Introducción

La práctica del cultivo de trigo de temporal bajo el sistema de siembra en camas permanentes se ha venido incrementando. El éxito de esta tecnología se ha sustentado en la aplicación apropiada de tres principios básicos; movimiento mínimo de suelo, rotación de cultivos y cubierta de suelo permanente con residuos de cultivo (^{Hobbs et al., 2010}; ^{Sommer et al., 2014}). Los beneficios por la aplicación de estos principios generalmente se relacionan con el mejoramiento del rendimiento (^{Govaerts et al., 2005}) y atributos físicos, químicos y biológicos del suelo (^{Limón-Ortega et al., 2002}).

Sin embargo, investigaciones previas han demostrado que los sistemas de labranza de conservación pueden generar condiciones que incrementan la incidencia de especies de hongos en el suelo (^{Steinkellner y Langer, 2004}). La razón es que los residuos de cultivo son fuente importante de inoculo para algunas enfermedades tales como Fusarium spp. (^{DillMacky, 2008}; ^{Wegulo et al., 2015}). Por ejemplo, dependiendo de la rotación de cultivos, ^{Dill-Macky y Jones (2000)} encontraron que la incidencia y severidad de Fusarium spp. es mayor con trigo en rotación con maíz que en rotación con soya. De la misma manera, se ha demostrado que la rotación continua de trigo- maíz en combinación con condiciones climáticas favorables pueden resultar en la acumulación de inoculo (^{Landschoot et al., 2013}). En contraste, otros reportes de investigación han concluido que el papel de la labranza sobre las enfermedades no es claro reconociendo que un suelo sano con alta diversidad microbiológica juega un papel antagónico a los patógenos del suelo (^{Hobbs et al., 2010}).

Por otro lado, la mayoría de las pérdidas en rendimiento tanto en trigo como en cebada es causada por especies de hongos del genero Fusarium, del cual las especies Gibberella zeae (Fusarium graminearum) culmorum, y Gibeberela avenacea (Fusarium avenaceum) son las más importantes (^{Landschoot et al., 2013}; ^{Wegulo et al., 2015}). Asimismo, estas especies pueden sobrevivir de manera saprofita por varios años en el suelo, particularmente en los residuos de cultivo (^{Leplat et al., 2013}). En contraste, el sistema de siembra en camas permanentes o camas con labranza convencional presentan una marcada reducción en algunas enfermedades foliares como posible consecuencia de las condiciones micro climáticas que resultan del cambio en la orientación de las plantas (^{Sayre y Hobbs, 2004}).

Otros factores de manejo que también pueden promover o inhibir el desarrollo de comunidades específicas de Fusarium spp. es el control de malezas herbicidas a base de glifosato y fuente de N como fertilizante (^{Leplat et al., 2013}). Por otra parte, algunos estudios han reportado que la evaluación del NDVI a partir de mediciones de reflectancia a diferentes etapas de desarrollo empleando el sensor GreenSeeker, está relacionado con las concentración de N y rendimiento final (Teal et al., 2006). Como resultado, el rendimiento potencial de trigo se ha podido predecir desde la etapa tempranas de desarrollo con la finalidad de maximizar la eficiencia de las aplicaciones de fertilizante a base de N (Teal et al., 2006; Martin et al., 2007). Sin embargo, no hay reportes que indiquen una relación directa entre lecturas NDVI y enfermedades en la raíz.

Debido a la naturaleza devastadora de Fusarium spp., es esencial para los productores contar con estrategias para mitigar las perdidas en rendimiento por este patógeno. Estas estrategias incluyen una combinación de prácticas culturales tales como manejo de N, siembra de variedades resistentes o tolerantes, control químico y biológico, empleo de sistemas de pronóstico y estrategias de cosecha. Por tanto, el objetivo de este trabajo fue valorar la incidencia de poblaciones de hongos en raíces de trigo bajo siembra en camas permanentes y dosis de N y su influencia en el rendimiento de trigo, componentes de rendimiento y absorción de N.

