Eficiencia de la zeolita como aditivo de la urea e inoculación micorrizica en el cultivo de trigo*

Efficiency of zeolite as urea additive and mycorrhizal inoculation on wheat crop

Esteban Salvador Osuna-Ceja^1§, Andrés María-Ramírez², Roberto Paredes-Melesio³, José Saúl Padilla Ramírez¹ y Alma Delia Báez-González¹

¹ Campo Experimental Pabellón, Aguascalientes, INIFAP. Carretera Aguascalientes-Zacatecas, km 32.5.A. P. 20. Pabellón de Arteaga, Aguascalientes, México. Tel. 01 465 958 01 86. Ext. 118. Fax. 01 465 9580167. (baez.alma@inifap.gob.mx). ^§Autor para correspondencia: osuna.salvador@inifap.gob.mx.

³ Campo Experimental Bajío, Celaya, Guanajuato, km 6.5. C. P. 38110. A. P. 112 Tel. 01 461 6115323. Ext. 149. Fax 01 461 6115431. (paredes.roberto@inifap.gob.mx).

* Recibido: diciembre de 2011
Aceptado: julio de 2012

Resumen

La zeolita y la micorriza son productos naturales que se distinguen por su utilidad en la agricultura, debido a que el primero al entrar en contacto con el amonio lo retienen en su estructura interna y externa, funcionando entonces como un fertilizante nitrogenado de lenta liberación y, el segundo su simbiosis mutualista entre hongos endófitos y las raíces de las plantas cultivadas beneficia la absorción del fósforo a la planta. El presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar la eficiencia de utilización de la urea combinada con zeolita y asociada con micorriza, en el cultivo de trigo bajo riego. El estudio se realizó en Pabellón, Aguascalientes, durante el ciclo otoño-invierno. Se evaluaron seis tratamientos: dos concentraciones de zeolita (0 y 25%), tres dosis de urea (0, 75 y 100%) y un tratamiento adicional preparado sólo con micorriza. Todos ellos conformaron un arreglo factorial. La distribución de tratamientos fue en franjas sin repeticiones, en una superficie de una hectárea. El tamaño de las franjas (16.67 m de ancho x 100 m de largo) fue de 1 667 m² por tratamiento. Las variables evaluadas fueron rendimiento de grano, contenido de nitrógeno en la hoja bandera en la etapa de grano lechoso y algunas variables de suelo. Los resultados obtenidos demostraron que la urea mezclada con zeolita al 25% permitió sustituir 25% de la fertilización nitrogenada para el cultivo con y sin micorriza, incrementando significativamente el rendimiento del mismo.

Palabras clave: amonio, micorriza, sustentable, zeolita.

Zeolite and mycorrhizae are natural products that are useful in agriculture. The former retains ammonium in both its internal and external structure, acting as a reservoir of slowly released nitrogen fertilizer, while the latter is a complex of soil fungi that form mutualistic symbiosis with the roots of plants and increase the absorption of phosphorus to the plant. This study aims to evaluate the efficiency of the use of urea combined with zeolite and mycorrhizae on wheat crop under irrigation. The study was conducted in Pabellón, Aguascalientes, Mexico, from December 2009 to May 2010. The following combinations of zeolite and urea were evaluated: 25% zeolite-75% urea, 0% zeolite-100% urea and 0% zeolite-0% urea with and without mycorrhizae, for a total of six treatments. The treatments were established on strips (16.67m x 100m) of 1 667m² each. Seed yield, flag leaf (HB) N concentration at grain filling stage and some soil properties were evaluated. The results show that urea combined with 25% zeolite enabled the substitution of 25% of the nitrogen fertilization for the crop with or without mycorrhizae and significantly increased wheat yield.

Key words: ammonium, mycorrhizae, sustainability, zeolite.

