Reducción del rendimiento potencial en maíz forrajero en calendarios con tres y cuatro riegos*

Potential Yield Reduction of Forage Maize under Irrigation Schedules with Three and Four Irrigations

Jesús Santamaría César^1‡, David G. Reta Sánchez¹, Rodolfo Faz Contreras¹ e Ignacio Orona Castillo²

¹ Campo Experimental La Laguna, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Blvd. José Santos Valdés 1200, Col. Mariano Matamoros, 27440 Matamoros, Coahuila, México. ^‡Autor responsable (jesussc@yahoo.com)

Recibido: julio de 2006.
Aceptado: abril de 2008.

RESUMEN

El presente estudio tuvo como objetivo determinar y comparar la reducción del rendimiento potencial (RRP) del maíz forrajero con calendarios de tres y cuatro riegos durante el ciclo, considerando las condiciones climáticas y la humedad aprovechable (HA) de los suelos en el Distrito de Riego 017, Comarca Lagunera, México. Se compararon los valores de la RRP, estimados mediante el modelo CropWat, para dos fechas de siembra y suelos con 120 y 150 mm m^-1 de HA. Se utilizaron los coeficientes de cultivo Kc obtenidos en experimentos realizados en la Comarca Lagunera en 1997, 1998 y 2000. Se consideraron registros climatológicos de 31 años (1975-2005). La aplicación de un cuarto riego en suelos con una HA de 120 mm m^-1 reduce la RRP en 15%, lo que equivale a un incremento en rendimiento de 4.6 Mg ha^-1 de materia seca, mientras que en suelos con 150 mm m^-1 un cuarto riego disminuye la RRP en 9% e incrementa el rendimiento de materia seca en 2.7 Mg ha^-1, debido a mejores condiciones de humedad en el suelo durante la fase de llenado del grano. En suelos con 120 mm m^-1 de HA es necesario la aplicación de cuatro riegos para alcanzar rendimientos de materia seca de 17.7 Mg ha^-1, con un nivel de probabilidad no superior a 0.793. En suelos con 150 mm m^-1 de HA el calendario de tres riegos permite obtener rendimientos hasta de 18.8 Mg ha^-1 y, con un cuarto riego, se pueden alcanzar rendimientos hasta de 21.2 Mg ha^-1, lo que constituye la mejor opción para la producción de maíz forrajero en el Distrito de Riego 017. Para cualquiera de las condiciones evaluadas en este estudio, el nivel de rendimiento igual o superior al 80% del rendimiento máximo experimental (23.92 Mg ha^-1) se tiene una probabilidad inferior al 0.168.

Palabras clave: Zea mays L., modelo CropWat, calendarios de riego, humedad aprovechable del suelo.

ABSTRACT

Keywords: Zea mays L., CropWat model, irrigation schedules, soil available water.

INTRODUCCIÓN

En la Comarca Lagunera, México, el agua de riego se utiliza principalmente en la producción de cultivos forrajeros, como alfalfa, maíz, sorgo y cereales de invierno, los cuales, en 2006, alcanzaron una superficie cosechada de 95 977 ha (SAGARPA, 2006). El maíz forrajero con una superficie cosechada de 28 533 ha (SAGARPA, 2006) es considerado como uno de los cultivos forrajeros más importantes en la región, debido a su alta productividad (Núñez et al., 2003), alta eficiencia en el uso del agua y alto contenido energético. La principal limitante para la producción es la escasez de agua, ya que este cultivo depende, principalmente, del agua de las presas de la región y sólo es posible la aplicación de un riego de presiembra y entre tres y cuatro riegos, dentro del ciclo de crecimiento.

