 4.3 s cm-l. S

    E v a l u a c i n e x p e r i m e n t a l d e la r e s i s t e n c i a d e capa f r o n t e r a ( ra )

    Cons i d e r ando que l a s v a r i a c i o n e s o b t e n i d a s en l a t a s a d e

    t r a n s p i r a c i n d e l a s p l a n t a s d e ma z y c r tamo p u d i e r o n d ebe r -

    se a l a d i s m i n u c i n d e l a r e s i s t e n c i a d e capa f r o n t e r a p o r e l

    hecho d e habe r v a r i a d o l o s f l u j o s d e l a i r e a t r a v s d e l a c-

    mara d e a s i m i l a c i n , se p r o c e d i a e v a l u a r en fo rma e xpe r imen

    t a l e s t a r e s i s t e n c i a .

    -

  • 44

    Con un slmil de cada planta de rea conocida, hechos a

    base de papel filtro humedecido, se procedi de la misma for

    ma que con las plantas naturales; se introdujo en la cmara,

    se circul aire con distintos flujos a travs de sta y se

    tomaron lecturas de temperatura de punto de roco en la en-

    trada y salida (Cuadros 6 y 7 ) .

    -

    Con el uso de papel filtro humedecido s e elimina la rs

    (la resistencia estomatal) y se logra una tasa de evaporacin

    (TE), de tal forma que a partir de la ecuacin para calcular

    transpiracin como proceso difusivo, se pudiera calcular la

    r de la cmara diseada: a

    AVA 6

    T E 5 r + r a

    AVA

    a si r = O, entonces TE =

    S r

    AVA TE Y ra =

    Note que AVA corresponde al gradiente de concentracin

    de vapor de agua entre la salida y entrada de la cmara de

    asimilacin al medirse el smil de papel filtro, y que TE

    equivale a la "transpiracin" de dicho smil estimada median

    te la expresin: -

    VA f l u j o rea foliar TT =

  • 45

    Cuadro 6 . Med ic iones hechas a un smil de p l a n t a de m a z de pape l fil- tro. Area F o l i a r : 1 6 6 9 cm2.

    Temperatura Concentracin de vapor de agua Entrada Salida Ehtrada Salida ACYA < t p i

    ("C) ("C) ( 9 i 3 ) (Sm-9 1 (pg Qn-2S-l)

    Flujo: 128.2 i/min

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    -3.7 -3.4 -3.8 -3.4 -3.6 -3.3 -3.2 -3.5 -3.3 -3.4

    -4.4 -4.3 -4.4 -4.3 -4.3 -4.4 -4.0 -4.2 -4.2 -4.2

    -3.2 -3.3 -3.3 -3.5 -3.4 -3.0 -3.2 -3.3 -3.2 -3.3

    -1.6 -1.6 -1.6 -1.7 - 1 .5 -1 .7 -1.9 -2 .1 -2.0 -1.8

    -1.9 -1.8 -2 .1 -1.9 -2.3 -2 .1 - 2 . 2 -1.5 -1.8 - 2 . 2

    -1.2 -1.3 -1.4 -1.4 -1.3 - 1 . 2 -1.3 -1 .5 -1.3 -1.3

    3.740 3.820 3.713 3.820 3.766 3.847 3.875 3.793 3 2 4 7 3.820

    3.557 3.583 3.557 3.583 3.588 3.557 3.660 3.609 3.609 3.609

    4.337 4.337 4.337 4.307 4.368 4.307 4.247 4.188 4.217 4.277

    Flujo: 68.2 Urnin

    4.247 4.277 4.188 4.247 4.129 4.188 4.159 4.368 4.277 4.159

    Flujo: 48.2 lhin

    3.875 3.847 3.847 3.793 3,820 3.930 3.875 3.847 3.875 3.847

    4.460 4.429 4.398 4.398 4.429 4.460 4.429 4.368 4.429 4.429

    O . 597 0.517 O . 624 O . 487 0.602 0.460 0.372 O . 395 0.370 O .457

    O . 690 O . 694 O . 631 O . 664 O . 546 0.631 O .499 O . 759 O .668 O . 550

    O . 585 O. 582 o. 551 O . 605 O .609 0.530 O . 554 0.521 O . 554 O . 582

    O . 764 O ,662 O . 799 O . 624 0.77i O . 589 0.476 O . 506 0.474 O . 585

    0.470 O . 473 0.430 0.452 0.372 O . 430 O . 340 0.517 0.455 O . 375

    0.281 O. 280 0. 265 O . 291 O . 293 o. 255 O . 266 o. 251 O . 266 O. 280

  • 46 uadro 7 . Mea i c i ones hechas a un s m i l de p l a n t a de crtamo de p a p e l