Introducción

La urea es la fuente de fertilizante nitrogenado más utilizado en el sector agrícola del país. Dentro de las razones que explica la generalización de su utilización, se destaca su disponibilidad comercial, su elevada concentración de nitrógeno (N) por unidad de producto (46% de N) y la gran solubilidad en la solución del suelo. Sin embargo, muchas veces se reduce la eficiencia de su utilización debido a la ocurrencia de pérdidas de N por volatilización de amoniaco (NH₃) en suelos bajo sistemas de producción agrícola (Watson, 2000; Bolado et al, 2003; Chevallier y Toribio, 2006).

Se ha reportado un incremento en la volatilización del amoniaco en los suelos agrícolas, principalmente en aquellos donde se manejan residuos en la superficie. Este incremento se debe a una mayor actividad del enzima ureasa, la cual se concentra en la superficie del suelo en todos los sistemas agrícolas, incrementando las tasas de hidrólisis de la urea debido a que el residuo, por tener baja capacidad de retención de cationes y baja capacidad amortiguadora del pH permite un aumento del pH durante la hidrólisis, y por consecuencia una mayor cantidad de amoniaco en la solución (Verchot et al, 2000). Otra causa del incremento en el pH de la parte superficial del suelo es la movilidad de los productos de la hidrólisis de la urea debido a sus diferencias en carga eléctrica, ya que el amonio sería retenido por las arcillas causando acumulación en la superficie donde se puede perder como amoniaco (Mikan et al, 2000; Sánchez, 2002). Todos estos factores provocan que exista una baja eficiencia del uso de la urea en suelos agrícolas debido a la volatilización del amoniaco y a la inmovilización del N por los microorganímos (Bowen y Franco, 2003).

Debido al alto costo de la fertilización nitrogenada, las pérdidas por ineficiencia del fertilizante puede disminuir en parte las ventajas comparativas de la aplicación de éstos para el aumento del rendimiento de los cultivos. La baja eficiencia del nitrógeno en sistemas de producción agrícola puede ocurrir debido a uno o varios de los procesos involucrados en el ciclo del nitrógeno en el suelo. Con la finalidad de mejorar esta eficiencia y evitar riesgos de contaminación ambiental, por la lixiviación del N no absorbido hacia los mantos freáticos y volatilización hacia el aire, es conveniente utilizar tecnologías aplicables a la gestión razonada del nitrógeno en los sistemas de producción agrícola, con el fin de hacerlos sustentables, aportando cantidades mínimas necesarias para alcanzar el máximo rendimiento potencial de los cultivos. En este contexto, la zeolita y la micorriza, son una alternativa de solución para el uso eficiente del fertilizante nitrogenado y la absorción de nutrientes de poca movilidad en el suelo como es el fósforo (P). Ambos, son productos de uso universal muy relacionados con las nuevas tendencias de aplicación de tecnologías ambientales limpias y de mejoramiento de la calidad de vida (Flores et al, 2003; Cárdenas et al, 2004; Millán et al, 2008; Ahmed et al, 2009).

Las propiedades físicas y químicas de las zeolitas (minerales aluminosilicatos) hacen de las mismas un mejorador potencial del suelo, debido a su gran afinidad por el ión amonio (Triana, 1992). Su aplicación incide en la reducción de las pérdidas de N en los suelos agrícolas, lo cual incrementa el aprovechamiento de este elemento por los cultivos (John et al, 1998). Debido a estas características, las mezclas de zeolita con los fertilizantes nitrogenados, es una alternativa de solución, su síntesis tiene por objeto reunir en un solo producto las ventajas de los materiales que les dan origen; es decir, lograr una concentración nutrimental suficientemente elevada y balanceada, con una liberación lenta de nutrimentos, lo que prolonga su efecto residual y permite a la planta absorberlos a un ritmo más acorde con su requerimiento fisiológico (Flores et al, 2007; Millán et al, 2008).