Las fases fenológicas críticas del cultivo a deficiencias de humedad en orden de importancia son: periodos cortos alrededor de la emergencia de estigmas, el periodo de inicio del crecimiento de la mazorca y, en seguida, el periodo vegetativo (Reta y Faz, 1999). Durante el llenado de grano, deficiencias de humedad prolongadas pueden reducir el rendimiento de 29 a 53%, al disminuir el peso medio de grano de 19 a 49% (Reta y Faz, 1999). Reta y Faz (1999) encontraron que para suelos con textura franco arcillosa la mejor respuesta del maíz en rendimiento de grano y uso del agua evapotranspirada se obtuvo cuando el cultivo tuvo condiciones adecuadas de humedad en la fase de diferenciación de órganos reproductivos de 35 a 51 días después de la siembra (DDS), inicio del crecimiento de la mazorca (52 a 65 DDS), inicio de emergencia de estigmas (65 a 69 DDS) y grano lechoso (85 a 120 DDS). Además, indican que en un año con baja precipitación, la aplicación de sólo tres riegos de auxilio provoca en maíz una reducción de la evapotranspiración de 13% durante el llenado de grano, con lo cual el peso medio de grano puede disminuir en 17%. En 1993, en la Comarca Lagunera se obtuvo el rendimiento máximo experimental en la región (RME) de 29.9 Mg ha^-1 de materia seca con la aplicación de siete riegos durante el ciclo de crecimiento, densidades de población de 11.2 plantas m^-2 y el uso de la variedad de ciclo intermedio H-422 en suelos de textura franco arcillosa (Reta et al., 2000). El rendimiento promedio de maíz forrajero en la región es de 15.33 Mg ha^-1, aproximadamente el 50% del RME.

Otro de los factores importantes en el abastecimiento de agua al cultivo es la humedad aprovechable del suelo (HA), medida en mm m^-1, la cual se define como la cantidad de agua que almacena el suelo en la zona radical y depende de la textura y la profundidad de las raíces del cultivo (Castellanos-Ramos et al., 2000). Ojeda-Ortega (1947) reporta que en La Laguna la mayor superficie de suelos corresponde a texturas franco arcillo limosas y arcillosas con un 89% de la superficie y, de acuerdo con Castellanos-Ramos et al. (2000), estos suelos tienen una HA entre 130 y 193 mm m^-1.

Una forma de medir el impacto del estrés por déficit de humedad en los cultivos es estimar la reducción del rendimiento potencial (RRP). En el caso del maíz forrajero es necesario conocer los valores de RRP bajo el plan de tres y cuatro riegos durante el ciclo, que incorporen la información de la HA del suelo y las condiciones del clima de la región. Lo anterior es posible realizarlo mediante el empleo de un modelo de simulación, como el CropWat (Doorenbos y Pruitt, 1977). Este modelo se ha empleado para evaluar la demanda de agua de los cultivos, así como el diseño del plan de riegos, mediante la simulación de la RRP del cultivo debido al estrés por el déficit de agua (Smith, 1992; Cavero et al., 2000). CropWat se ha utilizado en estudios regionales con sistemas de información geográfico sobre el balance de humedad del suelo, incluyendo información de imágenes de satélite en las áreas de riego en Irán (Jamshid, 2003). Después de ser transferida la operación de los módulos de riego a los usuarios del Distrito de Riego 017 en la Comarca Lagunera del estado de Durango, México, en 1993, se evaluó el grado de éxito de la transferencia al medir la uniformidad en la distribución del agua entre los usuarios al inicio y final de la aplicación del riego en los módulos. El criterio fue estimar la uniformidad del estrés por déficit de agua al que estuvieron sometidos los cultivos (Etc/ Etm, porcentaje del requerimiento de agua consumida), estimado mediante el modelo CropWat (Levine et al., 1998).

El modelo CropWat requiere, para estimar el requerimiento de agua del cultivo, de la siguiente información: a) evapotranspiración de referencia del cultivo (Eto) estimada mediante la ecuación de Penman-Montieth basada en información mensual del clima, o bien, utilizar la Eto obtenida directamente en la localidad, b) precipitación acumulada mensual, c) padrón de cultivos en el cual se incluye la fecha de siembra, coeficientes de cultivo Kc, duración de las etapas del cultivo, profundidad de las raíces y fracción de abatimiento de humedad.

