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Introducción
La asociación de la absorción y extracción de nutrientes con los rendimientos permite una mejora del manejo de fertilizantes al considerar la interacción genotipo x ambiente (Ciampitti y Vyn, 2011; Hill y Clérici, 2013). El uso excesivo de fertilizante comercial al suelo no sólo puede ocasionar problemas graves ambientales y ecológicos (Adviento-Borve et al., 2007; Bianchini et al., 2008; Snyder et al., 2009); sino que además puede afectar negativamente la absorción por el cultivo de otros nutrientes como Zn, Ca y K (Yu-kui et al., 2009). La eficiencia del uso de los fertilizantes depende de su manejo agronómico, el cultivo y tecnología de fabricación de fertilizantes para evitar pérdidas por volatilización, lixiviación, fijación, precipitación, entre otras reacciones en el suelo (Roberts, 2007; Bruulsema et al., 2008).
La demanda de nutrimentos por el maíz se asocia a sus etapas de desarrollo (Ritchie et al., 2002). Para una mayor eficiencia del uso de los nutrimentos se considera el concepto de sin localización o posición del fertilizante cerca de las raíces; y la sincronización o mejor momento de aplicar el fertilizante según su demanda (Marschner, 1994). Los momentos críticos de absorción de nutrimentos del maíz se asocian al período de 4 a 6 hojas (V4-6) a 10 hojas (V10), Ritchie et al. (2002). La aplicación solo de N da un incremento significativo en rendimiento seguido por la adición de P (fósforo), pero en los suelos que tienen una fertilidad media se requieren adicionar cationes base (K y Ca) y micronutrientes (Zn y B). La adición de materia orgánica incrementa la retención de agua y nutrientes, mejora la sincronía entre la aplicación de fertilizantes y la demanda de nutrientes, y la biodiversidad del suelo crece (Zingore, 2011).
La eficiencia del uso de nitrógeno (EFN) se relaciona al genotipo de maíz, aspectos de manejo y ambiente (Carneiro et al., 2013). Guohua et al. (2008) identificaron genotipos eficientes con bajo suministro de N al suelo por plantas con raíces vigorosas que exploran y almacenan reservas de N, por una mayor tasa de translocación en la formación de grano y la cualidad de mantener las hojas verdes activas después de la antítesis. Bolaños (1994) en once localidades estudió la EFN y concluyó los maíces híbridos rindieron de 1 a1.5 t ha-1 más de grano en contra de variedades de polinización libre; y sugirió el mejoramiento de semilla se oriente a materiales con una combinación de eficiencia de llenado de grano y una mayor duración de la fase de llenado. Hefny y Aly, (2008) en estudio de 16 cruzas de maíces encontraron que la deficiencia de N retrasó la floración, aceleró la senescencia, redujo biomasa y componentes de rendimiento y contenido de proteína en el grano, por lo cual se debe seleccionar cruzas con alta eficiencia de uso de N.
Gallais y Hirel (2004) citan es complejo el fenómeno de la interacción de genotipo-suministro de N y agobios en medio ambiente con relación a la expresión de genes y procesos enzimáticos para que la planta de maíz sea eficiente en el aprovechamiento de N; por lo cual sugieren estudios integrados de genética cuantitativa, marcadores moleculares y genómica con diversos aspectos de manejo agronómico y de fisiología a fin de identificar genes con cualidades de dar mayor tasa de absorción de N por las raíces en suelos de baja fertilidad y además tengan rapidez de translocación hacia la mazorca, a fin de incluirlos en programas de mejoramiento de semillas.
El objetivo del estudio fue calcular índices de la eficiencia fisiológica aparente (EFA) de diferentes tratamientos de fertilización al suelo asociado a la producción de los híbridos de grano H-47 y H-59.
Materiales y métodos
El manejo nutricional por sitio específico (MNSE) es una metodología propuesta por el Instituto Internacional de Nutrición Vegetal (IPNI, 2009); donde el agricultor en su predio identifica las cantidades de nutrimentos faltantes en el suelo al comparar el máximo rendimiento en una parcela con "fertilización completa, balanceada y suficiente" contra una serie sucesiva de "parcelas de omisión de nutrimentos" y su fertilización tradicional. Se probaron cinco híbridos de maíz grano (Puma 1076, H-59, H-47, H-50 y Z-60) con ocho dosis de fertilización (Cuadro 1). Se usó como base la fórmula de fertilización "completa" en kg ha-1 de 240N -90P2O5 - 80K2O - 380CaO - 50MgO- 60S (T8); y con la sucesiva omisión de un macro-nutrimento se diseñaron los tratamientos de: T1(-N), T2(-P), T3(-K), T4(-S), T5(-Mg), T6(-Ca) y T7 (nombrado como fertilización del "agricultor" equivalente al 70% de la dosis de NPK de la dosis "completa"; pero sin Ca, Mg y S). La siembra en suelo con "punta de riego" con 90 mil semillas por hectárea se hizo el 13 de mayo en el municipio de Temascalcingo, Estado de México a 2 372 msnm. El temporal de lluvia se estableció de forma "regular y suficiente" durante el ciclo.
