Sitio de estudio

El ensayo se llevó a cabo en el Campo Experimental Bajío, Celaya, Guanajuato, México. Ubicado a los 20° 34' 44.9" N y 100° 49' 09.5" O, a una altitud de 1754 m. El clima de la región según ^{García (1987)} es BS1hw(W)(e) q, es decir, semicálido con lluvias en verano y escasa precipitación invernal, con invierno fresco. La temperatura media anual es de 20.6 °C y la precipitación media anual es de 597 mm.

Muestreo de suelos

Se recolectó una muestra de suelo compuesta por 22 submuestras de 0-5, 5-15 y 15-30 cm de profundidad al final de cada ciclo de cultivo. Las muestras se secaron a la sombra y a temperatura ambiente. Se tamizaron en malla de 2 mm y se hicieron determinaciones químicas cómo pH en agua relación 1:2, conductividad eléctrica, contenido de nitrógeno Kjeldahl, P extractable Olsen, materia orgánica, contenido de K, bases de intercambio y elementos menores. Los métodos de laboratorio empleados en dichos análisis fueron los descritos por ^{Jackson (1976)}.

Implementación de las prácticas de agricultura de conservación

La parcela tuvo una superficie de 1 hectárea. Durante primavera-verano de 2010 se preparó el suelo con prácticas de labranza convencionales (barbecho, rastra, nivelación y surcado) y se sembró maíz variedad “Jabalí” de Asgrow, para propiciar condiciones homogéneas de fertilidad en el suelo y generar los residuos de cosecha necesarios para implementar las prácticas de agricultura de conservación; la producción de maíz fluctuó entre 12 y 14 Mg ha^-1 y se adicionaron en la superficie del suelo 13 Mg ha^-1 de residuos de cosecha, en forma de matillo. Durante el ciclo de cultivo otoño-invierno 2010-2011 se implementó este sistema de cultivo y se sembró trigo, variedad Cortazar S94 (^{Solís-Moya et al., 1996}), en surcos de 0.8 m a doble hilera; la producción de grano alcanzó 7 Mg ha^-1, y se distribuyeron en la superficie del suelo alrededor de 6 Mg ha^-1 de residuos de trigo en forma de mantillo. Posteriormente en primavera-verano 2011 la parcela se dividió por mitad: una para establecer maíz, variedad “Jabalí” de Asgrow, y la otra para establecer frijol, variedad flor de junio Marcela (^{Castellanos-Ramos et al., 2003}), continuando con el sistema de conservación; el maíz produjo 12 Mg ha^-1 y el frijol 3 Mg ha^-1, se adicionaron en la superficie del suelo 11 y 2 Mg ha^-1 de residuos de cosecha, respectivamente.

Descripción de los experimentos

El presente estudio, después implementar las prácticas de agricultura de conservación y evaluar una rotación de cultivos, se efectuó durante el ciclo otoño-invierno 2011-2012. Se sembró nuevamente trigo a doble hilera, variedad Cortazar S94 (^{Solís-Moya et al., 1996}), sobre los residuos de cosecha de los ciclos anteriores. Se evaluaron dos experimentos con un diseño en bloques al azar con cuatro repeticiones, distribuidas aleatoriamente. En el primero se valoró el efecto de la inoculación de hongos micorrízicos (Glomus mosseae) en la producción de trigo, para lo cual se establecieron seis tratamientos que se describen en el Cuadro 1. La inoculación se efectuó tres horas antes de la siembra. Se revolvió directamente en la semilla, con adherente, un inoculó que contenía 100 esporas g^-1 de suelo, y se aplicaron 3 kg ha^-1, con base en las recomendaciones que reportaron ^{Grageda-Cabrera y González-Figueroa (2015)}, quienes sugieren aplicar un kg de inóculo por cada 50 kg de semilla. El segundo experimento consistió en evaluar el efecto de dos rotaciones de cultivo: gramínea-gramínea (trigo‑maíz G-G) y gramínea-leguminosa (trigo-frijol G-L), que corresponde a la continuidad del estudio explicado anteriormente en el punto de implementación de prácticas de agricultura de conservación. En cada rotación se estudiaron cuatro niveles de fertilización nitrogenada: 0, 100, 150 y 200 unidades de N ha^-1 (Cuadro 2). Las unidades experimentales, en ambos experimentos correspondieron a 4 surcos de 0.76 cm de ancho por 14 m de longitud, distribuidos de manera aleatoria en tres bloques.

