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El patrón de crecimiento de la palma de cera (Ceroxylon quindiuense). MAURICIO BERNAL RODRÍGUEZ Trabajo de grado presentado para optar al título de biólogo Director: Santiago Madriñán, Ph. D. Profesor Asociado Universidad de los Andes Codirector: Pablo Stevenson, Ph.D. Profesor Asociado Universidad de los Andes Codirector: Alfredo Navas, Biólogo M.Sc. Bogotá D. C., Enero 2007 2 RESUMEN..........................................................................................................................4 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................5 OBJETIVOS.....................................................................................................................10 GENERAL........................................................................................................................10 ESPECÍFICOS ..................................................................................................................10 MATERIALES Y MÉTODOS .......................................................................................11 LUGAR DE ESTUDIO........................................................................................................11 MEDIDAS ........................................................................................................................11 ANÁLISIS DE DATOS........................................................................................................13 RESULTADOS.................................................................................................................14 TALLO.............................................................................................................................14 Cambios en el diámetro...........................................................................................15 Distancias internodales............................................................................................16 HOJAS.............................................................................................................................17 Cambio en el número de hojas................................................................................17 Cambio en el tamaño de las hojas...........................................................................18 Cambio en la forma de las hojas.............................................................................19 3 TASAS DE CRECIMIENTO.................................................................................................20 Datos de crecimiento................................................................................................20 Modelo temporal del patrón de crecimiento de Ceroxylon quindiuense .............20 DISCUSION.....................................................................................................................22 TABLAS, FIGURAS E IMÁGENES ..............................................................................A TABLA..............................................................................................................................A FIGURAS ..........................................................................................................................B IMÁGENES........................................................................................................................ L AGRADECIMIENTOS.................................................................................................... P BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................... P RESUMEN La palma de cera (Ceroxylon quindiuense) perteneciente a la familia Arecaceae, presenta aspectos particulares en su morfología y en su desarrollo con respecto a otras palmas, esto hace interesante el estudio detallado de su patrón de crecimiento. No son muchos los trabajos que se han realizado sobre la biología de la palma de cera, además es una especie en vía de extinción y cualquier estudio que contribuya a su conservación es de gran utilidad. El objetivo de este trabajo es describir los aspectos del patrón de crecimiento de la palma de cera Ceroxylon quindiuense. Por medio de una metodología descriptiva, se tomaron medidas morfológicas en palmas de todos los tamaños, en bosques intervenidos y en potreros del municipio de Salento, Quindío (n = 33). También se obtuvieron datos en el Jardín Botánico (n = 15) y en el Parque de la Independencia (n = 8) en la ciudad de Bogotá. El patrón de crecimiento describe cambios en el diámetro del tallo, en las distancias internodales, en los ángulos de inserción de las hojas, en la morfología foliar y en el número de hojas. Con base en las observaciones de los diferentes individuos, se logró reconstruir la historia de vida de una palma hipotética a través de todo su desarrollo. También se lograron establecer tasas de crecimiento y de producción de hojas comparando fotografías tomadas más de siete años atrás. Combinando los datos obtenidos se consiguió establecer un modelo de crecimiento temporal y una aplicación dendrocronológica del patrón de crecimiento. 5 INTRODUCCIÓN Las palmas, familia Arecaceae, son un grupo natural y fácil de “reconocer” por su apariencia y arquitectura. En general constan de un eje monopodial no ramificado, donde las únicas ramas constituyen las inflorescencias axilares o terminales, que tienen uno o varios órdenes de ramificación. Existen sin embargo algunos géneros excepcionales donde encontramos palmas que ramifican dicotómicamente (Hyphaene compressa) (Uhl & Dransfield, 1987.) u otros géneros más comunes con crecimiento rizomatoso que ramifican en la base y forman agrupaciones de tallos. Como la gran mayoría de monocotiledóneas, las palmas no poseen un cambium vascular, el transporte de savia bruta y elaborada debe realizarse en tejidos vasculares primarios que funcionan durante toda la vida de la planta (Zimmermann, 1973). Una ramificación del tallo implicaría la repartición de un número determinado de haces vasculares para una mayor área foliar, esto limita la eficiencia en el transporte a través del xilema y el floema (Hallé et al., 1978). Los puentes intervasculares ayudan a evitar la perdida de