Cuadro 1 Tratamientos de fertilización al suelo en parcelas de omisión de macro nutrimentos del agricultor y completa en Temascalcingo, Estado de México.
El suelo se analizó por métodos normalizados de la SMCS (1987) y se calificaron por el rango de suficiencia de acuerdo a Alarcón (2004). El análisis reportó: 6.5 unidades de pH (extracción 2 partes de agua: por una de suelo seco, calificado como ligeramente alcalino), no salino (0.52 dS m-1), pobre en materia orgánica (1.15%), bajo de N (0.08%, micro-Kjeldhal), muy alto en P (88 mg kg-1 Bray I), alto de K (1.04 cmol kg-1 F. Flama), bajo en Ca2+ (5.87 cmol kg-1 EDTA) y alto en Mg (3.67 cmol kg-1 EDTA).
Para la estimación de la eficiencia fisiológica aparente (EFA) de tratamientos de omisión de N-P-K-Mg se hizo sólo para los híbridos H-47 y H-59; y se calculó con la relación de kilogramos de grano de maíz producido por kg de NPKMg medido en tejidos de la biomasa total (paja con olote y grano). Los tratamientos por material genético de maíz (H), de fertilización (F) y la interacción H x F, fueron procesados con el paquete SAS (1998) y se separaron las medias con prueba de Tukey al 5%.
Resultados y discusión
El análisis permitió declarar con honestidad matemática existió diferencia significativa a las variables de estudio por efecto de tratamientos de híbridos (H), fertilización (F) y por la interacción H x F (Cuadro 2).
Cuadro 2 Significancia estadística de cinco variables por efecto de diseño cinco híbridos de maíz (H) x ocho tratamientos de fertilización al suelo (F) e interacción HF.
Se aprecia la bondad de ajuste del modelo para cada variable estimada con aceptables coeficientes de correlación (R2), bajos coeficientes de variación (C.V.), valores medios "altos", y alta significancia de las F calculadas y la probabilidad P>F. La variación de datos experimentales procede tanto de la genética de los híbridos de maíz y como el manejo agronómico (Coutiño y Vidal, 2006).
Variables a la cosecha por híbridos de maíz y parcelas de omisión de macro nutrimentos
La comparación de variables a la cosecha se presenta por híbridos en Cuadro 3 y de las parcelas de omisión en Cuadro 4. El H-59 produjo menos paja y grano asociado a peso bajo de 200 granos. En contraste el híbrido Z-60 produjo más paja y grano asociado con el mayor peso hectolítrico. El Puma 1076 fue intermedio, ya que produjo alto valor de paja y peso de 200 granos pero grano fue bajo (9.35 t ha-1).
Cuadro 3 Comparación de medias£ de cinco variables agronómicas por efecto de cinco híbridos.
£ PL= peso hectolítrico; PS200= peso de 200 semillas. Letras distintas en columnas son diferentes por Tukey al 5%.
Cuadro 4 Comparación de medias£ de cinco variables a la cosecha por efecto de ocho tratamientos de parcelas de omisión de macro nutrimentos al suelo en maíz.
El tratamiento de omisión de nitrógeno (-N) tuvo los más bajos indicadores de producción: paja 9.04 t ha-1, peso de 200 granos (53.9 g) y grano (7.09 t ha-1). La producción de paja no fue afectada por los tratamientos de fertilización por omisión, del agricultor o completa. Igual sucedió para el peso de 200 granos pero el tratamiento de omisión de magnesio (-Mg) numéricamente fue el más bajo (56.97 g). Estrictamente, la falta de N (7.09 t ha-1) y de P (9.58 t ha-1) causaron las menores cosechas de grano en comparación del resto de los tratamientos de fertilización. Estos datos confirman la falta de N impacta en desbalance de otros nutrimentos de acuerdo a Ciampitti y Vyn, (2011).
Interacciones relevantes H x F
Se evaluaron las interacciones H x F con mayor contraste de la producción de grano por hectárea, las cuales se presentan en el Cuadro 5. Los rendimientos mayores de grano se obtuvieron con fertilización del agricultor x híbrido Z-60 con 11.36 t ha-1, seguida por -Ca x Z-60, completa x Puma 1076, -K x Z-60. Se juzga el híbrido Z-60 como "robusto" porque es capaz de sostener "altos rendimientos de grano" aún con la omisión de calcio (interacción F6H5) y a la omisión de potasio (F3H5). En cambio, el híbrido Puma 1076 se calificó en tercer lugar de las interacciones y tan "superior" en términos estadísticos como el híbrido Z-60 (producción de grano 11.30 t ha-1); pero al eliminar de la fertilización el azufre impactó en una baja de dos toneladas de grano. Esta baja de producción de grano de maíz con el Puma 1076, fueron análogas para los híbridos H-50 con la omisión de P y H-59 con la omisión de Mg (Cuadro 5).
