Introducción

En México, el cultivo de maíz (Zea mays L.) es el más importante por su superficie sembrada y valor de la producción; en el año del 2013 de reportaron 7.487 millones de hectáreas (^{SIAP, 2014}). El rendimiento y la generación de biomasa aérea de este cultivo, están estrechamente relacionados y dependen de la cantidad de la radiación fotosintéticamente activa (^{Peil et al., 2005}), así como de la humedad y la disponibilidad de nitrógeno en el suelo (^{Wojcik, 2001}). Razón por la cual en suelos del Norte de México, con bajos contenidos de materia orgánica (< 2%) y altas relaciones de carbono-nitrógeno (>10), provocan una disminución en la producción de materia seca por el escaso desarrollo del cultivo, poca duración del follaje y disminución de la eficiencia fotosintética de su área foliar (^{Cueto et al., 2006}).

Diferentes alternativas han sido implementadas con el fin de incrementar la eficiencia de la fertilización nitrogenada, una de ellas es la utilización de inhibidores de la nitrificación (^{Weiske et al., 2001} y ^{Barth et al., 2001}) que se añaden a los fertilizantes granulados, solubles o líquidos. Estos inhibidores contienen la molécula 3,4 - dimetilpirazolfosfato (DMPP), que inhabilitan temporalmente la acción de las bacterias nitrosomonas, de tal manera que retrasa la oxidación de NH₄ ⁺ a NO₂, e imposibilita la transformación a nitrato, lo que permite la disponibilidad de NH₄ ⁺, fuente importante en la nutrición nitrogenada de las plantas (^{Zerulla et al., 2001}), reduciendo las perdidas por lixiviación (^{Irigoyen et al., 2003}) y considerándose de lenta liberación (^{Carrasco-Martín, 2002}). La disponibilidad adecuada de fuentes de nitrógeno, humedad y radiación, contribuyen al incremento de la tasa fotosintética de las plantas, ya que se logran sintetizar los carbohidratos que posteriormente se distribuyen entre los diferentes órganos; esto permite el crecimiento vegetativo en las primeras etapas del cultivo, después en la floración y finalmente en el llenado de fruto, lo que se refleja en el rendimiento del cultivo (^{Maddonni y Otegui, 2006}).

Una herramienta que permite la evaluación del desarrollo del cultivo, es el análisis de crecimiento (^{Sedano et al., 2005}). Esta técnica se basa en la relación de pesos secos de las plantas y de su parte área foliar a través del tiempo (diferentes etapas del cultivo). Esto permite determinar la velocidad de crecimiento del cultivo (^{Jarma et al., 2010}; ^{Orozco et al., 2011}) y velocidad de asimilación de fotoasimilados (^{Ramírez-Seañez et al., 2012}), mediante la estimación de índices de eficiencia como la tasa de crecimiento del cultivo (TCC) y tasa de asimilación neta (TAN). Además, calcular los componentes relativos al aparato fotosintético como son la relación área foliar (RAF), relación peso foliar (RPF), índice de área foliar (IAF) y área foliar especifica (AFE) (^{Escalante y Kohashi, 1993}; ^{Hunt, 2003}).Al respecto, ^{Sedano et al. (2005)} indica que los índices y componentes permiten estudiar las relaciones entre la fuente de nutrientes y la demanda de los mismos.

Al considerar lo anterior es probable que la variación de las fuentes de nitrógeno en el cultivo de maíz genere un efecto positivo en la eficiencia fotosintética y asignación de fotoasimilados, lo cual se puede identificar mediante un análisis de crecimiento. Por tal motivo, el objetivo de este trabajo fue identificar el efecto de dos fuentes de nitrógeno en el cultivo de maíz forrajero mediante la evaluación de la distribución de su biomasa y su dinámica de crecimiento, para determinar su eficiencia de producción.

Materiales y métodos

El trabajo se realizó en Torreón, Coahuila, México (25° 32’ latitud norte, 103° 14’ a 1 120 msnm). El suelo del área experimental fue un calcisol háplico (^{INEGI, 2000}), cuya capa superficial tiene una clase textural franco arcillosa, su pH es de 8.33, C.E de 1.6 mS cm^-1, un P.S.I de 1.36, 0.089% de nitrógeno total y con 1.70% de materia orgánica. El híbrido utilizado fue el HT9019Y (de cruza simple, forrajero, grano amarillo y ciclo precoz). El cultivo se estableció en el ciclo primavera-verano del 2014, el arreglo topológico de las plantas fue de 0.76 m de separación entre surcos, y 15 cm entre plantas, obteniendo una densidad de población de 90 000 plantas por hectárea.

