Caracterización de suelos cultivados con amaranto y algunos aspectos agronómicos de la planta*

Characterization of soils cultivated with amaranth and some agronomic spects of the plant

Elizabeth Hernández Acosta¹, Elizabeth García Gallegos^2§ y José Luis Ramírez Téllez³

¹ Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Suelos. Carretera México-Texcoco, km 38.5, Estado de México. C. P. 56230. (elizahac@yahoo.com.mx).

³ Universidad Autónoma de Tlaxcala- Licenciatura en Biología.

* Recibido: agosto de 2013
Aceptado: marzo de 2014

Resumen

En el estado de Tlaxcala se produce y consume amaranto, por lo que es importante estudiar sus aspectos agronómicos y las propiedades del suelo donde crece. Para cumplir con este objetivo, en este trabajo, se seleccionaron tres sitios pertenecientes al municipio de Nativitas, Tlaxcala, en el ciclo 2009-2010, donde antes de la siembra se aplica estiércol de bovino. Se evaluaron las propiedades físicas y químicas de los suelos y su contenido nutrimental. En planta, se determinó la biomasa aérea, el rendimiento de semilla, la altura de planta, el contenido nutrimental y la actividad fotosintética, a través de la cuantificación de clorofila. Los resultados mostraron que los suelos tienen deficiencias de nitrógeno, fósforo y potasio, bajo contenido de materia orgánica, pocos sitios de intercambio, bajo contenido de sales y un pH moderadamente ácido. En planta, la concentración de nitrógeno en las hojas fue crítica, en los tres sitios evaluados; los niveles de fosforo y potasio se presentaron en un grado de suficiencia. El Sitio 1 presentó la mayor altura de planta, biomasa aérea y rendimiento de semilla. Se tuvieron correlaciones significativas y positivas entre la capacidad de intercambio catiónico y el rendimiento de semilla, entre la biomasa aérea con el contenido de limo y arcilla, así como la altura de planta con la biomasa aérea y rendimiento de semilla. El contenido de clorofila no fue estadísticamente significativo entre los sitios, pero las correlaciones entre clorofila a y concentración de nitrógeno y clorofila b con los niveles de potasio fueron significativas.

Palabras clave: amaranthaceae, fertilidad del suelo, pigmentos fotosintéticos.

In the state of Tlaxcala and production and consume amaranth, so is important to study their properties and agronomic aspects d the soil where it grows. To meet this goal, in this paper we selected three sites belonging to the municipality of Nativitas, Tlaxcala, cycle 2009-2010, where before sowing cattle manure applied. The physical and chemical properties of the soils were evaluated and its nutritional content. The plant, deterministic or aboveground biomass, seed yield, plant height, chemical composition and photosynthetic activity through quantification of chlorophyll. Results showed that soils have deficiencies of nitrogen, phosphorus and potassium, low in organic matter, few exchange sites. Low salt content and pH in moderately acid plant, with concentration of nitrogen in the leaves was critical, evaluated at the three sites, the levels of phosphorus and potassium were pre sented at a level of proficiency in the site. Site 1 had the highest plant height, biomass and yield. Significant and positive correlation between cation exchange capacity and seed yield, aboveground biomass between the content of silt and clay, and plant height with aboveground biomass and seed yield were taken. Chlorophyll content was not statistically significant between sites, but the correlations between chlorophyll and nitrogen concentration and chlorophyll b with potassium were significant.

Keywords: amaranthaceae, fertile soil ity, photosynthetic pigments.

Introducción

El amaranto (Amaranthus spp.) es un cultivo anual que, por su valor nutritivo, tiene un mercado potencial importante (Olufolaji et al, 2010) y se siembra en agroecosistemas del centro y sur de México; su rendimiento medio nacional es de 1 t ha^-1 y los principales estados productores de la República Mexicana son Puebla, Morelos, Estado de México, Distrito Federal, Tlaxcala, Oaxaca, Jalisco y Querétaro (Martínez, 2010). El estado de Tlaxcala destaca por su producción y consumo de semilla de amaranto, donde este se cultiva teniendo en cuenta sus características de resistencia a heladas y sequías. Es un cultivo importante y prometedor como la mejor fuente de proteínas de origen vegetal que se puede obtener en condiciones de temporal, debido a que presenta mayores rendimientos que otros cultivos en circunstancias similares (Trucco et al., 2011).

