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Introducción
De las gramíneas, el maíz (Zea mays L.) probablemente sea la especie con mayor potencial para producir grano y en los últimos 75 años ha sido uno de los cultivos donde se han registrado los mayores rendimientos por unidad de superficie. Para explorar y explotar eficientemente su capacidad para transformar radiación solar en grano es necesario entender cómo interactúan las plantas morfológica y fisiológicamente e identificar las prácticas de manejo que permitan usar adecuadamente los recursos disponibles (Sangoi, 2000). A nivel mundial es el tercer cereal de mayor importancia en la nutrición humana; México es su mercado más grande con 11% y un consumo per capita de 123 kg, superior al promedio mundial de 16.8 kg (Agroder, 2012).
Tollenaar y Lee (2011) comentaron que los incrementos en la producción de grano que se han logrado en los últimos 60 años se atribuyen principalmente al fitomejoramiento (60%) y a la aplicación de mejoras tecnológicas (40%), como empleo de más fertilizantes, eficiente control de malezas, incrementos en la densidad de población, surcos más estrechos, y utilización de híbridos superiores. En los ensayos de rendimiento se han evaluado de 5.5 a 16.0 plantas m-2 y los RG variaron de 1.6 a 11.6 t ha-1 (Sangoi et al., 2002; Widdicombe y Thelen, 2002; Paszkiewics y Butzen, 2007; Sarlangue et al., 2007; Soltero et al., 2010; Abuzar et al., 2011; Morales et al., 2014; Haegele et al., 2014).
La densidad de población (DP) es una de las prácticas culturales más importantes que influyen en el rendimiento de grano y otros componentes del rendimiento (Sangoi, 2000), y éstos últimos dependen estrechamente del ambiente, del genotipo, del manejo agronómico y de sus interacciones (Rodríguez et al., 2002; González et al., 2008; De la Cruz et al., 2009; González et al., 2010; Tollenaar y Lee, 2011; Reynoso et al., 2014). La DP está condicionada principalmente por el cultivar, la duración del ciclo de cultivo, la fecha de siembra, la disponibilidad de agua, la anchura del surco y la dosis de fertilización (Sangoi, 2000). La elección de la DP está al alcance del agricultor de una manera fácil y económica y su análisis permitirá definir las relaciones entre la cantidad de plantas óptima por unidad de superficie y el mayor rendimiento de grano en diversos ambientes (Sangoi et al., 2002).
Aun cuando en otros países como China, Argentina, Canadá e Italia (4.57, 5.65, 6.63 y 9.53 t ha-1) se produce más grano que en México (3.99 t ha-1), el Valle de Toluca, en el Estado de México, México, es una región con gran potencial para la siembra de híbridos y variedades de alto rendimiento; la media es de 4.39 t ha-1 (SIAP, 2013), pero experimentalmente se han obtenido de 4.01 a 11.56 t ha-1 (González et al., 2007; González et al., 2008; Morales et al., 2014). En las últimas décadas se han liberado híbridos sobresalientes pero se desconoce su respuesta al incremento en la DP cuando se aplica un solo tratamiento de fertilización en varias localidades. Así, el objetivo principal del presente estudio fue evaluar cinco densidades de población sobre el rendimiento de grano y otros componentes del rendimiento de ocho cultivares de maíz sembrados en tres localidades de este Valle.
Materiales y métodos
Descripción del área de estudio
Este estudio se hizo en 2013 en tres localidades del Valle de Toluca, México: El Cerrillo Piedras Blancas (CPB), San Andrés Cuexcontitlán (SA) y San Mateo Otzacatipán (SM). El CPB está ubicado a 19° 22' 29.2" latitud norte y 99° 35'13.2" longitud oeste, a una altitud de 2 632 m; los suelos franco arcillosos son predominantes y su pH es de 6.1. SA está localizado a 19° 22' 27.5" latitud norte y 99° 35'11.4" longitud oeste, a 2 532 msnm, el suelo más común es el franco, y su pH es de 5.86. SM está situada a 19° 21 30" latitud norte y 99° 36 06.8 longitud oeste, a 2 632 msnm, el suelo más frecuente es franco arenoso con pH de 4.7. El clima del Valle de Toluca es templado sub-húmedo, con temperatura media anual de 13.7 °C y precipitación pluvial entre 1 000 y 1 200 mm, con heladas de 80-140 días en la época de octubre a marzo (García, 2005).
