Distribución de raíces y de radiación solar en el dosel de maíz y frijol intercalados

Root distribution and solar radiation in maize-bean intercropping systems

Rocio Albino-Garduño¹, Antonio Turrent-Fernández², J. Isabel Cortés-Flores^3*, Manuel Livera-Muñoz⁴, M. Carmen Mendoza-Castillo⁴

¹ Universidad Intercultural del Estado de México. División de Desarrollo Sustentable. Libramiento Francisco Villa S/N. San Felipe del Progreso Estado de México C.P. 50640.

³ Edafología. Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. 56230. Montecillo, Estado de México. *Autor responsable

⁴ Genética. Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. 56230. Montecillo, Estado de México.

Recibido: junio, 2014.
Aprobado: mayo, 2015.

Resumen

Los sistemas intercalados de maíz con frijol (Phaseolus vulgaris L.) han aumentado el rendimiento de las especies en comparación con sus cultivos simples y esta ventaja se debería a la complementariedad fisiológica de las especies y a la eficiencia en el uso de los recursos. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue analizar el efecto del arreglo espacial del maíz y frijol, en la distribución de la biomasa aérea y de raíces, de radiación fotosintéticamente activa en el dosel de las plantas y la producción de grano de ambas especies. Este experimento se realizó en el 2012, en el campo experimental Valle de México y se cultivaron Zea mays L. ('H-155') y P. vulgaris L. ('Negro 8025') intercalados. Los arreglos fueron maíz (MM) y frijol (FF) en cultivos simples, dos surcos de maíz intercalados con dos de frijol (MMFF) y un surco alterno de cada especie (MFMF). Con los datos se hizo ANDEVA y comparación de medias (DMS; p≤0.05) con el programa SAS^® versión 9.00. El rendimiento mayor de maíz (p=0.014) se presentó cuando estaba intercalado y en MFMF hubo más área de exploración con presencia de raíces (7861 cm²) y lateral (186 cm²). En MM hubo menos rendimiento del grano de maíz (p≤0.05) respecto de los arreglos intercalados, pues tuvo el valor más bajo de radiación fotosintéticamente activa transmitida al nivel del suelo (RFA_ts) y las raíces presentaron menos exploración lateral. El frijol en MFMF tuvo 38 % menos área con presencia de raíces y valores altos en la RFA_ts, respecto del cultivo simple, por lo cual disminuyeron la biomasa desde la prefloración, el IAF en el llenado de grano y su rendimiento. El frijol en MMFF incrementó su biomasa y el rendimiento del grano pues las hojas basales recibieron más RFA. La eficiencia relativa de la tierra fue 1.12 en el sistema MMFF y 1.07 en MFMF.

Palabras clave: Interacciones interespecíficas, ERT, RFA, área foliar, Zea mays L., Phaseolus vulgaris L.

Abstract

Intercropping systems of maize with common bean (Phaseolus vulgaris L.) have increased species performance compared with simple crops and this advantage would be due to physiological complementarity of this species and the efficiency in the use resources usage. Therefore, the objective of this study was to analyze the effect of the spatial arrangement of maize and beans regard its distribution of aerial biomass and roots, photosynthetically active radiation in the canopy and grain production of both species. This research was carried out in the year 2012; at the experimental field "Valley de Mexico" Zea mays L. ('H-155') and P. vulgaris L. ('Negro 8025') were intercropped. The arrangement was maize (MM) and bean (FF) in simple cultures, two furrows of maize intercropped with two of bean (MMFF) and an alternate with each species (MFMF). An ANOVA and means comparison (DMS; p≤0.05) were assessed from the resulting data using SAS^® software version 9.00. The highest maize yield (p=0.014) arose when it was intercropped, the MFMF treatment had more exploration area with root presence (7861 cm²) and lateral roots (186 cm²). The MM treatments had less maize grain yield (p≤0.05) compared to the intercropping arrangements, as they had the lowest photosynthetically active radiation at the ground level (RFAts) and their roots had less side soil exploration. Beans in MFMF had 38 % less area with root presence and high RFAts values respect to the simple crops, which decreased the biomass since the pre-flowering, the leaf area index in grain filling and yield grain. The beans at the MMFF treatments increased its biomass and yield grain, as the basal leaves got more RFA. The soil relative efficiency was 1.12 in the MMFF treatment and 1.07 in the MFMF.

