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Revista mexicana de ciencias agrícolas

versão impressa ISSN 2007-0934

Rev. Mex. Cienc. Agríc vol.9 no.3 Texcoco Abr./Mai. 2018

http://dx.doi.org/10.29312/remexca.v9i3.1214 

Artículos

Características y productividad de una planta MAC, Agave tequilana desarrollada con fertigación en Tamaulipas, México

Lamberto Zúñiga-Estrada 1   § 

Enrique Rosales Robles1 

María de Jesús Yáñez-Morales 2  

Cuauhtémoc Jacques-Hernández3 

1Instituto Nacional de Investigación Forestales, Agrícolas y Pecuarias. (enrique-77840@yahoo.com).

2Colegio de Postgraduados. (yanezmj@colos.mx).

3Instituto Politécnico Nacional-Centro de Biotecnología Genómica-Reynosa. (aguilaquecae@yahoo.com).

Resumen

En el cultivo de Agave tequilana, los estudios se han restringido a una parte de su largo ciclo y a periodos cortos de tiempo, por tal razón, con el objetivo de evaluar las características agronómicas en planta y piña en un ciclo completo de la planta, se establecieron hijuelos provenientes de Jalisco en el sur de Tamaulipas en tres condiciones: a) en temporal y sin fertilizante (TA); b) fertigación, además de la precipitación, recibieron agua y nutrimentos (N, P, K, Ca, Mg, y micronutrimentos) mediante un sistema de riego por goteo; y c) FB+fertigación, adicional a lo anterior, éstas plantas recibieron fertilización de base (FB), con N, P, K y micronutrimentos, cada tratamiento tuvo tres repeticiones. Se realizaron ocho evaluaciones destructivas utilizando una planta por unidad experimental, septiembre 2004, febrero del 2005, octubre de 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 y 2010. Las plantas desarrolladas con fertigación y fb+fertigación, en promedio superaron en 26% y 57% la altura y número de hojas de plantas del TA, respectivamente; la mayor producción de Materia Seca (MS) anual fue 51.8 t ha-1, estimándose un total de biomasa por planta de 491.4 y 456.1 t ha-1 y 218.1 y 252.4 t ha-1 en la piña, respectivamente. En plantas del TA la biomasa total fue 97 t ha-1 y un rendimiento de piña de 46.5 t ha-1. En piña los azúcares evaluados en ºBrix y azúcares reductores totales (ART) no fueron afectados por los tratamientos. La concentración de ART en la piña fluctuó entre 26.8 y 29%. La concentración de glucosa y fructosa fue similar en etapas iniciales de desarrollo de la piña; Sin embargo, al final del ciclo durante la etapa de máximo crecimiento el valor medio en la concentración de fructosa fue de 246.8 g por kg MS de piña y representó 88% de los dos monosacáridos solubles evaluados, la glucosa presentó un comportamiento inverso y representó el restante 12%.

Palabras clave: azúcares reductores; MAC; producción de biomasa; riego por goteo

Introducción

Mejorar los rendimientos actuales en los sistemas de producción agrícola, aún con los aumentos de temperatura y CO2 que se registran como efecto del cambio climático, es un reto; una de las alternativas para afrontarlo, precisa dilucidar la evolución, características genómicas y mecanismos de regulación de las plantas con metabolismo acido de las crasuláceas (MAC); transfiriéndose la ingeniería MAC a cultivos con fotosíntesis C3 y C4, con el objetivo de incrementar el uso eficiente del agua, reducir las pérdidas de los cultivos por efecto de sequias y contribuir a la expansión de la producción agrícola en tierras abandonadas o semiáridas (Owen y Griffiths, 2014; Heikkinen, 2015; Wullschleger et al., 2015). El metabolismo MAC es propio de la familia Agavácea de la cual 151 especies son endémicas de México. A estas plantas se les conoce como magueyes, agaves o mezcales (Gentry, 1982).