Para proporcionar información sobre el plan de riegos, el modelo requiere de información adicional sobre características del suelo, como la HA (mm m^-1), profundidad máxima de raíces (m) y abatimiento inicial de humedad (% del total de la HA). Con la información anterior, el modelo proporciona información sobre la Eto (mm periodo^-1), Kc, precipitación efectiva (pp, mm) por etapa, la cual es la cantidad de precipitación retenida en el suelo, requerimiento de agua por el cultivo (Etm, mm periodo^-1), evapotranspiración real del cultivo (Etc, mm), porcentaje de la evapotranspiración máxima consumida por el cultivo (Etc/Etm, %), déficit diario de humedad del suelo (mm), intervalo (d), profundidad (mm) de aplicación del riego y la estimación de la reducción RRP (%) debido al estrés por déficit de agua (cuando Etc/Etm < 100%). Mediante el coeficiente de cultivo Kc se estima el efecto del estrés por déficit de humedad sobre el rendimiento, expresado como la RRP (Doorenbos y Pruitt, 1977; Burman et al., 1980; Allen et al., 2000). Para su determinación se emplean trabajos de campo, como los propuestos por Doorenbos et al. (1979), mediante los cuales se obtiene la respuesta del cultivo al déficit de humedad, para diferentes etapas de desarrollo.

MATERIALES Y MÉTODOS

Mediante el modelo CropWat, se estimó la RRP de forraje en el maíz híbrido SB-302 (ciclo intermedio), establecido en calendarios de tres y cuatro riegos, en dos suelos con diferente HA (120 y 150 mm m^-1) y bajo la variación aleatoria de las condiciones climatológicas en el Distrito de Riego 017. Se utilizaron los coeficientes de cultivo Kc obtenidos en las condiciones ambientales del Distrito de Riego 017 en experimentos de maíz forrajero en los ciclos de primavera de 1997, 1998 y 2000 (Faz et al., 2005).

Debido a que Cavero et al. (2000) presentan resultados de la evaluación del modelo CropWat en los que se muestra una buena estimación de la RRP del maíz, pero una sobreestimación de la evapotranspiración de referencia (ETo) y, por lo tanto, de la ETc (Etc = Kc x ETo), se empleó la opción en el modelo CropWat de proporcionar directamente la ETo mensual en el ciclo del cultivo para cada año de registro (30 años), obtenida mediante información de la evaporación libre (Ev, mm mes^-1) del tanque evaporímetro tipo A (Samani y Pessarakli, 1986; Faz et al., 2005) de la estación climatológica del Campo Experimental La Laguna. Para el cálculo de la Eto, se consideró la expresión (Doorenbos y Pruitt, 1977):

donde: Kp es el coeficiente del tanque tipo A.

Allen et al. (2000) presentan tablas para determinar Kp, considerando intervalos de la velocidad del viento (u₂, m s^-1), humedad relativa (HR_media, %) y distancia del cultivo a barlovento (BORDE, m). Adicionalmente, se presentan ecuaciones de regresión para el tanque tipo A de la forma:

Esta ecuación es válida para 1 m s^-1 ≤ u₂ ≤ 8 m s^-1, 30% ≤ HRmedia ≤ 84% y 1 m ≤ BORDE ≤ 1,000 m. En el caso del Distrito de Riego 017, para los meses de abril a julio, los valores considerados son: BORDE de 100 m, u₂ entre 1 y 5 m y la HR_media entre 47 y 59%, por lo que la Kp está entre los valores de 0.79 a 0.7 con un valor promedio en el ciclo de 0.75, valor empleado en el modelo CropWat. La información sobre los variables del cultivo y suelo empleados en el modelo CropWat se presentan en el Cuadro 1.

Debido a que la precipitación y la temperatura varían durante el ciclo del cultivo, se consideraron dos fechas de siembra dentro del periodo óptimo recomendado por el Campo Experimental La Laguna, 1 de abril y 1 de mayo, sin considerar un cambio en la duración total del ciclo de cultivo (Faz et al., 2005).

Considerando que la respuesta productiva del maíz forrajero a las condiciones ambientales (RRP) es un fenómeno aleatorio, entonces, se considera el riesgo en función de probabilidades de que se presente un valor de la RRP determinado. Se obtuvo la distribución de frecuencias empírica F(RRP_m) (Yevjevich, 1972), asumiendo que RRP_m es una variable aleatoria continua, mediante la expresión:

donde: m es la secuencia ordenada de menor a mayor de las RRP_m estimadas con el modelo CropWat, m = 1.2...., N, y N = 31 años.