haces vasculares durante la abscisión de apéndices, permitiendo que los tejidos vasculares primarios funcionen durante toda su vida (Zimmermann, 1973). La regla de conformidad axial de Corner (1949) nos dice que entre más grueso es el eje de una especie dada, más grandes y complicados serán sus apéndices. Con base en dichas reglas podemos interpretar los cambios de tamaño de los apéndices en una misma planta. En el caso de las palmas, el tamaño de los apéndices que se insertan en el tronco, hojas e 6 inflorescencias, esta determinado por el diámetro del tronco. La masa de una hoja es proporcional al cuadrado del radio del tallo que la soporta, debido a limitantes hidráulicas al igual que mecánicas (Niklas, 2003 2006). Las palmas tienen características morfológicas y de desarrollo que limitan su habilidad para ajustar la disposición foliar. Sin embargo, existe una gran diversidad en la forma y el tamaño de las coronas (Uhl & Dransfield, 1987). En términos de funcionamiento, las hojas pinaticompuestas han sido comparadas con ramas por la forma como distribuyen superficies fotosintéticas lejos del eje central (Givnish, 1978). Las palmas pueden aumentar su superficie fotosintética produciendo más hojas o aumentando el tamaño de estas. Sin un cambio en la forma de las hojas, la sobreposición y la sombra limitan el número en la corona (Rich, 1995). Cambios ontogenéticos en la forma de la hoja permiten la construcción de coronas eficientes y son la respuesta a cambios microclimáticosdurante el crecimiento (Tomlinson, 1960). En general, la corona de muchas monocotiledóneas de gran tamaño es el resultado de un compromiso mecánico entre órganos rígidos externos de soporte y órganos internos en expansión (Tomlinson, 1962). En este contexto será utilizado el término “vigor”, que en una palma monopodial, está relacionado con el grosor de su tallo y con la rapidez con que esta crece. Troncos gruesos son los cimientos de un individuo con capacidad de crecer más alto y poseer apéndices de mayor tamaño, y distancias internodales grandes son sinónimo de un crecimiento acelerado. El conjunto de estas características es una forma de distinguir que individuos 7 son más vigorosos en una población. La dendrocronología es una ciencia que explica eventos históricos mediante la observación morfológica y anatómica de las plantas. En las zonas templadas, donde ocurren patrones climáticos anuales, podemos inferir dichos eventos si observamos los anillos de crecimiento en cortes transvesales de los troncos en las especies arbóreas. En las zonas tropicales los patrones climáticos no tienen un ritmo que nos permita hacer inferencias de manera obvia mediante la observación anatómica de los árboles (Hallé, Oldeman & Tomlinson, 1978). La dendrocronología tropical debe valerse de otros modelos para estimar las edades de las plantas y poder revelar eventos históricos. Las palmas se caracterizan por tener una producción de hojas continua que muchas veces dejan marcas o cicatrices prominentes sobre el tallo al caer (Hallé, Oldeman & Tomlinson, 1978). La tasa de formación de cicatrices, las distancias internodales y la tasa de expansión foliar, son datos que han sido utilizados para estimar la tasa de crecimiento y la edad de las palmas. Corner (1966) sugiere que la edad de una palma (A) puede ser calculada por medio de la ecuación siguiente: A = (N + R) D + T R: Suma del número de cicatrices. N: Número de hojas abiertas o completamente expandidas. 8 D: Tiempo que dura la hoja desde que se abre hasta que perece. T: Tiempo que la palma está en el estado de plántula (sin tallo aéreo visible). Este modelo asume que la tasa de crecimiento y la tasa de producción de hojas en las palmas son constantes durante toda la vida de la planta. Sin embargo no existe evidencia experimental de largo plazo que soporte dichas suposiciones (Lugo & Rivera, 1987). Las palmas están presentes en casi todos los ecosistemas tropicales (Tomlinson, 1979), conocer su ecología y su modelo de crecimiento temporal permite tener una herramienta dendrocronológica importante. La ausencia de cambium vascular hace que eventos como caídas de árboles o estreses hídricos queden registrados en el tallo de las palmas, conociendo los modelos de crecimiento se puede inferir la fecha de dicho evento (Martínez-Ramos et. al. 1988). El género Ceroxylon cuenta con once especies de las cuales siete se encuentran en Colombia y su distribución se restringe a los Andes desde Venezuela hasta Bolivia. La especie Ceroxylon quidiuense es el árbol nacional de Colombia y se encuentra en vía de extinción, categoría en peligro, por rápida reducción de su hábitat (EN A) (Calderón et al. 2005), al igual que muchas otras especies de este género. El género incluye algunas de las palmas más altas del mundo, que además crecen a mayor altitud. Se citan en la literatura algunos individuos de Ceroxylon quidiuense que alcanzan los sesenta metros de altura (Henderson et al. 1995; Madriñán & Schultes, 1995). Las especies de este género son muy longevas, se ha estimado que Ceroxylon quindiuense puede alcanzar los doscientos 9 años de edad, esto hace que sea una especie interesante para buscar patrones dendrocronológicos. En la especie Ceroxylon quindiuense la caída de las hojas deja cicatrices prominentes sobre el tallo. Cuando las palmas son jóvenes las cicatrices foliares son paralelas al plano horizontal, a medida que crecen las cicatrices comienzan a inclinarse observandose diagonales sobre el tronco. La inclinación de las cicatrices acompañada de una disminución en la distancia internodal, hace que estas entren en contacto en ciertos puntos (ver dibujo o detalle de dibujo). Cuando dos cicatrices entran en contacto por vez primera, estas parecen formar una “x”, por esta razón a este punto se le llamará a continuación aparición de “x” o compresión de la corona (imagen 7). Las hojas de Ceroxylon quindiuense son pinadas y las pinas pueden estar dispuestas en un plano o ser péndulas (imagen 4 y 10). La fracción filotáctica medida para esta especie es de 3/8. Todas las especies de Ceroxylon son dioicas, es decir que producen flores estaminadas y flores pistiladas sobre individuos diferentes. Sus inflorescencias son grandes y curvadas, se