Análisis estadístico

El ensayo de inoculación de hongos micorrízicos se analizó mediante un diseño estadístico en bloques al azar con cuatro repeticiones. Se efectuó la prueba de comparación de medias de Tukey α = 0.05. El ensayo de rotación de cultivos se evaluó mediante un experimento factorial 2 × 4 con arreglo en bloques al azar: dos niveles de rotación de cultivos y cuatro niveles de fertilización nitrogenada. El rendimiento de grano del segundo ensayo se analizó también mediante una regresión, para evidenciar las diferencias en pendiente e intercepto, por efecto de las dosis crecientes de fertilización nitrogenada. La fecha de siembra se efectuó el 28 de diciembre de 2011. Se aplicaron cuatro riegos: a los 0, 30, 57 y 88 días después de la siembra. Las fuentes de fertilización de N-P-K fueron (NH₄)₂SO₄-Ca(H₂PO₄)₂‑KCl. El N se aplicó dos fracciones, la mitad durante la siembra y la otra mitad durante el primer riego.

Parámetros agronómicos

La evaluación de los parámetros agronómicos se efectuó a partir de la recolección de muestras, una por unidad experimental, de 1 m de longitud por el ancho de surco (0.76 m), donde se midieron los siguientes parámetros: número de plantas y tallos; altura final de planta de 20 tallos, medidos a partir de la base del tallo hasta la base de la espiga; peso de grano, ajustado al 12% de humedad; biomasa aérea; peso de mil granos e índice de cosecha.

Condiciones meteorológicas

Durante el desarrollo del cultivo, a partir de la última semana de febrero, se presentaron frecuentemente temperaturas superiores a 30 °C a la sombra, (Figura 1). Marzo y abril fueron muy calurosos y las temperaturas máximas alcanzaron 35 °C. Por encima de este nivel de calor, en etapa de floración del trigo, puede haber daño en el cultivo y afectar el rendimiento de grano. De acuerdo con ^{Solís-Moya (2007)} la incidencia de altas temperaturas en el Bajío en etapa fenológica de floración acelera el periodo de llenado, y por consecuencia, limita el rendimiento de grano. Lo anterior es más probable en siembras tardías. Por otra parte, la precipitación fue escasa durante el período de cultivo, las lluvias sumaron apenas 19 mm. Se registró una lluvia de más de 8 mm al final de la etapa del cultivo.

Figura 1: Distribución de las temperaturas máximas, mínimas y precipitación, durante el desarrollo de cultivo de los ensayos de trigo en el Bajío, Celaya, Guanajuato, México. Ciclo otoño-invierno 2011-2012.  

Análisis del suelo

El suelo donde se llevó a cabo el estudio correspondió, de acuerdo con la clasificación de la USDA, a un vertisol pélico (^{Grageda-Cabrera et al., 2004}). Su clase textural es arcillosa, con más de 60% de la fracción <2 μm. Predominan arcillas expandibles del tipo esmectitas, propias de este tipo de suelos. El pH mostró una disminución de ligeramente alcalino a neutro, después de los tres ciclos de cultivo previos a la presente evaluación (Cuadro 3). Así mismo se observó un aumento de en las reservas orgánicas del suelo, en los primeros 5 cm de profundidad, especialmente de carbono. La concentración de N-NO₃ y N-NH₄ después del tercer ciclo de cultivo, al finalizar la prueba de rotación de cultivos gramínea-gramínea y gramínea-leguminosa, fue mayor en donde se cultivó la leguminosa, en los estratos de 0-5 y 5-15 cm profundidad, lo cual se atribuye a la actividad de las bacterias del género Rhizobium, las cuales se asocian simbióticamente de manera natural con las leguminosas. El contenido de P-extractable fue mediano.

Ensayo de inoculación de hongos micorrízicos arbusculares

Los componentes de rendimiento de trigo, que evidenciaron diferencias significativas (P < 0.05) por efecto por la inoculación de hongos micorrízicos, en combinación con las distintas dosis de fertilización nitrogenada, fueron: altura final de planta, rendimiento de grano, peso de mil granos y biomasa aérea. El nivel más bajo de producción se observó en el tratamiento donde solo se inoculó la cepa del hongo micorrízico sin aplicar fertilizantes químicos (1) (Cuadro 4). En contraste, el tratamiento con aplicación de 200 unidades de N ha^-1 sin inoculación, que correspondió al testigo con sólo fertilización química, (2) tuvo una producción 64% mayor, respecto al tratamiento 1. Lo anterior implicó, que el biofertilizante por sí solo, no promueve en el sistema radicular la capacidad de abastecimiento necesario de nitrógeno, que el cultivo requiere para una mayor producción. Si bien, algunos estudios en el estado de Guanajuato, muestran que, la inoculación de hongos micorrízicos en el cultivo de trigo incrementa el aprovechamiento de N por las plantas (^{Báez-Pérez et al., 2012}; ^{Grageda-Cabrera et al., 2018}), solamente sí se combina con una dosis complementaria de fertilizante químico.

