El uso cada vez más frecuente de colorantes, impulsó a los investigadores a estudiar cómo afectan la capacidad de la luz llegando al césped.

Septiembre 2020 | Dr. Ben Wherley; Dr. Manuel Chavarría y Dr. Casey Reynolds. 

La apariencia de pintura a inicios de primavera en bermuda ultra-enano. Izquierda a derecha: colorantes de larga duración  colorantes de corta duración fungicida con colorantes.

Nota del Editor: Esta investigación fue financiada por la GCSAA a través de una donación del Environmental Institute for Golf.

Los colorantes para el césped han ganado popularidad para su uso sobre greens de golf, tees y fairways recientemente. Los colorantes se usan en temporadas de frío, esas épocas cuando el pasto no está creciendo de forma activa o está en dormancia, pero también se usan como componentes de fungicidas, tinturas para aplicaciones de químicos y otros productos que necesita el campo a través del año.  Aunque la investigación sobre colorantes es limitada, algunos beneficios de su aplicación pueden incluir el reemplazar la necesidad de sobre-siembra, mejorar el color y la definición, elevar la temperatura del suelo y rebrote más vigoroso en primavera, comparado con el césped sobre-sembrado. Adicionalmente, se ha encontrado que la radiación solar que alcanza la superficie del suelo, es mayor en bermuda pintado, que el ryegrass perenne sobre-sembrado, al inicio de la primavera. Sin embargo, hay algunas sospechas de que los colorantes pueden tener efectos adversos en la salud de la planta, si son aplicados a altas temperaturas o se usan en exceso.

Los colorantes pueden variar significativamente en su composición química — que se basa en su uso destino — y en su terminología (pintura, pigmento, tinte, colorante, etc.). Colorante es un término genérico que engloba todo aquello que da color, que puede provenir de pigmentos orgánicos o inorgánicos, dependiendo del color deseado y su uso. Las Pinturas contienen pigmentos y resina (con la función de aglutinante), que mantiene el pigmento en la superficie de la hoja. Estas tienen mayor concentración de pigmento, porque están diseñadas para durar más y tener mayor impacto con la diferencia de color. Las pinturas se usan comúnmente en los estadios de football americano, mientras que los colorantes se usan más frecuentemente en campos de golf y tienen mucho menos pigmento y resina.

Otro punto importante que hay que notar, es que los pigmentos orgánicos o inorgánicos en estos colorantes, con o sin aglutinante, son partículas sólidas que mantienen su estructura durante el proceso de aplicación. Los tintes, por otro lado, son sustancias orgánicas que son solubles y pierden su estructura después de la aplicación.

Aunque se ha sugerido que algunos colorantes filtran la radiación ultravioleta del sol (UV), se considera más importante sus efectos en la radiación fotosintéticamente activa (PAR, por sus siglas en inglés), la cual es la esencial para la fotosíntesis. Algo que deben tener en cuenta los superintendentes, es el potencial de los colorantes de cubrir en exceso las hojas del césped, particularmente cuando los colorantes son re-aplicados en greens durante el invierno e inicios de la primavera. A pesar de todo, hay poca investigación para cuantificar los efectos de los colorantes en la transmisión de la luz.

Objetivos

Los objetivos de esta investigación fueron: 1) Examinar los efectos de colorantes de larga duración, colorantes de corta duración y fungicidas con colorantes sobre la radiación UV (<400 nanómetros) y radiación PAR (400 a 700 nanómetros) y su transmisión con fuentes de luz artificial en el laboratorio; y 2) Cuantificar los efectos del colorante sobre la radiación PAR directo del sol.

Métodos

Esta investigación fue realizada durante abril y mayo del 2018 en el laboratorio del césped de Texas A&M, en College Station, Texas. Los colorantes fueron seleccionados para tener una buena representación de aquellos disponibles en el Mercado, de larga duración, de corta duración y fungicidas con colorantes.

