Utilización del cultivo plurianual de pataca (Helianthus tuberosus L.)

264 Pages·2012·2.71 MB·English

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS

Utilización del cultivo plurianual de pataca
(Helianthus tuberosus L.) para la producción de
hidratos de carbono fermentables a partir de los tallos

TESIS DOCTORAL

MARINA SANZ GALLEGO
Ingeniero Agrónomo
2012

DEPARTAMENTO DE PRODUCCIÓN VEGETAL:
BOTÁNICA Y PROTECCIÓN VEGETAL

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS

Utilización del cultivo plurianual de pataca
(Helianthus tuberosus L.) para la producción de
hidratos de carbono fermentables a partir de los tallos

TESIS DOCTORAL

MARINA SANZ GALLEGO
Ingeniero Agrónomo

DIRECTORES:

D. JESÚS FERNÁNDEZ GONZÁLEZ
Dr. Ingeniero Agrónomo
Dña. Mª DOLORES CURT FERNÁNDEZ DE LA MORA
Dr. Ingeniero Agrónomo

(D-15)

Tribunal nombrado por el Magfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica
de Madrid, el día de de 201

Presidente:__________________________________________________________________
Secretario: __________________________________________________________________
Vocal: _____________________________________________________________________
Vocal: _____________________________________________________________________
Vocal: _____________________________________________________________________
Suplente: ___________________________________________________________________
Suplente: ___________________________________________________________________

Realizado el acto de defensa y lectura de Tesis el día de de 201
En la E.T.S.I. / Facultad

EL PRESIDENTE EL SECRETARIO

Fdo.: Fdo.:

LOS VOCALES

Fdo.: Fdo.: Fdo.:

AGRADECIMIENTOS

Con estas palabras quiero expresar mi más sincero agradecimiento a todas aquellas personas
que de una u otra manera me han ayudado, han confiado en mí y han hecho que este trabajo
fuera posible:
A mis tutores de tesis, Jesús Fernández y Mª Dolores Curt, por todo lo que me han enseñado
estos años, por haberme propuesto un día la idea de escribir esta tesis y por haber dedicado su
tiempo personal en aras de la realización de la misma, la cual sin vuestra ayuda no hubiera
sido posible. Siempre os estaré enormemente agradecida.
A Jesús Fernández siempre le agradeceré que me animara y ofreciera la posibilidad de
estudiar Ingeniero Agrónomo. Él me ha transmitido su amor por la agroenergética y la
capacidad infinita de trabajo que tiene.
A Mª Dolores Curt por hacerme todo más sencillo, por tus consejos, por tú inestimable ayuda;
por tú apoyo, empuje y ánimo durante todos estos años.
También quiero agradecérselo a mi familia, en especial a mis padres, ellos me han inculcado el
tesón por el trabajo, me han dado su apoyo incondicional en todos estos años de estudio y por
tantas cosas imposibles de concretar; sois mi referencia y os quiero mucho. A mis hermanos,
Sara y Alfonso, mis sobrinos, Diego y María, y al resto de la familia. Siempre habéis sabido
sacarme una sonrisa, escucharme y hacerme olvidar los momentos duros; siento no haber
podido compartir con vosotros más tiempo durante estos años.
A todas las personas del Departamento de Botánica por haberme escuchado y aconsejado, y
en especial a los que me han ayudado en los análisis de laboratorio, trabajos de campo,
informática y dibujos de la tesis como Gema, María, Albert, Pedro, Fernando, Israel y Marta; y a
Rafa por su ayuda en los temas estadísticos.
A mis amigos por su continuo apoyo, aunque algunas veces pensaran que no iba a terminar
nunca de estudiar.
No puedo terminar estas líneas, si agradecérselo a la persona más importante de mi vida, Javi,
él ha sido mi pilar de apoyo durante todos estos años, ha sabido decirme en cada momento lo
que necesitaba, ha aguantado mi mal humor cuando las cosas no salían y la alegría cuando sí
salían, gracias por estar animándome y apoyándome, por creer en mí, por estar siempre a mi
lado y por haber sacrificado muchos momentos. Sin tú apoyo no podría estar escribiendo estas
líneas. Te quiero mucho.

Utilización del cultivo plurianual de pataca (Helianthus tuberosus L.) para la producción de HCF a partir de los tallos
INDICE DE FIGURAS...................................................................................... vii
INDICE DE TABLAS......................................................................................... xi
ABREVIATURAS............................................................................................. xv
RESUMEN..................................................................................................... xvii
ABSTRACT..................................................................................................... xix

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 1

1.0. OBJETO E INTERÉS DEL TEMA....................................................................................1 
1.1. ESPECIES PRODUCTORAS DE HIDRATOS DE CARBONO FACILMENTE
FERMENTABLES (HCF).......................................................................................................3 
1.2. PATACA COMO ESPECIE DE CULTIVO........................................................................4 
1.2.1. CLASIFICACIÓN SISTEMÁTICA....................................................................................6
1.2.2. CARACTERÍSTICAS GENÉTICAS.................................................................................6
1.2.3. CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS.........................................................................6
1.2.3.1. Tallos y de las ramas.............................................................................................7
1.2.3.2. Hojas......................................................................................................................8
1.2.3.3. Inflorescencias.......................................................................................................9
1.2.3.4. Frutos...................................................................................................................11
1.2.3.5. Estolones..............................................................................................................12
1.2.3.6. Tubérculos............................................................................................................13
1.2.3.7. Raíces..................................................................................................................16
1.2.4. CARACTERÍSTICAS FISIOLÓGICAS.....................................................................16
1.2.4.1. Los polifructanos como Hidratos de Carbono de reserva.....................................16
1.2.4.2. Evolución del tubérculo hasta la brotación...........................................................19
1.2.4.3. Estados fenológicos del desarrollo de la pataca...................................................20
1.2.4.4. Brotación...............................................................................................................20
1.2.4.5. Desarrollo vegetativo............................................................................................21
1.2.4.6. El tallo como almacén transitorio de HCF de reserva...........................................22
1.2.4.7. Inicio de la formación de estolones.......................................................................23
1.2.4.8. Floración................................................................................................................24
1.2.4.9. Tuberización..........................................................................................................25
1.2.4.10. Senescencia de la parte aérea...........................................................................27