Key words: Interspecific interactions, ERT, PAR, leaf, Zea mays L., Phaseolus vulgaris L.

INTRODUCCIÓN

El sistema milpa intercalada con árboles frutales (MIAF) es una tecnología agrícola alternativa cuyo objetivo es contribuir a solucionar problemas económicos, sociales, ecológicos y de alimentación que agobian a los pequeños productores dedicados primordialmente al cultivo de granos básicos (Cortés et al., 2005; Juárez et al., 2008; Cortés et al., 2012; Ruíz et al., 2012). El arreglo espacial en franjas de las principales especies componentes del sistema MIAF (maíz, frijol y árbol frutal) está diseñado para eficientar la producción y obtener altos rendimientos de buena calidad de cada especie (Santiago-Mejía et al., 2008; Torres et al., 2008). Las ventajas en los rendimientos con el sistema MIAF se atribuyen a la eficiencia en el uso de los recursos naturales (agua, luz y nutrimentos) en el cultivo intercalado de las especies. El principio básico de un mejor uso en los recursos es que si las especies componentes compiten menos por su utilización al crecer juntas, ellas pueden interaccionar de manera positiva, complementarse entre sí y hacer un uso eficiente de los recursos durante el ciclo de cultivo (Willey, 1990; Johanne y Lynch, 2012). Así, las diferencias fisiológicas y morfológicas entre las especies intercaladas contribuyen a eficientar el uso de los recursos ambientales.

El crecimiento y desarrollo de los cultivos y el rendimiento final en los sistemas intercalados, como en los simples (Callejas-Rodríguez et al., 2011) están estrechamente relacionados con la distribución de raíces, la cual determina la absorción y el uso del agua y los nutrimentos del suelo. Los estudios de distribución de las raíces in situ en el perfil de suelo sirven para comprender las interacciones interespecíficas de las especies intercaladas y su relación con el rendimiento. El maíz (Zea mays L.) tiene un sistema radical más profundo que el frijol (Phaseolus vulgaris L.), lo cual le permite en los sistemas intercalados explorar un mayor volumen de suelo para absorber nutrimentos y agua, respecto al cultivo simple (Johanne y Lynch, 2012).

Cuando el agua y los nutrimentos no son factores limitantes en el crecimiento de un cultivo, la radiación solar es el recurso principal que determina su productividad (Hamdollah, 2012). La producción de biomasa muestra una correlación positiva con la cantidad de radiación interceptada por los cultivos simples (Lindquist et al., 2005) e intercalados (Sivaku-mar y Virmani, 1984; Tsubo et al., 2001) y también una correlación positiva entre el logaritmo natural de la radiación transmitida y el área foliar (Tsubo et al., 2003).

Estos antecedentes ayudan a entender por qué la eficiencia relativa de la tierra (ERT) en los cultivos intercalados de maíz con leguminosas es mayor a la de los cultivos simples (Clark y Francis, 1985; Li et al., 2001; Santalla et al., 2001; Malézieux et al, 2009). Sin embargo, los experimentos de campo para medir las ventajas de los cultivos intercalados y explicar el efecto de la interacción de los diferentes factores en el sistema no son concluyentes (O'Callaghan et al., 1994; Vandermeer, 1995; Malézieux et al, 2009). El objetivo de esta investigación fue analizar el efecto del arreglo espacial del maíz y el frijol con el sistema MIAF, en la distribución de las raíces, de la radiación fotosintéticamente activa en el dosel de las plantas y la producción de biomasa de ambas especies.

MATERIALES Y MÉTODOS

Sitio experimental

En el ciclo primavera-verano (11 de abril - 18 de noviembre 2012) se realizó un experimento en el Campo Experimental Valle de México (CEVAMEX), del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP). El sitio (19° 29' 17" N y 98° 53' 41" O) está a una altitud de 2280 m. La temperatura media durante el ciclo de cultivo fue 19.5 °C, con una precipitación de 315 mm durante el ciclo de los cultivos, evaporación media diaria de 4.7 mm y 5.83 h de brillo solar al día.

El suelo del sitio experimental es un fluvisol háplico según la clasificación de la WRB (IUSS, 2007), con una profundidad de 1.8 m, pH de 5.0 a 5.5, contenido de materia orgánica de 1.14 % en la profundidad 0-24 cm y 0.23 % en el resto del perfil del suelo (Govaerts et al., 2008).