En México, las especies de importancia económica son A. tequilana cultivado para la producción de tequila; A. angustifolia, A. salmiana y A. americana entre otras, usadas en la elaboración del mezcal; A. fourcroydes y A. lechuguilla en la obtención de fibra (Escamilla-Treviño, 2012). En los últimos años estas plantas han recibido atención, debido a que en la MS de las hojas presentan paredes celulares que contienen entre 3 y 15% de lignina y 68% de celulosa; esta baja concentración de lignina consume menos energía cuando es utilizada para producir biocombustibles, (Iñiguez-Covarrubias et al., 2001; Borland et al., 2009; Nobel, 2010; Somerville et al., 2010; Li et al., 2014).

Estudios realizados en especies de agave, han asociado la fijación de CO2 con la humedad de suelo (HS), temperatura (T), radiación fotosintéticamente activa (RFA), salinidad (S) y deficiencias nutrimentales (DN), entre otros factores. Con respecto a la T, en plantas de A. tequilana que recibieron 15 °C/5 °C de temperatura durante día/noche, se registró una fijación de 298 mmol m-2 de CO2 en 24 h; valor de fijación que disminuyó 10 y 72% al incrementarse la temperatura de 25 ºC/15 ºC y 35 ºC/25 ºC, respectivamente (Pimienta et al., 2001). Por otra parte, cuando HS no fue un factor limitante en A. deserti que recibió riego, la apertura nocturna de estomas, característica en estas plantas MAC, fue modificada, registrándose durante el día la apertura de estomas, fijándose en el periodo de luz 97% del CO2 requerido por la planta (Hartsock y Novel, 1976).

Los estudios en agave, se han realizado en periodos de tiempo entre 24 horas y dos años, en diferentes etapas del ciclo de la planta; sin considerar, la compleja interacción entre etapas de desarrollo de la planta, condiciones climatológicas y fertilidad del suelo, etc. Desestimándose el potencial de estas plantas MAC, cuando son desarrolladas sin limitaciones de humedad. Por tal razón, el objetivo del presente estudio fue estudiar un ciclo completo de la planta de A. tequilana, documentar el comportamiento de sus características agronómicas, rendimiento y calidad, cuando se desarrolla en una región cálida del sur de Tamaulipas, bajo dos sistemas de producción a) tradicional de temporal y sin fertilizante; y b) un sistema de producción intensiva, recibiendo todo el ciclo agua y nutrimentos mediante un sistema de riego por goteo.

Materiales y métodos

En mayo de 2004 se estableció el cultivo de agave en terrenos del Campo Experimental “Las Huastecas” del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), localizado en el municipio de Altamira, Tamaulipas, México, a 22° 33’ 59” latitud norte, 98° 09’ 49” longitud oeste y 15 msnm. Las plantas se desarrollaron en un Vértisol éutrico (INEGI, 2016), caracterizado a partir de una muestra compuesta, tomada a 0.3 m de profundidad, en 24 puntos del terreno. En la muestra de suelo, se determinó: textura, retención de humedad, materia orgánica, capacidad de intercambio catiónico, cationes intercambiables y pH, de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana NOM-021-SEMARNAP-2000 (Cuadro 1).

Cuadro 1 Propiedades físicas y químicas del suelo arcilloso donde se desarrolló el cultivo de agave. 

Análisis mecánico Humedad del suelo Cationes intercambiables
Arena Limo Arcilla CC PMP pH (1:2) MO (%) CIC K Ca Mg Na
(%) (%) cmol(+) kg-1
26.9 23 50.1 42.6 20.6 8.7 1.1 52.5 0.37 43.2 4.4 1.35

CC= capacidad de campo; PMP= punto de marchitez permanente; MO= materia orgánica; CIC= capacidad de intercambio catiónico.

Hijuelos de agave provenientes del estado de Jalisco, se establecieron en tres condiciones de manejo del fertilizante: a) testigo absoluto (TA), en condiciones de temporal y sin fertilizante; b) fertigación, además de la lluvia, cada planta recibió durante su desarrollo a través de un sistema de riego por goteo y en 348 eventos de riego, 3 960.8 L de agua, 315.3 g de N; 179.9 g de P2O5; 353.4 g de K2O; 111 g de CaO y 89.1 g de MgO; y c) FB+fertigación, previo al trasplante, estas plantas recibieron 162-150-250 kg ha-1 de N, P y K, respectivamente como fertilización de base (FB), además del agua y fertilizantes que recibieron las plantas en el tratamiento anterior. La fuente de fertilizantes para aportar P fue el monofosfato de amonio (11-52-00), mientras que para el K se utilizó el nitrato de potasio (13-00-44). La FB se complementó con una tonelada por hectárea de Econutriente® como fertilizante orgánico, enriquecido con 5 kg ha-1 de sulfato de magnesio, fierro y zinc. Cada tratamiento se estableció en tres repeticiones.

