Material vegetal

Se utilizó frijol ‘Pinto Centauro’, que es una variedad de una cruza realizada por el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) − Durango entre el frijol ‘Pinto Mestizo’ y el ‘Pinto Saltillo’. El frijol ‘Pinto Centauro’ es de ciclo precoz, lo que lo hace adecuado en áreas con lluvia escasa (350 a 480 mm). Esta variedad de frijol presenta grano de mayor tamaño (34 a 45 g·100 semillas^-1), resistencia a enfermedades y testa tolerante al oscurecimiento, lo que prolonga su vida de anaquel e incrementa su precio en el mercado (^{Rosales-Serna, Ibarra-Pérez, & Cuéllar-Robles, 2012}).

Manejo del cultivo

El cultivo del frijol ‘Pinto Centauro’ se estableció durante el ciclo agrícola primavera-verano de 2017 bajo condiciones de temporal en el municipio de Cusihuiriachi, Chihuahua, México, en el Rancho “San Pedro” (28° 14’ 22.075’’ latitud norte y 106° 50’ 1.907’’ longitud oeste, a 1997 msnm). La siembra se realizó el 25 de julio de 2017, y la cosecha se llevó a cabo el 8 de noviembre de 2017. La siembra se estableció en surcos de 0.30 m de altura y 0.8 m de ancho, con una distancia de 0.15 m entre planta y de 0.20 m entre surcos. Al momento de la siembra, se aplicó una fertilización a fondo. Durante el periodo de evaluación, se registraron promedios de temperatura máxima entre 34.59 y 23.41 °C, mínima de 16.56 y 2.45 °C, y precipitación de 108.44 de mm (Cuadro 1).

Análisis de suelo

Antes de la siembra, se recolectaron muestras de suelo al azar para su análisis en el Laboratorio de Análisis de Suelo, Agua y Foliares, de la Facultad de Ciencias Agrotecnológicas de la Universidad Autónoma de Chihuahua (Cuadro 2). Las muestras se secaron al aire bajo la sombra, se tamizaron con mallas núm. 5, 10 y 20, y se almacenaron en botes de plástico de 1 L. Las determinaciones en laboratorio se agruparon en cuatro categorías (propiedades) con sus respectivos parámetros. Se determinó el pH del suelo (en CaCl₂ 0.01 M con un potenciómetro [modelo 410, Termo Orion™, EUA]), las propiedades de salinidad (porcentaje de saturación y pH en pasta saturada), la conductividad eléctrica (RD-B15, Beckman solubridge, EUA), el contenido de nitratos (brucina y colorimetría), fósforo asimilable (Olsen y Bray P1 [^{Bray & Kurtz, 1945}; ^{Olsen, Cole, Watanabe, & Dean, 1954}]), potasio, magnesio (ambos por espectrofotometría de absorción atómica) y micronutrientes (Fe, Mn, Ca, Cu y Zn, en DTPA y espectrofotometría de absorción atómica).

Diseño experimental y tratamientos

Se utilizó un diseño experimental de bloques completos al azar con tres tratamientos de fertilización y cuatro repeticiones. Los tratamientos fueron: testigo MF1 (N, P y K, con 41, 46 y 22 kg·ha^-1, respectivamente), fertilización MF2 (N, P, K, S y Zn, con 41, 46, 22, 12 y 1 kg·ha^-1, respectivamente) y fertilización MF3 (N, P, K, S y Zn, con 45, 60, 22, 22 y 1.5 kg·ha^-1, respectivamente). Se realizó una sola fertilización de manera manual.

Muestreo

La cosecha se realizó el 8 de noviembre de 2017, y se tomaron muestras de semilla de frijol de cada uno de los tratamientos en condiciones de madurez fisiológica. Las muestras se trasladaron al laboratorio del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo de la Facultad de Ciencias Agrotecnológicas para su análisis.

Análisis de calidad nutricional

La composición físico-química del frijol se determinó de acuerdo con la metodología de la Association of Official Agricultural Chemists (AOAC, 2000), y conforme a lo establecido en las Normas Oficiales Mexicanas vigentes.