Material genético
Se utilizaron H-40, AS-722,AZ-60, HC-8, HID-17, HIT-11, San Cristóbal y San Andrés.
Diseño experimental y tamaño de la parcela
Se empleó una serie de experimentos en espacio en bloques completos al azar con tres repeticiones por localidad en parcelas divididas: en la parcela grande se asignaron las DP y en la chica los cultivares. La parcela constó de tres surcos de 6 x 0.80 m; la hilera central fue la unidad útil (UEU= 4.8 m2).
Manejo agronómico
En CPB se aplicó riego de presiembra y en SA y SM hay suelos de humedad residual. La preparación mecánica del suelo consistió en barbecho y dos pasos de rastra. La siembra en CPB se efectuó el 11 de abril, en SA el 24 de abril y en SM el 2 de mayo. Se aplicaron 250 kg de urea, 150 kg de 18N-46P-00K y 50 kg de cloruro de potasio (140N-69P-30K); 1/3 parte del nitrógeno y todo el fósforo y el potasio al sembrar y el resto del N en la etapa V8 (27 de mayo, 4 y 7 de junio). Se realizaron dos escardas en CPB y SA y una en SM. En CPB la maleza se controló con 1.0 kg de atrazina 90 y 1 L de 2,4 D amina; en una segunda aplicación se emplearon 2 L de atrazina 6-cloro-N2-etil-isopropil 1,3,5-2,4 diamina y 1 L de dicamba+ atrazina; éstos dos, en las mismas dosis, se aplicaron en las otras dos localidades el 18 y 30 de junio y 4 de julio. La cosecha se efectuó el 16, 18 y 26 de diciembre de 2013.
Variables registradas
Floraciones masculina y femenina (FM y FF, días transcurridos desde la siembra hasta que 50% de las plantas liberaron polen o emitieron estigmas), alturas de mazorca y planta (AM y AP, medidas en cm desde el suelo hasta la inserción de la mazorca principal o a la lígula de la espiga), acame de tallo y raíz (AC, porcentaje de plantas con tallos rotos o inclinación mayor a 45°), mazorcas enfermas (ME, en %), longitud de mazorca (LM, medida en cm de la base a su punta), diámetro de mazorca (DM, cm de su parte media), hileras de grano de la mazorca (HM), pesos del olote y de grano por mazorca (POM y PGM, en g), rendimiento de grano (RG, t ha-1), peso volumétrico del grano (PVG, kg L-1) e índice de prolificidad (IP; cociente entre mazorcas cosechadas y plantas de la UEU). Cinco plantas de la UEU fueron empleadas para calcular AM, AP, LM, DM, HM, POM, PGM, PVG; para el resto se utilizaron todos los datos (González et al., 2008).
Análisis estadístico
Se obtuvieron las salidas del análisis de varianza combinando y de la prueba de Tukey (p= 0.05). Los procedimientos aritméticos y el Programa para SAS (Statistical Analysis System ver. 6.01) fueron descritos por Martínez (1988). También se emplearon los análisis de componentes principales y de conglomerados, descritos por Sánchez (1995) y Reynoso et al. (2014). El biplot se elaboró en Microsoft Excel ver. 1997-2003 (González et al., 2010).
Resultados y discusión
Los resultados que se muestran en el Cuadro 3 indican que los sitios de evaluación (A), los cultivares (G) y la interacción G x A deben ser estudiados con mayor detalle en relación a las densidades de población (DP) o las interacciones A x DP y A x DP x G. González et al. (2006), González et al. (2008) y Reynoso et al. (2014) concluyeron que las localidades del Valle Toluca-Atlacomulco son muy heterogéneas; también hay variabilidad genética importante para desarrollar nuevos programas de fitomejoramiento pero debe considerarse que la interacción genotipo x ambiente significativa, muy común en esta región mexiquense, enmascara el verdadero potencial del material genético (Rodríguez et al., 2002; Torres et al., 2011).