Tratamientos y diseño experimental

Los tratamientos de arreglo espacial o topológico del maíz y el frijol fueron: 1) cultivo simple de maíz (MM), 2) cultivo simple de frijol (FF), 3) cultivo intercalado de maíz y frijol en dos surcos alternos por especie (MMFF) y, 4) cultivo intercalado de maíz y frijol en surcos alternos individuales por especie (MFMF) (Figura 1). El diseño experimental fue de bloques completos al azar con tres repeticiones.

El tamaño de la unidad experimental fue de cuatro surcos de 0.8 m de ancho cada uno con 6 m de largo en dos repeticiones y en la tercera 20 m de largo. En la tercera repetición se evaluó la distribución de raíces, el análisis de la biomasa y el área foliar mediante un método destructivo, en las etapas del ciclo del cultivo. Los tratamientos de cultivo simple no tuvieron sombreado.

Manejo del cultivo

La siembra de frijol y de maíz, entre las hileras de árboles frutales del sistema MIAF, fue el 11 de abril del 2012. Para frijol se usó la variedad Negro '8025' que es de hábito de crecimiento indeterminado tipo III, con casi nula aptitud trepadora, y neutral al fotoperiodo (Rosales et al., 2004), y de maíz el 'H-155' recomendado por el INIFAP para la zona de transición Bajío-Valles altos, el cual alcanza alturas de planta de 2.3-2.5 m y produce 9.5 a 12.5 t ha^-1 (Velázquez y Rendón, 2008). El maíz se fertilizó con la dosis 180-60-40 (kg ha^-1 de N, P y K) con 75 mil plantas ha^-1 y el frijol con la dosis 50-50-30 con 180 mil plantas ha^-1. En la siembra se aplicó todo el fertilizante al frijol, pero el maíz se fertilizó con 1/3 de N y el resto en la primera escarda. Los cultivos se mantuvieron sin limitaciones de humedad, con riego rodado. El control de malezas fue manual y no hubo presencia de patógenos en los cultivos. La cosecha del frijol fue a los 125 d después de la siembra (DDS) y la de maíz a los 221 DDS.

Distribución radical

La distribución radical en el perfil del suelo se determinó lavando las raíces in situ, en una operación intensiva y cuidadosa. Con una retroexcavadora se hizo una trinchera de 1.6 m de profundidad por 1.2 m de ancho y perpendicular a los surcos. Después se niveló y afinó la cara del perfil dejando expuesto el sitio de inserción de la planta en el surco y se introdujeron clavos de 7.6 cm de longitud en todo el perfil hasta 90 cm de profundidad para dejar más o menos intactas las raíces después del lavado (Yang et al., 2010).

En un marco de madera de 1.5 x 2.5 m se hizo con hilo una malla cuadriculada de 2.5 x 2.5 cm y se colocó en el perfil con las raíces expuestas, las cuales se lavaron con un chorro fino de agua corriente. En seguida se registró la presencia o ausencia de raíces en cada cuadrícula de la malla, distinguiéndolas por su color y otras características. Las raíces de frijol mostraban un tono marrón y presencia de nódulos, y las de maíz un color blanco, con mayor suculencia y grosor. Al tener dudas del origen de alguna raíz se continuaba el lavado hasta encontrar el punto de su origen. El patrón de distribución se registró y describió en tres etapas durante el ciclo de cultivo, a los 71, 118 y 164 DDS. La presencia de raíces en cada cuadro de 2.5 x 2.5 cm (6.25 cm²) fue usada para calcular el área total con presencia de raíces por planta, sumando el área de cada cuadro individual con presencia de raíces. Para calcular el área de traslape entre raíces de las plantas de maíz y frijol se sumaron los cuadros individuales con presencia de raíces de dos plantas contiguas.

Radiación fotosintéticamente activa (RFA)

En los cuatro tratamientos estudiados en dos repeticiones se midió la RFA (W m^-2) con un sensor lineal de 1m de longitud, LI-188 (LI-COR^® Lincoln, NE, EE.UU.), a los 57, 78 y 111 DDS. El sensor se colocó en medio de dos plantas, a nivel de la base y perpendicular al surco de medición, procurando no perturbar la disposición natural de las hojas y tallos del dosel. Las mediciones se realizaron en días despejados entre las 12:00 y 14:00 h. La RFA transmitida al suelo (RFAJ se determinó con mediciones consecutivas de la RFA: una en la parte superior de la planta o RFA incidente (RFA_inc) y tres en su base, repitiendo el proceso hasta lograr seis mediciones en la base de cada especie por tratamiento, en las dos repeticiones. El valor de la RFA_ts considera a la radiación directa y difusa que no fue interceptada por el dosel de la planta.