Dos tratamientos se distribuyeron en un diseño de bloques al azar con ocho repeticiones, donde la parcela experimental consistió en seis surcos de 12 metros de longitud y 0.76 m entre surcos. Se fertilizó con la dosis de 160-80-00 (N-P₂O₅- K₂O) a partir de dos fuentes de nitrógeno; la primera Tradicional (T), que consistió en la aplicación de urea con una concentración de 46% de nitrógeno y la segunda mediante la aplicación de un producto nitrogenado con el 26% de un inhibidor de la nitrificación (3,4-DMPP) de lenta liberación Entec^® (Ecology Nitrogen Technology). A estas dos fuentes de nitrógeno se adicionó fosfato monoamónico (MAP: 11-52) como fuente de fósforo para completar la dosis. Aplicándose fraccionando el 50 % del nitrógeno + 100 % de fósforo en la siembra y 50 % de nitrógeno al primer riego de auxilio.

Cuatro riegos fueron aplicados mediante riego superficial, aplicando una lámina total de 0.90 m; uno de presiembra y el resto de auxilio a los 40, 60 y 80 días después de la siembra (dds), ya que los mejores rendimientos e índice de cosecha del maíz se obtienen con cuatro riegos (^{Reta et al., 2000}). Las plagas que se presentaron fueron araña roja la cual se controló biológicamente con Chrysoperla carnea en una liberación de 10 000 crisopas por hectárea, y gusano cogollero para el cual se aplicó Dimetoato 400 CE y Cipermetrina a razón de 0.25 L ha^-1. La presencia de malezas se controló mediante la aplicación del herbicida Faena^®.

El registro de la dinámica de producción de materia seca (MS), se realizó mediante muestreos destructivos a los 20, 40, 60 y 80 días después de la siembra (dds). Cada muestreo consistió en la colecta de dos plantas con competencia completa, la muestra fue tomada de los dos surcos centrales en cada parcela experimental bajo la metodología propuesta por ^{RadFord (1967)}, ^{Escalante y Kohashi (1993)} y ^{Hunt (2003)}. A cada planta se le separaron los órganos vegetativos (hojas y tallos) y los reproductivos. Posteriormente, cada uno de ellos se colocó en bolsas de papel, y se sometieron a secado en una mufla a temperatura constante (65 °C) durante 72 h, para obtener el peso de la MS. La suma de estos pesos representó el peso de la MS total por planta o rendimiento biológico (^{Escalante y Kohashi, 1993}). El área foliar se determinó con un medidor de área LI-COR modelo L 1-3100. Con los valores de materia seca de las láminas foliares, materia seca total, área foliar y el tiempo entre muestreos se calcularon los índices de crecimiento siguientes (^{Sedano et al., 2005}):

Donde= TCC es la tasa de crecimiento de cultivo (g/m²/d); P₁ peso inicial de la materia seca; P₂ peso final de la materia seca; A es el área donde el peso seco fue registrado; t₁ tiempo inicial; t₂ tiempo final. Por medio de esta función se obtiene el incremento de biomasa por unidad de tiempo.

Tasa de asimilación neta:

Donde= TAN es la tasa de asimilación neta (g/m²/ d) ; P₁ peso inicial de la materia seca (g); P₂ peso final de la materia seca (g); AF₁ área foliar inicial (m²), AF₂ área foliar final (m²); lnAF₁ logaritmo natural del área foliar inicial (m²); lnAF₂ logaritmo natural del área foliar final (m²); t₁ tiempo inicial; t₂ tiempo final al momento del muestreo (días), que sirve para estimar la eficiencia fotosintética de la planta.

Relación de área foliar:

Donde= RAF: es la relación de área foliar (cm²/g); AF: área foliar (cm²); PS: peso de la materia seca total (g), este valor es un indicador del tamaño del aparato fotosintético de la planta siendo el producto de los valores de área foliar específica y de la relación de peso foliar.

Área foliar específica:

Donde= AFE: área foliar especifica (cm²/g); AF: es el área foliar (cm²); PSAF: peso de la materia seca del área foliar (g); indica el grosor de la hoja representando la superficie foliar por gramo de hoja.