Cuadro 3 Cuadrados medios y significancia estadística de los valores de F para el análisis de varianza combinado.
Cuadro 3 Cuadrados medios y significancia estadística de los valores de F para el análisis de varianza combinado (Continuación).
*Significativo al 0.05; ** significativo al 0.01; ns= no significativo; GL= grados de libertad
El CPB, SA y SM difirieron estadísticamente en todas las variables, excepto en AC (Cuadro 4). Estos resultados muestran que las localidades del Valle de Toluca son muy contrastantes aun cuando la distancia entre éstas sea inferior a 20 km. Este hecho fue destacado al considerar localidades de los municipios de Calimaya, Metepec, Toluca, Zinacantepec, Temascaltepec, Almoloya de Juárez y San Felipe del Progreso; el clima, la precipitación pluvial, la altitud, su ubicación geográfica, y el tipo de suelo son sus principales componentes (González et al., 2006; González et al., 2008; Torres et al., 2011; Reynoso et al., 2014; Pérez et al., 2014); también los años originan variabilidad temporal importante (Morales et al., 2014).
Cuadro 4 Comparación de medias entre localidades (Tukey, p= 0.05).
FM y FF= floraciones masculina y femenina; AM y AP= alturas de mazorca y de planta; LM, DM y HM= longitud, diámetro y número de hileras en la mazorca.
Cuadro 4 Comparación de medias entre localidades (Tukey, p= 0.05) (Continuación).
AC= acame; ME= mazorcas enfermas; POM, PGM= pesos de olote y de grano por mazorca; RG, rendimiento de grano, PVG, peso volumétrico del grano; IP= índice de prolificidad.
En SA se registró mayor RG (9.86 t ha-1), menor ciclo vegetativo y mayores valores en AP, AM, PVG, IP, DM y HM. En El CPB se registró mayor ciclo vegetativo, menores promedios en AP y AM, ME y RG, pero hubo mayores dimensiones en LM, POM y PGM. El menor RG que se registró en SM se explica por los menores promedios en LM, DM, NH, POM, PGM, IP y más ME (Cuadro 5); sus suelos franco arenoso tienen pH más ácido que los de El CPB (franco arcilloso) y SA (franco) y son más pobres en fósforo (Cuadro 2). Sotelo et al. (2010) y García (2005) los clasificaron como Feozem, vertisol y Feozem, con lluvias de 780, 824 y 810 mm, respectivamente. Los suelos ácidos favorecen la pudrición de raíces, tallos y mazorcas causados por Fusarium spp. Esto explica porque en SM se registraron más ME (40.11%) cuando hubo menos AC (5.39%).
Cuadro 5 Comparación de medias entre densidades de población (Tukey, p= 0.05). Las variables fueron definidas en el Cuadro 4.
Cuadro 5 Comparación de medias entre densidades de población (Tukey, p= 0.05). Las variables fueron definidas en el Cuadro 4 (Continuación).
ME y HM no fueron afectadas significativamente al variar de 52 083 a 104 167 plantas (Cuadro 5), pero la pudrición de mazorca es muy común en el Valle de Toluca y dependió más del cultivar que de la DP (Cuadro 4). González et al. (2007) observaron que Palomero Toluqueño, Cónico, Chalqueño y Cacahuacintle presentaron infecciones de 8.67, 18.06, 3.73 y 6.33%, respectivamente. Los híbridos de Cónico-Chalqueño o del Centro Internacional en Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) fueron más resistentes (3.01 y 4.75%). HM no está influenciada por el ambiente y depende del cultivar (González et al., 2006).
Adicionalmente, el incremento en la DP originó un aumento significativo en el ciclo vegetativo, en AP y AM, y en RG y disminuyó significativamente LM, DM, POM, PGM, PVG e IP (Cuadro 5). Estos resultados coinciden parcialmente con los publicados por De la Cruz et al. (2009) y Hokmalipour et al. (2010).