Con los valores de la RFA en la base de las plantas de cada especie se obtuvo un promedio con el cual se determinó el porcentaje que representaba la RFA_r del total de la RFA_inc:

donde I_s = mediciones de RFA a nivel del suelo, e I₀= RFA incidente en el dosel.

Índice de área foliar (IAF)

Hojas liguladas

A los 35 DDS se identificó a la hoja número 7 del maíz, en seis plantas por tratamiento, contando desde la base de la planta, y se le pintó una marca de 2 x 3 cm con pintura vinílica para facilitar su localización. La hoja 7 se usó como referencia para conocer el número total de hojas liguladas en la planta a los 140 DDS (durante la fase de llenado del grano).

Biomasa

La biomasa por planta se determinó a los 49, 57, 84, 125 y 141 DDS. En cada muestreo se midieron seis plantas por tratamiento, en una repetición. La parte aérea de las plantas fue lavada para eliminar el polvo, escurrida y seccionada por órganos. El frijol se separó en tallo, vainas, peciolos, láminas y grano (cuando estaban presentes). Las plantas de maíz se separaron en láminas activas (o expuestas) e inactivas; y en vainas foliares, culmo, inflorescencias, brácteas, mazorca, grano y raquis (según la fecha de medición). La biomasa seca por órgano se obtuvo usando una estufa (Riossa^®, modelo HCFD-82, México) para llevar los órganos deshidratados a peso constante (72 h) y luego se pesaron con una balanza analítica (sortorius^®, Handy H51 y 1474, IL. EEUU).

Eficiencia relativa de la tierra (ERT)

La ERT es el área total requerida en cultivo simple para alcanzar los rendimientos obtenidos en policultivo. La ERT de los arreglos topológicos MMFF y MFMF fue calculada con la siguiente ecuación (Malézieux et al., 2009):

Una ERT mayor a uno significa que el cultivo intercalado es mejor que el cultivo simple; mientras más alto sea el valor de ERT el cultivo intercalado será más ventajoso. El cálculo de la ERT a los 49, 57 y 184 DDS consideró la biomasa total por planta y a los 225 DDS sólo el peso del grano. La proporción del rendimiento del maíz, aportado a la ERT de los intercalados, se calculó con la siguiente expresión (Mead y Willey, 1980):

El valor generado da una idea de la proporción del rendimiento del maíz implícito en la ERT de los intercalados.

Análisis estadísticos

Con los datos de las variables medidas se realizó un ANDEVA y la comparación de medias se hizo con la prueba DMS (p≤0.05) usando el programa SAS^® versión 9.00. Se graficó con Excel y Sigma plot^® versión 11.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Distribución de raíces

La distribución de raíces se determinó desde los 71 DDS, y se observó que el maíz tuvo mayor área de exploración que el frijol en todos los arreglos topológicos durante el resto del ciclo (Figuras 2-5).

A los 71 DDS las raíces de frijol ya habían profundizado casi en su totalidad, pues la profundidad entre esta fecha y a 118 DDS mostró poco incremento en el cultivo simple (5 %) y en el arreglo MFMF (6 %) (Figura 5); en esa fecha el frijol ya había alcanzado la madurez fisiológica. La profundidad de enraizado del maíz en el suelo durante el ciclo no fue afectada por el arreglo topológico; al final, la profundidad media fue de 82 a 85 cm (Figuras 3-5).

Las raíces del maíz y el frijol intercalados tuvieron una distribución vertical similar al de sus cultivos simples; sin embargo, la distribución lateral fue mayor en el cultivo intercalado. Por ejemplo, la distribución lateral de las raíces de maíz en MMFF fue 18 % mayor que en el cultivo simple, por lo cual su área final de exploración fue 15 % mayor (Figura 4). El área mayor con presencia de raíces de frijol se obtuvo en el tratamiento MMFF a los 118 DDS (Figura 4). En esta fecha, 7 d previos a la cosecha, la raíz de frijol tuvo 38 % menos área de exploración en el arreglo topológico MFMF que en cultivo simple. En este mismo arreglo topológico a los 164 DDS, cuando ya se había cosechado el frijol, el área con presencia de raíces del maíz fue 15 % mayor respecto del cultivo simple (Figura 5).

