Potencial forrajero de cuatro especies leguminosas en el ciclo de verano en la Comarca Lagunera*

Forage potential of four legume species in the summer cycle of the Laguna Region

David Guadalupe Reta Sánchez^1§, Patricia Carolina Castellanos Galván², Jesús Olague Ramírez², Héctor Mario Quiroga Garza¹, J. Santos Serrato Corona³ y Arturo Gaytán Mascorro¹

¹ Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP). Blvd. José Santos Valdez 1200. Col. Centro. 27440, Cd. Matamoros, Coahuila, México. (quiroga.mario@inifap.gob.mx), (gaytan.arturo@inifap.gob.mx).

³ Facultad de Agricultura y Zootecnia, Universidad Juárez del Estado de Durango. Domicilio Conocido, Ej. Venecia, Durango A. P. 1-142. Gómez Palacio, Durango. (sserratoc@yahoo.com.mx). §Autor para correspondencia: reta.david@inifap.gob.mx.

* Recibido: julio de 2012
Aceptado: febrero de 2013

Resumen

Una alternativa para mejorar la calidad de las dietas para el ganado lechero, es mediante el uso de leguminosas anuales. El objetivo del presente estudio fue comparar la composición nutricional y los rendimientos potenciales de materia seca (MS) y nutrientes de cuatro especies leguminosas anuales durante el periodo disponible en el ciclo de verano en la Comarca Lagunera. El experimento se estableció el cinco y ocho de julio de 2005 y 2006, respectivamente, en el Campo Experimental La Laguna del INIFAP localizado en Matamoros, Coahuila, México. Se evaluaron dos genotipos de chícharo de vaca (Vigna unguiculata L.), uno de frijol gandul (Cajanus cajan L.), cuatro de soya (Glycine max L.) y uno de frijol dolichos (Lablabpurpureus L.). Se utilizó un diseño experimental de bloques completos al azar con cuatro repeticiones. Se determinó el rendimiento de MS, distribución de MS en la parte aérea y composición química del forraje. Los rendimientos de soya (7 757-9 280 kg ha^-1) fueron superiores (p< 0.05) a los de chícharo de vaca, frijol gandúl y frijol dolichos (2 200-6 132 kg ha^-1). Los mejores resultados se obtuvieron en soya 'Hutchinson' (p< 0.05), debido a sus altos rendimientos de MS, energía neta para lactancia (EN1) y proteína cruda (PC) por hectárea, además de su buena composición nutricional, medida en términos de contenidos de PC (228-242 g kg^-1), EN1 (1.48-1.58 Mcal kg^-1 MS) y fibra detergente neutro (318-335 g kg^-1). Su baja asignación de MS hacia el tallo y su precocidad propiciaron una mayor proporción de vainas en el forraje (p< 0.05) incrementando la composición nutricional durante el ciclo de verano.

Palabras clave: composición química del forraje, distribución de materia seca, rendimientos de materia seca y nutrientes.

An alternative to improve the quality of dairy cattle diets is the use of annual legumes. The aim of this study was to compare the nutritional composition and potential yields of dry matter (DM) and nutrients of four annual legume species available during the summer cycle in the Laguna Region. The experiment was established on July 05 and 08 of2005 and 2006, respectively, in the Experimental Field La Laguna ofthe INIFAP located in Matamoros, Coahuila, Mexico. Two genotypes of cowpeas (Vigna unguiculata L.) were evaluated, one of pigeon pea (Cajanus cajan L.), four of soybean (Glycine max L.) and one of hyacinth bean (Lablab purpureus L.). The experimental design was a randomized complete block with four replicates. The yield of DM and the distribution of DM in the aerial part were determined, as well as the chemical composition of the forage. Soybean yields (7 757-9 280 kg ha^-1) were higher (p< 0.05) than those of cowpea, pigeon pea and hyacinth bean (2 200-6 132 kg ha^-1). The best results were obtained with Hutchinson soybean (p< 0.05) due to its high yields of DM, net energy for lactation (NEL) and crude protein (CP) per hectare, in addition to its good nutritional composition, measured in terms of CP content (228-242 g kg^-1), NEL (1.48-1.58 Mcal kg^-1 DM) and neutral detergent fiber (318335 g kg^-1). The low allocation of DM to the stem and the precocity of this species led to a higher proportion of pods in the forage (p< 0.05), increasing the nutrient composition during the summer cycle.

Key words: chemical composition of forage, dry matter distribution, dry matter yield, nutrient yield.

Introducción

La producción de leche de ganado bovino en la Comarca Lagunera es la principal actividad económica del sector agropecuario, por lo que existe una alta demanda de forraje de buena calidad. La producción de forraje en la región se basa principalmente en los cultivos de alfalfa, maíz, sorgo y cereales de grano pequeño. Frecuentemente se practica una agricultura intensiva, ya que se produce forraje en los ciclos de invierno, primavera y verano; y es en este último cuando se presentan las mayores limitantes debido a factores climáticos adversos y la corta duración del ciclo para el desarrollo de los cultivos tradicionales (Santamaria et al., 2006). Por ello, es importante buscar cultivos alternativos que permitan mayor eficiencia de producción de forraje en términos de rendimiento y calidad durante el ciclo de verano.

Las especies leguminosas forrajeras presentan mejor calidad que las gramíneas debido a su menor contenido de fibras (Buxton et al, 1996) y alto contenido de proteína (Reta et al, 2008). Por ello la utilización de leguminosas anuales para producir forraje de calidad durante el verano puede ser una alternativa importante en la región. Algunas leguminosas anuales han mostrado capacidad para producir forraje de alta calidad, la soya puede producir entre 2 400 y 13 900 kg ha^-1 de materia seca (MS) (Hintz et al, 1992; Sheaffer et al, 2001; Seiter et al, 2004), con un contenido de proteína cruda (PC) entre 19 y 24% y una concentración de energía neta para lactancia (EN1) entre 1.2 y 1.55 Mcal kg^-1 (Reta et al, 2008). El chícharo de vaca produce rendimientos de MS de alrededor de 4 000 kg ha^-1 (Muir et al., 2001; Ibrahim et al, 2006), con un contenido de PC entre 16.6 y 20.8% (Muir, 2002; Rao y Northum, 2009), y valores de fibra detergente neutro (FDN) de 54% (Dahmardeh et al, 2009). En frijol gandul se han registrado rendimientos de MS superiores a 6 000 kg ha^-1 con 16% de PC y 57% de digestibilidad de la MS (Rao et al., 2002). En Frijol dolichos se han reportado rendimientos de MS de 4 000 a 6 000 kg ha^-1 (Murphy y Colucci, 1999; Rao y Northum, 2009), con un contenido de PC 16% y valores de FDN de 37% y fibra detergente ácido (FDA) de 52% al realizar la cosecha antes de la floración (Murphy et al., 1999). El objetivo del presente estudio fue comparar la composición nutricional y los rendimientos potenciales de materia seca (MS) y nutrientes de cuatro especies leguminosas anuales durante el periodo disponible en el ciclo de verano en la Comarca Lagunera.

Materiales y métodos

El estudio se realizó en el Campo Experimental La Laguna del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, localizado en Matamoros, Coahuila, México (25° 32' latitud norte, 103° 14' longitud oeste y 1 150 msnm), en un suelo de textura franco arcilloso. El sitio experimental tiene suelos profundos (> 1.8 m), con valores de pH de 8.2, humedad aprovechable de 150 mm m^-1 (Santamaría et al., 2008) y un contenido de carbono orgánico de 0.75% (Santamaría et al, 2006).

Se evaluaron dos variedades de chícharo de vaca (Vigna unguiculata L.): 'Black Eye' y 'Purple Hull'; la variedad de frijol gandul (Cajanus cajan L.) 'Georgia-2' desarrollada en la universidad de Georgia, Tifton, GA; cuatro variedades de soya (Glycine max L.): 'Hutchinson', 'Huasteca 200', 'Huasteca 300' y 'Huasteca 400' y la variedad de frijol dolichos (Lablab purpureus L.) 'Rongai'. Se utilizaron densidades en número de plantas por m^-2 de 54, 58 y 58 para frijol dolichos, chícharo de vaca y frijol gandul, respectivamente. En soya se establecieron 61 plantas por m^-2 en la variedad 'Hutchinson' y 42 plantas m^-2 en las variedades 'Huasteca 200', 'Huasteca 300' y 'Huasteca 400'.

Se utilizó un diseño experimental de bloques completos al azar con cuatro repeticiones. Las parcelas experimentales consistieron de seis surcos a 0.38 m y una longitud de 3 m. La parcela útil fueron los cuatro surcos centrales de 2 m de longitud (1.52 m²). Para mantener la humedad del suelo en niveles adecuados durante el ciclo, se aplicaron cuatro riegos a los 26, 41, 53 y 76 días después de la siembra (dds) con láminas de riego de 12 cm cada uno. Con el propósito de obtener la mayor expresión del potencial de rendimiento por fallas en nodulación de las especies leguminosas evaluadas se aplicó fertilización nitrogenada durante el ciclo. Inmediatamente antes del primero y segundo riego se aplicó urea en dosis de 50 kg N ha^-1.

El control de plagas se realizó con dos aplicaciones de insecticidas a los 21 y 56 dds. En ambas aplicaciones se utilizó Endosulfan® 35% C.G. (Endosulfan) en dosis de 1.5 L ha^-1 y Rescate 20 PS® (Acetamiprid) en dosis de 0.400 kg ha^-1 para controlar mosquita blanca (Bemisia argentifolii). El control de maleza se realizó manualmente y con azadón.

La cosecha se realizó de acuerdo al ciclo de crecimiento de cada especie que fue de 55 a 82 dds en 2005 y entre 62 y 93 dds en 2006. Las fases fenológicas en las que se cosecharon las especies evaluadas fueron las siguientes: en los genotipos de chícharo de vaca 'Black Eye' y 'Purple Hull', y en la soya 'Hutchinson' la fase fue en el inicio de coloración de madurez en vainas (R7); el frijol gandul 'GA2' en vainas con semillas verdes completamente desarrolladas (R6); en los genotipos de soya 'Huasteca 200, 300 y 400' en la fase con semillas en crecimiento con 2-3 mm de longitud (R5); y en el frijol dolichos en la fase vegetativa.

Después de la cosecha se contó el número de plantas cosechadas en la parcela útil. Al momento de la cosecha se determinó el rendimiento de forraje verde. El porcentaje de MS por parcela se realizó mediante un muestreo de plantas en dos surcos de 2 m de longitud (1.52 m²). Estas plantas se secaron en una estufa de aire forzado a una temperatura de 60 °C hasta alcanzar peso constante. El rendimiento de MS se determinó multiplicando el rendimiento de forraje verde por el porcentaje de MS obtenida en cada parcela.

En la cosecha también se determinó la distribución de MS en los órganos aéreos de las plantas. Para ello se muestrearon 10 plantas tomadas al azar en cada parcela. Posteriormente, las plantas se separaron en tallo más ramas, hojas (lámina y pecíolo) y vainas (semilla y pericarpio). Las plantas se secaron a 60 °C hasta alcanzar peso constante, para obtener el peso seco de cada órgano aéreo de los cultivos.

La biomasa aérea total en las plantas muestreadas para estimar el porcentaje de MS, se utilizó también para determinar la composición química del forraje en términos de proteína cruda (PC), fibra detergente ácido (FDA), fibra detergente neutro (FDN), carbohidratos no fibrosos (CNF), total de nutrientes digestibles (TND) y energía neta para lactancia (EN1). Las plantas secas se molieron en un molino Wiley (Thomas Scientific, Swedesboro, NJ, EUA) con una malla de 1 mm. Las muestras fueron analizadas de acuerdo con los procedimientos descritos por Goering y Van Soest (1970) para FDN y FDA, y Kjeldahl para N (Bremner, 1996). Los contenidos de EN1, CNF y TND se estimaron de acuerdo con la metodología propuesta por Weiss et al. (1992). Los rendimientos de PC y EN1 por hectárea se obtuvieron al multiplicar los contenidos de PC y EN1 por el rendimiento de MS de cada especie.

Se hicieron análisis de varianza para los datos de rendimiento de MS, distribución de la materia seca en los órganos aéreos y características de la composición química del forraje (p< 0.05) y para comparar las medias se utilizó la prueba de Tukey (p< 0.05). Se realizaron análisis de regresión lineal simple (p< 0.05) para determinar la relación entre materia seca asignada a tallo, hoja y vaina de las especies en estudio y los parámetros de la composición química del forraje determinados (PC, FDN y EN1). Los datos se analizaron con el programa estadístico SAS (SAS Inst., 1989).

Rendimiento y distribución de materia seca

Los rendimientos de MS en 2005 fueron de 2 200 a 8 348 kg ha^-1 con ciclos de crecimiento de 55 a 82 días, y de 3 540 a 9 280 kg ha^-1 con ciclos de 62 a 93 días en 2006. En el primer año los mayores rendimientos (p< 0.05) se obtuvieron en las dos variedades de soya, entre las cuales no se encontró diferencia significativa (p> 0.05). Los menores rendimientos (p< 0.05) se obtuvieron en las dos variedades de chícharo de vaca y en el frijol gandul GA2, con ciclos entre 55 y 64 dds. En 2006 el mayor rendimiento de MS (p< 0.05) se obtuvo en soya 'Hutchinson' con 9 280 kg ha^-1, el cual aunque fue estadísticamente igual (p> 0.05) al rendimiento de las otras tres variedades de soya evaluadas (7 757 a 8 013 kg ha^-1), fue superior (p< 0.05) al obtenido por chícharo de vaca, frijol gandul y frijol dolichos (3 540 a 6 132 kg ha^-1). En las especies en las que se evaluaron dos o más genotipos, no se encontró diferencia significativa (p> 0.05) entre ellos (Cuadro 1).

Como resultado de las diferencias en precocidad, se encontraron diferencias significativas (p< 0.05) entre especies leguminosas y entre genotipos para una misma especie en la distribución de MS en los órganos de la parte aérea. La soya 'Hutchinson' acumuló una mayor cantidad de MS (p< 0.05) en la vaina en los dos ciclos (46.6 a 56.2%). Entre chícharo de vaca Black Eye, soya Huasteca 300 y frijol gandul GA2 no se encontraron diferencias significativas (p> 0.05) en la proporción de MS en la vaina, alcanzando valores entre 20.6 y 31.9%. En el frijol dolichos no se formaron vainas durante el ciclo de crecimiento en los dos años de evaluación. Las especies con baja o nula acumulación de MS en vaina tales como chícharo de vaca Purple Hull, las variedades de soya Huasteca 200 y 400 y frijol dolichos registraron altos porcentajes de MS en la hoja (46.4 a 58.4%); sin embargo, la distribución de MS en el tallo también mostró valores altos (37.7 a 48.3%) (Cuadro 2).

Composición química del forraje y rendimiento de nutrientes

La principal característica de las especies leguminosas en evaluación fue su alto contenido proteico. En 2005 se obtuvo un alto contenido de PC en las especies evaluadas (210 a 245 g kg^-1) con excepción del frijol dolichos que tuvo una menor concentración (p< 0.05) de PC con 184 g kg^-1. En 2006 cuando se realizó la cosecha en fases del desarrollo más avanzados (62 a 93 dds), el contenido de PC se redujo en todas las especies (166 a 195 g kg^-1), con excepción de soya Hutchinson que obtuvo el mayor valor (p< 0.05) con 242 g kg¹. En forma similar al ciclo anterior, frijol dolichos presentó la menor concentración (p< 0.05) de PC (166 g kg¹) (Cuadro 3).

Al considerar el contenido fibroso y eneigético, la composición nutricional del forraje obtenido fue de regular a alta. La menor concentración de fibras (p< 0.05) se obtuvo en soya 'Hutchinson' y en chícharo de vaca con los valores de 259 a 326 g kg^-1 de FDA y de 318 a 354 g kg^-1 de FDN. Los mayores valores de FDA y FDN (p< 0.05) se presentaron en frijol dolichos. La calidad de forraje en términos de CNF, TND y EN1 también fue sobresaliente (p< 0.05) en soya 'Hutchinson' y chícharo de vaca ' Black Eye'. La especie con menor calidad (p< 0.05) en estas características fue frijol dolichos (Cuadro 3).

La producción de PC y EN1 por hectárea fue mayor en las variedades de soya, principalmente en 'Hutchinson', que superó estadísticamente (p< 0.05) a los otros tres genotipos de soya evaluados. No se encontraron diferencias en producción de nutrientes (p> 0.05) entre chícharo de vaca, frijol gandul y frijol dolichos (Cuadro 4).

Relación entre distribución de materia seca y composición química del forraje

El análisis de regresión indicó que la proporción de tallo, hojas y vaina en el forraje de las leguminosas en evaluación tuvo una relación lineal simple significativa (p< 0.05) con los parámetros de la composición química del forraje. En general, los incrementos en la proporción de tallo y hoja redujeron la composición nutricional, afectando los valores de PC, FDN y EN1; mientras que la más alta proporción de vainas en el forraje resultó en un mayor contenido energético y menores valores de FDN. No se encontró una relación significativa (p> 0.05) entre porcentaje de MS en la vaina y contenido de PC (Figura 1).

Discusión

Ciclo de crecimiento y características agronómicas en relación a la composición química del forraje

La composición química del forraje y el potencial de rendimiento de MS y nutrientes de las leguminosas evaluadas, fue variable entre especies y genotipos de la misma especie, de acuerdo a su ciclo de crecimiento y características agronómicas. De acuerdo a la etapa de desarrollo al momento de la cosecha, las especies leguminosas evaluadas tuvieron ciclos de crecimiento de 55 a 93 días, por lo que pueden establecerse durante el ciclo de verano en la Comarca Lagunera, el cual tiene una duración de aproximadamente 100 días. Sin embargo, algunas de ellas presentan ventajas en precocidad, como es el caso del chícharo de vaca 'Black Eye', frijol gandul 'GA2' y la variedad de soya 'Hutchinson', lo cual les permite tener una mayor proporción de vainas en el forraje, lo que consecuentemente mejorará la composición nutricional.

Rendimiento de materia seca y nutriente

En el periodo disponible para los cultivos de verano en la Comarca Lagunera (100 días), la especie más sobresaliente fue la soya, debido a su alta composición nutricional del forraje y sus mayores rendimientos de MS y nutrientes por hectárea. En esta especie, los rendimientos de MS obtenidos se pueden considerar aceptables, si se comparan con los encontrados en otros trabajos, donde se reportan rendimientos entre 2 400 y 13 900 kg ha^-1 (Hintz et al, 1992; Sheaffer et al, 2001; Seiter et al, 2004). De los genotipos de soya evaluados, 'Hutchinson', aunque tuvo un rendimiento de MS similar a los otros, fue sobresaliente en rendimiento de PC y ENL por hectárea. La mayor precocidad de este genotipo le permitió tener un mayor contenido de vainas en la cosecha (Cuadro 2), las cuales, en soya tienen altas concentraciones de proteína, carbohidratos y lípidos que contribuyen significativamente en el contenido de energía (Albro et al, 1993; Sheaffer et al, 2001).

La soya 'Hutchinson' se cosechó en la fase R7 (inicio de coloración de madurez en vainas), cuando se maximizan tanto el rendimiento de materia seca como la composición nutricional del forraje (Hintz et al, 1992; Munoz etal., 1983); mientras que los otros genotipos con menor precocidad se cosecharon entre las fases R3 (vainas de 5 mm de longitud en los cuatro nudos superiores del tallo principal) y R5 (vainas con semillas de 3 mm de longitud en los cuatro nudos superiores del tallo principal), cuando la distribución de la MS en las vainas es aún baja (Cuadro 2). Estas diferencias en composición nutricional entre genotipos son similares a las encontradas por Sheaffer et al. (2001) entre genotipos de soya para grano y para forraje, quienes encontraron un mayor contenido de PC y menores concentraciones de fibra en variedades de soya para grano.

La calidad de forraje en chícharo de vaca 'Black Eye' y en frij ol gandul ' GA2' fue buena, sin embargo sus rendimientos de MS fueron bajos en relación a soya y a los rendimientos observados en otros estudios, tanto para chícharo de vaca (Muir et al., 2001; Ibrahim et al, 2006) como para frijol gandul (Rao et al, 2002). Debido a esto, la producción de nutrientes por hectárea en estas especies fue inferior a la obtenida en soya. En frijol dolichos, el rendimiento de MS (6 000 kg ha^-1) fue similar al reportado en otros trabajos (Murphy y Colucci, 1999; Rao y Northum, 2009) e inferior al de soya en el presente estudio, aunado a esto presentó una menor composición nutricional del forraje, por lo que su producción de nutrientes también fue inferior a la soya.

Composición química del forraje en relación a distribución de materia seca

Dado el contenido alto de PC en la hoja de leguminosas (Murphy et al, 1999; Sheaffer et al, 2001) se podría esperar un aumento de PC al tener una mayor proporción de hoja en la parte aérea de las plantas; sin embargo, en este estudio se observó una relación inversa entre la concentración de PC y EN1 y el contenido de hojas. Ésta relación se observó en las especies con nulo o bajo contenido de vainas como frijol dolichos, chícharo de vaca 'Purple Hull' y las variedades de soya 'Huasteca 200, 300 y 400'; en estas especies, la alta proporción de tallo con baja concentración de PC (Murphy et al, 1999; Sheaffer et al, 2001) contrarrestó el efecto benéfico en la composición nutricional de una alta proporción de hoja. En el caso del aumento de vainas y una menor proporción de tallo en soya Hutchinson y frijol Gandul 'GA2', se observa que favoreció un aumento de ENL, y una reducción del contenido de fibras (Figura 1).

En comparación con los cultivos forrajeros tradicionales en la región, todas las especies alternativas evaluadas tuvieron rendimientos de MS inferiores a los obtenidos en maíz con 16 380 kg ha^-1 y sorgo con 14 811 kg ha^-1; mientras que en relación a la alfalfa, que produce 5 080 kg MS ha^-1 en tres cortes durante el verano (Reta et al, 2008), sólo las especies soya y frijol dolichos produjeron rendimientos (6 132 a 9 280 kg ha^-1) mayores. Al estimar el rendimiento de PC y EN1 por hectárea en el presente estudio, solo soya 'Hutchinson' tuvo la capacidad de competir con los cultivos tradicionales en la producción de nutrientes. En relación a alfalfa, que tiene rendimientos durante el verano de 1 318 kg ha^-1 de PC y 7 785 Mcal ha^-1 de EN1 (Reta et al, 2008), esta variedad de soya registró rendimientos superiores en la producción de PC y EN1. En comparación a maíz y sorgo, solo la variedad de soya 'Hutchinson' obtuvo ventaja en la producción de PC, debido a los rendimientos de MS y la alta concentración de PC.

Conclusiones

Entre las especies y genotipos de especies evaluados, la soya 'Hutchinson' sobresalió por su rendimiento de MS, calidad de forraje y rendimiento de nutrientes. Las principales características que se relacionan a esta respuesta son su precocidad y su patrón de asignación de MS en la parte aérea de las plantas, con un alto contenido de vainas y una menor proporción de tallo. De hecho fue la única opción competitiva en rendimientos de materia seca y nutriente respecto a la productividad que normalmente se encuentra en los cultivos tradicionales como maíz, sorgo y alfalfa durante el verano.

Agradecimientos

Los autores agradecen al INIFAP, SAGARPA-CONACYT-COFUPRO, Fundación Produce Coahuila, A. C., Fundación Produce Durango, A.C., y PIFSV por el financiamiento de este estudio.

Literatura citada

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