Las 52 084 plantas que se originan de la menor y mayor DP contribuyó a una diferencia de 1.06 t ha-1 (Cuadro 5). Este resultado es relevante ya que sólo se aplicó un tratamiento de fertilización (140N-69K-30K). La diferencia entre la mejor y la peor localidad fue de 3.01 t ha-1 por lo que se concluye que sus efectos fueron estadísticamente mayores que los causados por las DP o por los cultivares de maíz y se sugiere dar mayor importancia a los ensayos conducidos en tiempo y espacio, como lo indicaron Reynoso et al. (2014), Torres et al. (2011) y Morales et al. (2014).
En este estudio se observó que la DP que originó el mayor RG fue 10.41 plantas m-2 (Cuadro 5) pero en otros varió de 7.4 a14.8 plantas m-2 (Widdicombe y Thelen, 2002; Paszkiewics y Butzen, 2007; Sarlengue et al., 2007; Soltero et al., 2010; Morales et al., 2014); en la región Toluca-Atlacomulco era de 5.5 plantas m-2 para criollos y de 7.5 plantas m-2 para híbridos (González et al., 2006; González et al., 2008; Torres et al., 2011; Reynoso et al., 2014). Estos resultados sugieren que los híbridos recomendables comercialmente en los Valles Altos del Centro de México son más competitivos en altas DP.
Sin embargo, debe considerarse que con más plantas por ha se incrementa la competencia entre plantas por luz, agua y nutrientes y disminuye el RG al estimularse la dominancia apical, la esterilidad femenina y al reducir las mazorcas y los granos por planta. La disminución en el PGM en las densidades más altas, el principal componente del peso de grano por planta y del RG, se atribuye a problemas de luz y a otros factores ambientales y de manejo agronómico que son limitativos dos a tres semanas antes de la emisión de estigmas o una o dos semanas de iniciado el llenado de grano; el retraso en la emisión de los estigmas, la esterilidad de flores o al aborto de granos también contribuyen a este problema (Sangoi, 2000; Tokatlidis y Koutroubas, 2004; Abuzar et al., 2011).
Motto y Moll (1983) comentaron que se ha incrementado el interés por implementar estrategias de selección indirecta o a través de índices de selección que involucre componentes del rendimiento, como las características de mazorca que son consideradas en el presente estudio, u otras variables bioquímicas y fisiológicas, como un intento por mejorar el RG. El número de mazorcas por planta y la prolificidad podrían emplearse con este propósito debido a que generalmente tienen mayores heredabilidades (H2) que el RG. Sin embargo, en el Valle de Toluca, en el Estado de México, existen pocos estudios sobre este tema (González et al., 2006; González et al., 2008; Reynoso et al., 2014).
En el presente estudio el material genético más sobresaliente fue AS-722 y San Andrés (9.60 y 9.25 t ha-1, Cuadro 6); la superioridad del primero se atribuye a su ciclo vegetativo intermedio, características de mazorca y planta aceptables y resistencia al AC. González et al. (2008) concluyeron que AS-722 produjo 7.33 t ha-1 y otros criollos de Cónico y Chalqueño rindieron 6.55 y 7.50 t ha-1, pero Morales et al. (2014) identificaron cultivares como Jiquipilco, Amarillo y Cóndor con 11.56, 10.76 y 10.47 t ha-1. El criollo San Andrés (Cuadro 7) tuvo mayores dimensiones en AP, AM, LM, HM y PGM; además, al tener más AC y menos ME se infiere que es tolerante a Fusarium spp. Su excelente adaptación al área de estudio, obtenida por selección masal visual que practicó el agricultor por más de 15 años y por su ciclo biológico intermedio es recomendable para siembras en punta de riego, humedad residual o secano.
Cuadro 6 Comparación de medias entre cultivares de maíz (Tukey, p= 0.05). Las variables fueron definidas en el Cuadro 4.
Cuadro 6 Comparación de medias entre cultivares de maíz (Tukey, p= 0.05). Las variables fueron definidas en el Cuadro 4 (Continuación).
