Producción de tubérculos y biomasa aérea del yacón, Smallanthus sonchifolius (Poepp.) H. Rob. (Asteraceae), para alimentación animal en el trópico alto colombiano

J J Lopera-Marín^1,2, J Angulo-Arizala¹, E Murgueitio Restrepo² y L Mahecha-Ledesma¹

¹ Universidad de Antioquia, Grupo de Investigación en Ciencias Agrarias - GRICA, Ciudadela Robledo, Carrera 75 No. 65 - 87. Medellín, Colombia
joaquin.angulo@udea.edu.co
² Centro para la Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción Agropecuaria (CIPAV), Grupo de Investigación CIPAV, Carrera 25 No 6-62 Cali, Colombia

Resumen

El yacón es una planta originaria de la cordillera de los Andes, con múltiples usos de escala doméstica e industrial, pero poco usada en sistemas sostenibles de producción en la región Andina. Esta especie de la familia Asteraceae se destaca por ser una planta perenne que produce tubérculos comestibles ricos en inulina (un polisacárido) y su biomasa aérea proporciona un forraje de mediana calidad. El objetivo de este estudio fue evaluar la producción de tubérculos y biomasa aérea del yacón en dos ciclos de cultivo en condiciones del trópico alto colombiano. El cultivo se plantó a una distancia de 0.80 m entre surcos y 0.60 m entre plantas,equivalente a una densidad de 20.833 plantas ha^-1. Las variables de rendimiento fueron analizadas mediante estadística descriptiva y las relaciones entre ellas se exploraron con un análisis de componentes principales. La parcela de cultivo produjo un total de 4015 kg de biomasa, distribuidos en propágulos o semilla agámica basal (32.5 %), tubérculos (40.1 %), tallos (14.4 %) y hojas (13.0%). El cultivo tuvo un rendimiento equivalente a 141 t ha^-1 de biomasa integral (tubérculos, tallos y hojas) en 7.5 meses, cifra considerable para las condiciones climáticas y de altitud, si se tiene en cuenta que el yacón creció en suelos pendientes con limitaciones químicas (alta acidez, bajos contenidos de bases y fósforo) y sin fertilización. Esta especie puede producir grandes volúmenes de alimento y los tubérculos representan casi el 70 % de su rendimiento agronómico (equivalente a 126 ton ha^-1 año^-1). Estos resultados permiten concluir que el yacón es una especie con un potencial productivo importante para la producción animal en agroecosistemas de alta montaña en la zona Andina. Es posible integrar esta asterácea en arreglos como bancos mixtos de forrajes, sistemas silvopastoriles intensivos y setos forrajeros. La producción de tubérculos ricos en azúcares es importante para la suplementación estratégica de vacas lecheras, bovinos en crecimiento y otras especies de interés en cada región.

Palabras claves: agroecología, fructooligosacáridos, ganadería sostenible, inulina, recursos locales, rizomas, suplementación estratégica

Production of tubers and aerial biomass of yacon Smallanthus sonchifolius (Poepp.) H. Rob. (Asteraceae) for animal feed in the tropical highlands of Colombia

Abstract

Yacon is a native Andean plant with multiple domestic and industrial-scale uses, but used insufficiently in sustainable production systems of the tropical highlands. This species of the Asteraceae family stands out as a perennial crop that produces edible tubers rich in inulin (a polysaccharide) and its aerial biomass is a medium quality forage. The objective of this study was to evaluate the production of tubers and aerial biomass of yacon in two cultivation cycles in the tropical highlands of Colombia. The crop was established at a distance of 0.80 m between rows and 0.60 m between plants, equivalent to a density of 20,833 plants ha ^-1. Performance variables were analyzed with descriptive statistics and the relationships between them were explored with a principal component analysis. The cultivation plot produced a total of 4015 kg of biomass, distributed in propagules or basal agamic seed (32.5 %), tubers (40.1%), stems (14.4 %) and leaves (13.0 %). The crop yield was equivalent to 141 t ha^-1 of biomass (tubers, stems and leaves) in 7.5 months, a considerable amount for the study area’s climate and altitude, considering that it was planted in steep slopin land and soils with chemical limitations (high acidity, low contents of bases and phosphorus) and without fertilization. This species can produce large volumes of food and the tubers represent almost 70 % of its agronomic yield (equivalent to 126 t ha^-1 year^-1). These results support the conclusion that yacon has a significant productive potential for animal production in high Andean agroecosystems. This Asteraceae can be integrated in mixed forage banks, intensive silvopastoral systems and fodder hedges. Sugar-rich tubers are important for the strategic supplementation of dairy cows, growing cattle and other species.