1.3. EL CULTIVO ANUAL DE LA PATACA..............................................................................28
1.3.1. HISTORIA DEL CULTIVO......................................................................................28
1.3.2. REQUERIMIENTOS EDAFOCLIMÁTICOS.............................................................29
1.3.3. PREPARACIÓN DEL TERRENO...........................................................................30
1.3.4. PLANTACIÓN.......................................................................................................30
1.3.5. CONTROL DE MALAS HIERBAS...........................................................................32
1.3.5.1. Presiembra...........................................................................................................33
1.3.5.2. Preemergencia.....................................................................................................33
1.3.5.3. Post-emergencia..................................................................................................33
1.3.5.4. Control de los rebrotes.........................................................................................34
1.3.6. FERTILIZACIÓN...................................................................................................35
1.3.7. RIEGO..................................................................................................................38
1.3.7.1. Necesidades de agua del cultivo.........................................................................38
1.3.7.2. Influencia de la dosis de riego..............................................................................39
1.3.7.3. Experiencias con distintos tipos de agua de riego...............................................41
1.3.7.1. Experiencias con aguas residuales y acuicultura..........................................41
1.3.7.2. Experiencias con aguas salinas.....................................................................42
1.3.8. CONTROL DE PLAGAS Y ENFERMEDADES........................................................43
1.3.9. COSECHA DEL CULTIVO.....................................................................................44
1.3.9.1. Cosecha de los tallos...........................................................................................45
1.3.9.2. Cosecha de los tubérculos...................................................................................45

- i -
Utilización del cultivo plurianual de pataca (Helianthus tuberosus L.) para la producción de HCF a partir de los tallos
1.3.10. RENDIMIENTO...................................................................................................46
1.3.10.1. Rendimiento de tubérculos................................................................................46
1.3.10.2. Rendimiento de tallos.........................................................................................50
1.3.11. ALMACENAMIENTO...........................................................................................51
1.3.10.1. Almacenamiento de los tubérculo......................................................................51
1.3.10.2. Almacenamiento de los tallos............................................................................53

1.4. EL CULTIVO PLURIANUAL DE LA PATACA....................................................................53
1.4.1. PREPARACIÓN DEL TERRENO Y FERTILIZACIÓN..............................................54
1.4.2. RIEGO..................................................................................................................54
1.4.3. Cosecha de los tallos.............................................................................................55
1.4.4. Rendimiento de biomasa aérea..............................................................................56
1.4.2.1. Cultivo anual.........................................................................................................57
1.4.2.2. Cultivo plurianual..................................................................................................59
1.4.3. ALMACENAMIENTO DE LOS TALLOS..................................................................61

1.5. USOS DEL CULTIVO DE LA PATACA..............................................................................61
1.5.1. USOS DIRECTOS DEL CULTIVO..........................................................................61
1.5.1.1. Tubérculos............................................................................................................61
1.5.1.1.1. Alimentación de ganado...............................................................................61
1.5.1.1.2. Alimentación humana...................................................................................63
1.5.1.2. Biomasa aérea.....................................................................................................64
1.5.1.2.1. Forraje verde para alimentación del ganado...............................................64
1.5.1.2.2. Combustión..................................................................................................65
1.5.2. USOS INDUSTRIALES..........................................................................................66
1.5.2.1. Inulina y polifructano............................................................................................66
1.5.2.2. Fructosa...............................................................................................................68
1.5.2.3. Etanol...................................................................................................................68
1.5.2.3.1. Producción de etanol a partir de tubérculos................................................69
1.5.2.3.2. Producción de etanol a partir de la biomasa aérea.....................................71
1.5.2.4. Producción de biogás...........................................................................................72
1.5.2.4.1. Producción de biogás a partir de tubérculos................................................73
1.5.2.4.2. Producción de biogas a partir de la biomasa aérea....................................74
1.5.2.5. Producción de biodiesel.......................................................................................76
1.5.3. OTROS USOS......................................................................................................77

2. MATERIAL Y MÉTODOS............................................................................ 81

2.1. PLANTACIONES EXPERIMENTALES EN LOS CAMPOS DE PRÁCTICAS DE LA
E.T.S.I. AGRÓNOMOS........................................................................................................82 
2.1.1. LOCALIZACIÓN DE LAS EXPERIENCIAS.............................................................82
2.1.2. CARACTERÍSTICAS CLIMÁTICAS........................................................................83
2.1.2.1. Temperaturas.......................................................................................................83
2.1.2.2. Precipitaciones.....................................................................................................86
2.1.2.3. Periodos secos.....................................................................................................86
2.1.2.4. Radiación global...................................................................................................88
2.1.3. CARACTERÍSTICAS EDÁFICAS...........................................................................88
2.1.4. MATERIAL VEGETAL UTILIZADO.........................................................................89
2.1.5. LABORES DE CULTIVO DE LAS PLANTACIONES DE PATACA............................90
2.1.5.1. Labores de establecimiento del cultivo................................................................90
2.1.5.1.1. Labores de establecimiento de la plantación plurianual con los diversos
clones de pataca................................................................................................................90
2.1.5.1.2. Labores de establecimiento de las plantaciones con el clon VR ................91
2.1.5.2. Labores de mantenimiento del cultivo.................................................................92

- ii -