Los componentes principales (ACP) 1 y 2 explicaron 73.3% de la variación original (Figura 1) por lo que las correlaciones que se observan en el biplot pueden interpretarse confiablemente (Sánchez, 1995). Las 14 variables se agruparon en: a) IP y PVG, b) ME, y c) RG y las otras características. Estos resultados son parcialmente similares a los de Li et al. (2013); AP, AM, número y longitud de entrenudos, diámetro del tallo y coeficiente de altura de mazorca estuvieron correlacionados significativamente con RG, tolerancia a altas densidades y AC.
Figura 1 Biplot entre ocho cultivares de maíz (en mayúsculas) y 14 variables agronómicas (en minúscula). Método genotipo x variable.
El PGM es el principal componente del peso de grano por planta (PGP) y del peso promedio del grano. Los hechos anteriores también sugieren que PGM y IP podrían emplearse como criterio de selección indirecto para incrementar el RG (Motto y Moll, 1983; González et al., 2006; González et al., 2008; Reynoso et al., 2014) aun cuando la mejora en el RG en híbridos de reciente liberación se atribuye más al aumento en el intervalo de DP óptimas. La tolerancia a altas DP y la eficiencia en la captura y uso de los recursos son algunas de las causas (Tokatlidis y Koutroubas, 2003; De la Cruz et al., 2009; Tollenaar y Lee, 2011).Así, una estrategia importante para mejorar la producción de grano sería elegir variedades e híbridos con diferencias pequeñas en RGP, RGM o IP cuando se incrementan las DP en ambientes contrastantes.
Los ocho cultivares se agruparon así: HC-8 (G1); AZ-60, HIT-11, H-40, HID-17 yAS-722 (G2) y ambos criollos (G3). En G2 y G3 hubo mayor rendimiento de grano y mejores dimensiones en planta y mazorca (Figura 1). La superioridad de AS-722, San Andrés, HID-17 y H-40 se atribuye a la correlación positiva y significativa que hubo entre RG con LM, DM, HM, POM, PGM, AP y AM, pero González et al. (2008) concluyeron que las mayores dimensiones en planta, mazorca y acame disminuyeron el RG. La respuesta favorable que mostró este material genético podría estar relacionada con la mayor estabilidad que tienen los nuevos híbridos en tiempo y espacio, y específicamente, en altas DP; sus componentes son el potencial de rendimiento por planta, las tolerancias a sequía, exceso de agua, bajo nitrógeno, acame de tallo y raíz, muerte prematura, insectos, maleza y esterilidad femenina, así como una mejor respuesta al incremento en la aplicación de insumos (Sangoi et al., 2002; Tokatlidis y Loutroubas, 2004).
En el dendograma de la Figura 2 se detectó un arreglo de cultivares idéntico al observado en el ACP. Por su ubicación geográfica y por sus valores en RG, PGM,AC,AM, AP, ME, LM y DM (Cuadro 6) ambos criollos podrían pertenecer a la raza Cónico (González et al., 2008). Los progenitores de H-40, HIT-11 y HID-17 son (CML246 x CML242) x M39, (CML246 x CML242) x IML2 y (CML239 x CML242) x (L10 x L52), respectivamente; así, éstos y los otros dos híbridos podrían estar formados con germoplasma del CIMMYT, como lo sugirieron para otros estudios González et al. (2008) y Torres et al. (2011).
Conclusiones
La mejor localidad fue San Andrés (9.86 t ha-1). La diferencia entre 104 166 y 52 082 plantas fue de 1.01 t ha-1 pero en 54 524 y 69 444 plantas hubo rendimientos estadísticamente iguales que en la primera densidad. Los cultivares más sobresalientes fueron AS-722 y San Andrés (9.60 y 9.25 t ha-1). En los análisis multivariados se observaron tres grupos de variables (mazorcas enfermas - índice de prolificidad y peso volumétrico del grano - dimensiones de planta y mazorca, ciclo vegetativo y acame) o de cultivares (San Andrés y San Cristobal - HC8 - resto de híbridos); la diferencia entre los grupos de mayor y menor RG fue de casi 1.50 t ha-1. d) el peso de grano por mazorca o el índice de prolificidad podrían emplearse como criterio de selección indirecto en nuevos programas de fitomejoramiento y ambos cultivares superiores usarse en la generación, aplicación y validación de tecnología.