La dosis de fertilización recomendada de nitrógeno en el Bajío para la producción de trigo, de acuerdo con ^{Solís-Moya et al. (2013)}, es de 220 kg ha^-1. La aplicación combinada del biofertilizante con el fertilizante químico mostró una mayor respuesta en la producción de trigo, como se observó en el siguiente contraste: el rendimiento de grano en el tratamiento con inoculación de G. mosseae combinado con aplicación de 100 kg de N ha^-1 (3), tuvo 23% más producción, respecto al tratamiento donde sólo la aplicó esta dosis de fertilizante (4). El tratamiento con inoculación del hongo micorrízico y suministro de 150 unidades ha^-1 de nitrógeno (5), fue donde se obtuvo el rendimiento más alto de trigo y los granos más pesados, el doble respecto al tratamiento con sólo inoculación (1) y 68% más, respecto al tratamiento con sólo aplicación de esa dosis de fertilizante químico (6). La producción de grano evidentemente tuvo una respuesta a las dosis de fertilización nitrogenada; sin embargo, la combinación con la inoculación de hongos micorrízicos arbusculares posibilita disminuir la dosis de fertilización nitrogenado, sin afectar el rendimiento de grano, lo cual puede constituir un ahorro por el costo de producción. Estos resultados concuerdan con lo reportado por ^{Aguilar-Carpio et al. (2017)} y ^{Grageda-Cabrera et al. (2018)} en un estudio de esta naturaleza.

Ensayo de rotación de cultivos

Hubo diferencias estadísticas significativas (P < 0.05) por efecto de la rotación de cultivos y dosis de fertilización nitrogenada en los factores de primer orden, así como en la interacción de ambos factores de estudio. La producción de grano, en el ensayo de rotación de cultivos, tuvo diferente respuesta, en función de las dosis crecientes de fertilización nitrogenada (Cuadro 5). Se observó que la rotación G-G se ajustó a un modelo lineal (R² = 0.90) (Figura 2), con una producción máxima de 4 Mg ha^-1, al aplicar 200 unidades de N ha^-1. Mientras tanto, la rotación L-G tuvo un ajuste mediano (R² = 0.72); sin embargo, la máxima producción fue de 4.7 Mg ha^-1, con tan sólo 150 unidades de N ha^-1 y fue significativamente mayor (P < 0.05) con respecto a la rotación G-G (Figura 2). Lo anterior evidenció, que el cultivo precedente de frijol proporcionó nitrógeno residual en el suelo, a través de la fijación biológica, que ocurre de manera natural entre las bacterias del género Rhizobium y las leguminosas, lo cual pudo ser aprovechado por el cultivo de trigo. Al respecto ^{López-Alcocer et al. (2017)}, reportaron 20 cepas de Rhizobium en los suelos del Bajío. Los autores mencionan que la simbiosis entre las bacterias del género Rhizobium y la leguminosa, en este caso frijol, es considerada un proceso de alta eficiencia en fijación biológica del nitrógeno atmosférico, que puede proveer hasta 90% de las necesidades de nitrógeno de las plantas. Estos resultados sugieren que, la implementación de prácticas de rotación de cultivos con leguminosas, en sistemas producción con prácticas de agricultura de conservación es factible para disminuir la dosis de fertilización nitrogenada en el cultivo de cereales y abaratar el costo de producción. Lo anterior se evidenció en la cantidad de N inorgánico (N-NO₃ + NH₄) evaluado en el suelo, después de concluir con el ciclo de cultivo de frijol (Cuadro 3), previo al presenta en este estudio, se observó que éste fue alrededor de 45% mayor, comparado con el contenido de N encontrado en el suelo donde se ubicó el sistema de cultivo con rotación G-G, en los primeros 30 cm de profundidad.

Figura 2: Relación entre rendimiento de grano en trigo y dosis de fertilización en ensayo de rotación de cultivo. 

La cobertura del suelo con residuos de cosecha, componente básico de las prácticas de agricultura de conservación, favorece la inmovilización de parte del nitrógeno que se aplica con el fertilizante químico (^{Grahmann et al., 2013}), especialmente durante la segunda fertilización, cundo éste queda en contacto directo con el material orgánico, porque no se efectúan labores de labranza y no puede quedar enterrado. Por lo tanto, la biomasa microbiana aprovecha parte de ese N suministrado para su metabolismo, durante la descomposición de la materia orgánica. El N residual que queda, después de ser fijado biológicamente por las bacterias del género Rhizobium en la rizosfera de las leguminosas, queda disponible para siguiente cultivo, y fuera del alcance de los microorganismos que actúan sobre los esquilmos agrícolas que se encuentran en la superficie del suelo.