Eficiencia fisiológica aparente (EFA) de H-47 y H-59 por omisión de macro nutrimentos.
La eficiencia fisiológica aparente o EFA, se define como la producción de kilogramos de grano obtenida por kilogramo de cierto nutrimento contenido en la biomasa del cultivo en una hectárea. Se anota la palabra "aparente" porque se desconoce el origen y el curso del proceso de absorción y transporte; ya sea del complejo del suelo como nutrimento nativo, por adición de los fertilizantes, de la mineralización de residuos de cosecha u otros abonos orgánicos, por fijación biológica, por aspersión foliar u otro ingreso. A diferencia del concepto de la eficiencia agronómica o EA, el cual es de carácter eminentemente práctico, tradicional y comprensivo, el cual se define como la relación de "cuantos kilogramos de maíz se cosechan marginalmente en una hectárea entre los kg adicionados de un nutrimento contra el testigo sin tratar".
En este estudio se tiene la hipótesis las EFA, s son diferentes para híbridos de maíz y para tratamientos desbalanceados de la fertilización al suelo bajo el concepto de omisión de macro nutrimentos de N, P, K, S, Mg y Ca. Para el cálculo de las EFA,s de los híbridos H-47 y H-59 se presentan los datos en kg ha-1 de producción de paja + grano = biomasa seca total (base 0% humedad) e índice de cosecha de grano I.C.G. (Cuadro 6), los promedios de concentración de mg kg-1 de NPKMg en paja y grano de H-47 (Cuadro 7) y H-59 (Cuadro 8), relaciones de concentración N, P, K y Mg en grano /paja de dos híbridos de maíz (Cuadro 9), Índices de cosecha en kg ha-1 de NPKMg en biomasa seca total (paja + grano) de dos híbridos de maíz (Cuadro 10), promedio de contenidos de N, P, K y Mg en kg ha-1 en la biomasa seca de paja y grano de maíz H-47 (Cuadro 11), promedio de contenidos en kg ha-1 de N, P, K y Mg en la biomasa seca de paja y grano de maíz H-59 contenidos en kg ha-1 de NPKMg en biomasa seca (paja + grano) de dos híbridos de maíz y la eficiencia fisiológica aparente (EFA)= kg de grano al 14% humedad / kg de NPKMg contenido en biomasa seca total (paja + grano) de dos híbridos de maíz.
Cuadro 6 Promedio de rendimientos de biomasa seca (0% humedad de paja, grano y total) e índice de cosecha de grano (I.C.G) de dos híbridos de maíz por tratamientos de omisión.
Cuadro 7 Concentraciones en mg kg-1 de N, P, K y Mg en la biomasa seca de paja y grano de maíz H-47.
Cuadro 8 Concentraciones en mg kg-1 de N, P, K y Mg en la biomasa seca de paja y grano de maíz H-59.
Los rendimientos promedio de grano con base seco (0% humedad) fue 9.91 t ha-1 y 8.98 t ha-1 para el H-47 y H-59, respectivamente (una tonelada de diferencia). Los índices de cosecha de grano (ICG) fueron prácticamente iguales para el H-59 (0.57) vs H-47 (0.55); pero se observa en H-47 el contraste la parcela de omisión (-N) con ICG de 0.50 fue superado por todos los tratamientos de fertilización mientras con el H-59 sucedió lo contrario porque el (-N) con valor de 0.58 fue superior o igual a los demás tratamientos de fertilización (Cuadro 6). Lo anterior permite deducir la carga genética de cada híbrido tiene respuesta de adaptación a la omisión de algún macro elemento en acuerdo a (Gallais y Hirel, 2004; Hefiy y Aly, 2008); y es útil para adoptar las mejores prácticas de fertilización por sitio específico (Roberts, 2007).
Con letras cursivas en negritas se distinguen las concentraciones promedio de macro nutrimentos de omisión respectivos para NPKMg en paja y grano del H-47 (Cuadro 7) y H-59 (Cuadro 8). Se visualizan valores en cursivas asociadas a la baja por omisión de algún macro elemento. Así, se asoció a la omisión de -P y -K a la baja de sus concentraciones en paja y grano, pero no para -N, ya que es un nutrimento plástico que se ajusta a la producción de biomasa. El caso de -Mg es inconsistente, ya que con el H-47 sí bajaron sus concentraciones en paja y grano pero para el H-59 si bien los contenidos de magnesio en paja fue menor (707 mg kg-1), en grano no fue así (2 079 mg kg-1 vs -N, -P y -K los tres con valores menores). La falta o exceso de la oferta de algún nutrimento en particular conlleva a desbalances de otros elementos esenciales por antagonismos, ion acompañante, o disfunción en acuerdo a (Yu-kui et al., 2009).