Materiales y métodos

Se colectaron raíces de plantas de trigo en el ciclo 2014 en un ensayo de campo bajo siembra en camas permanentes establecidas en el ciclo 2008, después de nueve ciclos agrícolas en el campo experimental “Valle de México” (CEVAMEX) del INIFAP. La incidencia de enfermedades se estimó en muestras de raíces colectadas de cuatro plantas a los 15, 30, 60, 90 and 120 días después de la emergencia y cuatro tratamientos de N (0, 20, 40 and 60 kg ha^-1). Cada uno de estos tratamientos estuvo anidado dentro de tres dosis de N (0, 60, 120 kg ha^-1) aplicadas a maíz en el ciclo anterior lo cual resultó en un total de nueve unidades experimentales por cada dosis de N aplicadas a trigo. La incidencia de cada especie fue determinada como el número de raíces infectadas a través de los muestreos. Para identificar las especies presentes, las raíces fueron enjuagadas después del muestreo con agua destilada, sumergidas en una solución de NaOCl al 5% durante 30 s y enjuagadas nuevamente por un tiempo igual en agua destilada. Posteriormente, las muestras fueron secadas en papel filtro estéril y puestas en cajas Petri en un medio agar PCNB con 50 mg de sulfato de estreptomicina y 18 g por litro de abamectina (Agrimec^TM) dentro de cámaras de crecimiento. Después de seis días, las cajas Petri fueron examinadas cuando las especies de hongo pudieron ser identificadas por observación microscópica directa de acuerdo con la descripción morfológica de ^{Zyllinsky (1984)}.

El experimento de campo consistió en la siembra de trigo después de maíz en una rotación bianual en condiciones de temporal bajo el sistema de siembra en camas permanentes con los residuos de ambos cultivos como rastrojo sobre la superficie. Se empleó urea granular (46-0-0) como fuente de N. Los tratamientos de N se mantuvieron en la misma parcela cada año y se aplicó en banda sobre las camas e incorporado parcialmente durante la operación de siembra. Para el control de maleza antes de la siembra se aplicó anualmente un herbicida a base de glifosato. En posemergencia el control de hoja ancha y pastos se realizó durante el amacollamiento con la aplicación de 10 g ha^-1 de prosulfuron (sulfunilurea) y 300 g ha^-1 de clodinafop (ariloxifenoxipropionatos), respectivamente.

La estimación de rendimiento de grano se realizó mediante la cosecha de las dos camas centrales. La absorción total de N se estimó en 50 tallos colectados aleatoriamente en cada tratamiento. Estas muestras fueron secadas y trilladas para determinar el porcentaje de N en grano y paja con un espectrofotómetro NIR’s 6500 (FOSS, Denmark). La reflectancia de las plantas fue evaluada en tres etapas de desarrollo (embuche, antesis y llenado de grano) empleando el sensor óptico GreenSeeker ^TM (NTech Industries Inc.) para estimar el NDVI. Las lecturas se tomaron sobre las dos camas centrales a una altura aproximada de 0.9 m sobre las plantas y orientadas de manera perpendicular a las hileras de plantas.

Los datos se analizaron empleando el programa SAS. Las relaciones estimadas entre incidencia con las mediciones en plantas y lecturas NDVI fueron analizadas empleando la opción PROC MIXED y se consideraron significativas cuando p< 0.05.

Resultados y discusión

Las condiciones climáticas para el ciclo agrícola en que se desarrolló este estudio fueron un poco más frías y lluviosas que el promedio histórico. El promedio histórico de temperatura máxima en la zona de estudio evaluada de julio a septiembre es de 25.1 ^oC y mientras que el promedio para el ciclo 2010 fue de 24.2 ^oC. La cantidad de precipitación histórica para este mismo periodo es de 331 mm mientras que para el ciclo 2010 fue de 375 mm. Bajo estas condiciones climáticas el rendimiento promedio resultante fue de 1 590 kg ha^-1.

Se identificaron 14 especies de hongos (Cuadro 1); diez de éstos fueron patógenos (Fusarium spp. and Helminthosporium spp.) y cuatro saprofitos (Alternaria, Rhizopus, Verticillium y Penicillium). Entre las especies patógenas que presentaron la mayor incidencia se encontró principalmente Cochliobolus sativus (Helminthosporium sativum) y Fusarium moniliforme; sin embargo, la primera especie fue la más frecuentemente aislada. A la incidencia de estas dos especies le siguió la de Helminthosporium turcicum y Fusarium oxysporum y F. graminearum. Estos asilamientos se lograron después de nueve años de establecimiento del sistema de siembra en camas cuando ya se esperaría una disminución considerable en la incidencia (^{Govaerts et al., 2006}).