insertan entre las hojas vivas, es decir en la corona. Las palmas de cera son árboles emergentes de bosque andino que sufren cambios microclimáticos radicales durante su crecimiento a través del sotobosque hasta sobrepasar el dosel, en particular los niveles de luz cambian dramáticamente. Estos cambios tienen implicaciones profundas en la arquitectura de las coronas y en la morfología foliar de las palmas durante el paso por los diferentes estratos del bosque (Rich, 1995). Los diferentes patrones morfológicos observados en Ceroxylon quindiuense hacen 10 interesante el estudio más detallado de su patrón de crecimiento. No son muchos los trabajos que se han realizado sobre la biología de la palma de cera. En particular no se han hecho estudios sobre las causas de los cambios morfológicos que sufre una misma planta a través de su vida. La palma de cera es una especie en vía de extinción y cualquier estudio que contribuya a su conservación es de gran utilidad para la preservación de nuestro árbol nacional. El estudio del patrón de crecimiento de la palma de cera podría llegar a tener aplicaciones dendrocronológicas que permiten inferir procesos históricos en bosques de alta montaña. OBJETIVOS GENERAL Describir el patrón de cambio morfológico durante el crecimiento de la palma de cera Ceroxylon quindiuense ESPECÍFICOS 1. Cuantificar el patrón de cambio en las distancias internodales a lo largo de la vida de la palma 2. Medir el patrón de cambio en los ángulos de inserción de las hojas 3. Establecer el patrón en la relajación de la copa de las palmas y en el cambio de la morfología foliar 4. Estimar las tasas de crecimiento 11 5. Comparar los diferentes patrones entre algunas de las especies del género 6. Buscar una posible aplicación dendrocronológica con base en el patrón de crecimiento de la palma de cera MATERIALES Y MÉTODOS LUGAR DE ESTUDIO Los datos del patrón de distancias internodales y de diámetros fueron tomados en ocho palmas del Parque de la Independencia en Bogotá. Las tasas de crecimiento se estimaron con base en algunas de las palmas del Jardín Botánico José Celestino Mutis (n = 14) y con datos históricos de las palmas del Parque de la Independencia. Para estimar las tasas de crecimiento de las palmas más pequeñas se consulto a cultivadores que llevaban varios años propagando palmas de cera. Por último, los datos de relajación de la copa y de cambio en la morfología foliar fueron tomados en un bosque (finca El Portón, Valle del Cocora) y en potreros en las inmediaciones del municipio de Salento departamento del Quindío (n = 33). MEDIDAS Se tomaron de manera directa las diferentes medidas a todas las palmas con menos de 30 metros de altura, para esto fue necesario elaborar herramientas adecuadas para subir por sus tallos. Para aproximar la distancia internodal de cada palma, se midió la longitud de cada fracción filotáctica, es decir cada ocho internodos. Se midió el diámetro del tallo cada nueve nodos, es decir en los marcos de cada fracción filotáctica. 12 Se observaronpalmas de diferentes tamaños y se escogió la hoja más fresca que hubiera cerca de la palma. A estas hojas se les midió la longitud del raquis y se contó el número de pinas, además se les asoció la altura, número de nodos y el diámetro del tallo en el cual se insertaba dicha hoja. Todas las vainas de las hojas se colectaron para luego ser fotografiadas. Se midió la altura hasta las bases de las hojas, número de hojas y sexo de la palma. Estas medidas fueron tomadas a palmas de más de 30 metros con un medidor láser y sirvieron para complementar los diferentes patrones de crecimiento. A todos los individuos estudiados se les anotó en lo posible su sexo, número de hojas, forma general de la corona, diámetro del tallo justo debajo de la primera hoja de la corona, altura hasta dicha hoja y el número de hojas totalmente expandidas que poseía en el momento. El 4 de marzo de 1999 se registraron en fotografía más de 80 palmas en el Jardín Botánico José Celestino Mutis de Bogota, para ver la tasa de producción de hojas y la tasa de crecimiento, 14 de estas fueron medidas de nuevo el primero de noviembre de 2006. Para determinar la producción de hojas, se ubicaba la última cicatriz foliar antes de la copa haciendo uso de las fotografías y se contaba el número de cicatrices que poseían los fustes en la actualidad. En este caso asumimos que la tasa de producción de hojas es igual a la tasa de caída (Tomlinson, 1963), de este modo al dividir el número de cicatrices nuevas por el tiempo transcurrido obtenemos la tasa de producción de hojas. De igual forma se medían las palmas desde el suelo hasta la base de la primera hoja, luego se 13 ubicaba la cicatriz de la última hoja en la fotografía y se le restaba esta porción del tallo, de esta forma se obtiene la tasa de crecimiento de cada palma. ANÁLISIS DE DATOS Para ver el patrón general del diámetro del tallo de una palma con respecto a su número de nodos, se promediaron los diámetros de cada fracción filotáctica de ocho palmas diferentes y se calculó la desviación estándar para cada fracción. Al graficar los promedios con sus respectivas desviaciones en relación con el número de nodo, la forma general del tallo se puede apreciar más fácilmente (figura 1). Para ver el patrón de las distancias internodales se llevó a cabo el mismo procedimiento que para el patrón de diámetros (figura 2). En ambas gráficas se ubicó la aparición de la sexualidad. Para encontrar la relación entre la distancia internodal y el diámetro del tallo asociado se hizo un gráfico de dispersión con cada palma y se buscó la regresión que más se ajustara a cada individuo (figura 3). El número de nodos y la altura en que ocurre la compresión de la corona se determinó promediando los valores encontrados para varias palmas. También se determinó el mínimo y el máximo en que dicho evento ocurría y el intervalo de confianza del 95%. La altura a la cual ocurre la compresión de la corona, fue graficada con respecto al número de nodos hasta la compresión (figura 5), luego fue graficada respecto al promedio de la longitud de las fracciones filotácticas hasta la compresión (figura 6) y finalmente respecto a la longitud de la segunda fracción filotáctica (figura 