Descripción del área de estudio

El estudio se realizó en árboles de nogal de 40 años, variedad Western, durante el periodo julio-octubre de 2016 y 2017. Los árboles están situados en el municipio de Viesca, Coahuila, México, con coordenadas geográficas de 25° 20’ 28’’ LN y 102° 10’ y 48º 16’ LO, a una altitud de 1 100 m. El clima pertenece a un tipo BWhw (e), el cual se interpreta como muy árido, semicálido con lluvias en verano y de amplitud térmica extremosa con una temperatura media anual entre 18 y 22 °C. La precipitación promedio anual varía entre 200 y 300 mm con régimen de lluvias en los meses de abril a noviembre y escasas en el resto del año (^{Servicio Meteorológico Nacional [SMN], 2010}). El suelo es de textura franco-arcillosa, con capacidad de campo de 0.35 m³∙m^-3 (valores de peso en contenido hídrico, calculados a volumen de agua/suelo) y punto de marchitez permanente de 0.19 m³∙m^-3. El esparcimiento entre árboles es de 12 m x 12 m y están plantados bajo un diseño de marco real. El sistema de riego es por goteo con dos líneas a cada lado del árbol colocadas a 2 y 3 m a partir del tronco a una profundidad de 40 cm.

Unidades experimentales y tratamientos

Se seleccionaron árboles representativos de la huerta con circunferencia promedio de tronco de 90 cm, medida a 60 cm a partir del suelo, con una altura aproximada de 15 m y una densidad foliar de 3.5 m²∙m^-3. Cada árbol se regó con 40 emisores con gasto de 3.2 L∙h^-1. Los riegos con 3.5 h diarias iniciaron en marzo, durante la etapa fenológica de brotación. El tiempo de riego incrementó con el avance de la estación, hasta 6 h diarias. En la etapa fenológica del llenado de almendra, el tiempo de riego fue de 4, 6 y 8 h en tres secciones de riego, respectivamente, con el fin de establecer los niveles de humedad (tratamientos) de 0.257, 0.327 y 0.380 m³ de agua por m³ de suelo. Las unidades de muestreo (tres árboles) se seleccionaron en la parte media de cada sección de riego, la cual incluía 50 árboles respectivamente, considerando el criterio sugerido por ^{Prodan (1968}) para muestreo en especies arbóreas. El nivel de humedad en el suelo se registró con base en el contenido volumétrico de agua, expresado en metros cúbicos de agua por metro cúbico de suelo, a profundidad de 80 cm, donde se colocó cada sensor de humedad. Los sensores fueron de tipo capacitivo (EC-5 DECAGON DEVICES Inc., Pullman WA, EUA) debidamente calibrados, los cuales miden la constante dieléctrica del suelo, conectados a un datalogger (Em50 DECAGON DEVICES Inc., Pullman WA, EUA) para registrar las lecturas que, posteriormente, se correlacionaron con el contenido de humedad. El registro se hizo diariamente y los datos se almacenaron en archivo de formato de hoja electrónica, durante el periodo julio-octubre del 2016 y 2017.

Variables respuesta y análisis estadístico

Las variables evaluadas fueron producción de nuez (kg) por árbol al momento de la cosecha, la cual se llevó a cabo con vibradora mecánica el 11 y 16 de septiembre de 2016 y 2017, respectivamente; tamaño de fruto, expresado en longitud y diámetro, medido con vernier en una muestra de 50 nueces por árbol; porcentaje de nuez germinada y nuez comercial resultado del cociente del número de nueces para cada condición (n) y el total de las nueces colectadas (N), multiplicado por 100; porcentaje de almendra de una muestra de 20 nueces por árbol, las cuales se rompieron con un cascanueces y se separó la almendra de la cáscara. El peso (g) de la almendra se dividió entre el peso total de la muestra y se multiplicó por 100. El diseño experimental fue completamente al azar en medidas repetidas en el tiempo; el factor de estudio correspondió al contenido de humedad disponible en el suelo (0.380, 0.327 y 0.257 m³∙m^-3). Un árbol se consideró como unidad experimental. La distribución normal de los datos se analizó utilizando la prueba de Shapiro-Wilk; posteriormente, un análisis de varianza se realizó para determinar la significancia de los tratamientos y la prueba de Tukey (P ≤ 0.05) para la separación de las medias. Para ello se usaron los programas SAS versión 9.0 (^{SAS Institute, 2002}) y Microsoft Excel versión 2013.