La incidencia de estas cinco especies patógenas estuvo afectada de manera significativa por la dosis de N aplicada a trigo mientras que la del ciclo anterior a maíz no tuvo efecto en ninguna de ellas (Cuadro 2). Sin embargo, la incidencia de la mayoría de estos hongos a través de las dosis de N aplicada a trigo fue inconsistente, excepto para Fusarium moniliforme y F. oxysporum. Para el caso de la primera, la incidencia aumentó con la aplicación de N de 0 a 40 kg ha^-1 y declinó de 40 a 60 kg ha^-1 (Figura 1). De manera inversa, la incidencia de Fusarium oxysporum se redujo consistentemente en la medida que la dosis de N se aumentó de 0 a 60 kg ha^-1 lo cual coincide con el reporte de Warren y Kommendahl (1972). Estos resultados indican que la fuente de N no es el único factor de manejo que afecta la comunidad de Fusarium spp. (^{Leplat et al., 2013}) sino también la dosis de N que se aplica en forma de urea. Por otra parte, la irregularidad en la incidencia a través de las dosis de N para el resto de las especies identificadas indicó que ésta depende de factores distintos a la cantidad de fertilizante que se aplica.

Figura 1 Incidencia de Fusarium moniliforme y F. oxysporum en trigo en rotación con maíz como respuesta a la aplicación de cuatro dosis de N bajo camas permanentes. 

Con el propósito de identificar el efecto sobre el rendimiento de estas dos especies, Fusarium moniliforme y F. oxysporum, se realizó un análisis de regresión entre estas variables para cada dosis de N. Los resultados con Fusarium moniliforme indicaron en general una diferencia significativa para el coeficiente de intercepción y pendientes entre dosis de N (Cuadro 3). Lo opuesto se obtuvo para Fusarium oxysporum cuya incidencia no se relacionó con ninguno de los parámetros de planta evaluados. Esta falta de relación, incluyendo la incidencia de F. graminearum que ha sido reportada como patógeno devastador (^{Wegulo et al., 2015}), sugiere que el N y las condiciones ambientales del ciclo no fueron factores que promovieran la incidencia de estas dos especies. Otra sugerencia es que el efecto del sistema se siembra en la reducción de la incidencia (^{Govaerts et al., 2006}) es específico solo para algunas especies.

De acuerdo al análisis de regresión, la pendiente entre la incidencia de Fusarium moniliforme y el rendimiento indicó que la taza de reducción de éste fue mayor para la dosis de 60 kg N ha^-1 (Figura 2). Asimismo, es importante hacer notar que aunque la dosis de 40 kg N ha^-1 resultó en una mayor incidencia de este patógeno, su efecto en el rendimiento fue prácticamente nulo. Coincidentemente, esta última dosis de N se ha reportado previamente como la adecuada para obtener rendimientos aceptables de trigo de temporal en Valles Altos de México (^{Limón-Ortega y Sayre 2012}). Por tanto, las estrategias para tratar algunas de las enfermedades de la raíz causadas por Fusarium spp. deberán incluir prácticas culturales (^{Wegulo et al., 2015}) tales como manejo de N (^{Lori et al., 2009}).

Figura 2 Relación entre rendimiento de trigo e incidencia de Fusarium moniliforme en cuatro dosis de N (0, 20, 40 y 60 kg ha^-1). 

El manejo de N, por otra parte, se ha identificado como la estrategia que promueve el número de espigas el cual es uno de los componentes de rendimiento más importantes en este cultivo (^{Phillips et al., 2004}). En este estudio, los resultados indicaron que la incidencia de los patógenos identificados no tuvo ningún efecto substancial en el número de espigas, excepto el Fusarium moniliforme (Cuadro 3). En general, la mayor tasa de reducción en este componente, según la pendiente de regresión, se observó a la dosis más alta de N (Figura 3) mientras que para la dosis de 40 kg ha^-1 la tasa fue nula a pesar de que la incidencia fue mayor para esta dosis. Este resultado indica la importancia de la dosificación de N para reducir el efecto de la incidencia en las plantas.

Figura 3 Número de espigas por m² y su relación con incidencia de Fusarium moniliforme en cuatro dosis de N (0, 20, 40 y 60 kg ha^-1). 