Peso de la semilla. Se tomaron al azar 100 semillas de cada tratamiento, se pesaron en una balanza electrónica (Velab™, EUA) y se registró el valor como g·100 semillas^-1. La determinación se realizó por triplicado.

Dimensión de la semilla. Las dimensiones del frijol (longitud, ancho y grosor) se determinaron con un vernier (122206, Surtek, EUA). Se evaluaron 100 semillas por tratamiento, y los resultados se expresaron en cm.

Color de la semilla. Se midieron los parámetros de color con un equipo Konica Minolta (Chroma Meter CR-400/410, Japón) (^{Mathias-Rettig & Ah-Hen, 2014}). Las mediciones se realizaron por triplicado.

Proteína. La determinación de la proteína cruda se realizó mediante el procedimiento de cuantificación de nitrógeno total por el método Microkjeldahl. El resultado se expresó en porcentaje.

Humedad. Se determinó a partir del método de secado en cápsula abierta. El resultado se expresó en porcentaje.

Cenizas. Se determinaron a partir de la metodología reportada en la norma mexicana NMX-F-066-S-1978. Se colocó 1 g de muestra en un crisol y se llevó a peso constante en una mufla (SNOL 1100 LHM01, SNOL, Lituania). Se realizaron dos repeticiones por tratamiento. Los resultados obtenidos se expresaron en porcentaje.

Grasas. Para esta determinación se empleó el método Goldfish (NMX-F-427-1982). Los resultados se expresaron en porcentaje.

Fibra. La determinación de fibra cruda se realizó de acuerdo con la norma mexicana NMX-F-90-S-1978, para lo cual se empleó la muestra desengrasada y por diferencia de peso se determinó el porcentaje de fibra contenida en cada muestra.

Carbohidratos. La cuantificación de carbohidratos se realizó por diferencia de parámetros (calculado con base en el total de los parámetros). El resultado se reportó en porcentaje.

Energía. La energía contenida en cada muestra se midió a partir de la suma de las calorías contenidas en carbohidratos, grasas y proteínas. Los valores se expresaron en Kcal.

Análisis de calidad nutrimental

Azufre. El contenido de azufre se determinó con un analizador FLASH 2000 (Thermo Scientific™, EUA), para lo cual se colocaron 3 µg de muestra y 9 µg de pentaóxido de vanadio en una capsúla de níquel. Los análisis se realizaron por triplicado y el resultado se expresó en ppm, el cual se comparó con el valor de un estándar conocido (^{Reussi-Calvo, Echeverría, & Sainz-Rozas, 2008}).

Fe, Zn, Na, Mg, Mn, K, Ca, Cu y Ni. Para iniciar el análisis de estos minerales, se realizó una digestión por el método de mezcla tríacida (1 L de HNO₃, 100 mL de HC1O₄ y 25 mL de H₂SO₄). La concentración de los minerales se determinó por espectofotometría de absorción atómica (iCE™ 3500, Thermo Scientific™, EUA). Los resultados de los micronutrientes se expresaron en ppm, y de los macronutrientes en porcentaje.

Fósforo. La concentración del P se determinó por el método de metavanadato de amonio (NH₄VO₃) y por espectrofotometría de luz visible (Jenway®). Los resultados se expresaron en porcentaje.

Índice de rentabilidad

Se realizó un estimado agronómico de los insumos que se utilizaron, y se calculó el costo de producción y el ingreso por la venta del producto para determinar la rentabilidad del trabajo. La relación de rentabilidad (beneficio/costo) se calcula de acuerdo con la fórmula siguiente:

Análisis estadístico

Los datos obtenidos se sometieron a un análisis de varianza y una comparación de medias de Tukey (P ≤ 0.05) con ayuda del programa estadístico ^{SAS Institute (2002)} versión 9.0.