El terreno donde se estableció el estudio fue preparado y bordeado a un metro de distancia entre surcos. Sólo en el caso del tratamiento FB+fertigación, cada tercer surco se aplicó en el fondo el fertilizante en banda; posteriormente se rajó el bordo, cubriéndose con suelo el fertilizante, el cual quedo a una profundidad aproximada de 30 cm por debajo de donde se plantaron hijuelos de tamaño toronja y piña (Rendón et al., 2011). La unidad experimental consistió en seis hileras de plantas de agave a 3 m de separación y 1.5 m entre plantas, estableciéndose 16 plantas por hilera y 96 por unidad experimental de 405 m2.

Durante el desarrollo del cultivo se realizaron ocho evaluaciones, septiembre 2004, febrero de 2005, octubre del 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 y 2010, en cada muestreo, al azar se extrajo una planta por unidad experimental evaluándose, altura de la planta a la espina más alta de las hojas del cogollo, número total de hojas completamente desplegadas, peso húmedo (PH) y materia seca (MS) de planta y piña. En éste último órgano con un refractómetro portátil refracto 30PX, Mettler Toledo se determinó ºBrix, los azúcares reductores totales (ART) por el método Ting (1956) y fructosa y glucosa, por Cromatografía liquida de alta eficiencia (HPLC por sus siglas en Ingles) con un equipo Hewlett-Packard/Agilent Technologies modelo 1100 equipado con un detector diferencial de índice de refracción empleando un columna Aminex HPX-87H (Bio-Rad) de 300 x 7.8 mm, a una temperatura de 40 °C, empleando una solución de H2SO4 0.005 N como efluente a un flujo de 0.4 mL min-1.

En cada evaluación, los datos obtenidos en las variables fueron analizados como un diseño completamente al azar y los valores medios se compararon mediante la prueba de Tukey (p≤ 0.05), los valores de las características agronómicas que mostraron significancia se ajustaron a modelos de regresión en función del periodo de crecimiento.

Resultados y discusión

Desde el trasplante hasta la cosecha, se emplearon 77 meses en el estudio, en este periodo el valor medio de temperatura mínima y máxima fue 19.8 y 29.9 °C, respectivamente; registrándose 5 952.2 mm como precipitación total (PPTOT), en 479 eventos. Sin embargo, esta PPTOT representó sólo 59% de la evaporación total registrada (EV). El déficit de precipitación con respecto a la evaporación fue variable durante el ciclo de desarrollo del cultivo, acentuándose entre 54 y 65 MDP; en esta etapa, la precipitación representó sólo el 35 de la EV. Situación que originó menor almacenamiento de agua para riego y disminuyó hasta de 50% el volumen de riego y nutrimentos aportados en los dos últimos años de desarrollo del cultivo, en aquellas plantas desarrolladas con fertigación y FB+fertigación. La disminución del volumen del agua de riego al final del ciclo, originó mayor estrés en las plantas de mayor desarrollo, que fueron las que recibieron fertigación y FB+fertigación, en éstas plantas, 65% de la población estudiada presentaron madurez fisiológica a los 71 MDP (emisión del escapo floral), mientras que las plantas desarrolladas en el TA a los 77 MDP, no emitieron escapo floral.

Las plantas de agave desarrolladas con Fertigación y FB+Fertigación presentaron también valores superiores (p≤ 0.05) de altura de planta, número de hojas, PH y MS de la planta, ºBrix y ART a los valores que presentaron en las mismas características las plantas del TA, mientras que la concentración de azucares evaluados como °Brix y azúcares reductores (AR) no fueron afectados por el manejo (Cuadro 2).