Relación de peso foliar:

Donde= RPF: relación de peso foliar (g/g); PS_AF, peso de la materia seca del área foliar (g); PS, es el peso de la materia seca total (g), con esta ecuación se estima la utilización del material asimilado para la producción de hojas y la frondosidad de la planta.

Donde= IAF: índice de área foliar (m² /m²); AFT, es el área foliar total (m²); S, es el área de suelo ocupada (m²), con esta ecuación se estima el área foliar presente por unidad de superficie de suelo.

Las estimaciones se realizaron por planta y para un metro cuadrado (9 plantas m^-2). Sometiendo los resultados a un análisis de varianza mediante el paquete estadístico ^{SAS Ver. 9.1 (1999)} y prueba de Separación de Medias (Tukey p≤ 0.05).

Resultados y discusión

Producción y distribución de biomasa. La dinámica de acumulación de biomasa por metro cuadrado, para las dos fuentes de nitrógeno, mostró diferencias estadísticamente significativas (p≤ 0.05) en sus fases finales de crecimiento (Cuadro 1). Al utilizar la fuente de nitrógeno Entec se encontraron diferencias de 262.4 g m^-2. Este comportamiento tuvo una tasa lenta durante los primeros 20 dds, la cual se incrementó gradualmente en los días siguientes, presentando la máxima acumulación de biomasa a los 80 dds. Mientras que a los 60 dds, el cultivo acumuló mayor porcentaje de su peso seco total en los órganos vegetativos (97.4%), en comparación con la otra fuente de nitrógeno (Urea). En esta medición el peso seco acumulado en órganos vegetativos con Entec supero por 51.8 g m^-2 al acumulado con la fuente tradicional; de tal manera que en la fase final de crecimiento, el cultivo acumuló el 30.7 % de fotoasimilados en los órganos reproductivos, mientras que con la fuente tradicional solo tuvo el 26.8 % (Tabla 1). Pudiéndose atribuir a lo indicado por ^{Zerulla et al. (2001)} e ^{Irigoyen (2003)}, quienes mencionan que con la fuente de nitrógeno de lenta liberación (Entec) se presenta una mayor estabilidad y disponibilidad de nitrógeno durante todo el ciclo, con la ventaja de una tasa de perdida por lixiviación muy baja.

Esta acumulación de biomasa a lo largo del ciclo del cultivo con el uso de la fuente de nitrógeno Entec, coincide con los valores más altos de IAF, ya que la producción de materia seca total es el resultado de la eficiencia del follaje en la intercepción y utilización de la radiación solar disponible durante el ciclo de crecimiento (^{Díaz et al., 2010}).

La mayor asignación de fotoasimilados hacia las hojas permitió un mayor crecimiento de los órganos reproductivos cuando se utilizó la fuente de nitrógeno Entec, lo cual represento mayor IAF, impactando esto en el rendimiento del cultivo. Este comportamiento es similar a lo reportado por ^{Noriega et al. (2011)}, quienes indicaron que a mayor número de hojas el rendimiento se incrementa. Asimismo, ^{Azofeifa y Moreira (2004)} mencionan que conforme aumenta el número y tamaño de las hojas, aumenta el IAF, así como la absorción de luz y la tasa de producción de materia seca.

Índices de crecimiento. El análisis de varianza de los índices de crecimiento (TCC, TAN e IAF) entre fuentes, mostró diferencias estadísticamente significativas (p≤ 0.05) entre los 60-80 dds (Cuadro 2). Aunque a los 60 dds con las dos fuentes de nitrógeno, el cultivo alcanza su máximo IAF, fue con la fuente Entec con la que presentó los valores más altos (3.01 m² m^-2).

Los procesos metabólicos del cultivo al utilizar la fuente Entec fueron más rápidos, puesto que los valores de su TCC y TAN fueron superiores a los que presenta la otra fuente de nitrógeno (Cuadro 2).

Los resultados obtenidos con ambas fuentes en las etapas iniciales de crecimiento coinciden con su bajo IAF (Cuadro 2). El IAF en los cultivos es bajo en estadios tempranos del desarrollo debido a la cobertura incompleta y bajo porcentaje de luz (^{Brown, 1984} y ^{Baracaldo, 2010}). Sin embargo, a los 60 dds con la fertilización Entec al presentar el mayor IAF, mantuvo una estructura foliar más grande para la captación de radiación solar y producción de carbohidratos. La tasa de crecimiento del cultivo es directamente proporcional a la luz interceptada, aportada por el índice de área foliar (^{Saleem et al., 2010}).

