Arundo donax es una caña alta y perenne . Es una de las varias especies de cañas . Tiene varios nombres comunes que incluyen caña gigante , pasto elefante , carrizo , arundo , caña española , carrizo del río Colorado , caña silvestre y carrizo gigante . Arundo y donax son, respectivamente, los antiguos nombres latinos y griegos de la caña. [3]
Arundo donax crece en suelos húmedos, ya sean frescos o moderadamente salinos, y es originaria del Gran Medio Oriente . [4] [5] Ha sido ampliamente plantado y naturalizado en las regiones templadas, subtropicales y tropicales de ambos hemisferios, especialmente en el Mediterráneo , California , el Pacífico occidental y el Caribe y se considera invasivo en América del Norte y Oceanía. [6] [4] [5] [7] [8] Forma masas densas en sitios perturbados, dunas de arena, humedales y hábitats ribereños .
Arundo donax generalmente crece hasta 6 metros (20 pies) de altura o, en condiciones ideales, puede superar los 10 metros (33 pies). Los tallos huecos miden de 2 a 3 centímetros (0,79 a 1,18 pulgadas) de diámetro. Las hojas en forma de espada de color verde grisáceo son alternas, de 30 a 60 centímetros (12 a 24 pulgadas) de largo y de 2 a 6 centímetros (0,79 a 2,36 pulgadas) de ancho con una punta cónica y tienen un mechón peludo en la base. En general, la planta se parece a una caña común de gran tamaño ( Phragmites australis ) o a un bambú (subfamilia Bambusoideae).
A. donax florece a finales del verano, con penachos erguidos y plumosos de 40 a 60 centímetros (16 a 24 pulgadas) de largo, que generalmente no tienen semillas o tienen semillas que rara vez son fértiles. [9] En cambio, se reproduce principalmente vegetativamente mediante rizomas subterráneos fibrosos y resistentes que forman esteras nudosas y extendidas que penetran profundamente en el suelo, hasta 1 metro (3,3 pies) de profundidad. [10] [11] Los trozos de tallo y rizoma de menos de 5 centímetros (2,0 pulgadas) de largo y que contengan un solo nudo podrían brotar fácilmente en una variedad de condiciones. [12] Esta propagación vegetativa parece estar bien adaptada a las inundaciones, que pueden romper grupos individuales de A. donax , esparciendo los pedazos, que pueden brotar y colonizar río abajo. [10]
Arundo donax es una hierba alta y perenne de la subfamilia Arundinoideae , caracterizada por la fotosíntesis C3 . Los tallos producidos durante la primera temporada de crecimiento no son ramificados y son fotosintéticos. En el Mediterráneo , donde el clima templado se caracteriza por veranos cálidos y secos e inviernos suaves, alrededor de marzo emergen nuevos brotes de caña gigante, que crecen rápidamente en junio y julio y producen tallos y hojas. A partir de finales de julio las hojas inferiores empiezan a secarse, dependiendo de los patrones de temperatura estacionales. El secado se acelera durante el otoño cuando se produce la antesis desde principios de octubre hasta finales de noviembre. En esta etapa fenológica el contenido de humedad cae significativamente. En las bajas temperaturas del invierno el carrizo detiene su crecimiento; el rebrote se produce en primavera. La caña gigante se comporta como una planta anual en Europa Central , donde las temperaturas del suelo son bajas, debido a la escasa tolerancia a las heladas de los rizomas .
La temperatura base de crecimiento reportada para el junco gigante es de 7 °C, [13] con una temperatura máxima de 30 °C. Tiene una alta capacidad fotosintética , asociada a ausencia de saturación lumínica. Las tasas de intercambio de dióxido de carbono son altas en comparación con otras especies C 3 y C 4 ; La absorción máxima de CO 2 osciló entre 19,8 y 36,7 µmol m −2 s −1 en condiciones naturales, dependiendo de la irradiancia y la edad de las hojas. El intercambio de dióxido de carbono está regulado por la conductancia de las hojas. [14]
Los estudios han encontrado que esta planta es rica en compuestos activos de triptamina , pero hay más indicios de que las plantas en la India tienen estos compuestos que en los Estados Unidos . [15] También se han encontrado toxinas como la bufotenidina [16] y la gramina [15] .