El amaranto es una planta C₄, lo que representa una modalidad fotosintética de alta eficiencia en el aprovechamiento de la radiación solar, puede tolerar el ataque de insectos y sus semillas contienen proteínas con un alto valor nutritivo (Olufolaji et al, 2010; Thenmozhi y Paulraj, 2010). El contenido de clorofila juega un papel importante en las plantas cultivadas, ya que está positivamente correlacionado con la fotosíntesis; por lo tanto, una baja en su concentración se considera como una respuesta de las plantas al estrés. Este comportamiento puede perjudicar el proceso fotosintético y ocasionar una menor fijación de carbono (Nagamatsu et al, 2004). En los últimos años se ha observado una relación directa entre la concentración de clorofila y el rendimiento de grano en los cereales, al comprobarse que la tasa de fotosíntesis está estrechamente asociada con la pérdida del pigmento durante el período de llenado del grano de los cereales (Gutiérrez et al, 2005).

Evaluaciones realizadas en el estado de Tlaxcala han demostrado que es posible duplicar el rendimiento medio nacional en condiciones de temporal (Martínez, 2010), lo que depende en gran medida de la fertilidad de los suelos y la respuesta fisiológica de las plantas (Revelli et al, 2010). Por lo anteriormente mencionado, en el presente trabajo se plantearon los siguientes objetivos: 1) determinar las propiedades fisicoquímicas de suelos cultivados con amaranto; 2) evaluar el contenido nutrimental, tanto en suelo como en planta; y 3) determinar algunas variables agronómicas de la planta y su actividad fotosintética mediante la cuantificación de clorofila.

Materiales y métodos

El muestreo de suelo se realizó de acuerdo a Rodríguez y Rodríguez (2002). De cada sitio se colectaron seis muestras simples de suelo con la ayuda de una barrena tubular a una profundidad de 0 a 30 cm. Cada muestra se secó a temperatura ambiente y a la sombra y se tamizó con una malla de 2 mm de abertura para homogeneizar el tamaño de partícula. Antes de la siembra se aplicó estiércol de bovino (un promedio de 0.8 t ha^-1) y se estimó una densidad de 19 442.5 plantas ha^-1.

En cada punto de donde se obtuvieron las muestras simples de suelo, se colectaron las plantas de amaranto, seis plantas por sitio. Las plantas se cortaron a ras de suelo, previa medición de la altura de planta. De cada una se seleccionó una muestra de hojas maduras de la parte central, con el propósito de cuantificar la concentración de clorofila a y b.

A cada muestra de suelo se le determinó: textura, por el hidrómetro de Bouyoucos (Rodríguez y Rodríguez, 2002); densidad aparente (Dap) por (Hernández, 2007); pH, en una suspensión de suelo: agua (1:2 p/v) (Jackson, 1976); conductividad eléctrica (CE), en el extracto de saturación (Richards, 1990); contenido de materia orgánica, por el método de Walkley-Black (Jackson, 1976); capacidad de intercambio catiónico (CIC), por la técnica con acetato de amonio (Chapman, 1965); nitrógeno total (Nt), por el método de Kjeldahl (Bremner, 1965); fósforo (P) disponible, por extracción con molibdato de amonio (Bray y Kurtz, 1945) y cationes intercambiables (Ca, Mg, Na y K), determinados por extracción con acetato de amonio (Rodríguez y Rodríguez, 2002).

Se separaron las raíces, hojas, tallos, panoja y grano de cada planta. Las raíces se lavaron con agua desmineralizada y todas las partes se secaron a 70 °C, por 96 h en un horno de secado marca Riossa. Se determinó biomasa aérea (kg ha^-1) y rendimiento de semilla (kg ha^-1). El contenido de clorofila a y b se evaluó a través de la técnica propuesta por Wellburn (1994), se extrajo en 80% de acetona y se cuantificó empleando un espectrofotómetro de UV-VIS (Perkin Elmer, EUA), la clorofila a se determinó a una longitud de 663 nm y la clorofila b a 646 nm, la cual se expresó en mg g^-1 de hoja. La concentración de N se determinó por el método Kjeldahl (Bremner, 1965), el P por el método del vanadato-molibdato amarillo (Rodríguez y Rodríguez, 2002) y el K por emisión de flama-flamometría (Millán et al, 1981).

Los datos de las diferentes variables evaluadas en suelo y plantas se sometieron a un análisis descriptivo, de varianza y a una prueba de comparación de medias de Tukey (p≤ 0.05) entre sitios. Se realizó un análisis de correlación Pearson (p< 0.05) entre las propiedades edáficas y las variables de crecimiento de las plantas de amaranto. Se analizó la relación lineal entre el contenido de clorofila (a y b) y la concentración de Nt, P y K de las plantas de amaranto a 95% de confiabilidad. Todo lo anterior utilizando el paquete estadístico Statgraphics Centurion XVI (StatPoint Technologies, 2011).

