Detalles experimentales

La granja experimental se realizó (31° 48′ 30′′ N y 48° 46′ 15′′ E, y una elevación de 11 m) en Hamidiyeh, provincia de Khuzestan, Irán. Hamidiyeh tiene un clima cálido y relativamente árido, con un verano caluroso y un invierno mediterráneo. La precipitación promedio anual es de unos 210 ml y la temperatura promedio es de unos 5 °C en el invierno y más de 50 °C en verano. La Tabla 1 muestra las propiedades químicas del agua de riego y la Tabla 2 presenta las propiedades físicas y químicas del suelo analizado.

Además, para 0-60 cm de la capa del suelo, el pH, el nitrógeno total y la materia orgánica del suelo fueron 7.4, 3.3 g/kg y 45.7 g/kg, respectivamente. El cultivo caupí utilizado en este estudio fue nombrado kamran. Debido a que el valor de la precipitación no es suficiente para proporcionar la necesidad de suministro de agua para el riego, los granos se sembraron a mano en hileras de 3 m de largo y 2 m de separación el 22 de junio de 2017-2018 (dos estaciones de crecimiento). Antes de la siembra, se ubicó un sistema de riego por goteo en cada fila con goteros de 25 cm separados. El valor del agua utilizada en cada evento de riego fue registrado por un medidor de flujo. La cantidad de 30 mm para el agua de riego se dio después de la siembra, y después de la aparición de los cultivos se adelgazaron para estabilizar una planta cada 25 cm en las filas (12 cultivos por fila); frente a cada gotero, se obtuvo un cultivo individual de caupí. Después de la aparición de las plantas, para optimizar el uso del agua de riego y disminuir el uso del agua, el polímero súper-AB-A-300 (Tabla 3) se combinó con el suelo a una profundidad de 20 cm cerca del cultivo. Este polímero es de tipo granular y es producido por Rahab Resin Co., con una licencia de producto del Instituto de Polímeros y Petroquímicos de Irán (^{Rahab Resin Co, 2016}). Este polímero hidrófilo es un tripolímero de acrilamida, ácido acrílico y acrilato de potasio.

El plan experimental se realizó como un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones (Figura 1).

Figura 1 Diseño del plano (sin escala). I₁S₀, I₂S₁ e I₃S₂ presentan filas de caupí con 0.0, 7.0 y 14.0 gramos de polímero súper-AB-A-300 en el suelo y con tratamientos de agua de riego relacionados con la demanda de ETc de 100, 75 y 55%, respectivamente. 

Para aprobar la eficacia del polímero súper absorbente, sólo se consideraron unos pocos tratamientos de riego con diferentes niveles de polímero súper-AB-A-300: tratamiento I₁S₀, incluida la demanda de ETc de 100% como cantidad de riego y con 0.0 g de SAP (I₁: 100%; S₀: sin SAP); tratamiento I₂S₁, que incluye una demanda de ETc de 75% como cantidad de riego y con 7.0 g de polímero súper-AB-A-300 para planta (I₂: 75%; S₁: 7 g SAP); tratamiento I₃S₂, que incluye una demanda de 55% de ETc como cantidad de riego y con 14.0 g de polímero súper-AB-A-300 para planta (I₃: 55%; S₂: 14 g SAP).

Valoraciones

La evapotranspiración media diaria del cultivo de referencia (ET ₀) se estimó utilizando el método de Penman-Monteith (^{Allen, 1998}) y los datos meteorológicos obtenidos por la estación meteorológica Ahvaz que estaba cerca de la granja. Para la determinación de la evapotranspiración del cultivo (ETc) o el requerimiento de agua del cultivo, ET ₀ multiplicó el coeficiente de cultivo (Kc) (^{Allen, 1998}). El agua de riego aplicada (AIW) en cada riego durante la etapa vegetativa para proporcionar 100% de la demanda de ETc se calculó mediante la siguiente ecuación (^{Satriani, Catalano, & Scalcione, 2018}; ^{Allen, 1998}):

donde:

AIW: agua de riego aplicada (mm).

Ea: eficiencia de la aplicación (%), considerado en un 90% para riego por goteo.

ETc: evapotranspiración de cultivos (mm day⁻¹).

SWD: deficiencia de agua del suelo en un día (mm day⁻¹).