Evaluación en laboratorio del efecto del colorante en la transmisión de ondas UV y PAR a través de la solución

Soluciones de colorantes para el césped fueron preparadas en el laboratorio, a concentraciones 100:1, 250:1, 500:1, 1000:1 and 2000:1. Estas soluciones (en agua), dejan entonces concentraciones del orden del 1%, 0.4%, 0.2%, 0.1% and 0.05%, respectivamente. Tres réplicas de cada concentración se colocaron con una pipeta, dentro de unos tazones de cuarzo de 3.5 ml. Se prepararon muestras de control en tazones con agua des-ionizada y agua normal. Las muestras de agua:colorante fueron transferidas al laboratorio para su análisis, usando un espectrómetro PS-300, equipado con fuentes de luz de halógeno y deuterio (SL5-DH UV-VIS). Este procedimiento permitió medir la absorción y transmisión tanto de luz UV, como PAR. El porcentaje de transmisión de luz, fue documentado para cada colorante y para cada concentración. El procedimiento se repitió para asegurar la confiabilidad de las muestras, además de generar datos adicionales para esta fase experimental.

Efectos del colorante en la transmisión espectral de ondas de luz PAR, de la luz natural del sol

Se prepararon soluciones con colorantes, a las dosis de etiqueta, para aplicaciones ligeras y pesadas. Éstas fueron aplicadas en hojas de acrílico de 0.12 pulgadas de ancho (3-mm) usando un aplicador de mano con boquillas de abanico plano XR 8002 a 40 libras de presión. Los volúmenes de aplicación, se calcularon calibrando la velocidad del caminado durante la aplicación. Se hicieron tres réplicas con cada colorante. Las hojas de acrílico se dejaron secar por 24 horas.

Las hojas pintadas se colocaron arriba de una caja abierta, con los lados cerrados y pintadas de negro mate en su interior, para reducir la reflexión/difusión de la luz. Un sensor StellarNet de luz fue colocado en el centro de la caja, una pulgada (2.54 centímetros) por debajo de la hoja de acrílico. Después, la transmisión de luz solar a través de las hojas tratadas, se midió al mediodía en un día despejado, a finales de abril del 2018. Para referencia, la radiación PAR fue medida aproximadamente a un ~95% de luz solar completa, en la ausencia de colorantes (hojas de acrílico no pintadas). Los efectos del colorante en las propiedades de transmisión espectral, así como la energía en general transmitida entre 400- a 700-nanómetros de ondas PAR, fueron calculadas para los controles no tratados y también, para todos los tratamientos con colorantes. El experimento se repitió en mayo del 2018, usando soluciones y acrílicos nuevos.

Hallazgos

Efectos del colorante en la transmisión de ondas PAR y UV en el laboratorio

Transmisión de ondas PAR

Entre los colorantes más permanentes, el porcentaje de transmisión de ondas PAR de 400- a 700-nanómetros, de la fuente de luz artificial a través de las soluciones en cuencos fue generalmente muy baja.

A pesar de probar varias dosis en las soluciones, la mayoría no permitió la transmisión a concentraciones del 0.1% o mayores. En la concentración más baja de la prueba (0.05%), Green Lawnger (15.4%) y Endurant Premium (14%) permitieron los valores más altos de transmisión PAR; de todos los demás colorantes, Match Play Ultradwarf (0.05%), Brite Stripe (0.14%) y Harrell’s Spray Max Dormant Green (1.5%) tuvieron los valores más bajos de transmisión. Las dosis de concentración probadas en este estudio, fueron menores de las usadas en la práctica, pero al extrapolar la información con las dosis de etiqueta para las mezclas en tanque (colorante:agua) — los cuales, con la excepción de Brite Stripe, van del rango de ~5% to 7% en solución — los datos sugieren que las gotas de todos los productos aplicados, permiten al menos, una transmisión PAR limitada. En la práctica, la hoja rara vez se cubre en su totalidad, en cambio, las gotas se esparcen en la superficie de la misma, como se muestra en la foto de abajo. De esta forma, solo las áreas que quedan debajo de la influencia de las gotas de pigmento, experimentarían las reducciones en PAR.

Una imagen de un green con bermuda enano, aplicado con colorante, mostrando la distribución de la mezcla del mismo en la superficie de la hoja.

Los colorantes de poca duración también permitieron niveles bajos de transmisión PAR a una concentración del 0.05%. La más alta transmisión se notó con Turf Mark Blue (29.4%), seguido por Endurant Turf Enhancer (3.9%) y PAR SG (2.4%). De los colorantes de poca duración, Green Lawnger Vision Pro HD (0.5%), Transition HC (0%) y Turf Screen E.S.P. (0%) son los que permitieron menos transmisión PAR. Cuando se extrapoló a las dosis de etiqueta, que iban del 0.1% al 0.9%, los resultados fueron similares a los colorantes de larga duración, en los que no hubo transmisión PAR en la mayoría de las soluciones a las dosis de etiqueta. La excepción fue Turf Mark Blue, que demostró una transmisión PAR del 30% a la dosis de etiqueta del 0.1%.