7). En estas graficas se 14 buscó el modelo que más se ajustara a los datos. El patrón del número de hojas se obtuvo mediante un gráfico de dispersión donde se relacionan el número de hojas con la altura hasta la copa, se buscó luego el modelo que más se ajustara a los datos (figura 8). Sobre la gráfica se incluyó la aparición de la sexualidad. La longitud del raquis de una hoja se relacionó en un gráfico de dispersión con las siguientes variables, altura en la cual se insertaba dicha hoja (figura 10), radio2 del tallo que la soporta (figura 13), y con el número de pinas de la hoja (figura 11). De igual forma se graficó el radio2 del tallo y el número de pinas de la hoja (figura 12). En todos los casos se buscó el modelo que más se ajustara a los datos. Para encontrar la tasa de crecimiento en adultos se promediaron las distancias internodales de 8 palmas a partir del estimativo de aparición de las “x” (nodo 80 aprox.) hasta el nodo 392. El tercer modelo temporal de crecimiento requiere del cálculo de decaimiento en las distancias internodales para adultos, este se realizó con los datos de la figura 2. En la figura 14, las distancias internodales acumuladas de ocho palmas fueron promediadas a partir del nodo 80 y estos valores fueron asociados al número de nodo correspondiente, el nodo 0 corresponde en realidad al nodo 80 de la palma. Finalmente se buscó el modelo que más se ajustara a los datos. RESULTADOS TALLO 15 Cambios en el diámetro En este estudio, el estadio de plántula en Ceroxylon quindiuense se definió como todo individuo desde que la semilla germina hasta que se logra apreciar una porción aérea del tallo (imágenes 1-5). El diámetro del tallo aumenta constantemente desde unos milímetros en las plántulas más jóvenes, hasta un máximo de 61.7 cm al final de este estadio, siendo este el mayor diámetro en toda la planta (figuras 1 y 4). El estadio juvenil se definió como todo individuo desde que podemos ver una porción aérea del tallo, hasta que esta florece por vez primera (imágenes 5 y 6). Al principio de este estadio el diámetro disminuye rápidamente y luego se estabiliza por varios metros, esta disminución está indicada como adelgazamiento 1 en la figura 1. Hay un punto en donde el diámetro del tallo vuelve a disminuir abruptamente (adelgazamiento 2, figura 1), este ocurre cerca del intermedio juvenil-adulto a diferentes alturas y número de nodos para cada palma(figuras 1 y 4). El patrón en el cambio del grosor se observa en la mayoría de los individuos, sin embargo los valores de los diámetros son diferentes para cada uno, esto se ve reflejado en la elevada desviación estándar de la figura 1 (figuras 1 y 4). El estadio adulto se definió como: desde que la palma florece por vez primera hasta que esta muere. Cuando la palma comienza a florecer por vez primera su tronco se encuentra en proceso de adelgazamiento (adelgazamiento 2, figura 1), el diámetro continúa decayendo y se estabiliza aproximadamente 20 nodos después de la primera inflorescencia (figuras 1 y 4). El diámetro de una palma muerta y caída, que aparentaba 16 tener más de 40 metros de altura, era de 14 cm. en su parte más distal. Este dato confirma que el grosor de las palmas decae lentamente una vez se estabiliza. El diámetro en cualquiera de los estadios puede ser afectado por algún tipo de estrés, es decir se pueden encontrar adelgazamientos adicionales a cualquier altura en el tallo. El estrés puede ser hídrico, debido a un transplante o debido a una lesión (imagen 8) Distancias internodales Las distancias internodales cortas están siempre asociadas al comienzo y al final del estadio juvenil. Las mayores distancias internodales se encuentran asociadas al intermedio de dicho estadio. Todas las palmas medidas presentan el mismo patrón de cambio en las distancias internodales, la forma en campana en el estadio juvenil es siempre la misma (figura 2). En el intermedio juvenil-adulto las distancias internodales empiezan a estabilizarse. Cuando la palma florece por vez primera, su distancia internodal sigue decayendo y esta se estabiliza aproximadamente unos 20 nodos más adelante. La longitud de la última fracción filotáctica de la palma caída es de 10 cm., esto nos confirma que la distancia internodal continúa decayendo lentamente hasta que la palma muere (imagen 9). Existe una relación exponencial positiva entre el diámetro del tallo y la distancia internodal. Esta relación tiene valores distintos para cada palma, sin embargo la tendencia es siempre la misma, a mayor diámetro mayor es la longitud internodal. Ocurre una excepción en esta tendencia,los primeros internodos del estadio juvenil son cortos y están asociados al diámetro más grande en todo el individuo (figura 3). Esta relación se 17 observa también cuando la disminución en diámetro es causada por algún tipo de estrés (imagen 8). El ángulo de inserción de las hojas deja de ser totalmente paralelo al plano horizontal a partir de cierto punto que no fue medido. La compresión de la corona o aparición de “x”, caracteriza el final del estadio juvenil. Este fenómeno ocurre alrededor del nodo 82 ± 5 (IC 95% y n = 19) y a una altura promedio de 17.37 metros ± 1.84 (IC 95% y n = 31). No existe una relación clara entre el número de nodos y la altura en la cual ocurre la compresión de la corona (figura 5). La compresión de la corona ocurre siempre durante el segundo adelgazamiento del tallo (figuras 1 y 4). El vigor de una palma fue calculado como el promedio de las longitudes de las fracciones filotácticas hasta antes de la aparición de las x. Existe una relación lineal positiva entre el vigor de la palma y la altura en que ocurre la compresión (r2 = 0.87) (figura 6). También existe una relación exponencial entre la longitud que existe entre el nodo 8 y 16 y la altura a la que ocurre la compresión de la corona (r2 = 0.84) (figura 7). Se observó una palma en el Jardín Botánico José Celestino Mutis que florecía por vez primera, la inflorescencia se inserta 20 nodos después de la aparición de las x. Con base en esta observación, se estimó que la sexualidad en todo el resto de las palmas observadas aparece 20 nodos después de la x. HOJAS Cambio en el número de hojas 18 A medida que la plántula va creciendo su