Optimización del fraccionamiento del nitrógeno en el cultivo de papa en el Valle de Toluca*
Optimizing nitrogen fraction in the potato crop in the Toluca Valley
Oswaldo Ángel Rubio Cobarruvias1§ y Mateo Armando Cadena Hinojosa2
1 Programa de papa. Sitio Experimental Metepec, INIFAP. Conjunto SEDRAGRO s7n, Metepec, Estado de México, C. P. 52140. Tel. 01 722 32 00 89. §Autor para correspondencia: rubio.oswaldo@inifap.gob.mx.
]]> 2 Investigador hasta 2011. Campo Experimental Valle de México, INIFAP, km 13.5. Carretera Los Reyes-Texcoco, Coatlinchán, Texcoco, Estado de México. C. P. 56250. Tel. 01 595 92 1 27 38. Ext. 191. (cadena.mateo@inifap.gob.mx).
* Recibido: febrero de 2011
Aceptado: agosto de 2012
Resumen
La forma más conveniente de fraccionar el fertilizante nitrogenado varía de acuerdo al tipo de suelo, manejo del cultivo y a las condiciones climáticas. El objetivo del presente trabajo fue determinar la mejor forma de fraccionar el nitrógeno en el cultivo de papa en el Valle de Toluca, bajo condiciones de temporal. En 2006 se estableció un experimento en el que se probaron tres dosis de nitrógeno (100, 200 y 300 kg N ha-1) fraccionadas en 1, 2 y 4 partes que se aplicaron a la siembra, 18, 34 y 47 días después de la emergencia de las plantas (DDE). Además se incluyó un tratamiento sin nitrógeno. Durante el ciclo vegetativo del cultivo se hicieron cuatro determinaciones de la concentración de nitrato en el extracto celular de los pecíolos foliares (ECP) a los 25, 40, 54 y 68 DDE, para ello se usó un medidor CARDY. Los máximos rendimientos de 42.4 y 42.1 t ha-1 se obtuvieron con 200 kg N ha-1 cuando el nitrógeno se fraccionó en una o dos partes respectivamente. La concentración de nitrato en el ECP a los 25 DDE asociada con los máximos rendimientos fue de 1 818 y 1 812 mg L-1 de N-NO3 respectivamente. Los análisis de nitratos en el ECP indicaron que al fraccionar en cuatro partes el nitrógeno, se propiciaron deficiencias de este elemento durante las primeras etapas de desarrollo de las plantas que y las aplicaciones tardías ocasionaron alteraciones fisiológicas en detrimento de la producción de tubérculos.
Palabras clave: Solanum tuberosum, fertilizante nitrogenado, nitratos.
Abstract
]]> The more convenient way to fractionate the nitrogen fertilizer varies according to the soil type, crop management and weather conditions. The objective of the present study was to determine the best way to fractionate the nitrogen in the potato crop in the Toluca Valley, under rainfed conditions. In 2006 an experiment was established, where three doses of nitrogen were tested (100, 200 and 300 kg N ha-1) fractionated in 1, 2 and 4 parts that were applied to the sowing, 18, 34 and 47 days after plant emergence (DAE). As well a treatment without nitrogen was included. During the vegetative cycle of the crop, four determinations were made for the nitrate concentration in the cellular extract ofthe leaf petioles (ELP) at 25, 40, 54 and 68 DAE, a CARDY meter was used. The maximum yields of 42.4 and 42.1 ton ha-1 were obtained with 200 kg N ha-1, when nitrogen was fractioned in one or two part respectively. The nitrate concentration at the ELP at 25 DAE associated with the maximum yield was 1 818 and 1 812 of N-NO3 respectively. The nitrate analysis at the ELP indicated that fractioning into four parts the nitrogen, it propitiate deficiencies of this element during the early stages of the plant development and the late applications caused physiological alterations in detriment of the production of tuber.Key words: Solanum tuberosum, nitrogen fertilizer, nitrates.
