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Introducción
La fertilización nitrogenada (FN) en cereales, juega un papel relevante en la absorción de nitrógeno (N) y en el rendimiento de grano; asimismo, es un factor significativo en el impacto económico de la producción de estos cultivos (Shrawat et al., 2008; Campillo et al., 2010).Actualmente, se considera que la utilización de altas dosis de N en la fertilización de cereales, requiere de un manejo cuidadoso del fraccionamiento de este nutriente, a fin de minimizar sus pérdidas y mejorar su eficiencia de uso (Campillo et al., 2007). Diversos estudios sostienen que, la aplicación fraccionada de N, mediante la aplicación de diversas dosis con base en las necesidades del cultivo, ha mejorado su aprovechamiento en términos de rendimiento y contenido de N en grano (Ron y Loewy, 2000; Johansson et al., 2001; López-Bellido et al., 2004; Fuertes-Mendizábal et al.,2012); en este sentido, Arregui et al.(2008), también sostienen que es necesaria una mayor sincronización entre la demanda del cultivo y el suplemento de nutrientes del suelo, con el fin de mejorar la eficiencia de su utilización y lograr el máximo aprovechamiento en la absorción de N. Por otra parte, Ron y Loewy (1996), afirman que en suelos con altas deficiencias de N, el fraccionamiento de la FN es un recurso adecuado para solucionar el problema.
El momento de fertilización tiene importantes efectos en la recuperación del N por parte del cultivo (Golik et al., 2003). Baligar et al. (2001) y Tonitto et al. (2006) estiman que, debido a un momento de fertilización inapropiado, más de 50% del N no es aprovechado por el cultivo. La eficiencia de recuperación del N (ERN), es afectada por el momento de aplicación y la forma en que se distribuye de acuerdo a la demanda del cultivo y a la capacidad fisiológica del mismo (Raun y Johnson, 1999; Castro-Luna et al., 2005; Shanahan et al., 2008).Se ha reportado que dicha eficiencia en cereales, a nivel mundial, es de 33% (Raun y Johnson, 1999). En México, también se estima una baja ERN (alrededor de 39%), debido a pérdidas por lixiviación, desnitrificación y volatilización (Hatch et al., 1998; Ortiz, 2009).
Los efectos del fraccionamiento de la FN en la ERN en triticale (xTriticosecale Wittmack), aún no se han reportado, por lo que la presente investigación se planteó como objetivos, determinar el efecto de la aplicación al suelo de FN, en distintas dosis y momentos, sobre el contenido de proteína en grano, el contenido de nitrógeno en la biomasa aérea en madurez fisiológica y en la ERN del cultivo de triticale.
Materiales y métodos
Se establecieron dos experimentos bajo condiciones de campo y temporal durante el ciclo de cultivo verano-otoño de 2013. El experimento 1 (E1), se ubicó en la localidad de Zacamulpa Huitzizilapan, Lerma, Estado de México, México (18° 17’ 49’’ latitud norte, 99° 39’ 38’’ 0; 2 750 msnm), con un clima para la localidad clasificado como semifrío sub-húmedo con lluvias en verano, un rango anual de precipitación de 800 a 1 300 mm y temperatura media anual de 11 °C (INEGI, 2009). El suelo del área experimental se clasificó como Cambisol (Sotelo et al., 2010), con prácticas de cultivo de maíz bajo labranza mínima (un pase de barbecho y uno de rastra, con 30% de rastrojo) por más de 10 años.
El experimento 2 (E2), fue establecido en el municipio de San Antonio La Isla, Estado de México, México (19° 43 ́ 33 latitud norte, 98° 53’45” 0; 1 300 msnm), en un clima templado subhúmedo con lluvias en verano, con una precipitación total anual de 800 milímetros y temperatura media anual de 14 °C (INEGI, 2009). El suelo del E2 fue clasificado como Fluvisol (Sotelo et al., 2010), con prácticas de cultivo de maíz y avena, bajo labranza convencional, por un periodo no menor a cinco años. Previo a la siembra, se obtuvieron muestras de suelo (de 0 a 30 cm de profundidad) de cada área de estudio para la determinación de pH, materia orgánica (MO, %), nitrógeno total (N, kg ha-1) y densidad aparente (DA, g cm3) según la NOM-021-SEMARNAT-2000 (2002).