La venta de la cosecha de grano fuera de la finca representa la exportación de nutrimentos. Este principio también es válido para la paja cuando no se incorpora al suelo en forma de estiércol o de compostas después de ser aprovechado para dieta pecuaria. Se presenta primero las relaciones de concentración de NPKMg de grano entre paja, como comprensión de la partición en la planta de macro nutrimentos (Cuadro 9), y con mayor precisión los índices de cosecha de NPKMg en grano respecto a la biomasa total seca (paja + grano); como valor exportado de nutrimentos fuera de la finca (Cuadro 10).
Las relaciones de concentración de macro nutrimentos en grano/paja en promedio para H-47 y H-59 respectivamente fueron: de N de 1.41 y 1.35 (es se explica 1.41 kg de N en grano por un kg de N en paja); P de 3.46 y 4.45; K de 0.31 en ambos híbridos, Mg de 1.65 y 2.06 (Cuadro 9). Contraste ejemplar entre P y K; ya que el fósforo preferencialmente se orientó al grano de tres a cuatro veces más que en paja; en tanto el potasio sucedió lo contrario porque sólo un tercio (0.31) se concentró en el grano. Estos cuatro macro elementos son móviles en la planta y las deficiencias aparecen en hojas basales por la demanda de órganos de nueva formación; más la razón de la partición se explica mayormente por la genética y la etapa fenológica del cultivo (Ritchie et al., 2002; Gallais e Hirel, 2004).
Los índices de cosecha o contenidos de NPKMg en promedio en grano de maíz para H-47 y H-59, respectivamente, fueron: N de 0.64 y 0.63, P de 0.81 y 0.88, K de 0.28 y 0.35, Mg de 0.67 y 0.77. Dos grandes contrates son observados, primero para H-47 con (-N) el índice de cosecha de N fue de sólo 0.51 vs el testigo del agricultor de 0.70; y segundo, para H-59 con (-K) el índice de cosecha de K fue de 0.13 vs el rango de 0.34 a 0.42 del conjunto de los tratamientos de fertilización. El Instituto Internacional de la Nutrición de la Planta (IPNI, 2009), publicó para una cosecha de 10 t ha-1 de grano y su respectiva paja; los índices de cosecha de NPKMg fueron: N de 0.66, P de 0.75, K de 0.21 y Mg de 0.28; los cuales equivalen en dicha cosecha de grano las cantidades en kg de 145N, 30P, 40K y 8Mg. Los datos aquí mostrados coinciden francamente con los índices de cosecha para N y P, son ligeramente mayores para K y "muy altos" para Mg (de 2 a 3 veces), lo que indica posible desbalance por antagonismo catiónico.
Los valores netos en kg ha-1 de NPKMg en paja y grano fueron calculados a partir de la producción de biomasa y sus concentraciones químicas, y se presenta para el H-47 en el Cuadro 11. Cabe recordar el promedio de la parcela fue casi de 10 t ha-1 de grano. Se aprecia los contenidos extraídos en kg ha-1 en la paja de N y K son relevantes para los dos híbridos H-47 y H-59 con rangos del orden de 101 a126 de N y de 162 a 101 de K, respectivamente. En lo general, el valor en cursivas negritas de la omisión de un macro nutrimento se reflejó en menor contenido extraído en la paja y grano. Así, para -N del H-47, los contenidos en kg ha-1 de N en paja fue de 116 vs el promedio de 126.5, y grano de 120 vs la media de 223. Análogamente con -N para el H-59, los contenidos extraídos en kg ha-1 de N fueron en paja de 70.5 vs el promedio de 101, y grano de 145.3 vs el promedio de 172.2.
Conclusiones
Las eficiencias fisiológicas aparentes EFA, s de NPKMg fueron: del H-47 en kg ha-1 de grano de maíz por kg de macro nutrimento contenido en la biomasa de 33.6/N, 232.4/P, 51.7/K y 553.4/ Mg; y para H-59 de 39.0/N, 181.1/P, 67.1/K y 421.8/Mg. Las EFA, s por la omisión de macro nutrimentos fue similar al valor promedio, a la fertilización del agricultor y la dosis completa de "alto rendimiento", por lo cual se deduce esta variable está más asociada al genotipo en comparación a la omisión de algún macro nutrimento.