Cuadro 2 Características agronómicas y de calidad de la piña, registradas en la planta de agave desarrollada en 77 meses bajo diferentes condiciones de fertilización. 

Descripción de tratamientos Altura de planta cm) Numero de hojas Planta Azucares en piña
Peso húmedo (kg) Materia seca (kg) ºBrix (%) AR (g L-1) AR Total (kg piña-1)
Testigo absoluto (TA) 129 b 42.7 b 29.4 b 7.4 b 29.4 a 267.6 a 2.8 b
Fertigación 156 a 131.3 a 138.2 a 38.5 a 31.8 a 289.1 a 13.8 a
FB + fertigación 153.3 a 128.7 a 148.9 a 42.3 a 32 a 290.3 a 15.6 a

= Valores con diferente letra en la misma columna son diferentes (Tukey p≤ 0.05); =azúcares reductores.

Altura y número de hojas por planta

La altura y el número de hojas producidas en las plantas del TA se incrementaron durante todo el ciclo de desarrollo, sus valores fueron significativamente inferiores (p≤ 0.05) a los registrados en las plantas desarrolladas con fertigación y FB+fertigación, sin existir diferencias en los valores de altura de estas últimas plantas. Los valores de ambas características generados en las evaluaciones se ajustaron significativamente a modelos cuadráticos (Cuadro 3), con los que se estimó la tasa anual de acumulación de altura y hojas, durante el desarrollo de la planta, (Cuadro 4).

Cuadro 3 Modelos de regresión, cuadrado medio del error de la regresión (CMER) y coeficientes de determinación generados para la altura y numero de hojas registradas en la planta de agave. 

Característica estimada Modelo de regresión CMER R2
Altura (cm)
Fertigación Y= -0.042+4.72+39.22 108.61 0.95
FB+fertigación Y= -0.052+5.57+30.22 73.35 0.97
Testigo absoluto Y= 0.006+0.42+58.09 70.61 0.89
Número de hojas
Fertigación Y= -0.012+2.16+35.14 190.15 0.84
FB+Fertigación Y= -0.021+2.80+30.29 243.21 0.81
Testigo absoluto Y= -0.019+1.73+18.529 34.99 0.81

†= significativo (p≤ 0.05).

Cuadro 4 Tasa anual de crecimiento (cm planta-1) y de producción de hojas (hojas planta-1), estimadas mediante los modelos generados con la información original. 

Meses después de plantadas (MDP) Tasa de crecimiento de altura Tasa de producción de hojas
Fertigación FB+fertigación Testigo absoluto Fertigación FB+fertigación Testigo absoluto
(cm planta-1 año-1) (Hojas planta-1 año-1)
12 46 54 7 37 31 3
24 39 44 9 32 27 3
36 27 29 10 23 20 4
48 15 14 11 13 14 4
60 2 -1 12 4 7 4
72 -10 -15 13 -5 0 4

En las plantas del TA, durante el primer año de establecidas se estimó un incremento de 7 cm en la altura, tasa de crecimiento que aumentó año con año, registrándose durante el sexto año 13 cm como la mayor tasa de crecimiento anual, (Cuadro 4). La altura en las plantas del TA al final del ciclo (77 MDP) fue 129.0 cm, altura que en las plantas que recibieron agua y nutrimentos en el sistema de riego se registró en el primer tercio de su ciclo (22 MDP). De igual forma, la tendencia que presentó la planta del TA de incrementar la altura al avanzar la edad, fue invertida en las plantas con Fertigación y FB+fertigación, durante el primer año (12 MDP) éstas plantas presentaron la mayor tasa de crecimiento incrementando su altura 46 y 54 cm, respectivamente; al avanzar el ciclo de desarrollo su tasa de crecimiento disminuyó, a los 48 MDP la altura de la planta sólo se incrementó 14 cm.

El número de hojas producidas en la planta de agave presentó un comportamiento similar a la altura previamente descrito. Las plantas del TA a los 41 MDP presentaron 57 hojas y fue la mayor cantidad de hojas; cantidad que representó sólo 43% del número de hojas que en promedio se registraron en las plantas desarrolladas con fertigación y fb+fertigación, las diferencias entre plantas que recibieron fertilizante en el sistema de riego y las que se desarrollaron sin riego fueron significativas (p≤ 0.05).