En ambos experimentos se evaluaron las variedades comerciales de triticale correspondientes a los cultivares Siglo-TCL21 y Bicentenario, con tratamientos de FN descritos en el Cuadro 1. Además de las dosis de N señaladas, se aplicaron en amacollamiento 46 unidades de fósforo (kg ha-1, P) y 30 unidades de potasio (kg ha-1, K). La siembra se realizó manualmente utilizando cintas de papel biodegradable con una distancia equidistante entre semillas de 1.5 cm y una densidad de siembra de 333 semillas por m2 para ambos experimentos. La parcela experimental consistió en seis surcos de 3 m de largo separados a 0.20 m (3.6 m2 de área total), con una distancia entre parcelas de 0.5 m. La parcela útil para mediciones consistió en un área de 0.4 m2, formada por dos surcos centrales de 1 m de longitud. Las malezas se controlaron manualmente durante todo el ciclo del cultivo para evitar la competencia por N aplicado. Durante el periodo experimental no se registró presencia de plagas y/o enfermedades en el cultivo.
Cuadro 1 Descripción de tratamientos de fertilización nitrogenada para los cultivares de triticale en ambos sitios experimentales en primavera- verano, 2013.
†AM= amacollamiento; ET= espiguilla terminal; HB= hoja bandera.
Obtención de muestras
Se cosecharon de forma manual plantas de los dos surcos centrales de cada unidad experimental, tomando una muestra de 2 m lineales para determinar la biomasa a madurez fisiológica (g m-2) y el rendimiento de grano (RG, g m-2). Las plantas fueron secadas en una estufa de aire forzado a 70°C durante 72 h, hasta alcanzar peso constante. La biomasa cosechada se trilló y limpió de forma manual.
De las muestras colectadas, se tomó una submuestra de biomasa aérea (tallo + paja) y otra de grano, moliéndose cada una por separado para determinar el contenido de proteína en grano y el contenido de N total por el método Kjeldahl (Golik et al., 2003).
Eficiencia de recuperación de nitrógeno
La ERN, se calculó mediante el método de la diferencia entre el N absorbido en las parcelas por las plantas fertilizadas (NPF, kg ha-1) y las no fertilizadas o testigo (NPT, kg ha-1), según la fórmula propuesta por Lerner (2013):
Donde: N es el nitrógeno aplicado en kg ha-1.
A su vez, los parámetros relacionados con la acumulación de nitrógeno fueron calculados de acuerdo con las fórmulas propuestas por Nikolic et al. (2012):
Donde: ICN es índice de cosecha de nitrógeno, Ng es nitrógeno en grano (kg ha-1) y Nb es contenido de nitrógeno en biomasa aérea (kg ha-1).
Por último, el porcentaje relativo de partición de nitrógeno (PRPN, %) se calculó mediante la siguiente fórmula:
Donde: NYP es el contenido de nitrógeno total en la planta (grano + paja); Ng es el contenido de nitrógeno en grano; y Nba es el contenido de nitrógeno en biomasa aérea.
Diseño experimental y análisis estadístico
En ambos sitios experimentales, el arreglo de los tratamientos fue bajo un diseño experimental de bloques completos al azar con tres repeticiones. Los datos obtenidos fueron sometidos a un análisis de varianza (ANOVA) para cada experimento, de manera individual y combinada, utilizando el software SAS (Statistical Analysis System, V.6.12, USA). Todos los parámetros fueron probados por significancia entre tratamientos (p< 0.05), cuando se encontraron diferencias significativas, se utilizó la diferencia mínima significativa honesta (DMSH) para determinar la diferencia entre medias. Las relaciones entre variables se obtuvieron mediante análisis de regresión y se ajustaron a modelos lineales, bilineales o sigmoideos.
Resultados y discusión
Propiedades del suelo del área experimental
Según la determinación de la fertilidad del suelo de la NOM-021-SEMARNAT-2000 (2002), los suelos de los sitios experimentales se clasifican como neutros (6.6-7.1 pH), con niveles medios de MO (6.6-6.7%) y niveles de N total de medios (35 kg ha-1 para E1) a muy altos (100 kg ha-1 para E2); a su vez, los valores obtenidos de DA (1.07 y 0.7 gr cm3 para E1 y E2 respectivamente), refieren a suelos con bajos niveles de compactación.