Por otra parte, la evaluación de la cantidad total de N que un cultivo absorbe se emplea para estimar la eficiencia de uso de este elemento (^{Samonte et al., 2006}). Esta eficiencia se estima de manera global 33% (^{Raun y Johnson, 1999}) dependiendo de la definición operacional que se aplique. En general, esta eficiencia de uso se reduce en la medida que la dosis de N se incrementa como resultado de la reducción en la absorción de este elemento (^{Halvorson et al., 2004}). El análisis de regresión en este estudio reveló que la incidencia de Fusarium moniliforme está asociada negativamente a la absorción de N de acuerdo a la dosis que se aplicó (Cuadro 3). La absorción de N a la incidencia más baja (intercepto) y taza de reducción más alta (pendiente) fue observada para la dosis de 60 kg N ha^-1. En contraste, la dosis de 40 kg N ha^-1 tuvo una absorción inicial intermedia pero sin efecto por el incremento en la incidencia (Figura 4). Según estos resultados, la aplicación de urea como fuente de N a una dosis distinta a las necesidades del cultivo, promueve el desarrollo de enfermedades en la raíz lo cual impide la absorción apropiada de N afectando la eficiencia de uso (^{Lori et al., 2009}). De acuerdo a la Figura 4, la diferencia entre 60 y 40 kg N ha^-1 a incidencias bajas de Fusarium moniliforme, representa un incremento en la absorción de 35 kg N ha^-1 aproximadamente lo cual es una mejora substancial a la eficiencia de uso de N.

Figura 4 Absorción total de N y su relación con la incidencia de Fusarium moniliforme en cuatro dosis de N (0, 20, 40 y 60 kg ha^-1). 

Otros factores que también afectan las comunidades de hongos son las condiciones del clima (^{Lori et al., 2009}) las cuales se combinan con los residuos de cultivo en labranza de conservación (^{Wegulo et al., 2015}). De acuerdo a las condiciones climáticas del área de este estudio, la relativa alta precipitación y bajas temperaturas promedio, pudieron haber sido las condiciones que promovieron la incidencia en mayor o menor grado, según la dosis de N, de las especies de Fusarium identificadas (^{Steinkellner y Langer 2004}).

Por otra parte, la asociación entre la incidencia de Fusarium moniliforme y las lecturas NDVI colectadas en tres etapas de desarrollo (embuche, floración y llenado de grano), indicó que es factible pronosticar la presencia de esta patógeno a partir de la reflectancia del cultivo. Este resultado se observó únicamente para el tratamiento con 60 kg N ha^-1 (Figura 5) con diferencias significativas únicamente en el coeficiente de intercepción (Cuadro 4). En general, en la medida en que las lecturas de reflectancia fueron mayores, la incidencia de este patógeno fue menor. Sin embargo, aunque generalmente las lecturas NDVI se han empleado para monitorear el estatus de N en las plantas y pronosticar el rendimiento (^{Raun et al., 2005}), los resultados de este estudio indican que la reflectancia evaluada como NDVI del cultivo también puede ser empleada para asociarla con la incidencia de hongos patógenos en las raíz cuando la dosis de N sea excesiva.

Figura 5 Relación entre lecturas NDVI colectadas en tres etapas de desarrollo (embuche, floración y llenado de grano) con la incidencia de Fusarium moniliforme a 60 kg N ha^-1. 

Conclusión

Las especies de patógenos que se identificaron con mayor frecuencia corresponden a los géneros Fusarium spp. y Helminthosporium spp. La incidencia en la mayoría de las especies se afectó por la aplicación de N, sin embargo, solo se observó una consistencia regular a través de las dosis de N en las especies de Fusarium moniliforme y F oxysporum. La incidencia de la primera especie se maximizo a la dosis de 40 kg N ha^-1 pero esta incidencia no tuvo efectos substanciales en rendimiento, espigas por m² o absorción de N. De acuerdo a trabajos previos, esta dosis de N se ha considerado como la adecuada para obtener rendimientos aceptables de trigo de temporal en Valles Altos. Los efectos negativos por la incidencia de Fusarium moniliforme sobre estas variables en plantas se observaron a la dosis de 60 kg N ha^-1 indicando la importancia del manejo de N como factor para reducir el efecto de la incidencia sobre el rendimiento. En contraste a esta especie, la incidencia de Fusarium oxysporum se redujo en la medida que la dosis de N se incrementó de 0 a 60 kg ha^-1 sin presentar algún efecto substancial en rendimiento, espigas por m² o absorción total de N.

Por otra parte, este estudio demostró que la incidencia de Fusarium moniliforme a altas dosis de N reduce la absorción total de este elemento lo cual puede ser una de las causas de la baja eficiencia de uso de N. Por otra parte, la colecta de lecturas NDVI en diferentes etapas de desarrollo y altas dosis de N demostró ser una herramienta promisoria para detectar posibles problemas patológicos en el sistema radicular.