Environmental influences on CO₂ uptake by agaves, cam plants with high productivities

Abstract

Agaves have long been utilized for their leaf fiber and for beverage production. As first reported in 1968 for Agave americana, they are Crassulacean Acid Metabolism (CAM) plants, for which stomatal opening and CO₂ uptake occur primarily at night when the lower temperatures greatly reduce water loss. More recently, the influences of rainfall, temperature, and photosynthetically active radiation on CO₂ uptake by agaves have been determined and incorporated into an Environmental Productivity Index (EPI). Nutrient effects on CO₂ uptake and growth can be quantified by a Nutrient Index, which multiplies EPI to account for soil element effects. New growth data forAgave victoriae-reginae are consistent with the Nutrient Index, except that high soil potassium levels inhibited dry weight increases and sodium was somewhat more inhibitory than expected. Productivities of agaves are high, the 25 tons dry weight hectare^-1 yr^-1 achievable byAgave mapisaga, A. salmiana, and A. tequilana exceeding the productivity of most annual agricultural crops. Often interest is focused on a specific harvestable plant part, such as the stems ofA. tequilana, which are harvested for tequila production. These stems have threefold higher levels of nonstructural carbohydrates such as sugars and polysaccharides than do the leaves; levels of such carbohydrates tend to be higher at times of the year with higher EPI, new data that can affect traditional harvesting practices. In conclusion, because of CAM, agaves can have high productivities in regions of moderate annual rainfall, and because of EPI, such productivity can be predicted, which augurs well for the increased future cultivation of agaves.

Résumé

Los agaves han sido aprovechados, desde hace tiempo, en la obtención de fibras y en la producción de bebidas alcohólicas. Estas plantas presentan el Metabolismo Acido de las Crasuláceas (MAC), citado por primera vez en 1968 paraAgave americana, por lo que la apertura estomática y la absorción de CO₂ ocurren principalmente por la noche, cuando las bajas temperaturas reducen apreciablemente la pêrdida de agua. Recientemente, los efectos de la precipitación, la temperatura y la radiación fotosintéticamente activa sobre la absorción de CO₂ en los agaves, se determinaron y incorporaron en el llamado Indice de Productividad Ambiental (IPA). A su vez, los efectos de los niveles de nutrientes en el suelo sobre la absorción de CO₂ y el crecimiento, pueden ser cuantificados por un Indice Nutricional, que incrementa el poder del IPA. Datos recientes de crecimiento paraAgave victoriae-reginae fueron apoyados por el Indice Nutricional, a excepcion de los altos niveles de potasio en el suelo, que inhibieren el aumento en peso seco, y en el caso del sodio, cuyo efecto inhibitorio fue mayor del esperado. La productividad de los agaves es muy alta: las 25 tons ha^-1 año^-1 alcanzadas porA. mapisaga, A. salmiana yA. tequilana exceden la de la mayoría de los cultives agrícolas anuales. Partes cosechables de estas plantas, como los tallos de A. tequilana empleados en la producción de tequila, han frecuentemente suscitado interés. Estos tallos tienes niveles tres veces mas altos de carbohidratos no estructurales, como los azúcares y polisacáridos, que lo que producen sus hojas. Además, los niveles de taies carbohidratos tienden a ser mas altos en êpocas del año con mayor IPA, lo cual podria afectar las prácticas de cosecha tradicionales. En conclusión, estas plantas pueden tener altas productividades en regiones de precipitación anual moderada, y como con el uso del IPA esta productividad se puede predecir, esto favoreceria un futuro incremento en las áreas cultivadas de agaves.