Por otra parte las técnicas basadas en el uso de las micorrizas son de gran utilidad en el ámbito agronómico. La implementación de la fertilización ecológica como una forma de agricultura sostenible, donde se utilizan abonos verdes, humus, compostas o micro-organismos beneficiosos, en este caso la Micorriza (hongos micorrízicos arbusculares) para movilizar y reciclar nutrientes y aprovechar la fertilidad del suelo, es una forma importante de nutrición que disminuye costos de producción así como la contaminación ambiental. La micorriza "simbiosis mutualista" entre algunos hongos endófitos y las raíces de las plantas, muestran la ventaja de favorecer a la planta para que ésta obtenga el máximo beneficio de la asociación. La asociación simbiótica entre el endófito y la planta, actúa como un complemento de la raíz de la planta en la toma de nutrientes, especialmente en la absorción de fósforo, aumento de la tolerancia a condiciones de estrés abiótico, mejoramiento de la calidad del suelo, y aumento en la productividad de los cultivos agrícolas (Alarcón y Ferrera, 2000; Álvarez y Anzueto, 2004; Barrer, 2009).

Materiales y métodos

Descripción del sitio experimental

El presente trabajo se llevó a cabo en el 2010 en el Campo Experimental Pabellón, Aguascalientes; localizado a los 22° 11' latitud norte y 102° 20' longitud oeste, 1 912 msnm. El suelo del sitio experimental es tipo Calcisol, de textura migajón-arenoso con pH moderadamente alcalino de 7.6, con 1.3% de materia orgánica y el NPK de 16.1, 18.5 y 405 ppm, respectivamente. Por tanto, se asume que la fertilidad del suelo en estudio es baja.

El clima predominante, de acuerdo con la clasificación de Köeppen modificada por García (1981), es de tipo estepario o semidesértico (BS). La temperatura media anual es de 16.7 °C, la media anual máxima es de 20 °C y la mínima es de 13.2 °C. Las temperaturas extremas registradas han sido de 44 °C y de -10 °C. El período libre de heladas con 60% de probabilidad de ocurrencia, oscila entre 250 y 300 días, de marzo a noviembre (Medina et al., 2006).

Se utilizó la variedad mejorada de trigo Urbina bajo riego y los siguientes materiales: a) zeolita, mineral aluminosilicato con cargas negativas de manera natural, propiedad que les da una alta capacidad de intercambio catiónico, absorción y adsorción de iones, y una liberación lenta de nutrimentos; b) micorriza-INIFAP, hongos endófitos con capacidad de asociación con las raíces de plantas superiores, como el cultivo mencionado, facilitando la disponibilidad de nutrimentos de poca movilidad como el fósforo, principalmente, incrementando el área radicular y obteniendo una mayor superficie de absorción de agua; y c) fertilizantes minerales nitrogenados (urea), fosforados (superfosfato de calcio triple) y potásicos (cloruro de potasio), como proveedores de nitrógeno, fósforo y potasio a las plantas cultivadas, ya que son los principales macro-nutrimentos usados en la agricultura, de mayor costo para el productor y de menor eficiencia en su uso.

Estos materiales, se evaluaron solos y mezclados sustituyendo al fertilizante nitrogenado en 25%, de acuerdo a la dosis óptima recomendada (180-60-30 kg ha^-1 de NPK) para el cultivo. En el caso del fósforo y el potasio estos se mantuvieron constantes en la evaluación. Se evaluaron seis tratamientos.

La cantidad de fertilizante nitrogenado aplicado a cada tratamiento fue de 64 kg de urea (180 kg ha^-1) en el caso de la fertilización completa (100%) y 48 kg cuando se redujo la dosis de fertilización 25%. Las mezclas urea-zeolita y la micorriza-semilla se prepararon de la manera siguiente: i) 25% zeolita y 75% de urea fueron colocados en un recipiente cilíndrico rotativo de lámina de 3 0 litros, girándolo manualmente durante 10 min con el fin de homogeneizar la mezcla.