Dinámica de la humedad del suelo

La Figura 1 muestra el comportamiento de la humedad del suelo bajo tres contenidos volumétricos de agua, a profundidad de 80 cm del suelo durante el periodo julio-octubre de 2016. El suelo regado con 0.380 m³∙m^-3 tuvo humedad hídrica superior que a capacidad de campo (CC), a partir de la etapa fenológica de endurecimiento de cáscara que ocurre en la última semana de julio (Figura 1). El contenido de humedad en este tratamiento no presentó valores de saturación durante la estación; sin embargo, a finales de septiembre se observó una tendencia hacia un contenido hídrico mayor. El área regada con 0.327 m³∙m^-3, que correspondió al riego aplicado por el productor, conservó la humedad disponible cercana a capacidad de campo durante julio y agosto; a partir de septiembre, disminuyó conforme avanzó el ciclo productivo. Por otra parte, el suelo con menor volumen de agua aplicado (0.257 m³∙m^-3) mostró los valores más bajos durante la estación y disminuyó a partir de septiembre, como sucedió en el tratamiento de 0.327 m³∙m^-3.

Figura 1 Dinámica de humedad del suelo bajo tres contenidos volumétricos de agua a la profundidad de 80 cm en nogal pecanero (Carya illinoinensis) durante el ciclo productivo 2016. CC: capacidad de campo, PMP: punto de marchitez permanente. 

En 2017 se observaron curvas de humedad similares a las del 2016. La precipitación acumulada en 2016 fue 352 mm; la cantidad de agua registrada fue 114 mm de enero a junio y 238 mm de julio a octubre. En el 2017, la cantidad de agua acumulada fue 200 mm, muy inferior a la del 2016, obteniendo un registro de 26 mm en el periodo enero a junio y 131 mm de julio a septiembre, mientras que el resto, equivalente a 43 mm, se registró en diciembre.

Rendimiento de nuez

De acuerdo con el Cuadro 1, los tratamientos con mayor humedad incrementaron la producción de nuez por árbol (P ≤ 0.05). Este resultado se debió principalmente al incremento en el tamaño de la nuez y mayor porcentaje de almendra, pero no por el número de nueces. En 2016, considerado año productivo, el incremento fue 12.7 % cuando el nivel de humedad en el suelo aumentó de 0.257 a 0.327 m³∙m^-3, y 24.1 % cuando aumentó a 0.380 m³∙m^-3. Una respuesta similar se obtuvo en 2017, en el cual se observó menor producción debido a la alternancia que es característica en esta especie. La producción por árbol incrementó 12.7 % cuando la humedad disponible en el suelo aumentó de 0.257 a 0.327 m³∙m^-3, y 23.6 % en los árboles con la mayor humedad disponible.

Germinación prematura de nuez

En los dos ciclos productivos (2016 y 2017), la producción de nuez germinada prematuramente en los árboles (Figura 2) incrementó significativamente (P < 0.05) bajo los contenidos de humedad de 0.327 m³∙m^-3 y 0.380 m³∙m^-3. Acorde con el Cuadro 2, en el 2016, los árboles con mayor humedad en el suelo tuvieron 12 % más producción de nuez germinada que los árboles con el nivel más bajo. En el 2017, a partir de la etapa del endurecimiento de cáscara (finales de julio) hasta el final del ciclo productivo, el mayor nivel de humedad en el suelo provocó el aumento significativo (P < 0.05) de 10.5 % de nuez germinada. El incremento en viviparidad afectó negativamente el porcentaje de nuez comercial (Cuadro 2); por lo tanto, el nivel de humedad en el suelo de 0.257 m³∙m^-3 resultó ser el más efectivo en la disminución de la viviparidad sin afectar el porcentaje de nuez comercial.