El contenido de agua en el suelo se monitorizó utilizando el sistema de multiplexación TDR (HandiTrase Soilmoisture Meter w/FCT Probe, model 6085K3, EUA). El sistema TDR fue regulado remotamente por una computadora. En el centro de las filas de bloques, 12 guías de onda TDR de 40 cm de largo se fijaron verticalmente de 5 a 45 cm de profundidad. La capa superficial del suelo está abierta a las variaciones, por lo tanto, las guías de onda TDR se fijaron después de los primeros 5 cm de suelo, especialmente debido al perfecto aislamiento (^{Satriani et al., 2018}). Para medir el rendimiento de grano de la planta de caupí, se retiraron las vainas de 12 cultivos de cada hilera durante la cosecha y después de abandonar las cosechas para secar en la granja que se produjo el 13 de octubre de 2017-2018. El riego WUE se determinó como el rendimiento del grano dividido por el agua de riego aplicada a lo largo de toda la temporada de crecimiento. Para determinar la productividad agrícola del agua (PTA), el rendimiento del grano se dividió por el consumo total de agua (agua de riego más precipitaciones) (^{Abhari et al., 2017}; ^{Molden et al., 2010}). Los resultados presentados en las figuras y tablas fueron los valores medios de las dos temporadas de crecimiento.

Análisis estadístico

El análisis de los datos se realizó utilizando el software SPSS 22.0. Se empleó el análisis de varianza (ANOVA) para verificar las variaciones entre los tratamientos utilizados. P < 0.05 fue considerado estadísticamente significativo.

Variaciones de la humedad del suelo y la ET ₀ bajo diversos tratamientos con agua y súper absorbentes

El agua fácilmente disponible (RAW) para la planta de caupí que se cultivó en suelo franco y con la mayor profundidad de la raíz de casi 80 cm fue de 51.48 mm antes del estrés por humedad (^{Allen, 1998}). Por lo tanto, debido a esta cantidad, la planta de caupí se irrigó cuando el SWD se volvió más alto o igual al agua fácilmente disponible. Se suponía que el agua inicial del suelo estaba en la capacidad del campo (FC), porque se produjo un riego extenso directamente después de la siembra (la profundidad del agua de riego fue de 30 mm igual a 300 m³/ha). Esto indicó que la deficiencia de agua en el suelo era de 0.0 al comienzo del ciclo de crecimiento y esta presunción fue aprobada por la evaluación del agua del suelo. Según la Ecuación (1), el valor total de AIW fue de 1 015 mm (relacionado con la demanda de 100% ETc); 761.25 mm (relacionado con la demanda de 75% ETc); 558.25 mm (relacionado con la demanda de 55% ETc), para los tratamientos I₁S₀, I₂S₁ e I₃S₂, respectivamente. La Tabla 4 muestra las series de tiempo mensuales de lluvia, temperaturas y cantidad de agua de riego para el cultivar kamran.

La Figura 2 indica la ET ₀ acumulada y el agua de riego acumulada consumida para la planta de caupí en todos los tratamientos. A lo largo de la etapa vegetativa y particularmente después de la aparición, la ETc diaria aumentó de forma significativa hasta casi 80 días después de la siembra.

Figura 2 ET ₀ acumulativa y agua de riego acumulada consumida para la planta de caupí en todos los tratamientos a lo largo de la etapa vegetativa. 

El contenido de agua del suelo depende directamente del procedimiento de ET y las tendencias del contenido de agua del suelo relacionadas con los tratamientos completos se indican en la Figura 3. ^{Allen (1998)} mostró que las condiciones óptimas del agua del suelo son las situaciones reales de campo en campos bien administrados. En este experimento, a pesar de que el suministro de agua fue menor, el agua del suelo no disminuyó de modo significativo en los tratamientos con riego deficitario. En correspondencia con los informes de ^{Abhari et al. (2017)}; ^{Dabhi, Bhatt y Pandit (2013)}; ^{Parvathy, Jyothi, John y Sreekumar (2014)}; ^{Satriani et al. (2018)}, y ^{Khodadadi-Dehkordi (2016)}, la misma tendencia podría deberse al hecho de que los polímeros súper absorbentes se impregnan de agua y luego la liberan gradualmente al suelo para equilibrar el depósito de agua inferior. Otros estudios han verificado que la aplicación de polímeros súper absorbentes en situaciones de déficit hídrico ha reducido la influencia adversa del riego deficitario (^{Satriani et al., 2018}; ^{Islam et al., 2011}; ^{Khodadadi-Dehkordi, 2016}; ^{Sayyari & Ghanbari, 2012}). Además, ^{Khodadadi-Dehkordi (2016)}, y ^{Fallahi, Taherpour-Kalantari, Aghhavani-Shajari y Soltanzadeh (2015)} informaron que la aplicación de polímero súper absorbente podría aumentar los intervalos de riego de las plantas.