Introducción
Aún después de varias décadas de investigación, la selección de las dosis y épocas de aplicación de los fertilizantes en el cultivo de papa sigue siendo un reto, sobre todo en el tiempo actual en el que existe una gran preocupación por la contaminación ambiental con residuos de los fertilizantes nitrogenados (Zebarth y Rosen, 2007). El cultivo de papa demanda grandes cantidades de nutrientes en un tiempo relativamente corto debido a su rápido desarrollo, sin embargo, su sistema radicular es corto y por lo tanto con baja eficiencia para la absorción de los elementos nutritivos que requiere (Munoz et al, 2006). Esta característica sugiere que entre más fraccionada sea la dosis de nitrógeno la eficiencia de su absorción se aumenta, sin embargo los estudios publicados, concernientes al efecto del fraccionamiento del nitrógeno sobre la eficiencia de su utilización para la producción de tubérculos de papa, varían desde un efecto positivo (Errebhi et al., 1998), sin efecto (Vos, 1999) y hasta un efecto negativo (Kuisma, 2002; Miller and Rosen, 2005). La variación de éstas respuestas está determinada principalmente por las condiciones del suelo, el clima y el manejo del riego (Zebarth y Rosen, 2007), lo cual indica la necesidad de estudios regionales en los que se determine la mejor forma de fraccionar el nitrógeno. Hasta la fecha, en el Valle de Toluca no se han realizado estudios sobre el efecto del fraccionamiento del fertilizante nitrogenado en el cultivo de papa.
Para poder hacer las aplicaciones necesarias y oportunas de fertilizantes en cultivos anuales con un rápido desarrollo, como es la papa, es conveniente poder hacer un seguimiento de su estado nutrimental en cualquier etapa de su crecimiento. La determinación de la concentración de NO3- en el extracto celular de los pecíolos foliares (ECP) con medidores CARDY tiene la ventaja de hacerse con instrumentos sencillos que permiten obtener los resultados del diagnostico en forma inmediata, relativamente baratos y que pueden ser usados por los propios productores.
Estudios realizados en el cultivo de papa han permitido definir los valores críticos de nitratos determinados con medidores CARDY en el ECP para diferentes etapas de desarrollo del cultivo, por lo que esta técnica se puede utilizar para determinar la mejor forma de distribuir las aplicaciones de fertilizante nitrogenado (Hochmuth, 1994; Errebhi et al, 1998). Sin embargo, los mismos autores señalan que los valores críticos que sirven como base para hacer la interpretación de los análisis deben ser calibrados en cada región y para cada variedad. En México, en el estado de Guanajuato, Badillo et al. (2001) hicieron estudios que indicaron una buena correlación entre la concentración de nitratos en el ECP y el rendimiento de tubérculos de papa de la variedad Alpha, pero observaron inconsistencias de los niveles óptimos entre ciclos, por lo que sugirieron la necesidad de realizar más estudios.
El objetivo del presente trabajo fue determinar el fraccionamiento óptimo de nitrógeno en el cultivo de papa en el Valle de Toluca.
Materiales y métodos
]]> Con el objetivo antes mencionado, en 2006 se estableció un experimento de papa (Solanum tuberosum L.) en los terrenos del Sitio Experimental de Metepec del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), en el cual se pusieron 10 tratamientos con tres dosis de fertilización nitrogenada (100, 200 y 300 kg N ha-1) y tres niveles de fraccionamiento del nitrógeno (N/1, N/2 y N/4), o sea cada una de las dosis de nitrógeno dividida en 1, 2 y 4 partes. Con éstos tratamientos se formó un diseño factorial 3 x 3 y además se incluyó un tratamiento testigo sin fertilizante nitrogenado. El diseño experimental fue de bloques al azar con 4 repeticiones. Cada unidad experimental consistió de 4 surcos de 92 cm de ancho y 5 m de largo, con plantas sembradas a una distancia de 25 cm. Para evitar el efecto de borde, todas las observaciones se hicieron solo en los dos surcos centrales de cada unidad experimental.La fuente de nitrógeno en la primera aplicación de fertilizante fue fosfonitrato de amonio (33% N y 3% P2O5), el cual se aplicó en el fondo del surco al momento de la siembra. En las tres aplicaciones posteriores a la siembra se utilizó como fuente de nitrógeno el nitrato de calcio (15.5% N), el cual se aplicó en banda en el talud del surco y se tapó ligeramente con tierra removida con azadón. La segunda, tercer y cuarta aplicación de nitrógeno se hicieron a los 18, 34 y 47 días después de la emergencia de las plantas (DDE). Estos tratamientos se definieron en base lo que reportan varios investigadores en señalar que el nitrógeno puede ser absorbido durante todo el ciclo de desarrollo de las plantas de papa pero la mayor tasa de absorción ocurre desde la brotación hasta las primeras etapas de crecimiento de los tubérculos (Vos, 1999; Badillo et al, 2004). Al momento de la siembra, en todas las unidades experimentales se aplicó la cantidad de superfosfato triple necesaria para completar la dosis de 200 kg ha-1 de P2O5 y además 150 kg ha-1 de K2O en forma de sulfato de potasio.
