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Introducción
El girasol (Helianthus annuus L.) es una planta que pertenece a la familia botánica de las Asteraceae, y uno de los principales cultivos oleaginosos del mundo por presentar un contenido de aceite entre 30 a 50%, altos niveles de ácidos grasos no saturados, bajos contenidos de grasa saturada y de 20 a 27% de proteína en sus semillas (Ramulu et al. 2011). Además de destinarse a la alimentación humana y animal, para producir biocombustible (Sánchez-Muniz et al. 2016, Ur-Rehman et al. 2019). Se ha reportado, que el cultivo presenta tolerancia a la sequía, calor y salinidad (Do Santos et al. 2017). No obstante, la condición salina del suelo limita el crecimiento vegetativo y reproductivo del girasol (Hasanuzzaman et al. 2013). El efecto negativo de la salinidad del agua de riego sobre la producción del girasol ha sido reportado por Gomes et al. (2011) y Dos-Santos et al. (2017). Para lograr producir en regiones con suelos salinos se ha propuesto el lavado del suelo, la aplicación de materiales azufrados, uso de especies cultivadas tolerantes a la salinidad y las prácticas de manejo del cultivo apropiadas como la fertilización (Arenas-Julio et al. 2021a). Al respecto, Ma et al. (2016) reportan que con salinidad de 2.5 a 10.7 dS m−1 se retrasa el inicio de aparición de la yema reproductiva, acelera la madurez fisiológica y, sugieren que el suministro de agua y la aplicación de 135 kg ha−1 de nitrógeno puede reducir estos efectos adversos. Mientras que Feitosa et al. (2016), reportan que el cv. BRS 324 de girasol, sembrado en macetas con fertirriego (0.8 a 6.4 dS m−1) y dosis de 0, 25, 50 y 75 kg ha−1 de nitrógeno, tuvo el mayor rendimiento de grano en las plantas no estresadas por la salinidad y con el nivel más alto de nitrógeno.
Por otra parte, se propone que la fertilización nitrogenada apropiada podría obtener mayor crecimiento y rendimiento del girasol bajo condiciones de salinidad, ya que el nitrógeno (N) es determinante para el crecimiento y rendimiento de los cultivos agrícolas como lo demuestra Arenas-Julio et al. (2021a) al evaluar diferentes niveles de nitrógeno (50 y 100 kg ha−1) en suelos con distintos grados de salinidad (0.49, 1.75 y 5.11 dS m−1) en contraron que al incrementar la dosis de nitrógeno, también lo hacia la biomasa total, el rendimiento de grano y sus componentes en el cultivo de girasol, pero fue decreciendo a medida que fue aumentando la CE. Respecto a la distribución de materia seca en los órganos de la planta, especialmente en el grano, es de suma importancia a analizar para lograr un mayor rendimiento de grano, por su parte, Escalante-Estrada et al. (2020) señalan que, con la aplicación de nitrógeno, la acumulación de materia seca en los órganos de la planta se incrementa, sin afectar el porcentaje de distribución. En México existen regiones bajo condiciones salinas, sobre todo en zonas como Montecillo, México, en donde existe la propuesta de cultivar girasol, por lo que es de importancia generar conocimiento en la región sobre la fertilización nitrogenada en suelos salinos. Por lo cual, el objetivo del estudio fue determinar el efecto de nitrógeno en girasol bajo suelos salinos en clima templado, sobre las variables días a etapas fenológicas, biomasa total, índice de cosecha, rendimiento en grano, tamaño del grano, número de granos por m2, área del capítulo, número de granos por capítulo, la acumulación y distribución de materia seca.
Materiales y métodos
El estudio se realizó bajo condiciones de régimen de lluvia en Montecillo, municipio de Texcoco, Estado de México, México (19°29´ Norte y 98° 53´ Oeste y 2 250 msnm) de clima templado (García 2005), en un suelo con un gradiente de salinidad 2 y 7 dS m−1 (S2 y S7) en los primeros 30 cm de profundidad. En cada nivel de salinidad (Sal), se sembró el 10 de junio de 2018, el cultivar de girasol Victoria Mejorado, bajo tratamientos de fertilización nitrogenada 0 y 100 kg ha−1 de nitrógeno (N0 y N100), aplicados en forma dividida, el 50% antes de la siembra y el otro 50% a los 40 días, como fuente de nitrógeno se utilizó urea (46% N). El diseño experimental usado fue de bloques al azar en arreglo en parcelas divididas con cuatro repeticiones. A la parcela mayor correspondió el nivel de salinidad y a la menor el nitrógeno. La densidad de población fue de 50 mil plantas ha−1, surcos de 70 y 25 cm entre plantas.