La tasa anual de producción de hojas estimada, permite inferir que la planta del TA en los dos primeros años produjo tres hojas cada año, posteriormente la planta incrementó su producción a cuatro hojas por año; esta tendencia en la tasa anual de producción de hojas, fue invertida en las plantas de agave desarrolladas con fertigación y FB+fertigación (Cuadro 4). En estas últimas plantas durante los dos primeros años se estimó una producción anual de hojas 10 veces superior con respecto a la producción estimada en plantas del TA; al avanzar el ciclo de la planta, la cantidad de hojas producidas por año disminuyó (Cuadro 4), situación que podría asociarse a una disminución de 48% en el volumen de agua de riego y aporte de nutrimentos que recibieron estas plantas en el sexto año de su desarrollo.

La mayor producción de hojas en los primeros años de desarrollo de la planta y su disminución al avanzar el ciclo de la planta, etapa en la que la piña se desarrolla, pueden indicar menor competencia interna de la planta entre ambas estructuras. Estos resultados, difieren a los registrados por Nobel y Valenzuela (1987), en siembras comerciales establecidas en Tequila, Jalisco, quienes consignaron una producción de hojas anual de 34 y 46 en plantas de A. tequilana, de tres y seis años, respectivamente.

Biomasa en planta y piña

La biomasa en la planta de agave se incrementó al avanzar su ciclo de desarrollo, tendencia que a los 41 y 77 MDP se modificó negativamente en plantas del TA, mientras que en las desarrolladas con fertigación y FB+fertigación la biomasa decreció sólo al final del ciclo (77 MDP) (Cuadro 5). En la planta del TA dicha disminución de la biomasa puede asociarse directamente a una falta de humedad en el suelo originada por la escasa precipitación registrada entre los 54 y 77 MDP, sin considerar la distribución de la lluvia durante este periodo la precipitación total representó sólo 44% de la evaporación registrada.

Cuadro 5 Peso fresco (PF) y seco (PS) acumulado en planta y piña (kg) en las etapas de evaluación durante el desarrollo de la planta de agave. 

Tratamiento Meses de desarrollo del agave
4 9 17 29 41 53 65 77
Planta Peso fresco (kg planta-1)
Testigo absoluto 2.4 b 6.2 a 15.2 b 20.4 b 13.8 b 19.5 b 30.4 b 29.4 b
Fertigación 5.2 a 8.9 a 34.1 a 60.9 a 86 a 97.1 a 159.2 a 138.2 a
FB + fertigación 5.4 a 9.1 a 31.1 a 76.2 a 89.5 a 135.6 a 176.1 a 148.9 a
Piña
Testigo absoluto 0.8 b 1.3 a 2.9 b 5.3 b 6.2 b 8.1 b 11.7 b 14.1 b
Fertigación 1.5 a 2.2 a 8.1 a 15.3 a 23.5 a 33.1 a 63.9 a 66.1 a
FB + fertigación 1.6 a 2.2 a 7.3 a 18.3 a 24 a 46.7 a 69.3 a 76.4 a
Planta Peso seco (kg planta-1)
Testigo absoluto 0.4 b 0.9 b 2.2 b 3.5 b 3.3 b 5.8 b 7.7 b 6.9 b
Fertigación 0.7 a 1.1 ab 4.7 a 10.7 a 13.4 ab 25 a 41.4 a 36.5 a
FB + fertigación 0.7 a 1.4 a 4.5 a 11.9 a 16.7 a 31.6 a 43.7 a 39.8 a
Piña
Testigo absoluto 0.1 b 0.2 a 0.7 b 1.2 b 1.4 b 3.7 b 4.1 b 4.5 b
Fertigación 0.2 a 0.4 a 1.3 ab 3.5 a 4.7 ab 12.9 a 21.2 a 23.6 a
FB + fertigación 0.2 a 0.4 a 1.3 a 3.5 a 6.4 a 16.8 a 21.6 a 24.6 a

Valores con diferente letra en la misma columna