El sustrato resultante fue envasado en costales para posteriormente trasladarlo a la parcela y colocarlo en el depósito fertilizador de la sembradora al momento de realizar la siembra; y ii) El mismo procedimiento empleado para mezclar la zeolita y la urea, fue utilizado para la mezcla de micorriza-semilla-adherente. Esta se realizó un día antes de la siembra ya que se requiere extender la semilla para su secado y así evitar problemas de apelmazamiento de la semilla al momento de la siembra.

El terreno se barbechó y rastreó antes de la siembra, el cultivo anterior fue maíz forrajero. La siembra se realizó con maquinaría, en tierra húmeda después de un riego de presiembra se realizó el 19 de diciembre. Se fertilizó al momento de la siembra con los tratamientos ya mencionados y la densidad de siembra utilizada fue de 130 kg ha^-1 de semilla. Durante el desarrollo del cultivo se aplicaron seis riegos de auxilio.

En la parcela se colectó una muestra compuesta de suelo que estuvo integrada por una serie de submuestras simples obtenidas mediante un muestreo sistemático alineado, a una profundidad de 20 cm. Las muestras fueron secadas al aire, se tamizaron, y se enviaron al laboratorio para sus análisis físicos y químicos.

Los análisis físicos y químicos de suelo se realizaron mediante los procedimientos analíticos de rutina de la norma oficial Mexicana NON-021-RECNAT-2000. Se determinó: textura (hidrómetro de Bouyoucus); densidad aparente (Probeta); pH (CaCl₂ 0.01 M, relación 1:2.5); materia orgánica (digestión húmeda de Walkley y Black), nitrógeno total (micro Khjeldahl con ácido salicílico), fósforo extraíble (método bray) y K intercambiable. En el Cuadro 2, se muestra los valores obtenidos.

Durante el ciclo del cultivo se cuantificó el contenido del nitrógeno en la hoja bandera (HB) en la etapa de grano lechoso. Se tomaron como mínimo 10 hojas de HB en cada tratamiento, cuando el cultivo se encontraba en el comienzo de grano lechoso. Las hojas fueron secadas a 60 °C hasta peso constante y molidas hasta pasar por malla de 1 mm. Posteriormente se determinó el contenido de N total por Kjeldhal según Nelson & Sommers (1973).

Al término del ciclo del cultivo se evalúo el rendimiento de grano (kg ha^-1), mediante la toma de diez muestras por tratamiento. Con el propósito de distribuir la muestra en cada uno los tratamientos de la parcela, se recomendó tomar la muestra al azar. El tamaño de muestra fue de un m^-2 en el que se cosecharon y desgranaron todas las espigas. El rendimiento cosechado por hectárea se obtuvo mediante una regla de tres simple. Al peso del grano total cosechado en el tratamiento, se le restó 7% considerando que el grano al momento de cosechar su contenido de humedad fue de 20%. El peso restante fue el rendimiento por tratamiento por parcela a 13% de humedad.

Eficiencia agronómica relativa (EAR) de la zeolita y micorriza

A fin de facilitar el entendimiento de la información recabada los datos de rendimiento de trigo en grano se expresaron en función de la eficiencia agronómica relativa (ear) de la zeolita y la micorriza INIFAP. El cual expresa el comportamiento del rendimiento promedio de los tratamientos de fertilización adicionados con zeolita y micorriza con respecto al tratamiento de fertilización completa expresado en porcentaje en base a la siguiente ecuación. Esta transformación nos permite evitar las variaciones debidas al manejo del cultivo al comparar los tratamientos.

Donde: i) Rend. NZeo; ii) Rend. TOF y iii) REND; T: i) Rendimiento de grano fertilizado con 75% nitrógeno y 25% zeolita; ii) tratamiento óptimo de fertilizante completo (100% de N) recomendado por INIFAP para el cultivo de trigo en esta región; y iii) testigo sin fertilizante, respectivamente.