Rendimiento

El rendimiento de los cultivos es el resultado de la interacción ambiente-genotipo y la influencia del manejo agronómico, particularmente el manejo de la fertilización (^{Barrios-Ayala, Turrent-Fernández, Ariza-Flores, Otero-Sánchez, & Michel-Aceves, 2008}). En el presente estudio, se observaron diferencias significativas en el rendimiento de frijol ‘Pinto Centauro’ por efecto de la fertilización. El tratamiento MF3 presentó un rendimiento 46.26 % mayor al obtenido con el testigo (Figura 1).

Figura 1 Rendimiento del frijol ‘Pinto Centauro’ bajo diferentes manejos de fertilización: testigo MF1 (N, P y K, con 41, 46 y 22 kg·ha^-1, respectivamente), fertilización MF2 (N, P, K, S y Zn, con 41, 46, 22, 12 y 1 kg·ha^-1, respectivamente) y fertilización MF3 (N, P, K, S y Zn, con 45, 60, 22, 22 y 1.5 kg·ha^-1, respectivamente). Las líneas verticales en cada barra corresponden a la desviación estándar. Medias con letras iguales entre barras no difieren estadísticamente (LSD, P ≤ 0.05). 

La magnitud del rendimiento indica el nivel de eficiencia de la combinación de factores que influyen en la cosecha (^{Amezcua-Romero & Lara-Flores, 2017}). En estudios recientes se han observado aumentos significativos en el rendimiento de los cultivos con la adición de NPK + SZn, siendo la aplicación de S-Zn de gran relevancia para potenciar el rendimiento en frijol (^{Moniruzzaman et al., 2008}). La adición de S-Zn en un programa de fertilización influye a nivel fisiológico y bioquímico en los procesos de la planta, como la activación enzimática, la formación de clorofila, el transporte de electrones y la regulación de las estomas, lo que impacta positivamente en el crecimiento, el desarrollo y el rendimiento de la planta (^{Rahman et al., 2014}).

El resultado obtenido en este estudio fue significativo, ya que el rendimiento promedio de frijol en condiciones de temporal en México es de 1,500 kg·ha^-1. ^{Jiménez-Galindo y Acosta-Gallegos (2013)} obtuvieron valores de 1,484 a 1,192 kg·ha^-1, con incrementos de 20.8 % en la variedad Pinto Saltillo; una tendencia similar fue reportada por ^{Salinas-Ramírez, Escalante-Estrada, Rodríguez-González, y Sosa-Montes (2013)}. ^{Pérez-Trujillo y Galindo-González (2003)} mencionan que es posible obtener rendimientos de 2,715 kg·ha^-1 en sistemas bajo riego y de 726 kg·ha^-1 en temporal, que es más bajo que los rendimientos obtenidos en este estudio.

Calidad nutricional

Contenido nutrimental

Los microelementos como el Zn son esenciales para el crecimiento óptimo de una planta. Los resultados obtenidos de los macro y micronutrientes fueron significativos (P ≥ 0.05) (Cuadro 5). Con el tratamiento MF3, los granos presentaron un aumento de 74 % en fósforo, 9.45 % en el magnesio, 16.30 % en hierro y 39.77 % en Zn, en comparación con el testigo.

Los granos obtenidos con el tratamiento MF3 presentaron diferencias estadísticas significativas en la concentración de Zn en comparación con los otros tratamientos. Sin embargo, los valores obtenidos fueron ligeramente inferiores (de 20.47 a 33.99 ppm) a los reportados por ^{Celmeli et al. (2018)}, quienes realizaron un estudio en Turquía con 10 variedades locales (obteniendo valores de 17.81 a 37.90 mg·kg^-1) y algunas variedades de compañías internacionales (obteniendo valores de 25.03 a 35.1 mg·kg^-1) bajo condiciones controladas en el invernadero. Es importante considerar que los datos obtenidos en este trabajo fueron en condiciones de temporal, y que el suelo presentó un contenido de Zn inferior a 1 ppm. Otro factor que pudo haber influido en los resultados es el pH del suelo, ya que era ácido y eso dificulta la asimilación del Zn.