Se ha descubierto que el rizoma seco al que se le ha quitado el tallo contiene 0,0057 % de DMT , 0,026 % de bufotenina y 0,0023 % de 5-MeO-MMT. [15] También se sabe que las flores tienen DMT y el análogo N-desmetilado 5-metoxilado, también 5-MeO-NMT . La sal metilada cuaternaria bastante tóxica de DMT, bufotenidina, [15] se ha encontrado en las flores y la deshidrobufotenidina cíclica en las raíces. [ cita necesaria ] También se sabe que A. donax libera compuestos orgánicos volátiles (COV), principalmente isopreno . [17]
En la mayoría de las zonas donde crece el carrizo ( zona mediterránea y EE.UU. ), no se producen semillas viables. [18] Se informa que la esterilidad de la caña gigante se debe a que la célula madre de la megaspora no se divide. [19] Esta esterilidad , que limita drásticamente la variabilidad genética, es un obstáculo para los programas de mejoramiento que tienen como objetivo aumentar la productividad y la calidad de la biomasa para la conversión de energía. [20] Se recolectaron un total de 185 clones de A. donax desde California hasta Carolina del Sur y se les tomaron huellas genéticas con los marcadores basados en SRAP y TE . [21] La caña gigante no mostró variación genética molecular a pesar de la amplia cobertura genómica de los marcadores utilizados en este estudio. Los datos moleculares apuntan firmemente a un único clon genético de A. donax en los Estados Unidos , aunque se han documentado múltiples introducciones de esta planta en los Estados Unidos . Otro estudio realizado en el área del Mediterráneo tomó muestras de caña gigante de 80 sitios diferentes y demostró una baja diversidad genética también en esta región. Los resultados indican la aparición de alteraciones posmeióticas en la vía de desarrollo del óvulo y del polen. Los datos del AFLP apoyan un origen monofilético de la caña gigante y sugieren que se originó en Asia y se extendió desde allí hacia la cuenca mediterránea .
El carrizo gigante está adaptado a una amplia variedad de condiciones ecológicas, pero generalmente se asocia con sistemas ribereños y de humedales. Se distribuye por el sur de los Estados Unidos desde Maryland hasta California . Las plantas pueden crecer en una variedad de suelos, desde arcillas pesadas hasta arenas sueltas y suelos de grava, pero prefieren suelos húmedos y drenados, donde producen densos rodales monotípicos .
Arundo es una planta altamente invasiva en los ríos del suroeste de América del Norte, y su promoción como biocombustible en otras regiones es de gran preocupación para los científicos ambientales y administradores de tierras. [22] Arundo donax fue introducido desde el Mediterráneo a California en la década de 1820 para material para techos y control de erosión en canales de drenaje en el área de Los Ángeles. [23] [10] A través de la difusión y plantaciones posteriores como planta ornamental y para su uso como cañas en instrumentos de viento de madera, se ha naturalizado en las cálidas aguas dulces costeras de América del Norte , y su área de distribución continúa extendiéndose.
También se ha plantado ampliamente en América del Sur y Australasia [23] [12] y en Nueva Zelanda figura en el Acuerdo Nacional de Plantas Plagas como un "organismo no deseado". [24] A pesar de sus características invasivas en regiones de todo el mundo donde no es nativo, la industria energética está promoviendo el arundo como cultivo de biocombustible. Algunas de las regiones, como el sureste de Estados Unidos, tienen perturbaciones naturales, como huracanes e inundaciones, que podrían dispersar ampliamente esta planta.
Se encuentra entre las plantas terrestres de más rápido crecimiento del mundo (casi 10 centímetros (3,9 pulgadas) por día). [8] Hasta donde sabemos, Arundo no proporciona ninguna fuente de alimento ni hábitats de anidación para la vida silvestre. El reemplazo de comunidades de plantas nativas por Arundo da como resultado un hábitat de baja calidad y un funcionamiento alterado del ecosistema. [23] [10] Por ejemplo, daña los ecosistemas ribereños de California al superar a las especies nativas, como los sauces, por el agua. Los tallos y hojas de A. donax contienen una variedad de químicos dañinos, incluyendo sílice y varios alcaloides , que lo protegen de la mayoría de los insectos herbívoros y disuaden a la vida silvestre de alimentarse de él. [23] [25] [10] El pastoreo de animales como ganado vacuno , ovejas y cabras puede tener algún efecto sobre él, pero es poco probable que sea útil para mantenerlo bajo control. [8]
Arundo donax parece estar muy adaptado a los incendios. Es altamente inflamable durante todo el año, y durante los meses más secos del año (julio a octubre), puede aumentar la probabilidad, intensidad y propagación de incendios forestales a través del ambiente ribereño, cambiando las comunidades de definidas por inundaciones a definidas por incendios. comunidades. [26] Después de los incendios, los rizomas de A. donax pueden rebrotar rápidamente, superando a las plantas nativas, lo que puede resultar en grandes rodales de A. donax a lo largo de los corredores ribereños. [27] [23] Por lo tanto, los incendios empujan al sistema hacia rodales monoespecíficos de A. donax .