Con la finalidad de evaluar la P(RRP_m ≤ m), se ajustó la función de probabilidad normal, con variables µ y σ estimados mediante la media y la desviación estándar muestral y se aplicó la prueba de normalidad mediante la prueba de Shapiro-Wilks para muestras pequeñas (n ≤ 50) (Conover, 1980) para probar la hipótesis nula de que la . Se compararon, para los dos calendarios de riegos, dos HA del suelo y dos fechas de siembra, las P(RRPm) ≤ (10, 20, 30, 40 y 50%), intervalo seleccionado debido a que una RRP ≥ 50% del RME significa un rendimiento menor de 14.95 Mg ha^-1 de materia seca, inferior al rendimiento medio de la región (15.33 Mg ha^-1).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Distribución Espacial de la HA del Suelo en el Distrito de Riego 017

Del análisis de la distribución espacial de la HA se obtuvo que los suelos con valores entre 120 y 150 mm m^-1, que corresponden a texturas franco arcillo arenosas y franco arcillosas, ocupan la mayor parte de la superficie del distrito con 218 078 ha (81.3%); valores de HA inferiores a 120 mm m^-1 con 40 656 ha representan el 15.2%; mientras que valores superiores a 150 mm m^-1 con 9425 ha son el 3.5%. Lo anterior indica que el intervalo de valores de HA entre 120 y 150 mm m^-1 corresponden a la mayoría de los suelos en el Distrito de Riego 07, en la Comarca Lagunera.

En el Cuadro 2 se presenta el promedio de 30 años del requerimiento máximo de agua (Etm), agua consumida (Etc), el porcentaje del requerimiento de agua consumido (Etc/Etm), el porcentaje de la HA residual al final del ciclo del maíz y la RRP de maíz en dos fechas de siembra, dos calendarios de riego y dos niveles de HA del suelo analizados.

La fecha de siembra presentó un efecto reducido en el comportamiento del cultivo debido a calendarios de riego, ya que el consumo de agua por el cultivo (Etc) estimado para tres riegos presenta un incremento máximo en la segunda fecha de siembra de 14 y 10 mm en suelos con una HA de 120 y 150 mm m^-1, respectivamente, y para cuatro riegos estos incrementos son de 11 y 5 mm, lo cual no representa más del 3.6% de la Etc promedio en ambos niveles de HA del suelo. El agua residual al final del ciclo que refleja las diferencias de disponibilidad de humedad entre los dos calendarios de riego se incrementa en 3% y el rendimiento estimado en un máximo de 0.9 Mg ha^-1 de materia seca entre fechas de siembra. Este incremento se relaciona con una mayor demanda máxima de agua (Etm = 12.4 mm), probablemente debido a un aumento en la temperatura promedio en el ciclo de 1.2 °C y una mayor precipitación efectiva acumulada promedio en el ciclo de 22.2 mm cuando se retrasa la siembra. Este efecto reducido es debido a que las fechas de siembra estudiadas están dentro del intervalo óptimo recomendado en el Distrito de Riego 017.

Si se considera la información promedio de las dos fechas de siembra se tiene que la RRP en suelos con una HA de 120 mm m^-1, al aplicar un cuarto riego, presenta un decremento de 15%, ya que de 55.9% con tres riegos disminuye a 40.9%, que equivale a una producción de 4.6 Mg ha^-1 de materia seca adicionales. En estos suelos se puede obtener hasta 17.7 Mg ha^-1 de materia seca. Para suelos con 150 mm m^-1 de HA la aplicación de un cuarto riego disminuye la RRP en 9%, lo que equivale a 2.7 Mg ha^-1 de materia seca adicionales, y se pueden obtener rendimientos hasta de 21.4 Mg ha^-1 de materia seca. El menor incremento del rendimiento en suelos con mayor HA (150 mm m^-1), al aplicar un cuarto riego, se debe a que el maíz con tres riegos llega a la fase de llenado de grano con mejores condiciones de humedad que el maíz establecido en suelos con menor HA. Esto se observa en la disponibilidad de agua residual promedio de las dos fechas de siembra en la etapa de grano lechoso (82 DDS), la cual es de 11.5% (13.8 mm) en suelos con HA de 120 mm m^-1 y de 17.5% (26.3 mm) en suelos con 150 mm m^-1. En ambos suelos, la aplicación de sólo tres riegos durante el ciclo reduce el rendimiento de materia seca, debido a deficiencias de humedad durante el llenado de grano, como también lo indican otros estudios (Reta y Faz, 1999).