Figura 2 Nuez germinada dentro del ruezno de Carya illinoinensis mostrando la radícula durante el periodo de maduración (A) y nuez cosechada (B). 

Tamaño del fruto

En el ciclo productivo 2016, la longitud y el diámetro del fruto incrementaron significativamente (P < 0.05) en los árboles con los dos niveles de humedad superiores (Cuadro 3). En este ciclo, año de mayor producción, la longitud y el diámetro de nuez en los árboles con mayor contenido de humedad (0.38 m³ ∙m^-3) fueron 30 % y 12 % mayores que en los árboles sometidos a niveles menores de humedad. En 2017 se observó un efecto similar; el tratamiento con menor contenido de humedad disponible en el suelo (0.257 m³ ∙m^-3) ocasionó una reducción de 1.0 cm (20.6 %) y 0.23 cm (8 %) en la longitud y diámetro del fruto, respectivamente, con respecto al nivel alto de humedad. A partir del endurecimiento del fruto, la longitud y diámetro final al momento de la cosecha se redujo en los árboles con suministro hídrico menor.

Porcentaje de almendra

El Cuadro 4 indica que, en el 2016, el porcentaje de almendra aumentó significativamente (P < 0.05) en los tratamientos con mayor humedad disponible en el suelo; los porcentajes de almendra fueron 1.95 y 0.62 % mayores que en los nogales sometidos a niveles inferiores de humedad. En el 2017, los tratamientos de humedad tuvieron un efecto similar sobre esta variable; en el nivel de humedad del suelo de 0.257 m³∙m^-3 se observó el menor porcentaje de almendra, el cual fue superado en 0.58 y 1.82 puntos porcentuales por los árboles con niveles de humedad de 0.327 y 0.380 m³∙m^-3, respectivamente.

Rendimiento de nuez

Las condiciones ambientales favorables y un manejo adecuado durante el ciclo productivo del nogal, particularmente en cada fase fenológica, propician una buena producción (^{Reyes Vázquez & Morales Landa, 2019}). Asimismo, la humedad disponible en el suelo (^{Grauke, Wood, & Harris, 2016}; ^{Thompson, 2005}), asociada con el suministro de fertilizaciones, es importante para que el árbol manifieste su potencial productivo (^{Walworth, White, & Comeau, 2017}). Por ello, es fundamental evitar condiciones de estrés hídrico, durante el periodo de crecimiento y llenado de la nuez (^{Godoy & López, 2000}). Los resultados de los dos años de evaluación indican que el mayor nivel de humedad en el suelo, a partir del endurecimiento de cáscara del fruto ocurrido a finales de julio, tuvo un efecto positivo en la producción de nuez por árbol. Esta superó la producción media de nuez (1.1 t∙ha^-1) en la Comarca Lagunera, reportada por ^{Santamaría, Medina Morales, Rivera-González, y Faz Contreras (2002}), particularmente en los dos tratamientos con mayor contenido de humedad. El incremento del rendimiento de nuez, al aumentar la humedad en el suelo, también ha sido observado por ^{Marco et al. (2021}) y soporta lo establecido por ^{Sparks (2005}) con relación a la necesidad hídrica elevada de la especie (Walls, 2017). Se deduce que el requerimiento hídrico elevado fue heredado por sus ancestros, los cuales se desarrollaron en los márgenes de ríos y suelos profundos y fértiles (^{Babuin, Echeverría, Menedez, & Maiale 2016}; ^{Poletto, Poletto, Morales, Briao, Silveira, & Richards 2020}). Al respecto, ^{Orona Castillo, Sangerman-Jarquín, Cervantes Vázquez, Espinoza Arellano, y Núñez Moreno (2019}) determinaron que los rendimientos de nuez por unidad de superficie, en las huertas de nogales del norte de México, están directamente relacionados con la disponibilidad de riegos y la atención técnica. Considerando lo anterior, se puede explicar la baja producción en los árboles que tuvieron menor volumen de agua en el suelo, reflejada en la menor cantidad de frutos producidos y de menor tamaño, como se ha observado en otras especies (^{Wiegand & Swanson, 1982}).