número de hojas aumenta. Al germinar, la plántula produce una única hoja fotosintética (imagen 1). Una vez termina el estadio de plántula, la planta tiene entre 8 y 10 hojas (imagen 5 y figura 8). El número de hojas continúa aumentando durante todo el estadio juvenil y es en la transición juvenil-adulto que este número comienza a estabilizarse (figura 8 e imagen 6). El número de hojas toma su valor máximo poco después de la primera floración y luego este comienza a decaer hasta que la palma muere (figura 8 y imagen 11). Según la ecuación polinomial de segundo orden encontrada en la figura 8, una palma no puede tener más de 50.43 metros de altura hasta la copa, pues a esa altura la palma ya no tendría hojas. Al seleccionar las ocho palmas con mayor número de hojas respecto a su altura y graficarlas de nuevo encontramos que una palma no puede medir más de 56.52 metros de altura hasta la copa (Figura 9). Cambio en el tamaño de las hojas El tamaño de las hojas va en aumento desde la primera hoja hasta el final del estadio plántula. Justo cuando el tallo comienza a emerger encontramos las hojas más grandes que la planta tiene, con una longitud máxima del raquis de 668 cm (imágenes 1-5 y figura 10). El tamaño de las hojas decae exponencialmente con relación a la altura hasta la copa durante todo el estadio juvenil y adulto de la palma (figura10). La longitud del raquis de una hoja al igual que su número de pinas, indica el tamaño de la misma. Sin embargo la relación entre longitud del raquis y número de pinas no presenta una alta asociación (r2 = 0.49) (figura 11). 19 El tamaño de las hojas se relacionó a muchas variables, se conservó únicamente la variable radio2 por su elevado coeficiente de correlación. Existe una relación lineal positiva entre el número de pinas de una hoja y el radio2 del tallo que la soporta (r2 = 0.52) (figura 12). También existe una relación lineal positiva entre la longitud del raquis de una hoja y el radio2 del tallo que la soporta, esta relación presenta un mejor soporte que el número de pinas (r2 = 0.78) (figura 13). Cambio en la forma de las hojas La forma de las laminas foliares en el estadio plántula, va de simple entera a simple pinada, pasando por formas intermedias donde hay laminas pinadas hacia la base y simples hacia el ápice (imágenes 1-5) El tamaño de las hojas es proporcional al tamaño de la vaina, hojas grandes tienen vainas grandes y hojas pequeñas tienen vainas pequeñas (imagen 12). Desde el principio del estadio juvenil hasta la muerte de la palma, las vainas de las hojas se hacen cada vez más pequeñas, al igual que la longitud del raquis (figura 10). Durante todo el estadio juvenil, el pseudopeciolo de la hoja es muy rígido y las pinas son completamente rectas, esto le da a la corona la apariencia de estar cerrada (imagen 5). Una vez que comienza la compresión de la corona, los pseudopeciolos se arquean, dejan de ser tan rígido, las pinas se vuelven péndulas y esto le da a la corona una apariencia abierta (imágenes 6 y 12). La apertura de la corona indica que la palma está por pasar del estadio juvenil al de adulto, es decir que la compresión es un buen indicador de comienzo de floración. Las palmas senescentes recuperan la rigidez del pseudopeciolo y su corona 20 retoma una apariencia más cerrada (foto 11). TASAS DE CRECIMIENTO Datos de crecimiento Tiempo que dura el estadio plántula El estadio plántula dura en promedio 23 años y varía entre 21 y 25. Estos datos se obtuvieron promediando los estimativos de dos expertos cultivadores de palmas, Oscar Tajur y Gustavo Morales, en le el Quindío y Cundinamarca respectivamente. Tasa de producción de hojas Las 14 palmas juveniles del Jardín Botánico José Celestino Mutis produjeron en promedio 36.64 ± 3.63 (IC 95%) nodos en 7.5 años. Asumiendo que las hojas nuevas se producen a la misma tasa en que las hojas viejas se caen, podemos decir que los juveniles producen 4.89 ± 0.48 (IC 95%) por año. Tasa de crecimiento Las mismas 14 palmas crecieron en promedio 710.07 ± 85.98 (IC 95%) cm. en 7.5 años, esto corresponde a 94.68 ± 11.46 cm por año en el estadio juvenil. Al asumir que la tasa de producción de hojas en adultos es la misma que en los juveniles, el estimativo en adultos nos da que a partir de la aparición de las “x” la tasa de crecimiento es de 11.63 cm./año. Modelo temporal del patrón de crecimiento de Ceroxylon quindiuense 21 Por medio de las tasas de crecimiento y de producción de hojas podemos calcular la edad de una palma mediante la siguiente ecuación: Modelo 1: E = 23 + ((N + H) / 4.89) E: Edad de la palma (años) 23: Tiempo que pasa como plántula (años). N: Número de nodos visibles. H: Número de hojas completamente expandidas en la corona. 4.89: Tasa de producción anual de hojas (hojas / año). Para calcular la edad de una palma adulta sin necesidad de contar todos sus nodos, la ecuación es la siguiente: Modelo 2: E = 23 + ((Nx. + H) / 4.89) + (L / 11.63) Nx.: Número de nodos hasta la “x”. L: Distancia desde la “x” hasta la copa (cm). 22 11.63: Tasa de crecimiento anual promedio desde la “x” (cm / año). La ecuación temporal de crecimiento para adultos (modelo 2), no tiene en cuenta el decaimiento de la distancia internodal durante la senescencia, si usamos la ecuación de la figura 14 podemos incluirlo y de esta forma la edad puede ser calculada: Modelo 3: E = 23 + ((Nx. + H) / 4.89) + ((0.66√(L / 16.67)) / 4.89) Con base en los tres modelos de crecimiento propuestos se estimaron las edades de 4 palmas medidas en este estudio y se realizó una tabla para compararlos (tabla 1). La palma hipotética es la misma palma 18 con algunas modificaciones, a esta se le asignó una altura total de 55m y se le redujo el número de hojas a 7. DISCUSION En el estadio de plántula, la palma de cera debe establecer la base sobre la cual se apoyará el individuo el resto de su vida. El tallo que se forma durante esta fase del crecimiento, desarrolla las raíces adventicias que suplen las necesidades hídricas y de soporte de la palma. En este sentido, el adelgazamiento 1 señalado en la figura 1, marca el fin del establecimiento delos cimientos, así la palma ya no necesita ser tan gruesa cuando comienza a crecer en altura. Al aumentar el tamaño del meristema