Con la información obtenida se realizaron análisis de varianza de: rendimiento de grano por hectárea, número de espigas m^-2 y altura de planta. Además se hicieron análisis de regresión entre el contenido de nitrógeno en la hoja bandera y la biomasa verde aérea del cultivo en la etapa de llenado de grano, así como también con el rendimiento de grano y número de espigas m^-2, utilizando el programa estadístico SAS (SAS Institute, 1991) y para la comparación de medias se utilizó la prueba de DMS, con un nivel de significancia de 5%.

Resultados y discusión

En apoyo a lo anterior, en la Figura 3 se presenta la relación de la biomasa aérea con el CN en HB. La tendencia positiva observada entre CN en HB y el incremento en producción de biomasa verde aérea fue significativamente mayor en los tratamientos de fertilización correspondientes a la urea mezclada con zeolita al 25% con y sin micorriza y los de fertilización completa respectivamente, sin que hubiese diferencias estadísticas entre ellos, en comparación con aquellos donde no se aplicó fertilizante o se inoculó la semilla con micorriza, lo cual es congruente con la información presentada en la Figura 2.

Los promedios del rendimiento de grano de trigo, número de espigas m^-2 y altura de planta de los seis

Los resultados del análisis estadístico indicaron de que hubo una diferencia altamente significativa para toda las variables (Cuadro 3). El resultado del análisis de laboratorio de las muestras de suelo de cada uno de los tratamientos indicó que el nitrógeno asimilable (N-NO3) determinado al final del ciclo del cultivo varió de 6.2 a 6.9 ppm en los tratamientos de fertilización fraccionada (urea mezclada con zeolita al 25% con y sin micorriza) y los de fertilización completa, mientras que para los testigos fue de 2.7 ppm. La cantidad de fertilizante nitrogenado (urea al 46%) aplicado al momento de la siembra (diciembre, 2009) fue de 282 y 381 kg ha^-1 para los tratamientos con adición de 25% zeolita y los de fertilización completa (100%) ambos con y sin micorriza, respectivamente. Esto equivale a aplicar 130 kg de N ha^-1 en los dos tratamientos de fertilización fraccionada y 180 kg de N ha^-1 para los tratamientos con urea al 100%.

Se encontró que hubo una respuesta significativa por el efecto de la zeolita y la micorriza. El rendimiento más alto se obtuvo con urea más zeolita al 25% y asociado con micorriza, luego con urea más zeolita al 25% sin micorriza, siguiéndole los tratamientos de fertilización con urea al 100% con y sin micorriza y por último los tratamientos sin fertilizante y con micorriza sola (Cuadro 3). Este mismo orden se observó en los componentes número de espigas m^-2 y altura de planta, siendo sus diferencias significativas al 5%, de probabilidad. Esto significa que la eficiencia de la zeolita como aditivo de la urea en suelos arenosos disminuye significativamente la cantidad de N-NH₄+ por volatilización, lixiviación y fijación, lo que apoya que la zeolita tiene la capacidad para absorber amonio, aminorar la nitrificación y liberar de manera lenta los nutrimentos, lo que prolonga su efecto residual y permite a la planta absorberlos a un ritmo más acorde con su requerimiento fisiológico. En el caso de la micorriza se puede decir que ésta mejoró la absorción del fósforo cuando se asoció con la zeolita; lo anterior se debe, posiblemente, al efecto benéfico que tienen las condiciones de mayor fertilidad del suelo sobre la supervivencia de los propágulos fúngicos (Clark, 1997; Álvarez y Anzueto, 2004).