    f i l t r o . A rea F o l i a r : 1 6 2 5 cm2.

    Temperatura Concentracin de vapor de agua Entrada Sal ida Entrada Sal ida ACVA In"

    ("C) ("C) 1 (9m-3> ('3 mm3) (Jig Qn-'2s-')

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    1 2 3 4 5 6 7 8 9

    10

    -3.5 -3.2 -3.3 -3.3 -3.3 -3.2 -3.1 -3.2 -3.1 -3.0

    -3.4 -3.3 -3.4 -3.2 -3.3 -3.4 -3.2' -3.4 -3.5 -3.3

    -3.2 -3 .O -3.2 -3.0 -3.2 -3.0 -3.0 -3 .o -3.1 -3.0

    -2.1 -1.8 -1.9 -1.8 -1.8 -1.6 -1.6 -1.7 -1.4 -1.5

    -1.3 -1.4 -1.3 -1.3 -1.2 -1.3 -1.5 -1.3 -1.4 -1.2

    -1.3 -0.9 -1.2 -0.9 -1 .o -0.9 -1 .o -1.1 -1 .o -0.9

    Flujo: 128.2 Urnin 3.793 3.75 3.847 3.847 3.847 3.875 3.902 3.875 3.902 3.930

    4.188 4.277 J. 247 4.277 4.277 4.337 4.337 4.307 4.398 4.368

    Flujo : 68.2 l/min

    3.820 3.847 3.820 3.375 3.847 3.820 3.875 3.820 3.793 3.847

    4.429 4.398 4.429 4.429 4.460 4.429 4.368 4.429 4.398 4.460

    Flujo: 48.2 l/min

    3.875 3.930 3.875 3.930 3.875 3.930 3.930 3.930 3.902 3.930

    4.429 4.554 4.460 4.554 4.523 4.554 4.523 4.491 4.523 4.554

    O. 395 O. 402 O. 400 O. 430 0.430 O. 462 0.435 0.432 0.496 O. 438 m

    O. 609 o. 551 O. 609 O. 554 0.613 O. 609 O. 493 O. 609 O. 605 0.613 0.586

    O. 554 O. 624 O. 585 O. 624 O. 648 O. 624 O. 593 O. 561 O. 621 O. 624 m

    0.519 O. 529 O. 526 O. 565 O. 565 O. GO7 0.572 O. 568 O. 652 O. 576

    0.426 O. 385 0.426 0.387 O .429 G.426 0.345 0.426 0.423 0.429

    O. 274 O. 308 O. 289 0.308 0.320 0.308 O. 253 a. 277 O. 307 O. 308

  • 47

    donde e l r e a f o l i a r s e r a en e s t e c a so , l a s u p e r f i c i e evapo-

    r a t i v a d e l p ape l f i l t r o .

    L a t a s a de evaporac in c a l c u l a d a a d i s t i n t o s f l u j o s de a i -

    r e s e muestran en los Cuadros 8 y 9 y s e i l u s t r a n en l a F i g . 9 .

    Cuadro 8 , Tasa de e vapo r ac i n ( T E ) a d i s t i n t o s f l u j o s de a i r e a t r a v s de l a cmara de a s i m i l a c i n en un s m i l de p l a n t a hecho con p a p e l f i l t r o .