En el arreglo topológico MMFF fue notoria la invasión de las raíces del maíz al área del frijol. A los 71 DDS, el 24 % de la superficie del frijol fue ocupada por las raíces del maíz del surco contiguo. A los 118 DDS aumentó a 49 % y a los 164 DDS incluso hubo traslape de las raíces de maíz de plantas separadas por dos surcos de frijol (ya no había plantas de frijol). En el arreglo topológico MFMF el área con presencia de raíces de maíz ocupó el 17 y 36 % del área radical del frijol a los 71 y 118 DDS, respectivamente.

El crecimiento de las raíces de maíz tiende a ser exponencial hasta los 40 d después de la germinación (Johanne y Lynch, 2012). A los 70 DDS las raíces de maíz y frijol, en todos los arreglos topológicos, exploraron poca profundidad lo cual no aumentó durante el resto del ciclo (118 y 164 DDS). En el maíz esto pudo estar influenciado por la presencia de una discontinuidad litológica en el perfil del suelo, de textura arenosa (según las pruebas texturales de campo), en toda el área experimental y encontrada entre los 47-60 cm de profundidad. Por arriba de este estrato la textura fue arcillo limosa (6-47 cm) y se presentó la mayor área con presencia de raíces. No obstante, se observaron raíces de maíz por debajo de este estrato (Figuras 2-5), mientras que las de frijol no estuvieron presentes. En un estudio de sistemas intercalados de maíz y soya (Glycine max L. Merr.), las raíces del maíz se extendieron debajo de la raíz de la soya y en ambas especies la densidad de raíces fue mayor en los primeros 30 cm de profundidad y en el área cercana a la base de la planta (Yang et al., 2010).

Las raices del maíz profundizaron más y tuvieron más vrea de exploración que las del frijol (Figuras 2-5), de manera que invadieron lateralmente y verticalmente los surcos de frijol. Estos resultados son similares a los reportados por Hai-Yong et al. (2013), quienes intercalaron maíz con leguminosas. La extensión lateral de las raíces del maíz en cultivo simple a los 164 DDS (durante el llenado de grano) llegó a 151 cm en promedio, lo cual es semejante al valor (150 cm) observado por Jonsson et al. (1988) en cultivo simple de maíz Elonga. El arreglo topológico MFMF permitió al maíz la mayor distribución radical lateral y área de exploración a los 164 DDS. Mientras que el arreglo MMFF causó en el frijol mayor expansión lateral y área de exploración a los 118 DDS. Además, dado que la cosecha de frijol fue a los 125 DDS y la de maíz a los 221 DDS, las plantas de maíz pudieron aprovechar el agua y los nutrimentos del suelo desocupado por el frijol después de su madurez fisiológica.

Radiación fotosintéticamente activa (RFA), índice de área foliar (IAF) y número de hojas

La RFA_ts en las plantas de maíz fue significativamente mayor en el sistema MFMF respecto de los otros arreglos topológicos, a los 57, 78 y 141 DDS (Cuadro 1). Estas fechas corresponden a la fase R5 del frijol (prefloración) llenado de vaina y llenado de grano de maíz respectivamente. En el frijol a los 57 DDS, la RFA_ts no fue afectada por el arreglo topológico; sin embargo, a los 78 y 111 DDS los menores valores de RFA_ts se presentaron en los arreglos topológicos MMFF y MFMF (Cuadro 1).

El IAF del frijol a los 49 DDS, en la fase de pre-floración (R5), fue mayor cuando estuvo intercalado que en cultivo simple (≤0.001), mientras que a los 57 DDS el IAF ya no fue diferente entre los arreglos topológicos; pero durante el llenado de la vaina (84 DDS) el IAF del FF fue significativamente superior al de los arreglos topológicos MMFF y MFMF (Figura 6A).