Una comunidad de plantas ribereñas dominada por A. donax también puede haber reducido la sombra del dosel del hábitat en el arroyo, lo que puede resultar en un aumento de la temperatura del agua. Esto puede conducir a una disminución de las concentraciones de oxígeno y una menor diversidad de animales acuáticos. [23]
A medida que aumentó el impacto de Arundo donax en el medio ambiente y las especies nativas, se han realizado diversos esfuerzos para reducir su población. Tiene pocos enemigos naturales en su rango introducido. Se han importado varios insectos mediterráneos a los Estados Unidos como agentes de control biológico . [23] [25] [10] Se sabe que la avispa de Arundo, Tetramesa romana , el insecto escama de Arundo, Rhizaspidiotus donacis , y la mosca de Arundo, Cryptonevra , tienen algún efecto al dañar la planta. Tetramesa romana y más recientemente Rhizaspidiotus donacisis fueron registrados en Estados Unidos como agentes de control biológico.
También se han empleado otros remedios, como el uso de fuerza mecánica, ya que fuera de su área de distribución nativa, Arundo donax no se reproduce por semillas, por lo que eliminar la estructura de sus raíces puede ser eficaz para controlarlo. Evitar que reciba luz solar agotará los recursos de la planta y eventualmente la matará. [10] Los herbicidas sistémicos y el glifosato también se utilizan como remedios químicos.
El Departamento de Seguridad Nacional de Estados Unidos considera esta planta invasiva y en 2007 comenzó a investigar controles biológicos. [28] En 2015, el senador de Texas Carlos Uresti aprobó una legislación para crear un programa para erradicar el Arundo donax utilizando herbicidas y la avispa Arundo. [29]
En la región más al norte de Nueva Zelanda , Arundo donax desplaza a las plantas nativas, [30] reduce el hábitat de la vida silvestre, contribuye a una mayor frecuencia e intensidad de los incendios y modifica la hidrología de los ríos. [31]
Los cultivos energéticos son plantas que se producen con el expreso propósito de utilizar energéticamente su biomasa [32] y al mismo tiempo reducir las emisiones de dióxido de carbono . Los biocombustibles derivados de material vegetal lignocelulósico representan una importante alternativa de energía renovable a los combustibles fósiles para el transporte. [33] Los pastos rizomatosos perennes muestran varios atributos positivos como cultivos energéticos debido a su alta productividad, baja (no) demanda de aportes de nutrientes como consecuencia del reciclaje de nutrientes por sus rizomas , excepcional secuestro de carbono en el suelo ( pasto varilla 4X) , múltiples productos, adaptación a suelos salinos y aguas salinas , y resistencia a estreses bióticos y abióticos .
La caña gigante es uno de los cultivos más prometedores para la producción de energía en el clima mediterráneo de Europa y África, donde ha demostrado ventajas como cultivo autóctono (ya adaptado al medio ambiente ), rendimientos duraderos y resistente a largos períodos de sequía . Varios estudios de campo han destacado el efecto beneficioso del cultivo de carrizo gigante en el medio ambiente debido a sus necesidades mínimas de labranza del suelo , fertilizantes y pesticidas . Además, ofrece protección contra la erosión del suelo , [34] uno de los procesos de degradación de la tierra más importantes en los entornos mediterráneos y estadounidenses . La materia prima para bioenergía A. donax tiene un potencial impresionante para varios procesos de conversión. La biomasa seca tiene un alto poder calorífico de combustión directa de 19.000 kJ/kg (8.000 BTU/lb). En Italia , el Arundo donax se utilizó en un caso de 1937 a 1962 a gran escala industrial para papel y pasta disolvente . Este interés fue estimulado principalmente por el deseo de la dictadura, justo antes de la Segunda Guerra Mundial , de ser independiente de las fuentes extranjeras de fibras textiles y el deseo de un producto de exportación. [6] Según los registros históricos realizados por Snia Viscosa , la caña gigante se estableció en 6.300 ha en Torviscosa ( Udine ), alcanzando una producción media anual de 35 t ha -1 . [35] Hoy en día, varias universidades de los EE. UU . y de la UE han llevado a cabo varios estudios de selección sobre cultivos energéticos para evaluar e identificar las mejores prácticas de gestión para maximizar el rendimiento de la biomasa y evaluar los impactos ambientales.