Key words: agroecology, fructo-oligosaccharides, inulin, local resources, rhizomes, sustainable livestock production, strategic supplementation

Introducción

El yacón Smallanthus sonchifolius (Poep. & Endl) H. Robinson, es una planta perenne de la familia Asteraceae, que ya se cultivaba en la cordillera de los Andes, de donde es originaria, cuando los invasores españoles llegaron a la región en el siglo XVI. Su nombre común proviene de la voz yaku, Waywash, yakun (← yakunyuq), que nombra al agua en quechua (Carranza-Romero 2003). En la actualidad el yacón se cultiva en pequeñas áreas para uso doméstico, desde el centro y sur de Colombia hasta el norte de Argentina, en un rango altitudinal entre 1800 y 2800 msnm (Villágomez 2008; Sáenz-Torres et al 2016). También fue introducido en otras regiones del mundo y hoy se cultiva en Brasil, China, República Checa, Japón, Nueva Zelanda y Taiwán (Boon 2003).

Esta asterácea alcanza alturas entre 1.50 y 3 m según el clima y el tipo de suelo. Sus raíces tuberosas (tubérculos) han hecho parte de la alimentación de los pueblos originarios y poblaciones rurales en la zona Andina, donde también los tallos y las hojas se han usado para la alimentación de pequeños animales domésticos (Ojansivu et al 2011). En países como Perú y Ecuador, las hojas se consumen en forma de infusión por sus propiedades hipoglicemiantes (Barrera et al 2004).

Los tubérculos, que pueden representar entre 40 y 50% de la biomasa total de la planta, contienen 15 - 40% de azúcares simples como fructosa, sacarosa y glucosa (Manrique et al 2005). Sin embargo, su principal característica es la presencia de azúcares más complejos conocidos como fructooligosacáridos (FOS) u oligofructanos (entre el 40 y 70%), entre los que se destaca la inulina (polisacárido) por ser un compuesto dulce, no tóxico y no digerible para los monogástricos (Narai-Kanayama et al 2007), razón por la cual se recomienda su consumo para las personas diabéticas.

Varios estudios mencionan beneficios del yacón para la salud humana, tales como el fortalecimiento de la respuesta inmunológica, la promoción de la síntesis de ácido fólico y vitaminas del complejo B, reducción del riesgo de cáncer de colon, disminución del nivel de triglicéridos, corrección del estreñimiento y estabilización del nivel de la glucosa en la sangre, entre otros (Manrique et al 2005; Sáenz-Torres et al 2016; Sáenz 2019). Gracias a sus múltiples beneficios, esta planta es muy apreciada en Japón, Corea y República Checa, donde se utiliza como fuente de inulina y en la elaboración de cientos de productos como jarabes, dulces, mermeladas, bebidas, licores, néctares, mieles, encurtidos, galletas, hojuelas y cápsulas con fines médicos (Ojansivu et al 2011).

Foto 1. (A) Cultivo de yacón en zona de ladera (pendientes >45 %). (B) Parte aérea de la planta (tallos y hojas). (C) Hojas de yacón. (D) Inflorescencia. (E) Raíces tuberosas (tubérculos) y propágulos (semilla agámica basal). (F ) Raíz tuberosa (tubérculo). (G) Propágulos (semilla agámica basal). Fuente: elaboración propia

Aunque esta planta ha sido cultivada para usos industriales en otros países del mundo, no ocurre lo mismo en su zona de origen, donde no se cultiva a gran escala y hay pocos avances en su integración en sistemas sostenibles de producción para fortalecer la soberanía alimentaria y la nutrición animal. Este cultivo podría hacer un gran aporte a la sostenibilidad de los agroecosistemas andinos montañosos y a la diversidad agrícola y cultural de esta región (Pastor 2004). Adicionalmente, los cultivos de raíces tuberosas podrían ayudar a satisfacer las necesidades crecientes de alimentos en varias regiones de Asia, África y América Latina, generando ingresos adicionales a bajos costos de producción (Scott et al 2000).