A los 49 DDS las plantas de maíz estaban en diferenciación de la espiga y las de frijol en prefloración. En esta fase el menor IAF del maíz se presentó en el intercalado MMFF (p≤0.05) (Figura 6B). Sin embargo, desde esta fase el arreglo topológico no tuvo efecto significativo ni cambió el número de hojas por planta (21 ±0.11). La estimación de la RFA_ts en los surcos de maíz, en todos los arreglos topológicos y fechas de medición, fue menor que en los surcos de frijol. Esto se atribuye a que el maíz es la especie dominante (Tsubo y Walker, 2002), con mayor área foliar (Figura 6), altura y su dosel intercepta más RFA que el frijol, lo cual contribuye con el uso eficiente de la RFA.

En las etapas fenológicas llenado de vaina del frijol (78 DDS) y llenado de grano del maíz (141 DDS) ocurrió la máxima expresión del área foliar de cada especie (Figuras 6A y 6B) y en las que pudo haber la mayor competencia por luz. A los 78 DDS se transmitió más RFA_ts en el cultivo simple de frijol y en el sistema MFMF, ya que en esta etapa presentaron un valor bajo del área foliar (Figura 6A).

En el maíz en cultivo simple y en el sistema de intercalado MMFF, desde los 57 DDS la RFA_ts fue menor; por lo tanto, las plantas en estos tratamientos interceptaron más RFA que las del sistema MFMF. Así, se puede deducir que las hojas basales del sistema MFMF no tuvieron limitación en la disponibilidad de RFA, a diferencia de las hojas basales del sistema MM. La mayor distribución de la RFA en el sistema intercalado MFMF se reflejó en un mayor rendimiento de grano de maíz. Además, no hubo diferencia en el número de hojas ni en el área foliar de las plantas de maíz en todos los tratamientos a los 57, 84 y 141 DDS (Figura 6). Esto apoya lo señalado de que más hojas de maíz en el arreglo MFMF aprovecharon la radiación interceptada, a diferencia del maíz en cultivo simple donde la intercepción de la RFA disminuye de la parte superior del dosel a la inferior.

A los 57 DDS y en las etapas posteriores, incluyendo la cosecha, la biomasa de frijol en el arreglo MFMF fue menor que en los arreglos MMFF y FF (Figura 7A). En el maíz a los 84 DDS la producción de biomasa total fue mayor cuando estuvo intercalado que en cultivo simple (Figura 7B). Esta respuesta se mantuvo durante el resto del ciclo y se reflejó en la cosecha a los 221 DDS. El efecto se debió a la cantidad de biomasa del grano pues la de los demás órganos del dosel o rastrojo (láminas+ vainas + raquis + culmo + espatas + inflorescencia masculina) no fue diferente entre los tratamientos (Cuadro 2).

Durante el crecimiento y desarrollo del maíz y frijol intercalados, las relaciones interespecíficas en el arreglo MMFF aumentaron el rendimiento de maíz y se mantuvo el rendimiento del frijol con respecto de sus cultivos simples, mientras que en el arreglo MFMF hubo mayor rendimiento de maíz y menor del frijol.

La interacción positiva maíz x frijol en MMFF puede interpretarse como una relación de facilitación y complementariedad, en que la presencia de la leguminosa aumentó la productividad del maíz (Vander-meer, 1995; Li et al., 2006; Malézieux et al., 2009). Esta interacción positiva maíz x frijol en el intercalado MMFF se puede deber a la arquitectura de las raíces de ambas especies, a la fijación simbiotica de nitrogeno (Johanne y Lynch, 2012) y a la eficiencia en el uso de la radiación solar (Sivakumar y Virmani, 1984; Tsubo et al, 2001).

El efecto del arreglo topológico en la biomasa de frijol se observó al inicio de la floración (57 DDS), 27 d antes que en el maíz, fecha en la cual la producción de biomasa total de frijol fue menor en el intercalado MFMF que en el MMFF y cultivo simple. Gardiner y Craker (1981) reportaron resultados similares en la biomasa de frijol cv. Soldier a los 57 DDS. El rendimiento de grano de frijol a la cosecha (125 DDS) en el arreglo MFMF fue 12% menor respecto del cultivo simple. O'Callaghan et al. (1994) también reportan una disminución en el rendimiento del frijol intercalado de 12 a 33 %, y Santalla et al. (2001) de 55 %. En nuestro estudio la menor producción de biomasa en el arreglo MFMF se mantuvo en el resto del ciclo, lo cual se debió al sombreo de las plantas de maíz sobre el frijol en este arreglo topológico, pues las hojas basales del frijol interceptaron menos RFA y disminuyeron el IAF en 40 % a los 49 DDS y 84 % a los 84 DDS, con respecto al cultivo simple. La disminución en el IAF de frijol por efecto del intercalado también fue reportada por Gardiner y Craker (1981). Otra causa de la disminución en la biomasa del frijol intercalado en el sistema MFMF fue el desarrollo de 38 % menos área de exploración radical, en comparación a la del cultivo simple (Figuras 2 y 5). Gliessman y Francis (1986) destacan que no obstante la reducción en el rendimiento del frijol y calabaza en cultivo intercalado la ERT fue mayor de uno.