Durante el ciclo vegetativo del cultivo se hicieron cuatro determinaciones de nitrato en el extracto celular de los pecíolos foliares (ECP) en los días 25, 40, 54 y 68 DDE. Para la determinación de nitratos en el ECP se muestrearon 6 pecíolos de la primer hoja madura de 6 plantas por cada unidad experimental, a los cuales se eliminaron los foliolos y se cortaron en trozos de 1.5 cm de largo, posteriormente el ECP se extrajo con un exprimidor de ajos y se utilizó un medidor CARDY (Horiba Co. Ltd., Irvine, CA) para determinar la concentración de nitratos.
El cultivar de papa utilizado fue un clon generado por el INIFAP e identificado con el número 981401, el cual es de ciclo intermedio, ha mostrado resistencia contra tizón tardío (Phytophthora infestans Sulc) y buena adaptación a las condiciones climáticas del Valle de Toluca, la información sobre este clon aún no ha sido publicada.
A los 70 DDE se aplicó un desecante foliar (Paraquat) y tres semanas después se cosecharon los tubérculos, los cuales se clasificaron por su tamaño en comerciales (diámetro mayor de 3 cm) y no comerciales (diámetro menor de 3 cm y tubérculos deformes).
El suelo en el que se estableció el experimento es un suelo profundo de origen aluvial, la textura determinada por el método de Bouyoucos en los primeros 30 cm fue franco arenoso (arena 67.6%, limo 18.0% y arcilla 14.4%), el pH (1:2 agua) fue de 5.2, el contenido de materia orgánica determinado por el método de Walkley y Black fue de 1.05% y el contenido de nitrógeno inorgánico (N-NO3) extraído con sulfato de potasio fue de 13.2 ppm, el cual se considera un valor medio para el cultivo de papa ya que los suelos con menos de 20 ppm de nitratos requieren de la aplicación de nitrógeno (Kleinkopf and Westermann, 1982). El análisis de suelo reportó 35.8 ppm de P determinado con el método de Bray 1, valor que se considera moderadamente alto. Los cationes del suelo fueron extraídos con acetato de amonio 1N y se obtuvieron 288, 1 561 y 248 ppm de K, Ca y Mg respectivamente. El valor de K se considera moderadamente alto y los de Ca y Mg medianos.
El abastecimiento de agua para las plantas dependió únicamente del temporal, el cual normalmente se considera suficiente para el cultivo de papa en el Valle de Toluca. La cantidad de lluvia que ocurrió de junio a septiembre; es decir, durante el periodo en que se estableció el experimento en el campo, fue de 528 mm (Lobato y Sosa, 2006). Esta cantidad de precipitación fue suficiente para satisfacer las necesidades del cultivo ya que en ningún momento se observaron síntomas de sequía en las plantas.
Resultados y discusión
El análisis de varianza del rendimiento de tubérculos comerciales se presenta en el Cuadro 1, el cual indica que hubo un efecto significativo (P= 0.002) del nivel de fraccionamiento del nitrógeno y también de la dosis de nitrógeno (P= 0.064). La producción de tubérculos no comerciales (promedio de 6.48 t ha-1 en todo el experimento) también se analizó estadísticamente, sin embargo no se tuvo ningún efecto significativo de las dosis de nitrógeno ni de su distribución, por lo que en la Figura 1 sólo se presentan los resultados del rendimiento comercial. En esta figura se puede observar que los tratamientos en los que la aplicación del nitrógeno se hizo en 1 y 2 partes (N/1 y N/2), los rendimientos promedio fueron de 39.52 y 39.45 t ha-1 respectivamente. Estos rendimientos fueron superiores al del tratamiento N/4 (32.48 t ha-1) en el que el N se fraccionó en 4 partes. La disminución del rendimiento con el nivel de fraccionamiento del nitrógeno observado en este estudio está de acuerdo con lo encontrado por Kuisma (2002) y también por Miller and Rosen (2005), pero se opone a lo observado por Westermann y Kleinkopf (1985) y Errebhi et al. (1998). Estas diferencias se pueden explicar por lo expresado por Zebarth and Rosen (2007), quienes observaron que la respuesta a la forma en que se fracciona el nitrógeno está determinada principalmente por las condiciones del suelo, el clima y el manejo del riego.