Durante el desarrollo del cultivo se registró la media de la temperatura máxima (Tmáx, ºC), mínima (Tmín, ºC), evaporación (EV, mm) y precipitación pluvial (PP, mm), datos proporcionados por la estación Agrometeorológica del Colegio de Postgraduados. También se registró la fenología del cultivo de acuerdo con la clave de Schneiter y Miller (1981). A madurez fisiológica (MF, R9) se midió la biomasa total (BT materia seca total en g m−2), la acumulación de materia seca (g m−2), distribución en cada órgano de la planta [distribución (%) = (materia seca acumulada en el órgano / materia seca o biomasa total) x 100], rendimiento de grano (RG, peso de la MS acumulada en el grano, 10% de humedad), tamaño de grano (TG, mg), número de granos por m2 (NG), área del capítulo (AC, cm2), número de granos por capítulo [GC = NG / densidad de población (plantas m−2)] e índice de cosecha [IC = (materia seca del grano / materia seca total) * 100].
A las variables en estudio se les realizó un análisis de varianza y a las que resultaron con diferencias significativas, se les aplicó la prueba de comparación de medias Tukey, además de un análisis de correlación y regresión mediante el paquete estadístico SAS versión 9.0 (SAS 2003).
Resultados y discusión
Fenología y elementos del clima
La emergencia del cultivo ocurrió a los 10 días después de la siembra (dds); la aparición del capítulo o etapa R1 a los 59 dds, floración (antesis, R5) a los 78 dds y la MF (R9) a los 122 dds. La media de la Tmáx y Tmín durante la etapa vegetativa fue de 26 y 10 ºC, respectivamente; mientras que en la etapa reproductiva fue de 23 y 9 ºC, respectivamente. La EV y PP estacional fue de 490 mm y 210 mm, respectivamente. La ocurrencia de las etapas fenológicas fue en tiempo similar entre tratamientos, lo que indica, que los niveles de nitrógeno y salinidad no repercutieron sobre la fenología de la planta, además de que las condiciones ambientales fueron las adecuadas al no influir en la fenología de la planta. Resultados similares fueron registrados por Arenas-Julio et al. (2021a) en donde no observaron cambios en la fenología por el efecto del nitrógeno, salinidad y densidad de población. La media de la Tmáx durante el crecimiento del cultivo fue cercana al intervalo óptimo (18 - 25 °C) para el desarrollo de esta especie, pero la Tmín fue más baja, lo que indica que esta condición pudo limitar el desarrollo del cultivo (Ruiz et al. 2013). Asimismo, de siembra (S) a floración (R5) y R5 a madurez fisiológica (R9), la EV superó a la PP ocasionando un severo estrés hídrico al cultivo lo que limitó el crecimiento y rendimiento. El consumo de agua por el cultivo fue afectado básicamente por la energía incidente proveniente de la radiación solar y la temperatura, la cual aumento la evaporación de la superficie del suelo y del dosel vegetal.
En la Tabla 1, se presenta el análisis de varianza para la BT, RG, NG, AC, GC y la acumulación de materia seca en cada órgano de la planta, donde se observa que los principales cambios significativos fueron por efecto de salinidad y nitrógeno, pero no por la interacción. El tamaño del grano (TG), el índice de cosecha, la distribución de materia seca no presentó diferencias significativas. Así, la presentación de resultados y discusión se hará con base a efectos principales de salinidad y nitrógeno, sin incluir las interacciones
Tabla 1 Análisis de varianza en la acumulación de materia seca en las estructuras rendimiento y componentes del girasol (Helianthus annuus L.) en función de la salinidad (Sal) y nitrógeno (N).