apical desde la germinación hasta el final del estadio plántula, el resultado es un tallo obcónico, es decir 23 un cono invertido (Tomlinson, 1979). La forma del tallo resultante explica el incremento en el número de hojas y en su tamaño, pues tallos más gruesos soportan apéndices más grandes y numerosos (Corner, 1949). El paso progresivo de hojas simples a pinadas, con formas intermedias, es el caso típico de palmas con hojas pinadas y pinas reduplicadas (Tomlinson, 1960). El estadio juvenil es en general la fase del desarrollo en la que toda la energía producida por la palma se invierte en crecimiento, esto le permite establecer una buena posición en el dosel o en el sotobosque con respecto a otras plantas. Distancias internodales y tasas de crecimiento grandes (94.68 ± 11.46 cm/año), caracterizan este estadio (figura 2). El desarrollo basipétalo de las hojas en las palmas, hace que las bases de las hojas viejas de la corona soporten a las hojas más jóvenes en desarrollo (Tomlinson, 1962). Cuando la palma está creciendo muy rápido necesita vainas grandes que logren soportar a las hojas más jóvenes en expansión. Se ha encontrado, que palmas de crecimiento rápido tienen vainas tubulares grandes (Tomlinson, 1962). Hojas grandes tienen vainas grandes, esto explica porque las hojas de mayor tamaño se encuentran en el estadio juvenil (imágenes 5 y 12). Cuando una palma entra al estadio adulto, puede estar ocurriendo que la energía deba repartirse en crecimiento, flores y frutos, siendo la reproducción su nueva prioridad. La floración implica entonces, una disminución en las tasas de crecimiento (en promedio 11.63 cm/año) y una reducción en las distancias internodales de manera drástica como se observa en la figura 2. La relación exponencial alométrica entre el diámetro del tallo y la 24 distancia internodal de la figura 3, hace que un acortamiento de los internodos implique un adelgazamiento del tallo. El adelgazamiento 2 (figura 1) es producto de la compresión, es decir del acortamiento internodal característico de la entrada al estadio adulto. Existe un soporte estadístico alto apoyando la idea que la masa de una hoja y su área es proporcional al cuadrado del radio del tallo que la soporta (Niklas, 2003 y 2006; White, 1983). La reducción del radio del tallo causa a su vez una disminución en el tamaño de las hojas (figura 13). Hojas con vainas pequeñas permiten la compresión de la corona y la expansión de las inflorescencias, la palma debe reducir el tamaño de sus hojas para pasar al estadio adulto. Las palmas pueden incrementar su superficie fotosintética aumentando el tamaño de sus hojas o aumentando el número de hojas en la corona (Rich, 1995). La reducción en el tamaño de las hojas, que acompaña la compresión de la corona, disminuye el área fotosintética de la palma. La planta puede contrarrestar dicha perdida aumentando su número de hojas (figuras 8 y 10). La reducción en el tamaño y en el número de hojas que caracteriza la senescencia (figuras 10 y 8), se debe a una paulatina perdida de haces vasculares a través de la vida de la palma. Una corona más compacta hace que la presión de las hojas más jóvenes escoten las vainas de las hojas maduras. Las hojas pasan de una posición vertical a una menos pendiente a través de un continuo durante toda la vida de la hoja (Tomlinson, 1962). Las hojas “relajan” sus tejidos cuando se compacta la corona, esto hace que el pseudopeciolo y el raquis se arqueen, y que las pinas se vuelvan péndulas (imagen 10). Entre más hojas 25 tenga una corona compacta, más se acentúa la posición pendiente de las hojas y más se arquean los pseudopeciolos (imágenes 10 y 11), las palmas senescentes dejan de tener coronas tan abiertas debido a su reducido número de hojas. Todo lo anterior, hace que durante la compactación la corona se abra (imágenes 6 y 10). Los niveles de luz por encima del dosel se incrementan, una corona abierta con pinas péndulas puede mejorar la intercepción de luz en la corona, sin embargo esta hipótesis no fue puesta a prueba en este estudio. La torsión de las cicatrices (imagen 7) ocurre antes de la compactación de la corona y es un fenómeno particular del género Ceroxylon (comunicación personal de Rodrigo Bernal). Cuando la palma está bajo estrés, ocurre una compactación forzosa de la corona (imagen 8), sin embargo esto no va acompañado de una torsión de las cicatrices. La torsión esta entonces ligada a la fase reproductiva y esta ocurre varios nodos antes de la primera inflorescencia. La inclinación de las cicatrices podría ser el factor que le permite a las inflorescencias alternar con las hojas (imagen 10). Si las inflorescencias no lograran alternar, estas se apoyarían sobre la hoja que las subtiende y representarían una presión más para la vaina. La inclinación también podría estarle brindando un mejor apoyo a las hojas, que tienen vainas pequeñas en ese momento. Otra opción, es que la inclinación de las cicatrices les permite a las hojas tener acceso a un mayor número de haces vasculares, considerando que las inflorescencias están fusionadas a las vainas de las hojas, esta hipótesis podría explicar dicho fenómeno (comunicación personal de Santiago Madriñán). Ninguna de las hipótesis propuestas excluye a la otra, sin embargo valdría la 26 pena explorar más a fondo este fenómeno. La aparición de x ocurre a alturas y número de nodos muy variables, sin embargo el vigor de la palma parece predecir de manera acertada la altura en la que dicho fenómeno tiene lugar (figura 6). El vigor determina la altura en la que la palma comenzará a florecer y también, muy seguramente, la altura que podrá alcanzar hasta su muerte. La distancia entre el nodo 8 y 16 permite predecir la altura de la x (figura 7), es decir que esta distancia es otra medida de vigor. La distancia internodal de los primeros nodos del estadio juvenil de cualquier palma es muy pequeña. El crecimiento rápido, característico del estadio juvenil, comienza desde el nodo 8 aproximadamente, por esta razón la distancia entre el nodo 8 y 16 es un indicador del vigor de la palma. Estas medidas son una buena herramienta para evaluar el estado de salud o vigor de una población de palmas de cera. El radio2 del tallo está altamente asociado