Los fungicidas con colorantes, generalmente permitieron los valores más altos de transmisión PAR en las pruebas con los cuencos. La transmisión PAR en soluciones al 0.05% fue mayor en Appear (58%), seguido de Interface Stressgard (24%) y Civitas Turf Defense (8.5%). Nuevamente, al extrapolar los datos a las dosis de etiqueta, que van de 0.7% a 5.4%, no hubo transmisión o ésta fue muy limitada, así que, los fungicidas con colorantes se comportaron de forma similar a los colorantes de larga y poca duración.

Transmisión UV

Todos los colorantes de larga duración, redujeron significativamente la radiación UV (200 a 400 nanómetros), siendo que lo máximo medido fue del 0% al 1.4%, entre los colorantes de este estudio. Basados en estos datos, a las dosis de etiqueta, que van de 5.4% a 25%, no se esperaría medir nada de radiación UV.

Sin embargo, aunque Turf Screen E.S.P. es, hasta donde sabemos, el principal producto de corta duración que dice reducir la radiación UV, la mayoría de los colorantes de corta duración que estudiamos, eliminan virtualmente el 100% de radiación UV en todas sus concentraciones. La excepción fue Turf Mark Blue, que permitió un 13% de transmisión UV al 0.1%. No sabemos si tendríamos la misma respuesta a concentraciones mayores, o bajo condiciones de luz natural.

Los fungicidas con colorantes, permitieron más transmisión de luz UV que los colorantes de tanto de larga como de corta duración. La transmisión UV fue más alta con Appear (37%), seguido por Civitas Turf Defense (2.3%) e Interface Stressgard (1.2%). Sin embargo, como con los otros colorantes, no se detectó transmisión UV a las dosis de etiqueta de todos los productos.

Estos resultados han dado mucha información en la transmisión comparativa tanto de luz UV como PAR, que permiten estos colorantes. Para extender estos resultados a situaciones de campo, se hicieron pruebas adicionales aplicando los colorantes en hojas de acrílico, a las dosis de etiqueta, haciendo después la medición de transmisión de luz natural directa del sol.

Efectos de los colorantes sobre la transmisión PAR de luz natural del sol

Se hicieron medidas espectroradiométricas de transmisión PAR a través de los acrílicos aplicados, para tener una mejor apreciación de los efectos de los colorantes, sobre la luz disponible para la planta, en condiciones de campo. Como lo hicimos previamente, estas aplicaciones se hicieron a la mitad de las dosis especificadas en la etiqueta de los productos.

Reducción porcentual de PAR (400 a 700 nanómetros) de luz solar, provocada por colorantes de larga y corta duración, además de fungicidas y colorantes en este estudio. Todos los colorantes se aplicaron en hojas de acrílico, usando las dosis de etiqueta por mitad. Las medidas de luz se hicieron usando un espectro-radiómetro StellarNet, al mediodía de un día despejado. Se promediaron los datos de varios estudios realizados durante mayo del 2018 en College Station, Texas.

Las curvas de distribución de energía espectral de la transmisión PAR, indicaron diferencias entre los colorantes de largo plazo. Green Lawnger y Endurant Premium mostraron respuestas similares en transmisión PAR, provocando las mayores reducciones de los productos de larga duración, sobre transmisión azul (400 a 500 nanómetros) y transmisión roja (600 a 700 nanómetros), con un impacto menor en la longitud de onda de transmisión verde (500 to 600 nanómetros). Match Play Ultradwarf, Brite Stripe y Harrell’s Spray Max Dormant Green, permitieron mayor transmisión de las ondas rojas y azules y sus efectos en PAR, fueron similares.

Los colorantes de corto plazo, permitieron niveles más altos de transmisión PAR en todas sus longitudes de onda, comparados con los colorantes de larga duración, siendo las ondas PAR más afectadas la azul y la roja. En general, las reducciones en azul y rojo fueron más notables con Green Lawnger Transition HC y Green Lawnger Vision Pro HD, siendo los que menos afectaron Turf Mark Blue y PAR SG.