Contenido de nitrógeno y porcentaje de proteína
En el Cuadro 2 se presenta un análisis de varianza combinado de las distintas variables para los dos ciclos experimentales. El RG y la biomasa a madurez fisiológica se relacionaron con el contenido de N total en la planta en los dos sitios experimentales (Figura 1); estos resultados corresponden con los obtenidos por Emam et al. (2009) y Nikolic (2009), en cereales, y los de Samonte et al. (2006), en otros cultivos. En ambos ciclos experimentales se observa una tendencia de mayor (%), de N en grano con el aumento de la dosis de N; es decir, el N aplicado tuvo efecto, aunque relativamente bajo, sobre el contenido de N en grano (incrementos de 0.35 y 0.29% en promedio de los tratamientos E1 y E2, respectivamente), comparado con el contenido de N nativo del suelo de los tratamientos dónde no se realizó aplicación de fertilizante (N1).
Cuadro 2 Valores de F del análisis de varianza combinado para (%) de nitrógeno en grano, biomasa aérea y proteína en grano.
Figura 1 Relaciones entre rendimiento de grano (a); y biomasa (b) contra el contenido de nitrógeno en la planta (grano+paja) en madurez fisiológica en dos cultivares de triticale y dos sitios experimentales, E1 (a); y E2 (b).
La dosis de 150 kg ha-1, fraccionada en una, dos o tres etapas del cultivo (N2, N3, N4), en ambos sitios experimentales, no mostró diferencias significativas en el contenido de N en grano en los cultivares de triticale (Figura 2). Asimismo, la fertilización en dos o tres etapas del cultivo (N5 y N6), con dosis de 250 kg ha-1, no expresó diferencias significativas del contenido de N en el grano en los cultivares (Figura 2). Estos resultados coinciden con la investigación de Palta y Fillery (1993), y contradicen lo propuesto por Delogu et al. (1998), quienes reportaron un incremento en el N absorbido por el grano trabajando con dosis de N de 140 a 210 kg ha-1.
Figura 2 Contenido de nitrógeno en grano en dos cultivares de triticale, como resultado dosis y fraccionamiento de N, en dos cultivares de triticale y dos sitios experimentales, E1 (a); y E2 (b).
Si bien, una aplicación tardía de N o el mantenimiento de una alta concentración en etapas avanzadas del cultivo se asocia, generalmente, a una mayor absorción (Calderini et al., 1996), en la presente investigación, la falta de una respuesta diferencial entre tratamientos con el aporte de N en una sola aplicación inicial y en las aplicaciones fraccionadas, probablemente estén asociadas a que la segunda o tercera fracción de la aplicación fue incorporada en etapas tempranas del cultivo (espiguilla terminal y/o hoja bandera). Echagüe et al. (2001), señalan que la respuesta de concentración de N en los granos a la aplicación de fertilizante nitrogenado es muy variable y depende de las condiciones ambientales del cultivo.
Para el contenido de N en biomasa aérea, se observaron diferencias entre los sitios experimentales, en E1 osciló entre 0.35-0.88% y 0.68-1.42% para E2 (Figura 3). El mayor contenido de N en E2, puede explicarse por el contenido de N nativo presente en la siembra (100 kg ha-1). En este sentido, Falotico et al. (1999) y Calviño et al. (2002), también reportaron que una mayor concentración de N se debió a las diferencias del contenido de N nativo al momento de la siembra.
Figura 3 Contenido de nitrógeno en biomasa aérea, en dos cultivares de triticale, como resultado dosis y fraccionamiento de N, en dos cultivares de triticale y dos sitios experimentales, E1 (a); y E2 (b).