^{Cakmak y Kutman (2017)} mencionan que las concentraciones de Zn en el grano de frijol deberían oscilar entre 20 y 35 mg·kg^-1, con un valor promedio de 28 a 30 mg·kg^-1. Cuando el frijol se cultiva en suelos deficientes de Zn, las concentraciones de este elemento en el grano son <10 mg·kg^-1. Sin embargo, cuando el suelo es rico en Zn, o es fertilizado con Zn, las concentraciones de dicho elemento en el grano son de 20 mg·kg^-1. Por lo tanto, los resultados obtenidos en este estudio, considerando que se trata de un cultivo de temporal, muestran un efecto del manejo de la fertilización.

^{Estrada-Domínguez, Márquez-Quiroz, de la Cruz-Lázaro, Osorio-Osorio, y Sánchez-Chávez (2018)} mencionan que 61 mg·kg^-1 están establecidos como nivel crítico de Zn en las plantas para que sea suficiente en la nutrición humana. La ingesta requerida de Zn en la dieta humana es de 11 mg por día, y el frijol cocido aporta únicamente 1.4 mg (^{Rodríguez-Castillo & Fernández-Rojas, 2003}). Este nutriente es esencial en más de 300 enzimas, las cuales participan en todas las reacciones bioquímicas importantes del cuerpo humano. El Zn tiene un efecto directo en el crecimiento, el desarrollo neurológico, el comportamiento y el sistema inmune (^{López-de Romaña, Castillo, & Diazgranados, 2010}).

El tratamiento MF3 favoreció el aumento del contenido de fósforo y hierro en el grano de frijol, al alcanzar un valor promedio de hierro de 89.99 ppm; este valor es cinco veces mayor al reportado por ^{Tofiño-Rivera, Pastrana-Vargas, Melo-Ríos, Beebe, y Tofiño-Rivera (2016)} de 50 ppm. Se han realizado algunos estudios de biofortificación para incrementar el contenido de hierro en el grano de frijol, ya que este grano aporta cerca del 40 % del hierro en la dieta de las personas que basan su alimentación en esta leguminosa. No obstante, se estima que del total de hierro presente en el frijol sólo se asimila el 20 %, por lo que su contribución es baja, y si el contenido de hierro en el grano es pobre, la asimilación será aún menor (^{Mederos, 2006}). ^{García-Alanís et al. (2019)} mencionan que una persona requiere 8 mg de hierro por día, y el frijol cocido aporta únicamente 1.36 mg·100 g^-1. Algunos estudios indican que la biodisponibilidad está asociada con el contenido de hierro, lo que sugiere que no hay un aumento simultáneo de sustancias que interfieran con la absorción, y que proporcionar una mayor concentración de hierro en las variedades de frijol es una estrategia efectiva (^{Welch, House, Beebe, & Cheng, 2000}).

Índice de rentabilidad

Los resultados obtenidos en el estudio económico, en donde se determinó la rentabilidad de aplicar fertilización en frijol ‘Pinto Centauro’, revelan que el mejor tratamiento fue el MF3, ya que presentó un mayor valor de producción (ganancias) y un rendimiento b/c de 4.6, mejorando la ganancia bruta en 55 % (Cuadro 6).

Los resultados anteriores indican una respuesta favorable en el manejo de la fertilización en frijol ‘Pinto Centauro’ en los campos agrícolas de la región de Chihuahua, México. ^{Ugalde-Acosta, Tosquy-Valle, López-Salinas, y Francisco-Nicolás (2011)} realizaron riegos y fertilización mineral en frijol, y obtuvieron una relación b/c de 1.80, con una ganancia de 20 centavos por peso invertido. En este estudio, el tratamiento MF3 permitió aumentar la utilidad para el productor y recuperar el costo de inversión.

El manejo de la fertilización es una alternativa factible que se puede emplear para aumentar la productividad del frijol ‘Pinto Centauro’ en los suelos de temporal. Los resultados obtenidos sugieren que el manejo de la fertilización con el tratamiento MF3, además de aumentar el contenido nutricional del frijol, es una alternativa con mayores ingresos para el agricultor, ya que se obtiene un mayor rendimiento y granos de mejor calidad.