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Introducción
En los países en desarrollo, la demanda de cereales ha crecido con mucha mayor rapidez que la producción y es probable que aumente esta dependencia de las importaciones (FAO, 2015). En el año 2030, los países en desarrollo podrían importar anualmente 265 millones de toneladas de cereales; es decir, 14% de su utilización. El consumo de cereales secundarios ha crecido rápidamente, impulsado sobre todo por el uso creciente como alimento en los países en desarrollo. En un futuro, puede aumentar su consumo con mayor rapidez que los cultivos tradicionales como arroz, trigo y maíz, dependiendo del crecimiento del sector alimentario y pecuario (FAO, 2015).
México resalta en los pronósticos globales en importaciones de cereales secundarios principalmente de centeno; Sus importaciones aumentaran en 15%, lo que significa 23.8 millones de toneladas, entre 2015 y 2025 (USDA, 2015). Las zonas áridas son de las áreas más importantes de producción agrícola a nivel mundial. Las características más importantes de estas áreas son la indisponibilidad del recurso agua, altas y bajas temperaturas e intrusión salina, entre otras (Mazuela Aguilar, 2013; Andrade et al., 2017). El 60% de los alimentos a nivel mundial se producen en zonas áridas.
En la República Mexicana, una de las zonas de relevancia en la producción de alimentos, es el noroeste de México, conformado por los estados de Baja California, Baja California Sur, Sonora, Sinaloa y Chihuahua (Martínez et al., 2016; Andrade et al., 2017). Entre los principales cultivos con interés comercial de exportación son los siguientes: trigo, ajonjolí, cártamo, garbanzo, sorgo, maíz, algodón, vid, nogal, sandía, tomate, entre otros productos. En Sonora la superficie destinada para estos cultivos es de 614 606 ha.
La fertilización nitrogenada es uno de los factores más importantes en el crecimiento y desarrollo de los cultivos de cereales. La disponibilidad de N para la planta es indispensable por ser un componente básico de las moléculas orgánicas involucradas en el crecimiento y desarrollo vegetal (Salas, 2003). La búsqueda de cereales secundarios alternativos con propiedades nutricionales benéficas para el consumo humano como el centeno, es de suma importancia sobre todo cuando se trata de producirlos en ambientes áridos en los cuales existen factores adversos como condiciones edáficas y climáticas que merman la productividad de los cultivos (Murillo et al., 2001; Liukkonen et al., 2003; Bushuk, 2004).
El contenido de proteína del grano de centeno se encuentra en el rango de 6.5 a 14.5% y es dependiente de las condiciones de manejo agronómico del cultivo, aunque el contenido de proteína del grano ha sido reportado que es influenciado ante todo por el genotipo (Hansen et al., 2004; Arendt y Zannini, 2013). Desde el punto de vista nutricional las proteínas de centeno están reconocidas ser superiores a las de trigo y otros granos de cereal debido al mejor balance de aminoácidos esenciales (Arendt y Zannini, 2013). En la zona árida del noroeste de México, está el interés de establecer el cultivo del centeno.
Sin embargo, es necesario ampliar el conocimiento en materia agronómica. El objetivo del presente estudio consistió en determinar la factibilidad del cultivo de centeno considerando diferentes dosis de fertilización nitrogenada con relación al rendimiento y sus componentes de calidad de grano.
Materiales y métodos
Descripción del sitio experimental o área de estudio
El trabajo de investigación se desarrolló en el campo experimental del Departamento de Agricultura y Ganadería (DAG) de la Universidad de Sonora que se localiza con las coordenadas 29° 00’ 46.2’’ latitud norte, 111° 08’ 03.1’’ latitud oeste a 146 msnm. Predomina un clima subtropico árido semicálido, con precipitación y temperatura media anual de 320.8 mm y 23.1 °C, respectivamente (INIFAP, 2010). El área experimental se estableció en un suelo con textura franco arenosa, caracterizada por un contenido de 49.08% de arena, 32.12% de limo y 18.8% de arcillas. La fecha de siembra establecida fue en el ciclo otoño-invierno 15 diciembre de 2016-2017. Se utilizó un sistema de riego por goteo.