Figura 3 Contenido volumétrico de agua del suelo en hileras de caupí con variados polímeros súper absorbentes y valores de agua. 

Además, ^{Wang y Wang (2010)}, y ^{Khodadadi-Dehkordi (2016)} han demostrado que la velocidad de evaporación del agua disminuyó en el suelo arenoso al agregar polímero súper absorbente, en comparación con el suelo sin SAP. ^{Khodadadi-Dehkordi (2016)}; ^{Dorraji, Golchin y Ahmadi (2010)}, y ^{Akhter et al. (2004)} informaron los efectos similares del polímero súper absorbente en las propiedades de retención de agua de los suelos francos y arenosos.

Caupí, rendimiento de grano

Las plantas de caupí deben irrigarse durante toda la temporada de crecimiento y se consideraron razonables para investigar la influencia del polímero súper absorbente y el agua de riego en el rendimiento del grano. De acuerdo con los resultados, la mayor cantidad de rendimiento de grano se logró cuando la planta se irrigó con el valor del agua de riego en un 100 y 75% de la demanda de ETc; mientras que se logró una menor cantidad cuando la planta se irrigó con el valor del agua de riego por 55% de la demanda de ETc. Además, el suelo tratado con polímero súper absorbente, en un tratamiento de riego con déficit leve (I₂S₁), permitió obtener el mismo rendimiento de grano que el tratamiento de riego completo (I₁S₀) y no hubo diferencias significativas entre ellos. Esto podría estar relacionado con el hecho de que el polímero súper absorbente es capaz de retener agua y nutrientes, y liberarlos en situaciones de estrés hídrico, reconstruyendo las condiciones óptimas de agua del suelo apropiadas para el crecimiento de los cultivos. Este resultado es confirmado por ^{Khodadadi-Dehkordi (2016)}; ^{Abhari et al. (2017)},y ^{Satriani et al. (2018)}. La Figura 4 indica una relación polinómica significativa de segundo grado entre el rendimiento de grano de caupí y el agua de riego estacional aplicada.

Figura 4 La relación entre el rendimiento de grano de caupí y el agua de riego estacional aplicada. 

Esta relación es curvilínea, e indica que el rendimiento del grano de caupí aumenta con la cantidad de agua de riego; cuando se alcanza un nivel particular, ya no sube. Una investigación realizada por ^{Khodadadi-Dehkordi (2015}, ²⁰¹⁶) aprobó estas consecuencias. Investigó la aplicación de polímero súper absorbente en el rendimiento de maíz en condiciones de riego deficitarias e informó que al aumentar la intensidad del estrés por sequía, el rendimiento de grano de maíz disminuyó, sin embargo, no hubo una variación significativa entre 100 y 75% de los tratamientos de demanda de ETc para el cultivo de maíz, con 0.0 y 45.0 g.m^-2 de polímero súper absorbente, respectivamente. Por el contrario, el rendimiento mínimo de grano se logró en los tratamientos con 50% de la demanda de ETc para los cultivos. Los resultados mostrados en la Tabla 5 indican que las cantidades máximas de IWUE y AWP con promedios variados significativos (P < 0.05) se lograron en los tratamientos I₂S₁ e I₃S₂, en comparación con el control (tratamiento I₁S₀).

^{Khodadadi-Dehkordi (2016)}, y ^{Zhang, Chen, Sun, Pei y Wang (2008)} informaron que IWUE se relacionó a la inversa con el requerimiento total de agua de riego a lo largo del ciclo de crecimiento; para IWUE mayor, el agua se reduciría bajo la demanda de agua de riego para el rendimiento máximo de grano. Por lo tanto, la combinación de riego con déficit moderado y polímero súper absorbente (I₂S₁), que lleva a aumentar el AWP, fue una política aceptable para optimizar el rendimiento de grano de caupí y la utilización del agua. Estas consecuencias logradas fueron aprobadas por las investigaciones sobre maíz, sorgo, algodón, maní, frijol y garbanzo (^{Khodadadi-Dehkordi, 2015}; ^{Khodadadi-Dehkordi, 2016}; ^{Abhari et al., 2017}; ^{Hazrati et al., 2017}; ^{Timouri et al., 2013}; ^{Mazen, Radwan, & Ahmed, 2015}; ^{Najafinezhad, Tahmasebi-Sarvestani, Modarres-Sanavy, & Naghavi, 2014}; ^{Satriani et al., 2018}).