Comparative study using open-top growth chambers and ambient plots to evaluate the effect of chamber microclimate on sugarcane (Saccharum spontaneum Cv. US-67-22-2)

Abstract

Cylindrical open-top chambers are experimental facilities that have been widely used to study the effect of CO2 and toxic gases on plants. The difference in the chamber environment constitutes unintentional effects of experiments using open-top field chambers. The objective of this research was to study the effect of open-top chambers (CH) on the physiology of sugarcane variety US-67-22-2 in comparison to ambient air plots (AA). The chambers were 4.66 m diameter and 3.6 m high with 0.02 cm (8mil) polyvinyl chloride film covering an aluminum frame. The experiment was conducted at Lajas Agricultural Experimental Substation in Lajas, Puerto Rico. The environment of the open-top chambers was found to differ from the ambient air plots. Photosynthetically active radiation was reduced by 18 to 20% inside the chambers due to the chamber film and aluminum frame. Mean air temperatures inside the open-top chambers were on average 1.3 oC higher than ambient plots. Short term differences up to 2.5 oC were also observed on sunny days. CO2 concentrations were virtually the same for both treatments. The environmental changes were shown to cause little differences in plant development. Significant differences where found in plant height (P < 0.018) and in the number of leaves on the main stem (P < 0.04) of the sugarcane. The plant height in the chambers was taller by 34% from the ambient plots. No significant differences were observed in the number of tillers (P < 0.15), total leaf area (P < 0.06), leaf photosynthesis (P < 0.10) and leaf chlorophyll content (P < 0.09). No significant differences in any of the fresh and dry weight of plant parts were found between the CH and AA plots, although average weights were higher in the AA plots. Although there is some modification of the plant environment, the chambers provide a suitable environment during the growing season to be use in CO2 studies. Mathematical models were used to study the agronomic variables (height, leaf area, number of leaves, and number of tillers). The models with the best adjustments curve in relation to days after planting and degree day were the sigmoid and quadratic for the respective variables.

Las cámaras cilíndricas de tipo abierto son estructuras experimentales que han sido ampliamente utilizadas para estudiar el efecto del CO2 y de los gases tóxicos en las plantas. La diferencia en el ambiente de las cámaras constituyen efectos no-intencionales al utilizar las cámaras de tipo abierto en experimentos. El objetivo de esta investigación fue estudiar el efecto de las cámaras de crecimiento de tipo abierto en la fisiología de la variedad de caña energetica US-67-22-2 y compararlo con respecto a condiciones ambientales. Las cámaras tenían un diámetro de 4.66 m y 3.6 m de alto con una cubierta de cloruro de polivinilo de 0.02cm (8 mil) que cubría el marco de aluminio. El experimento se realizó en la Estación Experimental Agrícola de Lajas en Lajas, Puerto Rico. El ambiente dentro de las cámaras de tipo abierto fue algo diferente comparado a las condiciones ambientales de afuera. La radiación fotosintéticamente activa fue reducida entre un 18 a 20% dentro de las cámaras debido al efecto del plástico y del marco de aluminio. La temperatura dentro de las cámaras fue de 1.3 oC mayor comparado a las condiciones ambientales. La temperatura llegó a alcanzar diferencias de 2.5 oC más dentro de las cámaras en algunos días soleados. Las concentración de CO2 eran virtualmente iguales para ambos tratamientos. Los cambios ambientales causaron poca diferencias en el desarrollo de la planta. Se encontró diferencias significativas en la altura de la planta (P < 0.01) y en el número de hojas (P < 0.04) del tallo principal para la caña de azúcar. La altura de la planta en las cámaras fue mayor por un 34%. No se encontró diferencias significativas en el número de tallos (P < 0.15), área foliar total (P < 0.06), fotosíntesis (P < 0.10) y en el contenido de la clorofila (P < 0.09). No se encontraron diferencias significativas entre el peso fresco y seco de las partes de la planta, aunque generalmente fueron mayores los pesos en las condiciones ambientales. Aunque haya una cierta modificación del ambiente de la planta, las cámaras proporcionan un ambiente conveniente durante la época de crecimiento para ser utilizados en estudios de CO2. Se utilizaron modelos matemáticos para estudiar las variables agronómicas (altura, área de la hoja, número de hojas, y número de tallos). Los modelos que mejor ajustaron en lo referente a días después de siembra y días de calor acumulado fueron el sigmoide y cuadrático para las respectivas variables.