La preparación del suelo se realizó mecánicamente con un barbecho y un posterior pase de rastra. La variedad de centeno evaluada fue ‘Criollo Tlaxcala’ donada por la Asociación Agrícola de Tlaxcala, México. El método de siembra en forma manual a chorrillo en doble hilera, con una dosis de 120 kg ha-1. Al momento de la siembra se aplicó 80 kg ha-1 de fósforo (P) utilizando el fosfato mono amónico (12N-61P-0K). Los tratamientos de fertilización consistieron en: 1) testigo sin N (N 0), 2) 80 kg N ha-1 y 3) 150 kg N ha-1, los fertilizantes fueron aplicados fraccionadamente en la etapa fisiológica de embuche (70%) y en floración-antesis (30%), la fuente utilizada fue la de nitrato de amonio (33N-03P-00K).
Se realizó un control de maleza manual del cultivo para evitar competencia por el N utilizado. No se registró presencia de plagas y enfermedades durante todo el periodo del ciclo vegetativo.
Diseño y análisis estadístico
El experimento se estableció con un diseño en bloques al azar; se implementaron 3 fertilizaciones nitrogenadas (0 80 y 150 kg ha-1), se realizaron 4 repeticiones en la parcela para su posterior análisis. La parcela experimental constó de un área de 30 m2. Los datos obtenidos fueron analizados mediante un análisis de varianza (Anova). La prueba de Tukey, se utilizó para analizar las diferencias entre las medias de tratamiento específicos. Se utilizó el software estadístico InfoStat (Di Rienzo et al., 2015) para Windows.
Etapas fenológicas, variables de rendimiento y sus componentes
Las etapas fisiológicas evaluadas en el presente estudio se registraron en días después de siembra (DDS), consistieron en emergencia, amacollamiento, embuche, espigamiento, antesis y madurez fisiológica. La descripción de las etapas se detalla en el (Cuadro 1) de acuerdo a Solís Moya et al. (2004) utilizando la escala de Zadoks et al. (1974).
Al finalizar el experimento, se midió el número de espigas por m2 y se realizó la cosecha de biomasa y grano. Las variables evaluadas fuero biomasa total, peso hectolitrico, peso de mil granos y proteína de grano. El rendimiento de grano (RG) se determinó con el peso de la semilla cosechada en gramos, dividiéndolo entre la superficie cosechada y expresado en t ha-1.
Cuadro1. Descripción de las etapas fenológicas evaluadas.
| Variable | Medición |
| Amacollo | Aparición del primer amacollo 50% de las plántulas |
| Embuche | Cuando 50% de la vaina de las plantas están engrosadas o hinchadas |
| Espigamiento | Cuando 50% de las espigas estuvieran expuestas |
| Antesis | Cuando se expusieron las anteras de la parte media de la espiga en 50 % |
| Madurez fisiológica | Cuando 50% de las plantas perdió el color verde característico 80% de sus hojas, tallos y espiga. |
La biomasa total (BIO) se obtuvo en la etapa vegetativa de madurez fisiológica de manera manual para ello utilizando una rozadera, el corte de la planta se hizo aproximadamente a una altura de 5 cm sobre la superficie del suelo, calculando el rendimiento en toneladas por hectárea (t ha-1). Para la determinación de peso hectolitrico (PHL) se utilizó un homogeneizador (modelo Boerner 34, Seedburo) después se pesó la muestra en una balanza analítica (modelo 8850, Seedburo) determinando el valor en (kg hl-1) siguiendo la metodología de la (AACC, 2000).
Para la variable peso de mil granos (PMG) se consideraron 4 réplicas, las cuales fueron pesadas en una balanza analítica (OHAUS, modelo AR Nº 2140), registrándose en gramos (gr). Por otra parte, la proteína (PRO) de grano se identificó de acuerdo al método 46-13.01 de la (AACC, 2000) utilizando un determinador de nitrógeno (LECO FP-528. Leco Corporation) aplicando un factor de conversión de (N x 6.25) (Wrigley et al., 2010).
Se calcularon los grados días de crecimiento (GDC) acontecidos desde la siembra hasta madurez comercial. Para estimar la duración de las distintas etapas fenológicas se utilizó la propuesta de Ma y Smith (1992), considerando la siguiente ecuación.