con la longitud del raquis (r2 = 0.78) y más que con el número de pinas de la hoja (r2 = 0.52) (figura 12 y 13). Como se dijo anteriormente existe un soporte estadístico alto apoyando la idea que la masa de una hoja y su área es proporcional al cuadrado del radio del tallo que la soporta (Niklas, 2003 y 2006; White, 1983). No existe una alta asociación entre el número de pinas de una hoja y la longitud del raquis (figura 11). Todos los datos anteriores sugieren que el número de pinas es un carácter muy variable y no es un buen indicador del tamaño de la hoja, algunos factores ambientales deben influir en dicho carácter. Entre las observaciones de los individuos de palmas de cera de la especie Ceroxylon 27 quindiuense más altos, está la de Mutis, a quién le contaron que estas plantas podían alcanzar mas de 67 m. de altura (Mutis, 1957-1958). Humboldt y Bonpland (1805) afirman haber visto individuos de hasta 58 m. de altura. La palma con mayor altura hasta la copa registrada en este estudio, tiene 45 m. La ecuación de la figura 9, sugiere que una palma no puede tener más de 56.52 m. de altura hasta la copa. Si obviamos los datos de Mutis, que no parecen ser los más confiables, las ecuaciones del número de hojas arrojan un dato máximo coherente con lo reportado hasta el momento. Al revisar fotografías del Parque de la independencia, tomadas en 1910, se puede ver que las palmas que hoy tienen entre 20 y 30 metros,medían entre 6 y 11 metros de altura (imagen 13). Para la época, este grupo de palmas debería tener entre 29 y 34 años de edad aproximadamente, según este estimativo ellas tendrían hoy en día entre 125 y 130 años de edad. Los tres modelos nos sugieren que las palmas 47 y 41F del Parque de la Independencia tienen entre 110 y 143 años (tabla 1), las ecuaciones propuestas funcionan para palmas adultas de estas edades. Los modelos 2 y 3 difieren mucho en los estimativos de edad para palmas de más de 40 metros (tabla 1), estas son plantas senescentes donde es importante tener en cuenta el decaimiento en la distancia internodal, es recomendable entonces usar el modelo 3 en estos casos. La palma hipotética de la tabla 1, puede tener unos 713 años según el modelo 3, es decir más de tres veces la edad máxima que se estimaba para las palmas de esta especie. Girón (2001) reportó que las palmas de esta especie con más de 20 metros producen menos hojas por año que los juveniles, al incluir este nuevo decaimiento en los modelos, el estimativo de edad de las palmas senescentes sería aún mayor. Estos datos hacen interesante profundizar el tema del modelo de 28 crecimiento pues de estar en lo cierto, palmas de cera de más de 50 metros podrían ser las más viejas entre todas las especies de la familia. El modelo temporal de crecimiento, puede ser utilizado como una herramienta dendrocronológica. Sabemos que la regeneración de esta especie en los potreros es muy improbable, al calcular la edad de la palma más pequeña de un lugar intervenido, se esta estimando la edad del disturbio. Si se quiere saber hace cuanto una palma sufrió un adelgazamiento causado por algún estrés, debemos recurrir a otras ecuaciones que se derivan de las tres principales: T = (Na + H) / 4.89 T: tiempo que ha transcurrido desde el estrés (años) Na: número de nodos entre la base de la copa y la base del adelgazamiento. H: número de hojas en la corona. 4.89: tasa de producción de hojas (hojas / año). T = ((Nax. + H) / 4.89) + (L / 11.63) Nax: número de nodos desde la base del adelgazamiento hasta la x. L: distancia desde la x hasta la base de la copa (cm). 11.63: tasa de crecimiento promedio desde x (cm / año). 29 T = ((Nax. + H) / 4.89) + ((0.66√(L / 16.67)) / 4.89) Durante este estudio se observaron otras especies del género como Ceroxylon vogelianum (imagen 14), C. ventricosum, C. sasaimae y C. alpinum (imagen 15), en general todas ellas parecen presentar el mismo patrón de crecimiento. Este estudio es una buena base para explorar el patrón de las otras especies y así tener más herramientas dendrocronológicas en otros tipos de bosque. El patrón de crecimiento de Ceroxylon quindiuense es también una buena base para comprender la morfología de otros géneros de palmas monopodiales que pueden presentar un patrón similar, debido a que sufren las mismas limitantes morfológicas y anatómicas en su desarrollo. A TABLAS, FIGURAS E IMÁGENES TABLA Tabla 1. Estimativo de edad de 5 palmas de diferentes alturas usando los tres modelos de crecimiento temporal. Localidad Altura total (m) Edad según el modelo 1 (años) Edad según el modelo 2 (años) Edad según el modelo 3 (años) Palma 47 Pq. Indep. 29.47 110 115 121 Palma 41F Pq. Indep. 23.52 121 126 143 Palma 2 Cocora 40.97 - 229 378 Palma 18 Cocora 40.61 - 214 336 Palma hipotética - 55 - 336 713 B FIGURAS 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 50.000 55.000 60.000 Diámetro (cm) Nú m er o de n od o Adulto Juvenil Ade lgazamiento 1 Ade lgazamiento 2 Figura. 1. Los puntos en la gráfi ca corresponden al promedio del diámetro asociado a un número de nodo y las barras corresponden a ± la desviación estándar (n = 8). Las líneas rojas señalan el mínimo y el máximo número de nodos en el cual apareció la primera inflorescencia de las ocho, este es el intermedio juvenil- adulto. Las flechas amarillas indican los adelgazamientos típicos de cualquier individuo. C 0 50 100 150 200 250 300 8 48 88 128 168 208 248 288 328 368 408 448 Número de nodo L on gi tu d de c ad a fr ac ci ón fi lo tá ct ic a (c m ) Juvenil Adulto Figura. 2. Cada punto corresponde al promedio de la longitud de una fracción filotáctica y las barras señalan ± la desviación estándar (n = 8). Las longitudes están relacionadas al número de nodo superior de cada fracción. Las líneas rojas indican el mínimo y el máximo número de nodo en el cual apareció la primera inflorescenci a de los ocho. D y = 0.48e0.15x r2 = 0.92 y = 1.64e0.11x r2 = 0.96 y = 1.52e0.11x r2 = 0.90 y = 0.20e0.14x r2 = 0.92 y = 0.13e0. 