Sobre la base de los resultados presentados anteriormente es factible suponer que con elevada disponibilidad de N durante la siembra y las subsiguientes etapas de desarrollo del cultivo (vegetativa y floración) se podrían obtener incrementos en las concentraciones de N en la HB en el periodo de llenado de grano. Esto es a consecuencia de lograr una concentración nutrimental suficientemente elevada y balanceada, con una liberación lenta de nutrimentos, lo que prolonga un efecto residual, mediante la adición de zeolita al fertilizante nitrogenado.

Para este ensayo, el rendimiento de grano se relacionó linealmente con la concentración de N en HB en el periodo de grano lechoso (Figura 4). Estos resultados determinan que el contenido de N en dicha hoja, independientemente del manejo previo, cumpliría un papel destacado en la determinación del rendimiento de grano. Por lo tanto, el cultivo de trigo en suelos arenosos no expuesto a déficit hídrico alguno en el período de llenado de grano, la concentración de N en HB podría ser utilizada como predictor del rendimiento de grano.

Un comportamiento similar se observó al relacionar el número de espigas por metro cuadrado con el contenido de N en la HB en el mismo periodo fisiológico de grano lechoso (Figura 5). Es decir, su comportamiento fue lineal con un alto coeficiente de correlación.

En síntesis, en condiciones de adecuado suministro hídrico en el período de llenado de grano, se determinó que la concentración de N en la HB en estado de grano lechoso, se relaciona con el rendimiento de grano. Además, se concluye que la urea mezclada con zeolita al 25% tuvo un efecto positivo sobre la concentración y distribución del N en el ciclo del cultivo, lo que apoya que la zeolita tiene capacidad para absorber amonio y aminorar el proceso de nitrificación. Finalmente cabe re saltar que cada mejora en la eficiencia de uso del nitrógeno, que implica una reducción en la pérdida del mismo y un incremento en la absorción, repercute proporcionalmente en el retorno económico y evita el riesgo de contaminación ambiental. Resultados similares a los obtenidos en este trabajo fueron reportados por Pino et al. (1999).

Al respecto Flores at al. (2007) mencionan que no encontraron diferencias estadísticas en el rendimiento de avena a partir de la adición de 10% de zeolita a un suelo arenoso, debido al efecto de ésta que disminuye significativamente la cantidad de N-NH₄⁺ y NO₃ en soluciones de lavado. Por otro lado, Clark (1997) menciona que la relación positiva de la CIC y el pH del suelo con la colonización micorrízica se debe, posiblemente, al efecto benéfico que tienen las condiciones de mayor fertilidad del suelo sobre la supervivencia de los propágulos fúngicos.

Conclusiones

La aplicación de urea mezclada con zeolita al 25% en un Calcisol de textura arenosa permitió sustituir el 25% de la fertilización nitrogenada incrementando significativamente el rendimiento de grano y biomasa en el cultivo de trigo.

La zeolita puede ser utilizada como acondicionador de los fertilizantes nitrogenados sin afectar la calidad ni el rendimiento del cultivo.

El porciento de utilización del nitrógeno fue superior en la variante que se aplicó zeolita debido a la disminución de las pérdidas por volatilización de este elemento, lo que apoya que la zeolita tiene capacidad para absorber amonio y aminorar el proceso de nitrificación.

El uso de la micorriza como biofertilizante contribuye a mejorar el nivel nutricional de la planta cuando se asocia con la zeolita lo que se ve reflejado en mayor biomasa aérea, crecimiento y rendimiento de grano.

Estos resultados muestran la importancia de fortalecer las prácticas de manejo que generen cierta sustentabilidad a los sistemas de producción agricola. En este sentido, la zeolita y la micorriza, ofrecen la posibilidad de hacer un uso más eficiente de los fertilizantes nitrogenados y también de aquellos de lenta movilidad en el suelo como es el fósforo.

Ambos productos naturales permiten razonar el aporte de N y P al cultivo, permitiendo abastecer las cantidades mínimas para alcanzar los máximos rendimientos, además preservar el ambiente, evitando con esto agravar los problemas de contaminación.

Literatura citada

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