Germinación prematura de nuez

Diversos estudios indican que existe una serie de plantas que presentan viviparidad (^{Duermeyer et al., 2018}); sin embargo, son pocos los reportes que se tienen sobre este fenómeno en las especies frutícolas comerciales (^{Taylor, Kunene, & Pandor, 2020}). ^{Farnsworth (2000}) plantea que la viviparidad es más común en plantas con un perfil morfológico particular, que incluye semillas grandes observadas solo en una fruta; semillas con endocarpio duro rodeado de tejido carnoso que mantiene el contenido de agua interno; especies de dispersión dirigida (estrategia que les permite alcanzar hábitats específicos favorables para su supervivencia); especies con larga vida adulta, así como, aquellas que están menos especializadas para microhábitats; y las adaptadas a los hábitats húmedos. Según ^{Wood (2015}), la viviparidad también es favorecida por una humedad elevada en el fruto, aunada a la presencia de temperaturas de 30 a 35 °C durante la etapa final de su desarrollo y baja concentración de ácido abscísico. Dado que la nuez pecanera presenta la mayoría de estas características, la probabilidad de que presente germinación prematura, aun permaneciendo en el árbol, es elevada, cuando las condiciones de temperatura y humedad son propicias (^{Gonçalves Bilharva et al., 2018}; Wood, 2015). La región de estudio presenta temperatura máxima promedio de 33 °C y precipitación de 131 mm de julio a septiembre, condiciones que pueden ser propicias para que ocurra este fenómeno (^{Sifuentes-Ibarra et al., 2015}).

La viviparidad es considerada una adaptación de la planta para tomar ventaja ante ciertas condiciones y así incrementar la sobrevivencia en el medio silvestre; en nogales cultivados, es una causa de pérdidas económicas (^{Wood, 2015}). El proceso de la germinación usa carbohidratos almacenados para el crecimiento, y en el proceso causa ennegrecimiento de la región del embrión que une a las dos secciones de almendra; las nueces con esta característica no son comercializables (Wood, 2015). ^{Taylor et al. (2020}) agregan que, además de las condiciones mencionadas, el vigor de los árboles, la condición de luz y la fertilización en exceso en las últimas etapas del desarrollo de la nuez, podrían ser los factores que desencadenan la viviparidad en C. illinoinensis.

En el presente estudio, la mayor cantidad de nueces germinadas se observó en los árboles con mayor contenido de humedad en el suelo. La tendencia hacia mayor viviparidad, conforme el nivel de humedad incrementó en el suelo, confirma los resultados obtenidos por ^{Godoy y López (2000)}, ^{León (2014}), y ^{Wood (2015}). Previo a la maduración, las nueces no están fisiológicamente en dormancia, sino que tienen una restricción mecánica para germinar (Wood, 2015). En esta restricción, la cáscara de la nuez, que parece ser una barrera formidable (^{Wells, 2017}), no impide la transferencia de agua o gases requeridos para la germinación. Como resultado, la cantidad elevada de humedad entre la cáscara y el ruezno de la nuez, asociadas con temperaturas altas, podrían consecuentemente ser un factor que neutraliza el efecto mecánico de la cáscara, permitiendo que la nuez germine prematuramente, aun estando en el árbol, como sucede en algunas variedades susceptibles bajo condiciones climáticas adecuadas (^{Aguilar et al., 2015}). En 2016, las temperaturas máxima, mínima y media en septiembre fueron 32.7, 19.3 y 26 °C, respectivamente, y en octubre fueron 20.2, 16.2 y 23.3 °C. En 2017, las temperaturas máxima, mínima y media en septiembre fueron 32.4, 19.0 y 25.7 °C y en octubre fueron 30.2, 16.9 y 23.6 °C. La presencia de temperaturas superiores a los 30 °C durante el periodo de maduración de la nuez, asociadas con la humedad elevada, pudieron ser un factor importante sobre la inducción de la germinación prematura de nueces en el árbol (^{García-Moreno et al., 2020}; ^{Nonogaki, Barrero, & Li, 2018}).