14x r2 = 0.91 y = 0,22e0,13x r2 = 0,92 y = 0.26e0.14x r2 = 0.77 y = 0,09e0,16x r2 = 0,90 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 10 20 30 40 50 60 Diámetro (cm) Lo ng itu d de c ad a fra cc ió n fil ot ác tic a (c m ) Figura 3. Relación entre distancia internodal y diámetro del tallo. Cada punto corresponde a la longitud de una fracción filotáctica y su respectivo diámetro, este es siempre el diámetro del nodo distal que enmarca dicha fracción. Se presentan las ecuaciones de cada curva y su r2 para ocho palmas diferentes. E 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 5 10 15 20 25 30 35 Diám etro (cm) Al tu ra (c m ) nodo 64 nodo 75 nodo 85 nodo 87 nodo 91 nodo 85 nodo 85 nodo 65 Figura 4. Perfil de radio del tallo contra altura de ocho palmas (Ceroxylon quindiuense) del Parque de la independencia. Las flechas indican el punto en el cual ocurre la compresión de la corona o aparición de “ x” y tienen asociado el número del nodo en el cual esto ocurre. F y = 21,52x - 172,44 r2 = 0,26 n = 19 0 500 1000 1500 2000 2500 60 70 80 90 100 110 Nodos hasta x Al tu ra h as ta x (c m ) Figura. 5. Relación entre la altura y el número de nodos donde ocurre la compresión de la corona. Cada punto representa el caso de una de las 19 palmas. y = 8,62x + 150,62 r2 = 0,87 n = 8 0 500 1000 1500 2000 2500 80 100 120 140 160 180 200 220 Promedio de longitudes filotácticas hasta x (cm) Al tu ra h as ta x (c m ) Figura 6. Relación lineal entre el vigor de una palma o promedio de longitudes filotácticas hasta antes de la “x” y la altura de aparición de la “ x”. G y = 724,98e0,0034x r2 = 0,84 n = 8 0 500 1000 1500 2000 2500 50 100 150 200 250 300 Longitud de la segunda fracción filotáctica (cm) Al tu ra h as ta x (c m ) Figura 7. Relación exponencial entre la distancia que hay del nodo 8 al 16 y la altura de compresión de la corona, cada punto corresponde al caso de una palma. H Figura 8. El número de hojas de cada palma esta relacionada con la altura hasta la copa. La línea roja nos indica el promedio de la altura en el cual aparece la “ x”, la barra que la acompaña nos indica el intervalo de confianza del 95%. y = -2E-06x2 + 0,009x + 8,00 r2 = 0,59 n = 55 0 5 10 15 20 25 30 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Altura (cm) N úm er o de h oj as Aparición de x I y = -2E-06x2 + 0.01x + 9.07 r2 = 0.99 n = 8 0 5 10 15 20 25 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Altura (cm) Nú m er o de h oj as Figura 9. Relación entre el número de hojas que tiene una palma y su altura hasta la copa. Los ocho datos fueron seleccionados de la figura 8. y = 530.36e-0.0003x r2 = 0.82 n = 20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Altura (cm) Lo ng itu d de l r aq ui s (c m ) Figura 10. Relación exponencial entre la longitud del raquis de una hoja y la altura a la cual se insertaba dicho apéndice, cada hoja proviene de un individuo diferente. J y = 0,11x + 80,08 r2 = 0,49 n = 12 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Longitud del raquis (cm) N úm er o de p in as Figura 11. Relación lineal entre el número de pinas y la longitud del raquis de una hoja, cada hoja proviene de una palma diferente. y = 2,48x - 121,71 r2 = 0,52 n = 12 0 50 100 150 200 250 300 350 90 100 110 120 130 140 150 160 170 Número de pinas Ra di o2 (c m 2 ) Figura 12. Relación lineal entre el número de pinas de la hoja y el radio2 del tallo que la soporta, cada hoja proviene de individuos diferent es. K y = 0,47x - 10,82 r2 = 0,78 n = 12 0 50 100 150 200 250 300 350 200 300 400 500 600 700 Longitud raquis (cm) Ra di o2 (c m 2 ) Figura 13. Relación lineal entre la longitud del raquis de una hoja y el radio2 del tallo que la soporta, cada dato proviene de una palma diferent e. y = 16,67x 0,66 r 2 = 0,99 n = 8 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 50 100 150 200 250 300 350 Núm ero de nodo Di st an ci a ac um ul ad a (c m ) Figura 14. Relación entre la distancia acumulada y el número de nodos después de la “x”. Esta grafica se realizó con los mismos datos que la figura 2. L IMÁGENES 1 2 3 4 Imágenes 1-4. Plántulas organizadas de menor a mayor edad. M 5 6 7 8 Imágenes 5-8. Imagen 5: final del estadio plántula. Imagen 6: palma con su primera inflorescencia. Imagen7: detalle del tallo de una palma adulta donde se puede apreciar la aparición de la “ x”. Imagen 8: detalle del tallo de una palma que sufrió un adelgazamiento por estrés. N 9 10 11 12 Imágenes 9-12. Imagen 9: detalle de una porción de tallo de una palma senescente. Imagen 10: corona de una palma con sus infrutescencias maduras. Imagen 11: corona de una palma senescente. Imagen 12: vainas de hojas organizadas de mayor a menor tamaño, de izquierda a derecha. O 13 14 15 Imágenes 13-15. Imagen 13: palmas del Parque de la Independencia (Bogotá), fotografía tomada en el año 1910. Imagen 14: Ceroxylon vogelianum. Imagen 15: Ceroxylon alpinum. P AGRADECIMIENTOS La idea de realizar este proyecto se la debo a Santiago Madriñán y a Alfredo Navas, quienes se habían preguntado mucho antes que yo por el patrón de crecimiento de las palmas de este género. Quiero agradecerles a mi director y a mis codirectores por sus grandes aportes y su ayuda durante esta investigación. El apoyo que me brindaron los funcionarios del Jardín Botánico José Celestino Mutis fue indispensable en este estudio. Quiero agradecerles en particular a Gustavo Morales y a Norah Peña por su interés y por el apoyo que siempre me brindaron. Los comentarios del profesor Rodrigo Bernal me permitieron ver más allá y fueron indispensables en la discusión de esta investigación. También quiero agradecerles a mis compañeros, Carlos Hernández, Juan Salvador Mendosa, Daniel Bernal, Laura Jara, Lina López y Ricardo de la Pava, por acompañarme y ayudarme en la toma de datos. Por último quiero agradecer a todos los miembros del Laboratorio de Botánica y Sistemática de la Universidad de los Andes. BIBLIOGRAFÍA Braun, A. 1977. Generalidades sobre Ceroxylon klopstockia. Acta Botanica Venezuelica. 12: 247-265. Calderón, E. Galeano, G. García, N. 2005. Libro Rojo de las Plantas de Colombia (vol. 2). Panamericana Formas e Impresos S.A. Colombia. Corner, E. 1949. The Durian theory of the origin of the modern tree. Annals of Botany 13: Q 367-414. Corner, E. 1966. The Natural History of Palms. University of California Press, Berkeley. Los Angeles. Giron, M. 2001. Bosques de Palma de Cera. Universidad del Quindío – Pronatta. Colombia. 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