En la Figura 3 se aprecia que el menor porcentaje de N en biomasa en los ciclos experimentales se presentó con 0 kg ha-1 de N. La dosis de 150 kg ha-1 de N, fraccionada en dos o tres aportes para ambos cultivares y experimentos, no modificó el porcentaje de N en biomasa aérea respecto al tratamiento de dosis total de 150 kg ha-1 en amacollamiento. Respecto a la dosis de 250 kg ha-1, en el E2 no modificó el contenido de N en biomasa para ambos cultivares, sin embargo, en el E1 se observó que el cultivar Siglo-TCL21 mostró mayor contenido de N y, que el fraccionamiento de N en 2/5AM, 2/5ET y 1/5HB (N5), resultó en un mayor contenido que la aplicación en sólo dos aportes 2/5AM y 3/5ET (N6). Golik et al. (2003), reportaron diferencias entre la aplicación de N en una sola dosis y la aplicación dividida, consistentes en que cuando hubo mayor disponibilidad de N inicial, el contenido en biomasa fue mayor.
De manera general, con dosis de 250 kg ha-1, se obtuvo la mayor absorción de N en biomasa aérea para ambos experimentos (Figura 3). Estos resultados están de acuerdo con lo reportado por López et al. (2002), donde se presentó mayor absorción de nitrógeno por la biomasa en la cosecha en las plantas fertilizadas que en las no fertilizadas. De igual manera, Golik et al. (2003), reportaron que el N acumulado en madurez en trigo aumentó con la fertilización y presentó diferencias entre cultivares. También Santamaría et al. (2004), reportaron para trigo que la fertilización nitrogenada provocó diferencias en acumulación de N en biomasa en madurez fisiológica.
Figura 4 Contenido de proteína en grano en dos cultivares de triticale, como resultado dosis y fraccionamiento de N, en dos cultivares de triticale y dos sitios experimentales, E1 (a); y E2 (b).
La FN incrementó la concentración de proteína en grano, pero no de manera significativa en todos los tratamientos (Figura 4). El contenido de proteína fue similar en ambos experimentos, oscilando entre 9.4-12.9% para E1 y 8.4-12.5% para E2. El menor contenido de proteína en ambos cultivares se observó en los tratamientos sin aplicación de fertilizante, mientras que el tratamiento N5 (100,100, 50) registró la mayor concentración de proteína en ambos experimentos. El fraccionamiento de dosis de 150 kg ha-1, de manera general en ambos cultivares y ciclos experimentales, no modificó el contenido de proteína en grano. De manera similar, el fraccionamiento de 250 kg ha-1 no modificó el contenido de proteína en grano.
Sin aplicación de nitrógeno, ambos experimentos arrojaron porcentajes similares de proteína en sus granos (8.9% para cultivar Bicentenario y 10.6% en promedio para Siglo- TCL21). Datos reportados por distintos autores indican que aplicaciones de N al cultivo posteriores al estado de hoja bandera son responsables de incrementos en el contenido de N en el grano (Porsborg et al., 2005; Varga y Svecnjak, 2006). La falta de respuesta en el contenido de proteína, probablemente se deba a que, en este estudio, la última aplicación de fertilizante se realizó en estado de espiguilla terminal y/o hoja bandera, por lo que no se observaron cambios significativos para esta variable en los tratamientos. Los valores de porcentaje de proteína en grano, fueron significativamente mayores sólo en algunos tratamientos con FN en ambos experimentos, sobre todo en E1.
Para ambos sitios experimentales y cultivares, se observó, en promedio, un incremento de 2 puntos porcentuales de proteína en grano al adicionar 250 kg ha-1. De manera similar, Brown (2000), registró incrementos de dos puntos porcentuales (de 13 a 15%), en el contenido de proteína en grano al adicionar 20 kg ha-1 de N en estados tardíos de desarrollo de trigo. Echeverría y Studdert (1998), encontraron que la aplicación de 20 y 40 kg ha-1 de N en espigamiento en trigo, incrementó el contenido de proteína entre 2.1 y 2.6%. Otros estudios reportan variaciones similares en el contenido de proteína en trigo (Doekes y Wennekes, 1982; Peltonen y Virtanen, 1994; Jia et al., 1996 y Zijlstra et al., 1999), atribuidas a diversos factores genéticos, ambientales y agronómicos (Cornell y Hovelling, 1998), pero principalmente a diferencias en la FN (Peltonen y Virtanen, 1994).