El establecimiento es un punto crítico del cultivo. El tallo y el rizoma tienen una gran capacidad para brotar después de separarlos de la planta madre y ambos pueden usarse para la propagación clonal . Se encontró que el uso de rizomas es el mejor método de propagación para esta especie, logrando una mejor tasa de supervivencia. [36] En este estudio de campo, se observó cómo la densidad más baja (12 500 rizomas ha -1 ) dio como resultado plantas más altas y más gruesas en comparación con plantaciones más densas (25 000 rizomas ha -1 ). La preparación del semillero se realiza en primavera , inmediatamente antes de la siembra, mediante una pasada con una rastra de doble disco y una pasada con un cultivador de campo . La caña gigante tiene la posibilidad de adoptar una baja densidad de plantación. Los rizomas se plantaron a 10 a 20 centímetros (3,9 a 7,9 pulgadas) de profundidad del suelo, con una densidad mínima de plantas de 10 000 plantas por ha ), mientras que los tallos maduros , con dos o más nudos, se pueden plantar a 10 a 15 centímetros ( 3,9 a 5,9 pulgadas) de profundidad. Para garantizar una buena base de raíces y un contacto adecuado con el suelo , se necesita suficiente humedad inmediatamente después de la siembra. El fertilizante previo a la siembra se distribuye de acuerdo con la fertilidad inicial del suelo , pero generalmente se aplica una aplicación de P a una tasa de 80 a 100 kilogramos (180 a 220 libras) ha -1 .
A. donax mantiene una alta aptitud productiva sin riego en condiciones de clima semiárido . En el sur de Italia , se llevó a cabo un ensayo probando el rendimiento de 39 genotipos , y se alcanzó un rendimiento promedio de 22,1 t ha -1 de materia seca en el segundo año, [37] un resultado comparable con otros resultados obtenidos en España (22,5 t ha −1 ), así como en el sur de Grecia (19,0 t ha −1 ). Varios informes subrayaron que es más económico cultivar caña gigante bajo riego moderado .
Para evaluar diferentes prácticas de manejo, se evaluó la demanda de insumos y fertilizantes nitrogenados en un estudio de campo de 6 años realizado en la Universidad de Pisa . Los fertilizantes potenciaron la capacidad productiva en los años iniciales, pero a medida que pasan los años y se profundiza progresivamente el aparato radical, las diferencias por fertilizantes van disminuyendo hasta desaparecer. Se encontró que el tiempo de cosecha y la densidad de plantas no afectaron los rendimientos de biomasa .
Debido a su alta tasa de crecimiento y superior capacidad de captura de recursos (luz, agua y nutrientes), A. donax no se ve afectada por la competencia de malezas a partir del segundo año. Generalmente se recomienda la aplicación de un tratamiento post-emergente. El carrizo gigante tiene pocas enfermedades o plagas de insectos conocidas , pero en el cultivo intensivo no se utilizan pesticidas.
Para eliminar el carrizo al final del ciclo del cultivo, existen principalmente dos métodos: mecánico o químico. [38] Una excavadora puede ser útil para excavar los rizomas o, alternativamente, una única aplicación tardía de glifosato al 3% sobre la masa foliar es eficiente y efectiva y menos peligrosa para la biota. [39] Se seleccionó el glifosato como el producto más apropiado por consideraciones específicas sobre eficacia, seguridad ambiental, actividad residual del suelo, seguridad del operador, momento de aplicación y rentabilidad. Sin embargo, el glifosato sólo es eficaz en otoño, cuando las plantas transportan activamente nutrientes a la zona de las raíces, y normalmente se necesitan múltiples tratamientos. Otros herbicidas registrados para uso acuático pueden resultar muy eficaces para controlar Arundo en otras épocas del año.
Arundo donax es un fuerte candidato para su uso como fuente de biocombustible renovable debido a su rápida tasa de crecimiento y su capacidad para crecer en diferentes tipos de suelo y condiciones climáticas. A. donax producirá un promedio de tres kilogramos de biomasa por metro cuadrado (12 toneladas por acre/año) una vez establecido. [40] El aporte total de energía necesario para el cultivo de una hectárea aumenta desde cultivos no fertilizados (4 GJ ha-1) a cultivos fertilizados (18 GJ ha-1), mientras que el rendimiento energético máximo fue de 496 GJ ha-1, obtenido con 20.000 plantas por ha y fertilización; La fertilización produjo un aumento del 15% en la biomasa. El valor calorífico medio de la biomasa (técnicamente, el poder calorífico obtenido de la combustión de una muestra de biomasa en un sistema adiabático) de caña gigante es de aproximadamente 17 MJ kg-1 de materia seca, independientemente del uso de fertilizantes. [40]
Estudios realizados en la Unión Europea han identificado a A. donax como el cultivo de biomasa energética más productivo y de menor impacto (ver FAIR REPORT EU 2004).