Dado el alto potencial productivo y la oferta de nutrientes de los tubérculos, los tallos y las hojas, el yacón puede cumplir un papel clave en la suplementación estratégica de la ganadería, en especial en los sistemas de lechería con baja aplicación de tecnología y en lecherías especializadas (Valentová y Ulrichová 2003).

Este trabajo contribuye a la búsqueda de alternativas para la suplementación estratégica en sistemas de producción lechera en el trópico alto. El objetivo principal fue evaluar el rendimiento agronómico del yacón en dos ciclos de cultivo en el Oriente Antioqueño (región Andina central de Colombia), con el fin de contribuir a la integración de esta especie en sistemas ganaderos sostenibles tales como bancos mixtos de forraje, sistemas silvopastoriles intensivos, setos forrajeros y otras estrategias para los ecosistemas frágiles de alta montaña.

Materiales y métodos

Localización

El trabajo de investigación se desarrolló en la finca Cien Años de Soledad (6° 26' 45.49" N y 75° 32' 43.20" O), situada en Rionegro (Antioquia - Colombia) entre 2200 y 2350 m de altitud, con temperatura media de 19 °C y precipitación anual de 2200 mm (Figura 2). Lo anterior se enmarca en la zona de vida bosque húmedo montano bajo (bh-MB; Holdridge 1966) y el trópico alto en Colombia.

Figura 1. Ubicación geográfica de la finca Cien Años de Soledad

Descripción del cultivo de yacón

Se hicieron dos ciclos de cultivo con un arreglo espacial de 0.80 m entre surcos y 0.60 m entre plantas, lo que equivale a una densidad de 20.833 plantas ha^-1. En ambos ciclos, se usó una parcela de 177 m ², con 399 plantas en 38 surcos. El terreno estaba cubierto por gramíneas (Cenchrus clandestinus y Paspalum sp.). Debido a la topografía (pendiente >45%), se hicieron labores de labranza mínima manual, se retiró la cobertura vegetal existente y posteriormente se picó y repicó el suelo con azadón. El material utilizado en la siembra fue fracciones de propágulo (semilla agámica basal), depositando dos de estas en cada sitio de siembra, a una profundidad máxima de 2 cm. Los surcos o líneas de siembra fueron aporcados (caballoneo manual) para garantizar un buen desarrollo de las raíces tuberosas (tubérculos) (Foto 2).

Foto 2. Desarrollo del cultivo de yacón en parcela experimental sobre una ladera con pendiente fuertes (izquierda); tubérculo de yacón (derecha)

El suelo no recibió ningún tratamiento correctivo para mejorar el pH; tampoco se aplicó fertilizante químico u orgánico durante la siembra y el desarrollo de los dos ciclos de cultivo. Por su origen volcánico, este suelo típico de los Andes centrales, se destaca por tener textura arenosa-franca, es rico en materia orgánica, muy ácido, tiene contenidos muy bajos de fósforo y bases intercambiables y niveles bajos de oligoelementos como cobre y boro. El alto nivel de hierro y la presencia de aluminio determinan limitaciones para varios cultivos. La Tabla 1 y Tabla 2, presentan la información fisicoquímica del suelo en el lote de cultivo.

Los ciclos de cultivo se desarrollaron entre enero y agosto de 2018, y entre diciembre de 2018 y junio de 2019. Se hizo cosecha manual de los tubérculos, propágulos (semilla agámica basal), tallos y hojas. El rendimiento del cultivo de yacón se evaluó en 95 plantas de 19 surcos (5 plantas por surco) en cada ciclo de cultivo. La Tabla 3 muestra los valores nutricionales para la mezcla de tallos y hojas y los tubérculos maduros cosechados al final de cada ciclo de cultivo.