Los fungicidas con colorantes, se comportaron de forma similar a los colorantes de corto plazo. Civitas Turf Defense y Appear, tuvieron las mayores reducciones en ondas azul y roja, mientras que Interface Stressgard tuvo efectos mínimos sobre PAR, principalmente en las ondas rojas.

Reducciones totales de energía PAR por colorantes

Cuando se calcularon los efectos de los colorantes, sobre la energía PAR (400 to 700 nanómetros) transmitida a través de las hojas de acrílico, se notaron reducciones entre ~20% al 40% con los colorantes de larga duración en relación con la luz natural del sol (gráfica anterior). De acuerdo a los datos de la curva de energía espectral, Green Lawnger y Endurant Premium fueron los que más redujeron PAR (43% y 42%, respectivamente). Harrell’s Spray Max Dormant Green, Brite Stripe y Match Play Ultradwarf fueron los siguientes en la línea, con rangos de un 25% al 28% de la energía PAR. Los colorantes de corta duración y los fungicidas con colorantes, sólo provocaron reducciones del orden del ~5% al 10%.

Un inconveniente en esta fase del estudio, fue la incapacidad de medir los efectos de los colorantes en la transmisión UV como lo hicimos en el laboratorio. Esto no fue posible porque las hojas de acrílico, filtran de forma natural la luz UV. Mientras todos los colorantes bloquearon la transmisión de luz UV, emanada de un foco de deuterio y medida con métodos de espectroscopia, las condiciones de luz natural pudieran producir resultados diferentes entre los colorantes.

Conclusiones

De uso tradicional para dar color a media temporada o en la dormancia invernal, los colorantes están siendo cada vez más usados en los campos de golf. Por lo tanto, ha tomado mayor importancia el conocer sus efectos sobre la luz del sol, que podría impactar con el desempeño de la planta en campo.

Basados en los hallazgos de este estudio, se encontraron algunas diferencias entre los colorantes de larga duración y los de corta duración, en términos de composición química y propiedades de transmisión de luz. En análisis espectroscópicos en laboratorio, todas las soluciones de colorantes bloquearon la transmisión de luz, tanto de luz UV como luz PAR, a las dosis de mezcla de etiqueta, pero hubo diferencias a concentraciones más bajas. Esta fase del estudio fue diseñada para evaluar las diferencias entre los productos, en condiciones controladas en laboratorio. Como resultado, es poco probable que los valores absolutos de estas reducciones, se presenten en situaciones de campo, pero las diferencias relativas entre los colorantes, pueden ser relevantes.

Nuestro estudio apoya esta conclusión dado que, cuando se hizo una sola aplicación de colorante a las hojas de acrílico, a las dosis de etiqueta y la luz solar fue medida con métodos espectro radiométricos, los colorantes de larga duración provocaron reducciones de PAR del orden del 20% al 40%, pero los colorantes de corta duración provocaron reducciones del 10% o menores. Estas reducciones observadas, son consistentes con investigaciones previas sobre los efectos de los colorantes en la fotosíntesis, lo que sugiere que deben tomarse precauciones con el uso repetido de colorantes, bajo condiciones de baja luminosidad.

La investigación dice…

• El uso de colorantes para el césped (pintura, pigmentos o tintes) — por sí mismos o como componentes de fungicidas u otros productos — se ha vuelto más común en los campos de golf.
• Los colorantes pueden afectar el desempeño de la planta, al restringir la luz solar.
• En el campo, los colorantes de larga duración redujeron PAR entre 20% y 40%, pero los colorantes de corta duración redujeron PAR sólo un 10% o menos.
• Deben tomarse precauciones con el uso repetido de colorantes, bajo condiciones de baja luminosidad.

AUTOR: Ben Wherley es profesor de Ecología del césped, en la Universidad de Texas A&M, de College Station, TX. Manuel Chavarría es investigador del centro de investigación Prairie Turfgrass, en Olds College, Alberta. Casey Reynolds es Director Ejecutivo de Turfgrass Producers International.

TRADUCTOR: IA Mauricio Aguirre García. Servicios de Atención al Cliente y Equipos Especializados Toro en TERMSA.

PUBLICACIÓN: Golf Course Management. Septiembre 2020. Título Original: Just passing through. https://www.gcmonline.com/research/news/turf-colorants-light-transmission?utm_source=informz&utm_medium=email&utm_campaign=general&_zs=7UAEN1&_zl=3XOW6