| FV | RG (g m−2) | IC | TG (mg) | NG (m2) | AC (cm2) | GC | Tallo | Hojas | Receptáculo (g m−2) | Granos | BT |
| Salinidad | ** | NS | NS | * | ** | * | ** | ** | ** | ** | * |
| Nitrógeno | ** | NS | NS | ** | ** | ** | ** | ** | ** | ** | ** |
| Sal x N | NS | NS | NS | NS | NS | NS | NS | NS | NS | NS | NS |
*,* P > 0.05 y 0.01, respectivamente. NS = diferencias no significativas P > 0.05. RG = rendimiento en grano; TG = tamaño del grano; NG = número de granos; AC = área del capítulo; GC = granos por capítulo; BT = biomasa (materia seca) total; FV = factor de variación o tratamientos.
Biomasa total, índice de cosecha, rendimiento y componentes
En la Tabla 2, se observa que el incremento en salinidad a 7 dS m−1, redujo la BT en 24%, el RG en 28%, que fue producto de la reducción del NG en 25%, AC en 18% y GC en 18%, en relación con S2. El TG y el IC no fueron afectados, en promedio fueron de 59 mg (0.059 g por grano) y 0.28, respectivamente. La alta salinidad presente en el suelo afecto la producción de grano, que fue producto de la reducción de los componentes del rendimiento. La menor BT en alta salinidad (7 dS m−1) puede ser producto de una disminución en la tasa fotosintética como lo indicaron Zeng et al. (2014). También, esta reducción por efecto de salinidad ha sido reportada bajo condición de maceta y fertiriego hasta con 5.5 dS m−1 por Zeng et al. (2015) y Silva de Oliveira et al. (2019). Mientras que Arenas-Julio et al. (2021b) no registraron diferencias significativas en el peso de 100 semillas en suelos con una CE de 0.49 y 1.75 dS m−1. Resultados que difieren a lo encontrado por Arenas-Julio et al. (2021a) en donde el IC y peso de 100 semillas mostraron una reducción a medida que aumentaba la salinidad del suelo (0.49, 1.75 y 5.11 dS m−1).
Tabla 2 Rendimiento y componentes del girasol (Helianthus annuus L.) en función de la salinidad y nitrógeno.
| Tratamientos | BT (g m−2) | Índice de cosecha | RG (g m−2) | TG (mg) | NG (m2) | AC (cm2) | GC |
| S2 | 1067 a¶ | 0.29 a | 314 a | 60 a | 5233 a | 261 a | 1047 a |
| S7 | 815 b | 0.28 a | 227 b | 58 a | 3913 b | 214 b | 783 b |
| Media | 941 | 0.28 | 270 | 59 | 4573 | 231 | 915 |
| Tukey 0.05 | 99 | 0.02 | 70 | 7 | 112 | 32 | 118 |
| N100 | 1107 a¶ | 0.28 a | 310 a | 58 a | 5345 a | 250 a | 1069 a |
| N0 | 827 b | 0.30 a | 250 b | 57 a | 4366 b | 211 b | 873 b |
| Media | 967 | 0.29 | 280 | 58 | 4855 | 231 | 971 |
| Tukey 0.05 | 95 | 0.02 | 45 | 4 | 600 | 23 | 69 |
¶En columnas con la misma letra son estadísticamente iguales de acuerdo con Tukey 0.05. S2 = 2 dS m−1; S7 = 7 dS m−1; BT = biomasa total; RG = rendimiento en grano; TG = tamaño del grano; NG = número de granos; AC = área del capítulo; GC = granos por capítulo. N0 y N100 = sin aplicación de nitrógeno y 100 kg ha−1 de N, respectivamente.