    Rango F l u j o CVA ( en t r ada ) T E -2s -1 ) (LPM) gm-3) (ilg cm CARTAMO

    48.2 3.9120.03 O . 3020 . O 1 O . 29-0.31

    68.2 3.8320.03 0.4120 . O 3 O. 39-0.44

    128.2 3.7820.04 O . 5720.04 0.53-0.61

    MAIZ

    3.8620.03 0.2720.01 O . 26-0.28

    68.2 3.5920 . O 3 0.4320.05 0.38-0.48

    128.2 3.8050.05 O .6220.12 O. 50-0.74

    L o s d a t o s anotados en e l Cuadro 8 confirman que una su-

    p e r f i c i e evaporante s i n estomas y b a j o un f l u j o de a i r e con

    c i e r t a concent rac in de vapor de agua , aumenta su t a s a de e v z

    po r a c i n a l e l e v a r e l f l u j o de a i r e c i r c u l a n t e a t r a v s de l a

    cmara. Dado que e s t a e vapo r ac i n slo encuentra l a ra, e s

    e v i d e n t e que l o s aumentos en f l u j o deben o c a s i o n a r una dismi-

    nuc in en r . a

  • J

    48

    Cuadro 9. Resistencia de la capa frontera (ra) a distintos flujos a travs de la cmara de asimilacin en un smil de planta'de maz y crtamo hechos con papel filtro.

    Resistencia de la capa frontera (r ) a Flujo (LPM) (s cm-1)

    M a z C r t a m o

    48.2

    68.2

    128.2

    2.10

    1.47

    0.79

    2.02

    1.43

    0.76

    Como se observa en el Cuadro .9, efectivamente la ra dis-

    minuy conforme se increment el flujo de aire a travs de la

    cmara de asimilacin conteniendo la muestra de papel filtro.

    En cnsecuencia, el sistema diseado es capaz de reproducir

    diferentes condiciones ambientales en cuanto a velocidad del

    viento y la correspondiente r para cada especie. a

    Bell e t d. (1973) encontraron una r de 0.14+0.02 s cm-l a en un sistema porttil que disearon para medir fotosntesis

    y rs de la hoja para hojas anfiestomticas.

    Otros autores (Parkinson e2 a e . , 1980) obtuvieron una ra

    de 0.15 a 0.31 para otro sistema porttil, valores que consi-

    deraron aceptablemente pequeos, aunque reconocieron que va-

    riaban dentro de la cmara, dependiendo de la distancia entre

    el ventilador y la muestra. Estos autores tampoco controla-

  • 49

    Ccm 8-1) ro

    2 .o

    I .o

    Tasa de Evapomcidn (TE) -

  • 50

    ron la temperatura de la hoja, pues consideraron que el di-

    seo y seleccin de los materiales a medir, permanecieran

    muy cercanos al de aquellas hojas no encerradas en la cma-

    ra.

    En el sistema aqu diseado se hace la misma considera-

    cibn, pues aunque no se control la temperatura foliar, el

    aire circulante a travs de la muestra era previamente homo-

    geneizado en un tanque de 200 1 y obtenido del ambiente ex-

    terno a unos 5 m de altura.

    CBilculo de la resistencia estomatal (ra)

    Dado que el flujo transpiratorio en plantas pasa por dos

    resistencias, la ra y la r s , con los datos anteriore.8 (Cuadro

    9) surge la pregunta si el flujo circulante en-la cmara de . .

    asimilacin tambin ocasiona camb-ios en-r .

    -

    8

    Por lo anterior, una vez obtenida la resistencia de capa

    a partir de la ecua - frontera (ra), se procedib a calcular r

    cin para TT considerada como proceso difusivo: 8 ,

    AVA r + r TT = -

    a S

    despejando rs: - r AVA TT a r = S

    Los valores estimados de rs se anotan en el CuadroLO.

    I

  • 3

    Cuadro 1 0 . Resistencia estomatal (rs).

    51

    Flujo (LPM) Resistencia estomatal (rs) (scm-l

    4 8 . 2

    6 8 . 2

    1 2 8 . 2

    Maz Crtamo

    -o. 32b - 0 . 6 9 8

    -0 .244 - 0 . 4 9 8

    0 . 0 1 3 -0 .160

    Bajo las condiciones experimentales del presente traba-

    jo, se encontr que las r de maz y crtamo fueron muy peque

    as e incluso la mayora de ellas con valores negativos; mag-

    nitudes negativas para r en este caso se interpretan como

    cero, ya que no se consideran factibles las r negativas. Es -

    to implica que para este sistema de gases, el cambio de flujo

    a travs de la cmara, no produce modificaciones en la rs de

    las plantas.