Resultados y discusión

En el Cuadro 1 se presentan los valores de las variables edáficas y nutrimentales de los suelos cultivados con amaranto. En los suelos evaluados, de acuerdo con la clasificación que establece Castellanos et al. (2000) y la NOM-021 (DOF, 2002), el pH fue moderadamente ácido y significativamente superior en el sitio 3 (p ≤ 0.05). Respecto al porcentaje de materia orgánica, los suelos no presentaron diferencias estadísticamente significativas entre sitios (p ≤ 0.05) y con base en la NOM-021 (DOF, 2002) el porcentaje fue muy bajo y por Castellanos et al. (2000) se clasifican como muy pobre a moderadamente pobre. La materia orgánica influye en la fertilidad del suelo; al aumentar la estructuración, es una reserva de macro y micronutrimentos, debido a que presenta características de adsorción e intercambio, proporciona energía para los microorganismos e infiere en la movilidad de los elementos para formar complejos (Romanya et al, 2007). 

En cuanto a la CIC existieron diferencias significativas entre los sitios (p ≤ 0.05) su valor se considera medio en el suelo del Sitio 1 y bajo en los suelos de los sitios 2 y 3, con base a Cottenie (1980) y a la normatividad mexicana. Olufolaji et al. (2010) reportó una CIC en suelos cultivados con amaranto de 13.7 a 15 cmol (+) kg^-1, resultados similares a los reportados en este trabajo y que de igual manera exponen pocos sitios de intercambio.

En los suelos de los tres sitios predominó la fracción arena y se presentó una densidad aparente mayor de 1.32 g cm^-3, valor que se relaciona para este tipo de suelos, como lo indica la normatividad mexicana. Olufolaji et al. (2010) reportaron que suelos bajo cultivo de amaranto presentaron un promedio de arena de 88.6%, 5.4% de limo, 6% de arcilla y una densidad aparente de 1.4 g cm^-3, condición que permitió un adecuado desarrollo radical de las plantas.

Respecto al contenido nutrimental, no existieron diferencias significativas (p ≤ 0.05) entre los sitios, en cuanto al Nt, K y Na. De acuerdo con la normatividad mexicana, el nivel de Nt y K fue bajo, mientras que el Na se encontró dentro de los valores establecidos por Trejo (2007), quien mencionó que, en general, los suelos deben presentar de 0.1 a 1%. El valor de P fue mayor en el sitio 2 y los niveles de Ca y Mg lo fueron en el sitio 1 (p≤ 0.05). De acuerdo a Castellanos et al. (2000) las concentraciones de P, Ca y Mg se clasifican como de muy bajo a moderadamente bajo.

De manera general, los resultados exhibieron una baja fertilidad en los suelos y un bajo contenido nutrimental, aun cuando se aplicaron, en promedio, 0.8 t ha^-1 de estiércol de bovino antes de la siembra. El incorporar estiércol se traduce en una disponibilidad de nutrimentos para el cultivo y entre las propiedades del suelo que pueden estar más influidas se encuentran la materia orgánica, la CIC y el pH, además de favorecer la estructura del suelo, su aireación y la capacidad para retener agua. Sin embargo, al incorporarlo fresco se pierden cantidades significativas de N, debido principalmente a la volatilización (Bolton et al., 2004).

Thenmozhi y Paulraj (2010) reportaron que al aplicar compost elaborado a base de residuos de caña de azúcar a suelos cultivados con amaranto se incrementaron los niveles de N, P y K en 21.2%, 23.5% y 14.2%, respectivamente. Akanni et al. (2011) encontraron, en suelos con amaranto valores de 2.7% de N, 0.08 mg kg^-1 de P y 7.1 mg kg^-1 de K, al aplicar 10 t ha^-1 de un fertilizante organomineral, compuesto por gallinaza, lodos residuales y superfosfato simple, valores que difieren de lo reportado en este trabajo. Los abonos orgánicos responden satisfactoriamente para el cultivo de amaranto, particularmente en el rendimiento, además de mej orar las propiedades edáficas del suelo (Taboada y Guadarrama, 2008).

En cuanto a las variables de crecimiento de las plantas de amaranto el sitio 1 fue estadísticamente significativo respecto a las variable s altura de planta, biomasa aérea y rendimiento de semilla (p≤ 0.05) (Cuadro 2). Específicamente en altura de planta, Torres et al. (2006) reportaron que en la variedad de amaranto Frondosa se tuvo una altura promedio de 1.5 m, mientras que en la variedad Tulyehualco el promedio fue de 2.5 m. Por otro lado, Taboada y Guadarrama (2008) encontraron en Amaranthus hypochondriacus L. una altura promedio de 1.4 m, al aplicar abonos orgánicos, valor menor que el obtenido en las plantas de los sitios analizados. Respecto a la biomasa aérea, Díaz et al. (2004) reportaron 28 270 kg ha^-1 y un rendimiento de semilla de 3 460 kg ha^-1, valores cercanos a los encontrados en el Sitio 1 e inferiores a los de los sitios 2 y 3, variable considerada como la más importante entre los productores, debido a que representa beneficios económicos, circunstancia que depende del contenido nutrimental en el suelo, la variedad de la planta y las condiciones edáficas, entre otros factores (Singh et al, 2009).