En la Figura 5 se observa que, del N total en la planta, un mayor porcentaje corresponde a los granos en ambos ciclos experimentales. Estos resultados coinciden con lo reportado por Lerner et al. (2013), evidenciando una elevada partición de N hacia los granos. Del contenido total de fertilizante nitrogenado en la planta, en E1 el 78% (promedio de tratamientos) correspondió al grano y, en E2, 60% (promedio de tratamientos), lo que sugeriría que en este último (E2), hubo una menor partición de N del fertilizante hacia el grano. En este sentido, Lazzari et al. (2001), reportaron, para dos tipos de suelos, diferencias en la partición de nitrógeno hacia el grano. Golik et al. (2003), reportaron que los cultivares utilizados difirieron en su distribución de N al grano.
Eficiencia de recuperación
La ERN en el E1 varió entre 29 y 34.5%; en contraste, para E2, se obtuvieron valores entre 13 y 36% (Figura 6). En general, en E1 no se observaron diferencias sobre la fracción de N del fertilizante aplicado en los tratamientos y entre cultivares, mientras que, para E2, se observaron diferencias entre cultivares. El cultivar Bicentenario presentó mayores valores de ERN en los tratamientos que Siglo-TCL21. Lo anterior coincide con la investigación de Golik et al. (2003), quienes reportaron diferencias en la eficiencia de recuperación entre cultivares. De manera similar, Lerner et al. (2013), en dos ciclos experimentales reportaron para un mismo cultivar diferencias en ERN de hasta 38% de un ciclo a otro. A pesar de que los valores de ERN reportados en este estudio son bajos, el método de la diferencia utilizado para calcular la ERN, atribuye el mayor N acumulado en las plantas fertilizadas sólo al aporte del N del fertilizante, por esta razón, el método de la diferencia sólo permite calcular la recuperación aparente del fertilizante, que no siempre es igual a la recuperación real (Mora et al., 2014).
Figura 6 Eficiencia de recuperación de nitrógeno (ERN) en dos cultivares de triticale, como resultado dosis y fraccionamiento de N, en dos cultivares de triticale y dos sitios experimentales, E1 (a); y E2 (b).
Con dosis de 150 kg ha-1, no se obtuvieron diferencias en ERN cuando el nitrógeno se aplicó en una, dos o tres etapas fenológicas del cultivo, en ambos cultivares y ciclos experimentales (Figura 5). Tampoco se obtuvieron diferencias con dosis de 250 kg ha-1, fraccionando el nitrógeno en dos o tres etapas del cultivo. Esto coincide con los resultados de Golik et al. (2003), quienes no observaron diferencias en ERN para los tratamientos fertilizados y momentos de aplicación. Los mayores valores de ERN, se obtuvieron con dosis de 150 kg ha-1 y, aunque la comparación de medias señala que no hubo diferencias estadísticas significativas, la tendencia indica que al aumentar la dosis de N, la ERN disminuye. Esto coincide con resultados similares reportados en otros estudios (Ramos et al., 2002; Lester et al., 2009). En cebada, se han obtenido valores entre 28 y 39% de ERN (espiga+grano); en términos generales, estas eficiencias de recuperación se consideran bajas, y pueden asociarse a las aplicaciones únicas de N-fertilizante en la siembra (Vos et al., 1993). Sin embargo, los resultados en triticale muestran eficiencias de recuperación similares entre una sola aplicación y aplicaciones fraccionadas (Figura 6).
Conclusiones
La mayor concentración de nitrógeno en los tejidos de la planta se asociaron a una mayor producción de biomasa aérea y grano de triticale.
En triticale, el fraccionamiento de la fertilización nitrogenada no afectó los parámetros de concentración de nitrógeno en los tejidos, ni la eficiencia de recuperación del fertilizante nitrogenado aplicado al suelo, ni aún en las aplicaciones en la etapa de hoja bandera.
La eficiencia de recuperación por el cultivo fue de 32 y 25% (promedio de sitios de prueba, E1 y E2, respectivamente), indistintamente para el momento de aplicación.
Los cultivares no presentan diferencias en la concentración de N acumulado, pero si se observaron diferencias en la partición del mismo hacia el grano en los dos sitios de prueba.