    S

    S

    - S

    Beadle d. ( 1 9 7 3 ) midieron intercambio de gases en hg

    jas solas de maz y de sorgo a diferentes intensidades lumino

    sas y 28C con una cmara de asimilacin pequea, encontrando

    TT a 2 6 0 pEm-2s'1 de 0 . 0 2 1 mg rnm2s'l y una r total de la hoja

    + r ) de aproximadamente 65 cm-l en ambas especies, en don -

    a

    ('a S de r = 0.05 scm-l bajo el diseo de los autores. Ntese que

    con este sistema, si bien la r es miniiscula, la r en cambio

    aumenta considerablemente. a S

  • 52

    Con g i r a s o l A s t o n (1976) e n c o n t r T T d e 5 a 6 Vg cm-2s-1

    y una r t o t a l a l a d i f u s i n (ra + r ) e s t imada d e 2 a 4 scm-l med i an t e e l uso d e una cmara d e a s i m i l a c i n c o n s t r u i d a en

    a c r l l i c o con 216 dm3 d e c a p a c i d a d y empleando un p s i c r m e t r o

    d i f e r e n c i a l p a r a r e g i s t r a r l a humedad d e l a i r e a l a e n t r a d a

    y a l a s a l i d a d e la cmara, y una r

    S

    d e 4 .3 a 5 scm-l. a

    Medicin d e t a s a t r a n s p i r a t o r i a y o t r os p a r m e t r o s c on b a s e en p o r o m e t r a

    Con e l f i n d e comparar l o s r e s u l t a d o s o b t e n i d o s c on e l

    s i s t e m a d i s e a d o c o n t r a o t r o mtodo c o n o c i d o y a c e p t a d o , se

    m i d i l a T T y a l g u n o s o t r o s pa rme t r o s c on b a s e e n p o r o m e t r a .

    Este mtodo c o n s i s t i en tomar l e c t u r a s d e h o j a s ub i c a -

    das en d i s t i n t o s n i v e l e s d e l a p l a n t a c on un po r me t r o marca -

    LI-COR, I N C . Mode l o L I -1600 , e l c u a l mide rs , humedad r e l a t i - v a (IR), t empe ra tu ra d e a i r e ( T a i r e ) y t r a n s p i r a c i n ( T T ) e n

    una pequea s u p e r f i c i e f o l i a r ( 2 cm2), y a sea e n e l ha z o e n

    e l e n v z . Con t a l p o r m e t r o se tomaron t r es mues t r a s e n cada

    p l a n t a ( d e ma z y d e crtamo) : una h o j a d e l e s t r a t o s u p e r i o r ,

    o t r a d e l med io y o t r a d e l e s t r a t o i n f e r i o r , e s t i m n d o s e l o s

    v a l o r e s p a r a e l ha z y e l e n v z e n c ada e s p e c i e , e n c o n d i c i o -

    n e s d e l a b o r a t o r i o .

    Los r e s u l t a d o s o b t e n i d o s se ano t an en e l Cuadro 11.

  • 53

    (d \rl

    L.4 U aJ a O L.4 O a o 9)

    al

    (d P

    fi O u

    rn O & u aJ

    \(d & (d a rn O kl U O

    h

    E-c E-c

    0) a rn O a 9-l o Q) u s O

    rn aJ L.4 O rl (d 3

    rn

    a

    4

    4

    O

    a (d 3 U

    UN00 . . . m m m

    N O 0 0

    NNN . . .

    H

    c

    m o o d 900U9

    O 0 0 0 . . . .

    A N I X - w

    9 c4 o m m w m m m . . .

    O 0 0

    N U Q ) m u u . . .

    m m \ 00 00u4-c

    N m m m . . . .

    4 t h Q ) c v 0 0 9 9 -

    O 0 0 0 . . . .