Al analizar el contenido de N en las hojas de amaranto en los sitios evaluados, las concentraciones se consideran críticas, de acuerdo con la clasificación de Alcántar y Sandoval (1999), y los porcentajes de P y K se encontraron en un rango de suficiencia. Troiani et al. (2005), en un estudio sobre la incidencia de la fertilización química en el suelo cultivado con amaranto, obtuvieron una concentración de P en la planta de 0.27%, valor similar al encontrado en las hojas de amaranto del sitio 1 (Cuadro 2). Akanni et al. (2011) reportaron que, al aplicar un fertilizante organomineral al suelo, las hojas de las plantas de amaranto presentaron una concentración de N de 0.74%, 0.27% de P y 0.83% de K; por otro lado, al aplicar diferentes cantidades de compostas elaboradas a base de lodos residuales, se reportó una concentración de N y K en hojas de amaranto de 0.58 y 0.20% (Pradeepkumar et al, 2011).

En el Cuadro 3 se presenta la matriz de correlación entre las variables de crecimiento de amaranto y las propiedades edáficas, existieron correlaciones positivas y significativas (p< 0.05) entre la CIC, contenido de limo y arcilla con RS, lo que indica que a medida que se incrementan los sitios de intercambio en el suelo, aumenta el RS, debido principalmente a la disponibilidad de nutrimentos. La BA correlaciona positiva y significativamente (p< 0.05) con el contenido de limo y arcilla; mientras que de forma negativa con el contenido de arena. Los suelos con un contenido elevado de arena, suelen ser incapaces de almacenar agua suficiente como para permitir el buen crecimiento de las plantas y por lo tanto, se pierden grandes cantidades de nutrimentos por lixiviación, en cambio, los suelos con una mayor proporción de arcillas y limo son poco permeables, son depósitos excelentes de agua y retienen nutrimentos que pueden ser utilizados por las plantas (Jaramillo, 2002). 

Entre las variables de crecimiento de amaranto, la AP presentó una correlación positiva y significativa (p< 0.05) con la BA y el RS, así como la BA con el RS. Lo que significa que a mayor AP se tiene un aumento en la BA y en el RS. En este sentido, Pospisil et al. (2006) reportaron correlaciones positivas y significativas entre la AP y la longitud de la inflorescencia, así como entre la longitud de la inflorescencia y el RS.

Se determinó el contenido de clorofila a y b en las hojas de amaranto (Cuadro4) y no existieron diferencias estadísticamente significativas entre los sitios evaluados (p≤ 0.05). Nagamatsu et al. (2004) reportaron una concentración de clorofila a de 69 a 143 mg g^-1 en hojas de amaranto, valores inferiores a los encontrados en este estudio. De la misma manera, en plantas de Amaranthus cruentus, Adebooye et al. (2008) obtuvieron una concentración de clorofila a de 1.32 mg g^-1, mientras que de clorofila b fue de 4.37 mg g^-1 en hojas, valores menores que dependen de la disponibilidad de nutrimentos. Sánchez et al. (2007) y Nakashima et al. (2011) reportaron que los niveles de N y K correlacionan en una dirección positiva con la concentración de clorofila, lo que depende de la especie de la planta, los factores ambientales y condiciones nutrimentales.

Conclusiones

Los suelos evaluados presentaron baja fertilidad aún con la aplicación de materia orgánica en forma de estiércol. Las plantas de amaranto tuvieron concentraciones críticas de N; mientras que los niveles de P y K fueron suficientes. El Sitio 1 reportó el mayor rendimiento de semilla. Se tuvieron correlaciones positivas y significativas entre la capacidad de intercambio catiónico y el rendimiento de semilla, entre la biomasa aérea con el contenido de limo y arcilla, así como la altura de planta con la biomasa aérea y el rendimiento de semilla. El contenido de clorofila (a y b) no fue estadísticamente significativo entre los sitios; sin embargo, se presentaron correlaciones significativas (p< 0.05) entre clorofila a y concentración de N y clorofila b con los niveles de K. De acuerdo a estos resultados, se recomienda continuar con el monitoreo de la fertilidad del suelo y su contenido nutrimental, así como ampliar los estudios sobre determinar la concentración de pigmentos fotosintéticos y su relación con el rendimiento de la planta.

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