También es importante su capacidad para crecer durante 20 a 25 años sin replantar.
En el Reino Unido se considera adecuado para plantar dentro y alrededor de zonas acuáticas. [41]
Se demostró que el Arundo donax cultivado en Australia es una materia prima potencial para producir biocombustibles avanzados mediante licuefacción hidrotermal . [42]
Fuera de su área de distribución nativa, el interés como cultivo para biocombustibles debe equilibrarse con su gran potencial invasivo.
Una preocupación ambiental cada vez mayor es la salud del sistema del suelo como uno de los principales factores que afectan la calidad y la productividad de los agroecosistemas. En todo el mundo, varias regiones están sometidas a una disminución de la fertilidad debido a una creciente degradación de los suelos, la pérdida de materia orgánica y una creciente desertificación. [43] Recientemente se llevaron a cabo investigaciones para evaluar, en las mismas condiciones edafológicas y climáticas, el impacto de tres sistemas agrícolas de largo plazo (14 años), carrizo continuo, pastizales naturales y secuencia de cultivos, sobre las características de la materia orgánica. y tamaño de la biomasa microbiana en el suelo. [44] El estudio señaló que un sistema de cultivo de caña gigante a largo plazo, caracterizado por una baja intensidad de labranza, afecta positivamente la cantidad y calidad de la materia orgánica del suelo . Arundo donax mostró valores mayores que el sistema de manejo labrado para el carbono orgánico total del suelo, el carbono de la fracción ligera, el carbono orgánico disuelto y el carbono de la biomasa microbiana. En cuanto a los parámetros de humificación, no se observaron diferencias estadísticas entre carrizo y una secuencia de cultivo (cereales-legumbres cultivadas convencionalmente).
Arundo donax se ha cultivado en Asia, el sur de Europa, el norte de África y Oriente Medio durante miles de años. Los antiguos egipcios envolvían a sus muertos en las hojas. Las cañas contienen sílice , quizás la razón de su durabilidad, y se han utilizado para fabricar cañas de pescar y bastones . [ cita necesaria ] Sus tallos rígidos también se utilizan como soporte para plantas trepadoras o enredaderas . [ cita necesaria ]
Esta planta puede haber sido utilizada en combinación con harmal ( Peganum harmala ) para crear una bebida similar a la ayahuasca sudamericana , y sus raíces pueden remontarse al Soma de la tradición . [45]
La caña madura se utiliza en la construcción como materia prima, dadas sus excelentes propiedades y forma tubular. Su parecido con el bambú permite su combinación en edificios, aunque Arundo es más flexible.
En las zonas rurales de España existe desde hace siglos una técnica denominada cañizo , consistente en rectángulos de aproximadamente 2 por 1 metros de cañas tejidas a las que se les podía añadir arcilla o yeso. Un cañizo adecuadamente aislado en un tejado podría conservar sus propiedades mecánicas durante más de 60 años. Su alto contenido en silicio permite que la caña conserve sus cualidades en el tiempo. Su bajo peso, flexibilidad, buena adherencia del tejido de cañizo y bajo precio de la materia prima han sido los principales motivos por los que se ha utilizado esta técnica. Sin embargo, en las últimas décadas, la migración rural del campo a los centros urbanos y la explotación extensiva de la tierra ha reducido su uso.
Recientemente se están tomando iniciativas para recuperar el uso de este material, combinando técnicas antiguas del mudhif (casas de caña) del sur de Irak con nuevos materiales.
Diversas asociaciones y colectivos, como CanyaViva, son pioneros en la investigación en combinación con las universidades españolas.
Los antiguos griegos utilizaban caña para fabricar flautas , conocidas como kalamaulos , de kalamos ("caña") + aulos ("flauta"). En aquella época, el mejor bastón para flautas procedía de las orillas del río Cephissus , en Ática, Grecia . Varios kalamauloi afinados de manera diferente y unidos formaron una siringe . La caña gigante se ha utilizado para fabricar flautas durante más de 5.000 años. Las flautas de pan constan de diez o más tubos fabricados con caña. La antigua flauta ney de punta está hecha de las mismas cañas. [46]
A. donax sigue siendo la principal materia prima de los fabricantes de lengüetas para clarinetes , saxofones , oboes , fagotes , gaitas y otros instrumentos de viento de madera . [47] El país de Var, en el sur de Francia, contiene la oferta más conocida de cañas para instrumentos.
Cuando es joven, los rumiantes comen fácilmente A. donax , pero se vuelve desagradable al madurar. [48] A. donax también se ha utilizado en humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales. [49]
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )