Water deficit and cropload effects on yield and fruit quality of apple

R. A. Parra–Quezada^1*, T. L. Robinson², J. Osborne² y L. B. Parra–Bujanda³

¹ Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias–Sierra de Chihuahua. Avenida Hidalgo Núm. 1213, Cd. Cuauhtémoc, Chihuahua. C. P. 31500. México. (*Autor responsable).

² Cornel University. New York State Agricultural Experiment Station, Geneva, NY.

³ Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Saltillo, Coahuila. México.

Resumen

Con el propósito de conocer el efecto del déficit de riego tardío y la carga de fruta en manzano 'Empire/M.9', se estudiaron dos niveles de humedad en el suelo: con riego normal y con dos ciclos de sequía en la fase final del crecimiento del fruto, así como tres niveles de carga de fruto: 1, 3 y 6 frutos·cm^–2 de área de tronco. Se observó el efecto de estos tratamientos sobre la calidad de fruto, área de tronco, producción y el retorno de floración en árboles en maceta de cuatro años de edad. Los resultados indican que el déficit de riego tardío (DRT) no afectó la producción por árbol, el tamaño del fruto y el número de frutos por árbol, lo que indica que es posible ahorrar agua al suspender el riego en la fase III del crecimiento del fruto de manzano. El área del tronco se reduce cuando se aplica DRT, pero se incrementa la densidad de floración.

Palabras clave: Malus sylvestirs var. domestica, estrés hídrico, humedad en el suelo, potencial hídrico, retorno de floración.

Abstract

The goal of this study was to know the effect of late irrigation deficit and crop load on Empire/M.9 apple. Two levels of soil moisture were used: normal irrigation and two drought cycles during the final phase of fruit growth, and three levels of crop load: 1, 3 and 6 fruit·cm^–2 of trunk area. The effect of treatments on fruit quality, trunk area, yield and bloom return in four years old potted trees was observed. Results showed that late irrigation deficit do not have any effect on yield, fruit size, and fruit number. With these results it is possible to save water, stopping applying late irrigation in the phase III of fruit growth. Trunk area was affected by late irrigation deficit, but flower density is increased.

Key words: Malus sylvestirs var. domestica, water deficit, water potential, soil moisture, bloom return.

INTRODUCCIÓN

El cultivo de manzano en México se desarrolló comercialmente bajo condiciones de riego, donde predominó el sistema de riego por gravedad o rodado; sin embargo, en los últimos años este sistema ha ido cambiando por sistemas presurizados como aspersión, microaspersión y goteo, los cuales son más eficientes en el uso del agua. Estos cambios en los últimos años se han acentuado principalmente debido a la escasez de agua de lluvia y en el subsuelo, sobre todo en cuencas cerradas como la de Cuauhtémoc, Chihuahua.

El problema de la sequía no es sólo de las zonas áridas y semiáridas de México, sino que se está presentando a nivel mundial; por lo tanto se han desarrollado estrategias que permiten ahorrar agua sin demérito significativo del rendimiento y la calidad de la fruta. Una de estas estrategias es el déficit de riego controlado (DRC) el cual fue propuesto por Chalmers et al. (1981) y consiste en reducir la cantidad de agua aplicada al frutal durante períodos fenológicos definidos, donde se están realizando procesos poco sensibles al estrés hídrico, sin afectar significativamente el rendimiento y la calidad de la fruta. Por su parte English et al. (1990) indicaron que los beneficios potenciales del DRC se centran en tres factores: 1) se incrementa la eficiencia en el uso del agua, 2) se reducen los costos de riego y 3) se hace un uso sustentable del recurso.

Uno de los procesos fisiológicos menos sensibles al estrés hídrico es la translocación de carbohidratos o materia seca (Faust, 1989). Así que esta información se ha utilizado para aplicar el DRC en manzano, donde el crecimiento del fruto, en la etapa I, se da principalmente con base en división celular, en la etapa II, donde el fruto crece con base en división y alargamiento celular, y la etapa III, donde el fruto crece por alargamiento celular (Ryugo, 1988); de tal manera que es posible aplicar un déficit de riego en la etapa I y parte de la etapa II, pues el fruto crece a expensas de carbohidratos que el árbol almacenó en el tallo y raíces, y que cuando rebrota, se translocan hacia los puntos de demanda, esta etapa comprende de 6 a 8 semanas después de la floración. Sin embargo, un déficit de riego al final de la etapa II y durante la etapa III, los parámetros que definen calidad de la fruta se ven fuertemente afectados si el estrés es muy severo (Li et al., 1989; Behboudian y Mills, 1997; Marsal y Girona, 1997).

El tamaño del fruto es uno de los parámetros que definen la calidad en manzano. Esta característica es afectada por carga de fruta y déficit de agua; sin embargo, en manzano es posible ahorrar agua aplicando la estrategia de DRC sin ningún demérito significativo de la producción y calidad de la fruta en la etapa I y parte de la etapa II (Mitchell et al., 1984; Berman y DeJong, 1996; Mills et al., 1996).

En trabajos realizados por Girona et al. (1990) de durazno en California se han encontrado ahorros de agua hasta del 40% aplicando el DRC en la etapa I y II del crecimiento del fruto. Los mismos autores indican que el tipo de suelo es importante para obtener buenos resultados con el DRC, ya que cuando la infiltración es lenta, se impide la recuperación del árbol a la velocidad deseada y, se presentan frutos de menor tamaño que en suelos con una buena infiltración.

En almendro se han obtenido ahorros de agua hasta del 62% aplicando la técnica del DRC, sin afectar la calidad y el rendimiento de la almendra (Girona, 1992), mientras que en limón se han obtenido ahorros de agua entre un 20 y 30%, afectando el crecimiento vegetativo y en algunos casos el tamaño del fruto (Domingo, 1994).

En frutales caducifolios, como el manzano, se presentan algunos mecanismos de adaptación a estrés hídrico. Estos pueden ser bioquímicos, fisiológicos, anatómicos y morfológicos. Se pueden presentar tanto en hojas como en la raíz, tal es el caso de ajuste osmótico, regulación del comportamiento estomático, caída de hojas, profundidad del sistema radical, ramificación del mismo, acumulación de prolina, de ácido abscísico, de K, de Ca, etc. Estos mecanismos hacen que los órganos de la planta como hojas y frutos se mantengan turgentes y, por lo tanto, se puedan llevar a cabo procesos fisiológicos que permitan mantener la calidad de la fruta y el rendimiento (Marsal y Girona, 1997; Naor et al., 1999).

Por lo antes expuesto, el objetivo del presente trabajo fue conocer como afecta la carga del fruto y la humedad en el suelo, aplicado el DRC en un estado tardío de desarrollo del fruto de manzano, en la calidad del fruto, el rendimiento, el área de tronco y el retorno de floración.

MATERIALES Y MÉTODOS

El trabajo se realizó en la Estación Agrícola Experimental de Nueva York, en Geneva, NY, en el año 2004, en árboles de manzano 'Empire/M.9' de 4 años de edad, plantados en macetas de 45.6 litros y como sustrato se utilizó suelo franco–arenoso. El sistema de riego fue por goteo superficial con un gotero por árbol, donde se regó dos horas, cada tercer día. La fertilización fue de 20 g por árbol por semana de una mezcla comercial de 10–20–30% de N, P y K. Se establecieron tres niveles de carga de fruta (CF) (1, 3 y 6 frutos por centímetro cuadrado de área de tronco) y dos niveles de humedad, uno con riego continuo (BR) y el otro con dos períodos de sequía en la fase final de crecimiento del fruto (DRT). El diseño experimental fue bloques completos al azar, con 5 repeticiones y un árbol como unidad experimental. La prueba de medias utilizada fue Tukey (P≤0.05) y el paquete estadístico fue CoStat versión 3.03 (COSTAT, 1989). Se monitoreó humedad en el suelo (%) utilizando un TDR con dos puntales, tomando dos lecturas por maceta cada semana, una a cada lado de la misma. El potencial hídrico de la hoja (MPa) se registró una hora después de haber estado cubierta con una bolsa de plástico y aluminio, para lograr un equilibrio entre el potencial hídrico de la hoja y el tallo del árbol. Para ello se utilizó la bomba de Presión de Scholander. La fotosíntesis se registró con un Analizador de Gases Modelo LI–6400 (LI–COR, Inc., Lincoln, NE., USA), tomando hojas del brote del año y expuestas a la luz. La calidad del fruto se tomó considerando peso del mismo, sólidos solubles totales, almidón y firmeza. La producción se registró al cosechar el árbol completo una vez que el fruto estaba maduro. El retorno de floración se registró contando el número de racimos florales que el árbol emitió en abril del 2005.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Área de la sección transversal del tronco (ASTT)

El ASTT se ve afectada por la disponibilidad de humedad en el suelo (Cuadro 1). Antes de establecer el experimento esta variable fue estadísticamente igual pero después de un año, y bajo el efecto de los tratamientos aplicados, el ASTT se reduce significativamente en el tratamiento donde se dieron los dos ciclos de sequía. Esto indica que los niveles de humedad que se deben aplicar en la estrategia de déficit de riego controlado, ya sea temprano a tardío, debe ser con base en parámetros fisiológicos del árbol, o bien, con base en la humedad disponible en el perfil del suelo, para no afectar la calidad de fruto y la producción. El efecto de la humedad en el suelo sobre la reducción del vigor del cultivar en estudio es importante, pues es una estrategia que se utiliza para reducir el crecimiento vegetativo en árboles muy vigorosos y poder manejar medianas o altas densidades de plantación, con todas las ventajas que con ellas se tiene (Mitchell et al., 1984).

Densidad de floración

Al someter el árbol a un estrés moderado de humedad, la respuesta fue producir mayor cantidad de racimos florales por ASTT, lo que indica un buen retorno de floración para el siguiente año (2005), en el tratamiento de déficit de riego tardío (DRT). Esta respuesta natural del árbol de producir mayores puntos de fructificación probablemente se deba a que el árbol dispone de mayores reservas para diferenciación y menos para crecimiento vegetativo (Cuadro 1). El número de frutos, el rendimiento por árbol, el peso del fruto y la eficiencia de producción están directamente relacionados con los tratamientos aplicados como carga de fruto, por lo tanto, es posible que estos árboles puedan soportar una carga de seis o más frutos por ASTT.

Humedad en el suelo

Potencial hídrico en la hoja

El potencial hídrico en la hoja fue estadísticamente menor en los árboles sometidos al tratamiento con sequía (Figura 2), aún durante el periodo de recuperación del árbol. Lo que indica que bajo las condiciones de estudio, en maceta, la raíz no tiene oportunidad de explorar más suelo y tal vez por ello no se recupera al 100% de su capacidad. Todos los procesos de la planta que impliquen crecimiento por división celular son muy sensibles a estrés hídrico. Por lo tanto, un estrés hídrico al inicio de la temporada, cuando se da el desarrollo del fruto y hay actividad meristemática importante, se puede tener un fuerte efecto en el crecimiento, tanto del brote como del fruto (Li et al., 1989; Marsal y Girona, 1997), pero si el estrés hídrico ocurre tarde en la temporada, el efecto en el crecimiento del brote y la producción es menor. Esta respuesta está en función de la intensidad y la duración del estrés aplicado (Berman y DeJong, 1996).

Relación entre potencial hídrico y humedad en el suelo

Se encontró una relación significativa entre humedad en el suelo y el potencial hídrico de la hoja en los dos ciclos de sequía, justo antes de aplicar el riego de resuperación (Figura 3A y 3C). La recuperación de los árboles sometidos a estrés hídrico en ambos ciclos es lenta (Figura 3B y 3D), en algunas plantas se observó abscisión de las hojas basales del brote, en el tratamiento de máxima carga de fruto. En condiciones de campo, donde el sistema radical está en contacto con un mayor volumen de suelo, se esperaría que, tanto el abatimiento de la humedad como el potencial hídrico en la hoja sea más gradual y lleve más tiempo para llegar a niveles severos de estrés hídrico. En este sentido, el portainjerto también juega un papel importante en la mayor o menor capacidad de tolerar déficit de humedad mayores y por más tiempo (Atkinson et al., 1999; Klamkowski–Krzysztof, 2002). El estrés hídrico aplicado en los dos ciclos fue paulatino, donde se observó una disminución gradual de la humedad en el suelo y con ella, el potencial hídrico de la hoja también diminuyó (Figuras 1 y 2), lo que indica que la humedad en el suelo es un parámetro que se puede utilizar para definir el calendario de riego en manzano (Rumayor y Bravo, 1991). El déficit de riego tardío (DRT) aplicado en los dos ciclos de sequía, permite confirmar que no se afecta la calidad de la fruta y la producción está en función de los niveles de carga dados.

Crecimiento del fruto

Fotosíntesis

La absorción de CO₂ es fundamental para la realización del proceso de fotosíntesis (Pn) en la hoja, sin embargo, la apertura y cierre de estomas está fuertemente afectado por el nivel de humedad en el suelo y la carga de fruto en el árbol (Palmer et al., 1997). En este estudio se encontró que la humedad en el suelo afecta significativamente la fotosíntesis al final del 1er. y 2do. ciclo de sequía (Figura 5A y 5B), donde a menor humedad en el suelo, menor fotosíntesis, tomados dos días antes de aplicar el riego de recuperación. El nivel de carga de frutos no afecta la fotosíntesis cuando hay suficiente humedad en el suelo, pero cuando el estrés hídrico es severo, la fotosíntesis se reduce a medida que aumenta la carga de fruto (Figura 5A y 5C).

Calidad de fruto

La firmeza, los sólidos solubles totales y el almidón no fueron afectados por los tratamientos aplicados. Se observa una mayor concentración de sólidos solubles totales a medida que se aplica un estrés hídrico moderado (Parra y Ortiz, 2003).

CONCLUSIONES

El déficit de riego tardío no afecta la calidad interna de fruto. La producción, el peso del fruto y la eficiencia de producción están en función de la carga del fruto. El déficit de riego aplicado afecta el crecimiento del árbol, pero favorece la densidad de floración.

LITERATURA CITADA

ATKINSON, C. J.; POLICARPO, M. A.; WEBSTER, A. D.; KUDEN, D. M. 1999. Drought tolerance of apple rootstocks: Production and partitioning of dry matter. Plant and Soil 206: 223–235.         [ Links ]

BEHBOUDIAN, M. H.; MILLS, T. M. 1997. Deficit irrigation in deciduous orchards. Hort. Rev. 21: 105–131.         [ Links ]

BERMAN, M. E.; DEJONG, T. M. 1996. Water stress and crop effects on fruit fresh and dry weight in peach (Prunnus persica). Tree Physiol. 16: 859–864.         [ Links ]

CHALMERS, D. J.; MIRCHELL, P. D.; VAN HEEK, L. 1981. Control of peach growth and productivity by regulated water supply, tree density and summer pruning. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 106: 307–312.         [ Links ]

DOMINGO, R. 1994. Respuesta del limonero fino al riego deficitario controlado. Aspectos Fisiológicos. Tesis Doctoral, Universidad de Murcia, España, 237 p.         [ Links ]

ENGLISH, M. J.; MUSICH, J. T; MURTY, V. V. N. 1990. Deficit irrigation. In: HOFFMAN, G. F.; HOWELL, T. A.; SOLOMAN, K. H. Ed. Management of Farm Irrigation Systems, ASAE, St. Joseph, MI.         [ Links ]

FAUST, M. 1989. Physiology of temperate zone fruit tree. Willey–Interscience. New York.         [ Links ]

GIRONA, J.; RUIZ–SÁNCHEZ, M. C.; GOLDHAMER, D.; JOHNSON, S.; DEJONG, T. 1990. Late maturing peach response to controlled deficit irrigation: seasonal and diurnal pattern of fruit growth, plant and soil water status, CO₂ uptake and yield 2 years results. XXIII International Hort. Cong. Firezen, Italy, 1: 284.         [ Links ]

GIRONA, J. 1992. Estrategias de riego deficitario en el cultivo de almendro. Fruticultura Profesional. 47: 38–45.         [ Links ]

KLAMKOWSKI–KRZYSZTOF, W. T. 2002. Influence of a rootstock on transpiration rate and changes in diameter of an apple tree leader growing under different soil water regimes. J. Fruit and Ornamental Plant Res. 10: 31–39.         [ Links ]

LAKSO, A. N. 1994. Apple. p. 3–42. In: Schaffer, B.F.; Andersen, P.C. Eds., Handbook of Environmental Physiology of Fruit Crops. Vol. 1, CRC Press, Boca Raton, Fla. USA.         [ Links ]

LI, S. H.; HUGUET, J. G.; SCHOCH, O. G.; ORLANDO, P. 1989. Response of peach tree growth and cropping to soil water deficit at various phonological stages of fruit development. J. Hort. Sci. 64: 541–552.         [ Links ]

MARSAL, J.; GIRONA, J. 1997. Relationship between leaf water potential and gas exchange activity at different phonological stages and fruit loads in peach trees. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 122(3): 415–421.         [ Links ]

MILLS, T. M.; BEHBOUDIAN, M. H.; CLOTHIER, B. E. 1996. Water relation, growth and the composition of Breaburn apple fruit under deficit irrigation. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 121(2): 286–291.         [ Links ]

MITCHELL, G. H.; JERIE, P. H.; CHALMERS, D. J. 1984. The effects of regulated water deficit on pear tree growth, flowering, fruit growth and yield. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 109(5): 604–606.         [ Links ]

NAOR, A.; KLEIN, I.; HUPERT, H.; GRINBLAT, Y.; PERES, M.; KAUFMAN, A. 1999. Water stress and crop level interaction in relation to nectarine yield, fruit size distribution, and water potentials. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 124(2): 189–193.         [ Links ]

PARRA Q., R. Á.; ORTIZ F., P. 2003. Manejo del riego en manzano mediante Déficit de Riego Controlado (DRC). IX Simposium Internacional sobre el Manzano "Agua y conservación del Ecosistema". 5, 6, 7 y 8 de Noviembre del 2003. Cd. Cuauhtémoc, Chih., México.         [ Links ]

RUMAYOR, A.; BRAVO, A. 1991 Effect of three systems and levels of irrigation apple trees. Scientia Hort. 47: 67–75.         [ Links ]

RYUGO, K. 1988. Fruit culture: Its science and art. Wiley, New York.         [ Links ]

PALMER, J. W.; GIULIANI, R.; ADAMS, H. M. 1997. Effect of crop load on fruiting and leaf photosynthesis of Breaburn/M.26 apple trees. Tree Physiol. 17: 741–746.         [ Links ]

WANG, Z.; STUTTE, G. W. 1992. The role of carbohydrates in active osmotic adjustment in apple under water stress. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 117(5): 816–823.         [ Links ]

WANG, Z.; QUEBEDEAUX, B.; STUTTE, G. W. 1995. Osmotic adjustment: Effect of water stress on carbohydrates in leaves, stems and roots of apple. Austr. J. Plant Physiol. 22: 747–754.         [ Links ]