    O

    c

    4

    Ei

    PG

    4

    u

    m m 4

    II

    cv h

    O

    + -4 9

    O

    U n I X

    4 b O s

    W

    9 0 0 0

    4 4 N m m m

    . . .

    4-44

    999 4-4l-l

    . . .

    O 0 0

    NNN . . .

    a m m m m m m m m u m u . . . .

    u m m h -4ou00

    N m m c v . . . .

    o o u m-40 h l m m

    . . .

    O 0 0

    m h l h m m u . . .

  • 1

    54

    C l c u l o de l a r e s i s t e n c i a e s t omata l (r ) con b a s e en po romet r f a S

    Pa r t i endo de l o s v a l o r e s de r e s i s t e n c i a a l a d i f u s i n de

    vapor de cada l a d o de l a h o j a , es t imados con e l pormetro, s e

    c a l c u l l a r e s i s t e n c i a estornatal

    pa ra cada e s p e c i e , a s a b e r :

    ( rs ) de l a h o j a (ambas c a r a s ) ,

    1 1 1 a +

    r r r S haz envz

    Tomando l o s v a l o r e s medios s e o b tuv i e r on l o s d a t o s ano-

    t ados en e l Cuadro 12.

    Cuadro 1 2 . R e s i s t e n c i a e s tomata l (r ) con b a s e en Po romet r a . - S

    r ( ho j a ) S

    r (envz) S

    r (haz)

    (s cm-1) (s cm-1) (s cm-1) S

    ~~

    5.28 2.45

    ~ a z 3.92 3.18 1 .75

    Ntese en e l Cuadro 13 que en g e n e r a l l a t a s a t r a n s p i r a -

    t o r i a de crtamo e s mayor que l a de maz, como tambin s e ha-

    b r a de tec tado con e l s i s t ema a q u d i s eado ; s i n embargo, l a s

    magnitudes de d i cha s t a s a s son cons ide rab l emente mayores con

  • il

    55

    el mtodo poromtrico; estas diferencias se atribuyen a va-

    rias razones:

    En porometra se mide una superficie foliar de slo

    2 cm y de un solo lado de la hoja con una r hoja de

    0.2 s cm- ; mientras que en el sistema aqu diseado

    se mide la planta completa (ambas caras de l a hoja) que

    representa una superficie foliar mucho mayor y con una

    r variable segn el flujo del aire circulante.

    a

    a

    Ag, con el mtodo poromtrico, si bien se pueden detec -

    tar diferencias transpiratorias entre diferentes hojas

    y an entre diferentes posiciones de la hoja, difcilme:

    te se puede estimar la transpiracin promedio delaplan-

    -ta. Por el contrario, con la cmara y sistema diseados,

    la transpiracin promedio por unidad de rea foliar re-

    sulta la nica medicin directa, de la cual no se pueden

    inferir las diferencias entre hojas y entre sitios.

    Por otro lado, el pormetro empleado tambin da informa-

    cin sobre temperaturas de la hoja y del aire, as como

    la humedad relativa y la densidad de fotones fotosints-

    ticamente activa, Estas tambin podran ser obtenidas

    con la cmara de flujo abierto mediante la implementa-

    cin de l o s sensores respectivos.

    Sobre la rs de la hoja, cabe mencionar que sta siempre

    es menor que la rs de cada una de sus superficies, por lo que

  • 56

    l a c ompa rac i n d e l a p o r o m e t r a c on e l o t r o mtodo d ebe h a c e r

    se con l a r d e l a h o j a .

    -

    S

    Turne r (1969) o b s e r v r en ma z d e muy a m p l i a d i v e r s i -

    dad , d epend i endo d e l a p o s i c i n d e l a h o j a e n l a p l a n t a . En

    una h o j a s u p e r i o r u b i c a d a a 2.50 m d e a l t u r a , l a r e r a c a s i

    c e r o ; m i e n t r a s que en l a b a s e d e l a p l a n t a a unos 30 cm d e

    a l t u r a , l a rs e r a mayor a 100

    t r o .

    s

    S

    m e d i a n t e e l uso d e un porme-

    I Z T A P A L A P - A SERVICIOS DOCUMENTALQ,

  • I V . CONCLUSIONES

    De l o a n t e r i o r m e n t e , podemos c o n c l u i r l o s i g u i e n t e :

    1. Se c o n s i d e r a que e l mtodo d e s c r i t o es d e a l t a p r e c i s i n ,

    y a que los er rores e x p e r i m e n t a l e s que se o b t i e n e n s on

    p r c t i c a m e n t e i r r e l e v a n t e s y pueden ser d e b i d o s a l a s ca -

    r a c t e r s t i c a s d e d i s e o y c o n s t r u c c i n d e l a cmara d e

    a s i m i l a c i n usada .