Probabilidad de Reducción del Rendimiento Potencial (RRP)

La prueba de Shapiro-Wilks para normalidad de las RRP estimadas mostró evidencias que, bajo las condiciones estudiadas, la distribución de probabilidad de esta variable se puede aproximar mediante una distribución normal con media y desviación estándar S_n. Las estadísticas de prueba W estuvieron en el rango de 0.9553 a 0.9838 superiores a la W_0.05 de 0.929 (Conover, 1980) para un tamaño de muestra de 31 años, por lo que, en ningún caso, se rechazó la hipótesis de normalidad.

La probabilidad de que se presente una disminución del rendimiento potencial mayor o igual al 10, 20, 30, 40 y 50% se presenta en el Cuadro 3. Como un valor de referencia al rendimiento potencial, se incluye el rendimiento máximo experimental (RME), en donde una RRP ≤ 10% se considera equivale a un rendimiento ≥ [(1-RRP) x RME].

El retraso de la fecha de siembra del 1 de abril al 1 de mayo no modifica la probabilidad de que ocurra una RRP en más de 0.074. Por el contrario, la diferencia de HA entre suelos es un factor importante para modificar la probabilidad de obtener una RRP (Cuadro 3).

En suelos con una HA de 120 mm m^-1 y tres riegos de auxilio la P(RRP_m) ≤ 50% del RME (14.95 Mg ha^-1) no es superior a 0.38; sin embargo, al aplicar un cuarto riego, esta probabilidad se incrementa a 0.793. En este tipo de suelos, aun aplicando cuatro riegos, el maíz tiene baja probabilidad (0.184) de obtener rendimientos superiores a 20.93 Mg ha^-1 de materia seca.

En suelos con una HA de 150 mm m^-1 y tres riegos de auxilio, el intervalo en rendimiento es de 14.95 a 17.94 Mg ha^-1 y presenta probabilidades entre 0.561 y 0.89, lo cual es similar a los niveles reportados por Faz et al. (2005), quienes indican que en suelos de textura franco arcillosa la aplicación de tres riegos produjo rendimientos entre 11.95 y 18.87 Mg ha^-1 de materia seca. Sin embargo, rendimientos iguales o superiores a 20.93 Mg ha^-1 tendrán una probabilidad inferior a 0.277 y rendimientos superiores a 23.9 Mg ha^-1 no tienen una probabilidad superior a 0.09. En estos suelos el plan de tres riegos constituye una opción cuando se maneja el riego bajo la operación del Distrito de Riego 017.

CONCLUSIONES

- La aplicación de un cuarto riego en suelos con una humedad aprovechable (HA) de 120 mm m^-1 reduce la reducción del rendimiento potencial (RRP) en 15%, lo que equivale a un incremento en rendimiento de 4.6 Mg ha^-1 de materia seca. En suelos con 150 mm m^-1 un cuarto riego provoca también efectos favorables, aunque en menor grado, con una disminución de la RRP de 9% y un incremento de rendimiento de 2.7 Mg ha^-1 de materia seca. Esto ocurre debido a que el cultivo llega a la fase de llenado de grano en mejores condiciones de humedad en el suelo con tres riegos que en suelos con menor HA.

- En suelos con 120 mm m^-1 de HA es necesario la aplicación de cuatro riegos para alcanzar rendimientos de materia seca de 17.7 Mg ha^-1, con un nivel de probabilidad no superior a 0.793. Aun aplicando cuatro riegos, el rendimiento tiene bajas probabilidades (0.184) de obtener rendimientos superiores a 20.93 Mg ha^-1 de materia seca. En suelos con 150 mm m^-1 el calendario de tres riegos permite obtener rendimientos hasta de 18.8 Mg ha^-1 y con un cuarto riego se pueden alcanzar rendimientos hasta de 21.2 Mg ha^-1, lo que constituye la mejor opción de producción de maíz forrajero. Para cualquiera de las condiciones estudiadas, el nivel de rendimiento igual o superior al 80% del rendimiento máximo experimental (RME) (23.92 Mg ha^-1) tiene una probabilidad inferior al 0.168.

AGRADECIMIENTOS

A la Fundación Produce Durango, A. C. por el apoyo financiero del presente trabajo.

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NOTA

* Publicado en Terra Latinoamericana 26: 235-241.