Por otra parte, la cantidad de nueces germinadas en el árbol incrementa en los años de alta producción (^{Sparks, 2005}; ^{Stein, 1985}). En este estudio, la tendencia hacia una mayor presencia de nueces germinadas en 2016 (año de mayor producción) no se manifestó en el 2017, año con menor producción y viviparidad.

Tamaño de nuez y porcentaje de almendra

El crecimiento y llenado de la nuez dependen fundamentalmente del contenido de humedad; por lo tanto, es importante su disponibilidad adecuada en el suelo, tanto en la primera fase de desarrollo, que se caracteriza por el crecimiento de la nuez, como durante la segunda fase que corresponde al llenado (^{Ferreyra, Selles, & Lemus, 2002}; ^{Godoy & Huitrón, 1998}; ^{Godoy & López, 2000}). El estrés de humedad durante el crecimiento del fruto conduce a la producción de nueces pequeñas (^{Godoy & Huitrón, 1998}; ^{Herrera, 1990}). Por el contrario, un déficit hídrico en el llenado del fruto induce un bajo porcentaje de almendra (Herrera, 1990; ^{Godoy & Huitrón, 1998}). En el presente estudio, el tamaño de la nuez incrementó a medida que la disposición de humedad aumentó, sin demeritar el porcentaje de almendra, cuya tendencia hacia el incremento fue mayor en árboles con mejor condición de humedad. Los valores de crecimiento de la nuez son similares a los reportados por ^{Marco et al. (2021}), coincidiendo en que la cantidad de agua aplicada durante el llenado de fruto influye en el ancho y longitud, obteniendo nueces significativamente más grandes conforme el riego aumenta.

Según el USDA (^{United States Department of Agriculture, 2020}), la longitud promedio de las nueces es de 36.8 mm y el ancho de 25.07 mm. En este estudio, los valores de longitud y ancho de nuez fueron mayores que los referidos e incrementaron en relación con la disponibilidad hídrica. En este sentido, durante el periodo del llenado de almendra cuando ocurre el desarrollo del embrión, es evidente la magnitud de la respuesta de nogal ante el aumento del agua de riego; sin embargo, la viviparidad aumenta y el porcentaje de nuez comercial disminuye. La respuesta favorable hacia el tamaño mayor y porcentaje elevado de almendra en los tratamientos de mayor humedad no coincide con el supuesto de que, en el nogal, las nueces pequeñas llenan mejor o producen almendra mejor desarrollada (^{Thompson, 2005}). En este estudio, el porcentaje de almendra varió de 56 % a 58 % en los árboles con menor y mayor humedad durante los dos ciclos productivos. Estos registros superan los valores de referencia para exportación (55 %) (^{Godoy & López, 2000}). El porcentaje de almendra es usado en la industria nogalera para determinar el precio por unidad de peso de la nuez en cáscara (Thompson, 2005). Igualmente, se ha observado que los rendimientos elevados afectan el porcentaje de almendra (^{Smith, 2012}; ^{Smith, Reid, Carroll, & Cheary, 1993}). En el presente trabajo, el rendimiento por árbol, particularmente en el año 2016, no afectó el tamaño y el porcentaje de almendra, los cuales incrementaron dentro de los niveles de humedad evaluados.