    2. Es un mtodo c apa z d e m e d i r t a s a s t r a n s p i r a t o r i a s muy re-

    d u c i d a s , p o r l o que puede t r a b a j a r s e c o n p l a n t a s ms pe-

    queas que l a s u t i l i z a d a s e n e s t e e x p e r i m e n t o .

    3. P o r l a s d i m e n s i o n e s d e l a cmara d e a s i m i l a c i n , es po-

    s i b l e t r a b a j a r c on p l a n t a s d e m a z , c r tamo y e s p e c i e s s i m i l a r e s a s t a s h a s t a d e 65 cm d e l o n g i t u d d e l t a l l o c on

    e n t r e n u d o s c on h o j a s a c t i v a s .

    4 . E l mtodo p e r m i t e s i m u l a r una a m p l i a gama d e c o n d i c i o -

    n e s n a t u r a l e s en cuan t o a v i e n t o e i l u m i n a c i n .

    5 . E l mtodo adems p r o p o r c i o n a m e d i c i o n e s d e l g a s t o t o t a l

    d e agua d e l a p l a n t a o p o r un idad d e r e a f o l i a r .

  • 58

    BIBL IOGRAF IA

    ASTON, M.J. (1976). Variation of stomatal diffusive resistance with ambient humidity in sunflower. Aust. J. Plant Physiol. 3:489-501.

    BEADLE, C.L., Stevenson, K.R., Newmann, H.H., Thurtell, G.W. and King, K.M. (1973). Diffusive resistance, transpi- ration and photosynthesis in single leaves of corn and sorghum in relation to leaf water potencial. Can J. Plant Sci. 53:573-544.

    BEADLE, C.L., Stevenson, K.R., Thurtell, G.W. and Dub6 P.A. (1974). An open system for plant gas-exchange analysis. Can J. Plant Sci. 54:161-165.

    BELL, C.J. and Incoll, L.D. (1981). A handpiece for the simultaneous measurement of photosynthetic rate and leaf diffusive conductance. J. Exp. Bot. 32:1125-1134.

    DEVUN, R.M. (1970). Fisiologa Vegetal (0mega:Barcelona).

    GONZALEZ, H.V. (1982). Sorghum responses to high temperature and water stress imposed during panicle development. Ph.D. Dissertation.

    JANAC, J. (1971). Construction of infrared Cop analysers. En: Plant phosotynthetic production. Manual of methods (Eds. Z. Sestak, J. Catsky y P.G. Jarvis), pp. 118,119. (Zuid-Nederlandsche Drukkerij N.V., s-Hertogenbosch).

    LIVERA, M.M. (1985). Physiological responses of sorghum to its environment. I. Long threm effects of suboptimal temperatures on development. 11. Measuring conductance and water vapor en Cop exchange canopies.

    LONG, S.P. (1982) Measurement of photosynthetic gas exchange. En: Techniques in bioproductivity and photosynthesis (Eds. J. Coombs y D.O. Hall). pp. 25-34 (Pergamon Press: Inglaterra).

    LUDLOW, M.M. (1982). Measurement of solar radiation, tempe- rature and humidity. En: Techniques in bioproductivity and photosynthesis (Eds. J. Coombs y D.O. Hall), pp. 5-16. (Pergamon Press: Inglaterra).

    ORTIZ C.,J.,Mendoza O . , L. y Gonziez H., V. (1984). La Fisio- tecnia en la formaci6n de arquetipos vegetales. Ciencia y Desarrollo 60:-15-124 (CONACYT).