Análisis de la información

Las variables de rendimiento del cultivo de yacón fueron analizadas con estadística descriptiva. Para explorar las relaciones entre éstas, se aplicó un análisis de componentes principales, empleando la librería FactoMineR (Husson et al 2008) en el software R Project versión 3.4.2 (R Core Team 2017). Las variables de respuesta analizadas fueron: altura de la planta (m), número de tubérculos, peso de tubérculos (kg), peso de propágulos (kg), peso de tallos (kg), peso de hojas (kg) y producción total de forraje por planta (kg). Adicionalmente, se calculó el rendimiento del cultivo por m², para la parcela y por hectárea (t parcela^-1, t ha^-1). Para el análisis de la información se utilizó el software R Project versión 3.4.2 (R Core Team 2017).

Resultados y discusión

El ciclo de cultivo de S. sonchifolius tuvo una duración promedio de 7.5±0.71 meses en las condiciones de este estudio. Se observó un inicio del brote del cultivo en un rango entre 20-35 días; la duración de este pudo estar relacionado con la profundidad del propágulo. Silva et al (2018) reportan rebrotes incluso hasta 60 días después de la siembra. Quaresma et al (2020) encontraron un brote de los propágulos de yacón más rápido a menor profundidad. Estos resultados se obtuvieron sin enmiendas o fertilización del suelo; tampoco se usaron moléculas químicas o de origen biológico para el control de insectos y enfermedades (hongos o virus). El ciclo de cultivo observado en el presente trabajo se encuentra en el rango de 6 a 19 meses descrito por Valderrama-Cabrera et al (2005), quienes afirman que la zona de vida, el manejo agronómico y el plan de fertilización pueden afectar la duración de este.

Las características estructurales evaluadas en la planta se resumen en la Tabla 4. Los coeficientes de variación (CV) fueron altos, indicando un comportamiento heterogéneo de las plantas, el cual pudo estar afectado tanto por diferencias en el ambiente donde se desarrolló el cultivo como por diferenciación genética del mismo. Posibles gradientes de fertilidad en un mismo lote experimental relacionados en parte con las condiciones de pendiente en el desarrollo del cultivo y la no fertilización de este, pudo afectar el desempeño individual de las plantas. La variabilidad espacial en un mismo lote de cultivo y su relación con su rendimiento ha sido reportada por Muñoz et al (2006) en cultivo de papa (Solanum tuberosum L), mostrando la importancia de los estudios de caracterización para futuros ensayos experimentales.

Variaciones en la profundidad de siembra y por lo tanto en edad de desarrollo de las diferentes plantas de un cultivo, también han sido reportados como causales de la variación en el comportamiento agronómico de cultivos (Almeida Rojas et al 2013; Quaresma et al 2020). El efecto genético también podría estar relacionado con la variación encontrada en el cultivo, dado que S. sonchifolius no ha tenido una selección genética reciente basada en técnicas científicas; esto sugiere la posibilidad de iniciar procesos de selección vegetal, tal como se ha hecho con arbustos como el botón de oro (Ruiz et al 2018) y leucaena (Machado y Núñez 1994; Suárez et al 1987). Los registros máximos, hasta de 47 tubérculos con un peso de 75 kg por planta, evidencian un alto potencial productivo y de mejoramiento genético.

La altura de las plantas de yacón registrada en el presente estudio se encuentra dentro del rango de 1.5 a 3 m obtenido por Sáenz-Torres et al (2016), para plantas con y sin fertilización orgánica en Colombia y otras regiones de los Andes. En cuanto al número de tubérculos por planta, Valderrama-Cabrera et al (2005) contaron 15 unidades en cultivos establecidos con una distancia de 1 m entre surcos y 0.70 m entre plantas, valor inferior al registrado en la presente evaluación. En condiciones de invernadero en Colombia, Sáenz-Torres et al (2016) encontraron un peso promedio de 4.9 kg (con rango entre 2.45 y 6.7 kg) en las raíces tuberosas de cada planta, valor cercano a la media encontrada en el presente estudio. Sin embargo, en este último caso, se presentó una diferencia mayor entre los valores mínimo (0.45 kg) y máximo (15.27 kg), que refleja la variación en el tamaño de las raíces en el cultivo.

En el presente estudio, se encontró una producción total por planta de 9.86 kg, de los cuales el 68.8 % (6.79 kg) estuvo representado por tubérculos, hojas y tallos. Sáenz-Torres et al (2016) obtuvieron un peso promedio de 4.34 y 2.39 kg para los propágulos y las hojas por planta, respectivamente; ambos valores superan los promedios obtenidos en esta investigación (3.27 kg en propágulos y 1.31 kg en hojas).