Al aplicar fertilizante nitrogenado en suelos salinos se logró incrementar el 34% en la BT, en 24% en RG, 2% en NG, 18% en AC y 22% en GC (Tabla 2). El IC y TG no mostró cambios significativos por efecto del nitrógeno, siendo en promedio de 0.29 y 58 mg (0.058 g por grano), respectivamente. La incorporación de nitrógeno en el suelo mejoro la producción de BT, RG y sus componentes. Este incremento en el RG por el nitrógeno se debe al incremento en el NG y GC, debido a que el N estimula la aparición en el número de flores, además de lograr mayor translocación de fotoasimilados en la planta como fue reportado por Arenas-Julio et al. (2021a). Incrementos en el RG del girasol también han sido reportados por Dos-Santos et al. (2017). En relación con el IC y TG no se observó respuesta por efecto de la fertilización nitrogenada. Esto indica, que el nitrógeno aplicado en suelos con diferente CE presenta una translocación de fotoasimilados en la misma proporción, hacia el grano. Tendencias similares, registraron Arenas-Julio et al. (2021a) con el uso de 0, 50 y 100 kg ha−1 de nitrógeno, ya que observaron diferencias en el tamaño del grano. Lo que difiere, a la reportado por Arenas-Julio et al. (2021b) al encontrar diferencias en el IC cuando aplicaron 0 y 100 kg ha−1 de nitrógeno.
Acumulación y distribución de materia seca en los órganos del girasol
En el suelo con el mayor nivel de salinidad (7 dS m−1) la acumulación de materia seca en el tallo se redujo en 18%, en hojas 24%, en receptáculo 25% y en grano 28%. En ambos niveles de salinidad la mayor acumulación correspondió al tallo, seguida del grano, receptáculo y hojas (Tabla 3). La mayor acumulación de MS correspondió al suelo con baja salinidad (S2), contrario a lo observado en S7. Esto puede deberse al exceso de sales en suelo, que provocó disminución en la acumulación de materia seca en los diferentes órganos de la planta, debido a una alteración en los procesos metabólicos de la planta (Dos-Santos et al. 2017, Arenas-Julio et al. 2021b). En relación con lo anterior, Escalante- Estrada y Rodríguez-González (2010) en diferentes niveles de salinidad (5, 7 y 11 dS m−1), encontraron una alta acumulación de materia seca en el tallo, a medida que fue aumentando la conductividad eléctrica. En lo que respecta a la distribución de materia seca (%), esta no fue afectada por la salinidad. La distribución promedio fue de 31% en tallo, 13% en hoja, 27% receptáculo y 28% grano (Figura 1). Esto indica, que el efecto de la salinidad repercutió en la distribución de materia seca de forma homogénea.
Tabla 3 Acumulación de materia seca en girasol (Helianthus annuus L.) en función del nivel de salinidad y nitrógeno.
| S2 | 319 a¶ | 144 a | 290 a | 314 a |
| S7 | 260 b | 110 b | 218 b | 227 b |
| Media | 289 | 127 | 254 | 270 |
| Tukey 0.05 | 40 | 30 | 48 | 70 |
| N100 | 358 a¶ | 148 a | 291 a | 310 a |
| N0 | 245 b | 100 b | 236 b | 250 b |
| Media | 301 | 124 | 263 | 280 |
| Tukey 0.05 | 45 | 35 | 50 | 45 |
¶En columnas valores con la misma letra son estadísticamente iguales de acuerdo con Tukey 0.05. S2 = 2 dS m−1; S7 = 7 dS m−1. N0 y N100 = sin aplicación de nitrógeno y 100 kg ha−1 de N, respectivamente.
Figura 1 Distribución de materia seca (%) en girasol (Helianthus annuus L.) en función del nivel de nitrógeno y salinidad. Número dentro del cuadro indica el porciento. S2 = 2 dS m−1; S7 = 7 dS m−1.
La aplicación de nitrógeno incrementó la acumulación de materia seca en tallo (48%), hoja (48%), receptáculo (23%) y el grano (24%). La acumulación más alta se encontró en el tallo, seguida del grano, receptáculo y hojas (Tabla 3). El uso del fertilizante nitrogenado aumentó la acumulación de materia seca principalmente en tallo y hoja, seguido del receptáculo y el grano. Lo anterior señala, que la aplicación de nitrógeno promueve una tolerancia a la salinidad al reducir los efectos adversos en el crecimiento de la planta, ya que el nitrógeno posiblemente mejoró la traslocación de nutrimentos en la estructura de la planta y sus órganos reproductivos y al mismo tiempo presentó un efecto osmótico (Zeng et al. 2015). Al respecto, Arenas-Julio et al. (2021a, 2021b) observaron la mayor acumulación en las estructuras de la planta con la aplicación de 100 kg ha−1 de nitrógeno. Para el caso de la distribución de materia seca, esta no fue afectada por la fertilización nitrogenada, lo cual comprueba que los fotoasimilados, son distribuidos de forma equitativa en la estructura de la planta y órganos reproductivos, independientemente de la dosis de nitrógeno utilizada. En promedio el tallo representó el 31% de la materia seca total, las hojas el 12%, el receptáculo el 27% y el grano el 29% (Figura 1). Tendencias semejantes han sido reportadas por Escalante-Estrada et al. (2020).