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En este caso, el suelo es de textura migajón arenoso por lo que tiene una capacidad de retención de aniones y cationes suficientemente alta como para evitar la lixiviación que generalmente ocurre en los suelos de texturas más arenosas, en los cuales es más conveniente fraccionar el nitrógeno en varias partes. En relación con el clima, el año en que se realizó el experimento se considera normal, ya que la precipitación en todo el año fue de 764 mm y el promedio de 27 años es de 843 mm (Lobato y Sosa, 2006). Durante el ciclo de desarrollo del cultivo se tuvo una precipitación de 528 mm con una buena distribución. El drenaje superficial del sitio experimental es bueno, por lo que se considera que no hubo pérdidas de nitrógeno por volatilización ni por lixiviación.
En general, en el Valle de Toluca, predominan suelos con texturas medias y sólo en algunas áreas en las faldas del volcán Nevado de Toluca, en las que ha ocurrido erosión, han aflorado estratos de suelo con texturas más gruesas. Posiblemente en este tipo de suelos el fraccionamiento del nitrógeno en más de 2 partes sea más conveniente.
En la Figura 1 se puede apreciar que hubo un aumento en rendimiento con valores crecientes de nitrógeno en los 3 niveles de fraccionamiento de este elemento. Los rendimientos máximos asociados con los tratamientos N/1, N/2 y N/4 fueron de 34.5, 42.4 y 42.11 ha-1, los cuales fueron obtenidos con las dosis de nitrógeno de 100, 200 y 200 kg N ha-1 respectivamente.
Debido al alto valor comercial de los tubérculos de papa, los niveles de nitrógeno asociados con los máximos rendimientos de tubérculos corresponden a las dosis óptimas de nitrógeno para capital ilimitado, por lo que en este estudio los resultados indican que la dosis optima económica es de 200 kg N ha-1. Desde el punto de vista agronómico se considera que la aplicación fraccionada del fertilizante es conveniente bajo condiciones de temporal, ya que esto permite a los agricultores tomar la decisión de no hacer una segunda aplicación cuando existen condiciones de falta de humedad o cuando el cultivo ha sido dañado por alguna plaga o enfermedad y no es económicamente redituable invertir más en insumos.
La dosis optima de nitrógeno (200 N ha-1) está dentro del rango definido en un estudio realizado en el Valle de Toluca (Rubio et al, 2005), en el cual se observó que las dosis optimas de nitrógeno pueden variar entre 137 y 222 kg N ha-1 dependiendo del grado de infección del follaje por el tizón tardío (Phytophthora infestans). En el presente estudio se utilizó una variedad de papa resistente al tizón tardío, por lo que no hubo daño al follaje y por lo tanto su respuesta estuvo influenciada únicamente por los niveles y por la forma en que se fraccionó nitrógeno.
El mayor rendimiento obtenido con los dos niveles más bajos de fraccionamiento del nitrógeno (N/1 y N/2) también se puede explicar si se considera que estos permitieron mayor disponibilidad de nitrógeno durante las primeras etapas de desarrollo de las plantas, que es cuando tienen sus mayores requerimientos de nitrógeno. Existe consenso entre varios investigadores en señalar que la mayor tasa de absorción de nitrógeno ocurre desde la brotación hasta las primeras etapas de crecimiento de los tubérculos (Vos, 1999; Badillo et al, 2004). Las observaciones hechas en varios años en Toluca, indican que bajo estas condiciones climáticas, el inicio de la tuberización en variedades de papa de ciclo intermedio generalmente ocurre entre los 25 y 30 días DDE.
]]> En nuestro estudio las aplicaciones de nitrógeno se hicieron a la siembra, a los 18, 34 y 47 DDE, por lo tanto la última aplicación fue hecha fuera del periodo de mayor tasa de absorción de nitrógeno. Esta conclusión también se apoya en los resultados de los análisis de nitratos en el ECP (Figura 2). En el muestreo realizado a los 25 DDE, los tratamientos N/4 presentaron concentraciones de N-NO3 en el ECP de 1 155, 1 252 y 1 654 mg L-1 de N-NO3 cuando se aplicaron las dosis de 100, 200 y 300 kg N ha-1, respectivamente, en cambio los tratamientos N/1 y N/2 presentaron concentraciones mayores.Otros investigadores(as) han reportado valores críticos de deficiencia de nitrato determinados con medidores CARDY durante el inicio de la tuberización que varían de 1 350-1 450 mg L-1 de N-NO3 (Errebhi et al, 1998) y de 1 200-1 400 mg L-1 N-NO3 (Hochmuth, 1994). Los valores de los tratamientos N/4 con 100 y 200 kg N ha-1 fueron menores que los valores críticos reportados anteriormente y por lo tanto se confirma que al fraccionar el nitrógeno en cuatro partes hubo deficiencias en las primeras etapas de desarrollo de las plantas, las cuales se consideran críticas para el rendimiento de tubérculos.