La Tabla 5 presenta los valores de rendimiento del cultivo por m ², para la parcela experimental y el valor proyectado por hectárea. La parcela experimental (177 m²) produjo 4015.3 kg de biomasa, donde el 32.54 % correspondió a propágulos, 40.07 % a raíces tuberosas (tubérculos), 14.41 % a tallos y 12.98 % a hojas. Al proyectar el rendimiento del cultivo por hectárea usando la misma distancia de siembra de la parcela experimental, los datos mostraron un potencial forrajero de 141 t ha^-1 de tubérculos, tallos y hojas. Grau y Rea (1997), registraron producciones de tubérculos entre 28 y 95 t ha^-1 con fertilización orgánica en Perú, 74 t ha^-1 en Ecuador y 100 t ha^-1 en Brasil, con una densidad de siembra de 10000 plantas ha ^-1 (densidad baja comparada con la del presente estudio).

Así mismo, Valderrama-Cabrera et al (2005), registraron producciones de raíces tuberosas mayores a 50 t ha^-1 y entre 35 y 61 t ha ^-1, en el Valle de Condebamba y la localidad de Chuquibamba en Bolivia, respectivamente, con la aplicación de 5 t ha^-1de estiércol de gallina compostado como abono orgánico. A diferencia de las anteriores investigaciones, donde los ensayos de cultivo del yacón se hicieron en otras latitudes y altitudes, nuestros resultados pueden ser más comparables con los de Hernández (2004), quien desarrolló ensayos de adaptación del yacón en un sistema agroecológico sin fertilización en la zona cafetera de Colombia y obtuvo producciones de 32 t ha^-1 de tubérculos y 48.5 t ha^-1de biomasa forrajera.

Los datos proyectados para calcular el rendimiento por hectárea a partir de la información obtenida en los dos ciclos de cultivo en la parcela experimental mostraron que la producción de tubérculos (84.0 t ha^-1) está dentro de los promedios citados en la literatura en algunos casos, y muy por encima de éstos en otros casos, teniendo en cuenta que la producción del presente estudio se logró sin fertilización. Adicionalmente, se obtuvo una producción de biomasa forrajera (entre tallos y hojas) de 57.4 t ha^-1, por encima de la registrada por Hernández (2004) para el sistema agroecológico en la región cafetera de Colombia.

Conclusiones

• El yacón puede producir grandes volúmenes de alimento en condiciones de trópico alto, en suelos pendientes con limitaciones químicas (alta acidez, bajos contenidos de bases y fósforo) y sin prácticas de fertilización, donde casi el 70 % de su rendimiento agronómico está representado por tubérculos (equivalente a 147 t ha^-1 año^-1)
  
  
• Teniendo en cuenta que el yacón es una planta perenne y que la duración del ciclo de cultivo puede variar entre 6 y 10 meses según las condiciones agroambientales, es importante que este recurso se integre a sistemas agroforestales pecuarios diseñados para las condiciones del trópico alto, tales como bancos mixtos de forrajes, sistemas silvopastoriles intensivos, setos forrajeros y corredores de conectividad, entre otros.

Agradecimientos

Los autores agradecen al equipo de la finca Cien Años de Soledad (Zoraida Calle Díaz, Jhon Dairo Valencia Manrique y Andrés Camilo Marín) por permitir y acompañar el proceso de investigación y el desarrollo de las actividades de preparación y siembra del cultivo, al igual que la toma de datos en la cosecha al final de cada ciclo. Al cDrAnSc Wilson Andrés Barragán por el soporte en el análisis estadístico y al Programa de Liderazgo de ELTI (Environmental Leadership & Training Initiative) por la colaboración en la edición final del texto. Igualmente, agradecen el apoyo financiero del Grupo GRICA de la Universidad de Antioquia, y CIPAV, a través del apoyo recibido por Minciencias y del Patrimonio Autónomo Fondo Nacional de Financiamiento para la Ciencia, la Tecnología y la Innovación Francisco José de Caldas, mediante el plan de fortalecimiento Innovación para la Resiliencia y la Mitigación del Cambio Climático en los Agropaisajes Ganaderos de Colombia, código 3307100270685, contrato 006-2020.

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