Análisis de correlación entre el rendimiento en grano, sus componentes y la biomasa total
El RG se correlacionó en el orden siguiente: con el NG (r = 0.95**); GC (r = 0.95); AC (r = 0.85*); BT (r = 0.92**) y el IC (r = 0.70*). El RG presento una alta correlación con el NG, GC, AC, BT y en menor medida con el IC. Esto indica que, de acuerdo con la ontogenia de la planta, el efecto de salinidad y de nitrógeno, se reflejará en primera instancia, en el AC, posteriormente en el llenado del capítulo representado por GC y en el NG por área. Además, en el tamaño de la planta (BT) y en la asignación de MS hacia el grano (IC). Tendencias semejantes fueron reportadas para el cv. Victoria Mejorado por Escalante- Estrada et al. (2015).
La BT presentó alta relación con el peso del tallo (r = 0.95**), seguida de la acumulación de MS en el grano (r = 0.92**), la acumulación en el receptáculo (r = 0.90**) y en la hoja (r = 0.80*). El RG y BT en suelos con 7 dS m−1, fue en promedio de 227 y 815 g m−2, respectivamente. La mayor BT y RG se logró con la aplicación de 100 kg ha−1 de N, que fue de 1107 y 310 g m−2, respectivamente. La BT presentó alta relación con el peso del tallo, seguida del grano, receptáculo y hoja. Esto indica que los cambios en BT por el efecto de salinidad y de nitrógeno, dependerán en primera instancia de cambios en el peso de tallo, seguida de la acumulación de MS en el grano, receptáculo y hojas. Al respecto, Mena et al. (2018) observaron que la mayor acumulación de MS en los órganos del girasol se presentó en el tallo seguida del grano, receptáculo y hojas.
El crecimiento y rendimiento del girasol se reduce al sembrar en suelos hasta con 7 dS m−1, debido a la reducción en acumulación de materia seca en los órganos de la planta y la biomasa total, menor tamaño de capítulo, número de granos por capítulo y número de granos por m2. Del comportamiento del AC, NG y GC depende el RG, como ha sido encontrado en varios cultivares de girasol (Escalante-Estrada et al. 2015). En la condición de salinidad de 2 a 7 dS m−1 y fertilización nitrogenada (100 kg ha−1) se incrementó la acumulación de materia seca en cada órgano de la planta y en consecuencia la total, el rendimiento en grano y sus componentes inmediatos como el área del capítulo, número de granos por capítulo y por m2 (Escalante-Estrada et al. 2020). Esto indica que para promover una mejor productividad en suelo con alta salinidad es necesario la implementación de fertilizantes nitrogenados, de acuerdo con las necesidades de crecimiento de la planta. La distribución de materia seca no fue afectada de manera significativa por la salinidad y el nitrógeno, lo que confirma lo reportado por Escalante- Estrada y Rodríguez-González (2010).
Los niveles de salinidad y nitrógeno no afectan los días a ocurrencia a fases fenológicas y la distribución de la materia seca en los órganos de la planta. La biomasa total, rendimiento de grano, número de granos, área del capítulo y número de granos por capítulo se reducen por el aumento en la salinidad del suelo, pero se incrementan con el nivel más alto de nitrógeno. El tamaño del grano e índice de cosecha no es afectado por la salinidad y aplicación de nitrógeno. La acumulación de materia seca en cada órgano de la planta se reduce con el nivel más alto de salinidad y se incrementa con la aplicación de 100 kg ha−1 de nitrógeno