Donde: Tai representa el promedio de las temperaturas máximas y mínimas diarias del aire; Tb a la temperatura base en donde la planta detiene su crecimiento, que por lo general la mayoría de los cereales consideran un valor de 0 oC (Cao y Moss, 1989; Kernich y Halloran, 1996).
Los datos de precipitación pluvial, temperaturas máximas y mínimas del aire durante el desarrollo del experimento, se tomaron de una estación automática marca VAISALA modelo (WXT510), ubicada a 20 m de distancia del lugar en donde se encuentra la siembra experimental.
Resultados y discusión
Fenología y condiciones climáticas.
Con relación a los grados días calor (GDC) las representaciones de las fases fenológicas de manera general hasta madurez comercial se encuentran representados en la (Figura 1), los análisis de varianza no muestran una diferencia significativa. Esto refleja poca variación en la fenología del centeno en los tres tratamientos de fertilización nitrogenada. La demanda total del período térmico del cultivo a madurez fisiológica fue de 2384 GDC en 128 días después de siembra. En la (Figura 2), se observa que las primeras etapas del cultivo se desarrollaron en un ambiente entre los 7 y 30 °C con precipitaciones no mayores a los 10 mm como media mensual.
Figura 1 Duración de las principales etapas en función de grados días calor (GDC), para el ciclo agrícola invierno-primavera 2016-2017.
Figura 2 Precipitación (■) y temperaturas (oC) máximas (●), mínimas (○), promedio mensual (▼). S= siembra, 15 de diciembre 2016; MF= madures fisiológica, 20 de abril 2017.
El comportamiento de este cultivar en GDC es similar a los de Ballesteros et al. (2015) en triticale, donde resultaron 2137 GDC y 2307 GDC en dos ciclos experimentales (Ballesteros et al., 2015). Por otra parte, López et al. (2018) reportaron un trabajo con centeno en la temporada invierno-primavera en la localidad de Hermosillo, Son. Con resultados no similares a los obtenidos en este estudio, obteniendo 2274 GDC y 112 DDS hasta madurez fisiológica. El mayor número de GDC y DDS en el presente trabajo se atribuye al establecimiento del cultivo en fechas donde las temperaturas del aire e incidencia de radiación solar son predominantemente más bajas.
Rendimiento de granos y componentes
Los tratamientos (T) con dosis de 0, 80 y 150 kg ha-1, desarrollaron diferencias estadísticas en todas las variables excepto PH observando diferencias en el RG, PRO, NGE, BIO y al p≤ 0.05 en el (NEPM) y (PMG), la fertilización (N) es un factor importante para incrementar el rendimiento y sus componentes (Cuadro 2).
Cuadro 2 Valores de F en el análisis de varianza combinado para el rendimiento de centeno en tres tratamientos de fertilización.
| Fuente de variación | BIO | NEPM | PMG | PHL | PRO | RG |
| Repetición | 0.6 | 0.26 | 1.34 | 0.28 | 1.44 | 0.13 |
| Fertilización | 17.9* | 4.59* | 10.3* | 0.58 ns | 17.15** | 27.06** |
| Error (CM) | 456394 | 343.47 | 0.95 | 0.19 | 0.06 | 17256.07 |
| CV (%) | 6.12 | 9.7 | 2 | 0.6 | 1.51 | 6.33 |
BIO= biomasa; NGE= número de granos por espiga; NEPM= número de espigas por metro cuadrado; PMG= peso de mil granos; PHL= peso hectolitrico; PRO= proteína total; RG= rendimiento de grano; *= p≤ 0.05; **= p≤ 0.01; ns= no significativa; CV= coeficiente de variación.
Rendimiento
La comparación de medias entre tratamientos para la variable de rendimiento de grano (kg ha-1) mediante la prueba de Tukey (p≤ 0.05) en la (Figura 3), señalan que se obtuvo una diferencia significativa p≤ 0.01 entre los tres niveles de fertilización. Por lo tanto, el rendimiento de grano aumentó a medida que se incrementó la cantidad de nitrógeno desde el control hasta 150 kg ha-1. El tratamiento con 150 kg ha-1 N obtuvo un promedio de 2385 kg ha-1 presentando el máximo rendimiento, en contraste con el testigo absoluto promedio de 1 965 kg ha-1, dosis bajas de nitrógeno pueden afectar o inducir el estado fenológico en el cultivo, afectando a su vez, el inicio de la antesis y la floración (Fois et al., 2009).