Asimismo, generó los valores más altos de TAN, indicando con esto una mayor eficiencia fotosintética de las plantas. Un incremento en las fases finales indica variaciones intraespecíficas y relación entre el área foliar y la biomasa total (^{Mora et al., 2006}).

En relación a los componentes del tamaño relativo del aparato fotosintético para la RAF y AFE en la última fase de crecimiento, se detectaron diferencias estadísticas significativas entre las fuentes de nitrógeno, al no mantener la misma relación entre la magnitud de su área foliar y su MS (Cuadro 3), presentando Entec una RAF y AFE (13.81 y 113.80 cm² g^-1) mayor que la fuente tradicional, con diferencias de 4.46 y 12.76 cm² g^-1, respectivamente.

En las fuentes de nitrógeno los valores más altos de RAF, AFE y RPF se registraron en la primera fase de crecimiento de las plantas, y gradualmente disminuyeron conforme avanzó la edad del cultivo, manteniéndose valores similares de RPF con ambas fuentes de nitrógeno (Cuadro 3).

Los valores más altos de AFE, RAF y RPF, al inicio del desarrollo del cultivo se deben a que las plantas utilizan sus fotoasimilados en mayor proporción para el desarrollo y crecimiento de su aparato fotosintético, generando gastos energéticos lo que resulta en un menor peso (^{Carranza et al., 2009}). Ya que independientemente de la fuente de nitrógeno utilizada para las fases finales de crecimiento, las plantas acumularon la misma cantidad de fotoasimilados en sus láminas foliares. Sin embargo, los valores más altos de RAF en la fase final de crecimiento con la fuente Entec, se atribuyen a que la incorporación de inhibidores de la nitrificación generan el mejor aprovechamiento del nitrógeno por el maíz al permanecer estabilizado en forma de NH₄ ⁺ por más tiempo en el suelo (^{Gardiazabal et al., 2007}).

EL proceso de disminución de éstos índices desde las primeras etapas de crecimiento en los tratamientos se considera normal ya que en las fases iniciales el cultivo invierte la mayor parte de los fotoasimilados en sus estructuras vegetativas y en el desarrollo de su aparato fotosintético; y al final del ciclo estos fotoasimilados se utilizarán en el crecimiento en número y tamaño de sus frutos (^{Gaytan et al., 2004}).

Las plantas que crecieron bajo la inf luencia de la fuente Entec, presentaron valores altos de AFE indicando un aumento de su área foliar por gramo de peso seco, presentando hojas más grandes pero más delgadas. Estos valores implican que la hoja invierte menos biomasa por unidad de área, lo cual se correlaciona fuertemente con una variedad de parámetros fisiológicos (^{Porter, 2002}). Situación contraria en el tratamiento tradicional, al poseer valores más bajos de AFE, por lo que podría asumirse que poseen mayor contenido de componentes de pared celular, especialmente lignina generando hojas más duras y gruesas, considerando que el grosor de la hoja determina la disponibilidad de espacio para acomodar cloroplastos por lo que las hojas gruesas presentan espacios vacantes a lo largo de las células del mesófilo que no son ocupadas por cloroplastos y por lo tanto bajas tasas de actividad fotosintética (^{Oguchi et al. (2003)}.

Los valores similares de RPF demostraron que la planta, independientemente de la fuente de nitrógeno utilizada, regula y distribuye equitativamente los fotoasimilados que produce entre sus órganos vegetativos (^{Orozco et al., 2011}).

Conclusiones

La fuente de nitrógeno de lenta liberación (Entec), influyó en la velocidad de los procesos metabólicos de las plantas y fue más eficiente fotosintéticamente, teniendo un efecto en la distribución de biomasa y la dinámica de crecimiento al presentar los valores más altos de TCC y TAN. Además, aumentó el área foliar por gramo de peso seco, presentando hojas más grandes pero más delgadas. Esto implica que la hoja invierte menos biomasa por unidad de área, lo cual se correlaciona fuertemente con una variedad de parámetros fisiológicos a su favor.