Eficiencia relativa de la tierra (ERT)

La ERT de la biomasa total en los arreglos intercalados fue > 1, excepto en el sistema MFMF a los 57 DDS, con un valor bajo de la ERT del frijol en esa fecha. Las ERT parciales del maíz variaron de 0.98 a 1.15 y las del frijol de 0.65 a 1.78. La ERT final, que considera solo el peso de grano de maíz a los 225 DDS y el del frijol a los 125 DDS, fue 1.12 y 1.07 para los arreglos topológicos MMFF y MFMF, respectivamente. Las ERT parciales del maíz y frijol a la cosecha fueron 0.64 y 0.47 en MMFF, y 0.67 y 0.34 en MFMF. La proporción de rendimiento aportado por el maíz, a la ERT, fue 0.57 y 0.64 en los intercalados MMFF y MFMF, respectivamente.

Los valores de ERT de 1.12 en el sistema MMFF y 1.07 en MFMF, significan que se requerirían 1.12 y 1.07 ha cultivadas con maíz y frijol como cultivos simples para obtener los rendimientos de 1 ha intercalada. Estos resultados son similares a los reportados en sistemas intercalados de maíz/frijol y maíz/ frijol/calabaza (Santalla et al., 2001; Johanne y Lynch 2012).

Con el sistema MIAF se ha conseguido ERT de 1.96 cuando se cultivan maíz y frijol intercalados en el ciclo primavera-verano, frijol en relevo en el ciclo otoño-invierno y árboles de guayaba (Camas, 2011). Esto sugiere que los arreglos topológicos estudiados podrían dar mayores ERT al intercalarse con frutales y con sucesión de otros cultivos.

En los dos arreglos intercalados estudiados la proporción de rendimiento de maíz fue mayor a 0.6. La ERT del sistema MFMF fue 4.46 % mayor que la del MMFF y aunque tal diferencia no fue significativa en nuestro estudio, Turrent (2014)⁴ muestra un valor alrededor del 10 % con maíz H-151. Para las familias campesinas, tanto como para el diseño del sistema MIAF, es prioritario obtener el mayor rendimiento de grano de maíz, pues es básico en la alimentación. De esta forma el agricultor podría no adoptar el sistema con la mayor ERT, sino aquel que genere mayor rendimiento de la especie de su interés, siempre que no eleve los costos de producción. En las condiciones de este estudio y basándose en la ERT más alta, el sistema MMFF fue superior.

CONCLUSIONES

El maíz desarrolló más área de exploración radical que el frijol y ambas especies alcanzaron la profundidad de enraizado típica de cada especie a los 71 DDS, independientemente del arreglo topológico. La menor área con presencia de raíces del frijol y la mayor del maíz se presentaron en el arreglo topológico un surco de maíz alternado con uno de frijol.

El cultivo intercalado de maíz y frijol en franjas propició una ventaja a nivel del estrato de suelo explorado y de la parte aérea, la cual se reflejó en la distribución de raíces, intercepción de la radiación solar en el dosel y mayor producción de biomasa de maíz.

Los mayores rendimientos del maíz intercalado con frijol, respecto del cultivo simple, se debieron a la mayor captación de la radiación fotosintéticamente activa en todo el dosel de la planta.

La disminución en el rendimiento del frijol, cuando se intercala con maíz, depende del arreglo topológico con ambas especies.

Camas R., G. 2011. Erosión hídrica, productividad, captura de carbono y uso de la radiación solar y agua en tres sistemas de manejo, para la agricultura de ladera en el trópico subhúmedo de México. Tesis de Doctorado en Ciencias. Colegio de Postgraduados. 171 p.         [ Links ]

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⁴ Turrent, F.A. Investigador Titular C. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (aturrent37@yahoo.com.mx).