Los resultados obtenidos en el presente estudio concuerdan con Bakhsh et al. (1999); Rustam y Yasin (1991), donde informaron que un aumento en las dosificaciones de nitrógeno tiene repercusiones positivas en comportamiento del rendimiento de grano. Por otra parte, los rendimientos obtenidos en todos los tratamientos evaluados fueron superiores a la media reportados por López et al. (2018), donde este autor trabajo con centeno obteniendo una media general de 1965 kg ha-1. Este efecto nos indica que a medida que la fecha de siembra sea más cálida, las condiciones ambientales son menos favorables para la producción de este grano.
El número de espigas por metro cuadrado y el peso de mil granos mantuvieron un efecto positivo lineal a medida que se incrementaba las dosificaciones del fertilizante nitrogenado. Langer y Liew (1973), evaluando los efectos de la variación en la suplementación del nitrógeno aplicado a diferentes etapas del cultivo en trigo, revelaron que el número de espiguillas se incrementa con el incremento de nitrógeno aplicado al cultivo, produciendo a su vez un número mayor de hojas y por lo tanto, afectando al rendimiento. Además, Ali et al. (2003) evaluando dosis de nitrógeno sobre el rendimiento de grano, encontraron que el rendimiento de grano depende en su mayoría del peso de grano y también al número de espigas por metro cuadrado (Figura 4).
Los resultados revelan que para los tratamientos con una dosificación de 150 kg ha-1 (N) (Figura 5) la producción de biomasa a madurez fisiológica fue la más alta (p≤ 0.05) con 12 513 kg ha-1.
El incremento en la producción de biomasa en los cultivares de centeno y trigo se ha observado durante diversas investigaciones que corresponde con un aumento en los niveles del nutriente nitrógeno inorgánico presentes en las propiedades edafológicas (Balkcom et al., 2011) (Figura 6).
En el Cuadro 2 se describe la relación del peso hectolítrico con la fertilización nitrogenada este factor no tuvo una significancia p≤ 0.05; por lo tanto, no se observó tampoco un efecto en los tres niveles de fertilización, lo que nos indica la estabilidad fenotípica para estas características. Estos resultados, reafirman la explicación de Mellado et al. (2008), donde indica que la aplicación de nitrógeno con tan solo 50 kg ha-1 mejora el peso hectolítrico de centeno en 1 kg hL-1 y dosis mayores a este nutriente no hicieron variar significativamente esta característica.
La cantidad de nitrógeno también afecto significativamente la calidad de proteína del grano. La interacción entre las tres dosis de nitrógeno y el contenido proteínico fue significativa p≤ 0.05. Evidentemente, el contenido de proteína se incrementó con las dosificaciones del fertilizante. Se observó un contenido máximo (16.5%) de proteína con la dosis de 150 kg ha-1, el contenido mínimo de proteína de grano (14.78%) se presentó con la dosis de 0 kg ha-1. Esto puede explicarse por la mayor disponibilidad de nitrógeno para la síntesis de aminoácidos (Figura 7) y a su vez en la posterior síntesis de proteínas.
Se ha observado un incremento lineal en el porcentaje de proteína a medida que se extendía el rango de nitrógeno en trigo panadero (Figura 8).
Conclusiones
Con la realización del presente estudio, fue posible ampliar el conocimiento del comportamiento agronómico y calidad en el cultivo de centeno, bajo la influencia de tres dosis de fertilización nitrogenada, bajo condiciones de campo de zonas áridas en el noroeste de México. Los resultados arrojaron que la variedad de centeno evaluada como Criollo Tlaxcala en la fecha de siembra del 15 diciembre del 2016-2017, con un sistema de riego por goteo, al incrementar la dosis de fertilización de 0 a 150 kg ha-1, presentan valores significativos positivos en la variable de rendimiento, calidad de grano y biomasa.
De igual forma, se concluye que el contenido de proteína obtenido bajo las condiciones propuestas, supera a aquellos reportados en diferentes países donde se dedican a la producción de centeno. Se recomienda que en posteriores estudios deban ser tomados en cuenta, factores relacionados con fechas de siembra, condiciones limitantes del recurso agua y salinidad.