El tratamiento N/4 con 300 kg N ha-1 a los 25 DDE tuvo una concentración de 1 654 mg L-1 de N-NO3, la cual fue menor que en los tratamientos N/1 y N/2 (1956 y 1 788 mg L-1 de N-NO3, respectivamente) y también fue menor que la concentración de nitrato en los tratamientos N/1 y N/2 con 200 kg N ha-1 (1 818 y 1 812 mg L-1 de N-NO3, respectivamente), los cuales fueron los que tuvieron los rendimientos más altos. Esto nos sugiere que 1654 mg L-1 de N-NO3 representa un valor dentro del rango de deficiencia a los 25 DDE y que las aplicaciones de nitrógeno posteriores, hasta completar la dosis de 300 kg N ha-1, corrigieron la deficiencia pero tuvieron un efecto negativo en el rendimiento por ser dosis excesivas aplicadas en forma tardía.
En la Figura 2 se puede apreciar que en el tratamiento N/4 con 100 kg N ha-1 hubo un aumento en la concentración de nitrato en el ECP o su caída se detuvo después de la cuarta aplicación del fertilizante nitrogenado al suelo a los 47 DDE. En cambio con las dosis de nitrógeno de 200 y 300 kg N ha-1, la concentración de nitrato en el ECP aumentó ligeramente una semana después de la tercer aplicación de nitrógeno al suelo y mantuvo esta tendencia después de la cuarta aplicación de fertilizante al suelo.
Estos resultados están de acuerdo con los obtenidos por Roberts et al. (1989), quienes aplicaron nitrógeno marcado al suelo y lo detectaron en forma de nitrato en el ECP una semana después de su aplicación aún en la última etapa del ciclo de vida de las plantas de papa. Esta información confirma que el nitrógeno aplicado a los 47 DDE fue asimilado por las plantas, sin embargo, no tuvo un efecto positivo sobre el rendimiento por ser aplicado en forma extemporánea.
Al comparar los cambios de concentración de nitrato en el ECP que ocurrieron durante el periodo de desarrollo de las plantas en los tratamientos con los tres niveles de fraccionamiento de nitrógeno (Figura 2), se observa una disminución a través del tiempo en los tratamientos N/1 y N/2 con las tres dosis de nitrógeno, pero no en los tratamientos N/4.
La disminución de la concentración de N-NO3 en el peciolo foliar conforme avanza la madurez de las plantas que han recibido un fertilización adecuada ha sido previamente observada (Hochmuth, 1994; Errebhi et al., 1998; Love, et al, 2005) y la respuesta diferente en los tratamientos N/4, probablemente se debió a que las aplicaciones tardías de nitrógeno alteraron el proceso normal de translocación de los fotosintatos de las hojas hacia los tubérculos, especialmente cuando la dosis es excesiva, como fue la de 300 kg N ha-1.
En general, existe un amplio consenso entre los investigadores en señalar que las dosis excesivas de nitrógeno aplicadas en forma tardía, pueden alargar el ciclo vegetativo del cultivo en detrimento del rendimiento y calidad de los tubérculos (Kleinkopf et al, 1981; Porter and Sisson, 1991; Miller and Rosen, 2005).
Conclusiones
]]> Los resultados obtenidos en este estudio mostraron que en los suelos de textura migajón arenoso del Valle de Toluca, la dosis optima de nitrógeno fue de 200 kg N ha-1 y que la forma más conveniente de aplicar el nitrógeno es fraccionándolo en una o en dos partes, al momento de la siembra y a los 18 días después de la emergencia de las plantas. El fraccionamiento de la dosis de nitrógeno en cuatro partes (siembra, 18, 34 y 47 DDE) tuvo un efecto negativo sobre el rendimiento de tubérculos. Los análisis de nitratos en el ECP indicaron que al fraccionar en cuatro partes el nitrógeno, se propiciaron deficiencias de este elemento durante las primeras etapas de desarrollo de las plantas y las aplicaciones tardías corrigieron las deficiencias pero ocasionaron alteraciones fisiológicas en detrimento de la producción de tubérculos. La concentración de nitrato en el extracto celular de los peciolos foliares a los 25 DDE, asociada con la dosis optima de nitrógeno (200kg N ha-1 ) en los tratamientos en los que el nitrógeno se fraccionó en una y dos partes fue de 1 818 y 1 812 mg L-1 de N-NO3, respectivamente.
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