Efecto del fertirriego y labranza de conservación en propiedades del suelo y el rendimiento de maíz*

Effect of fertigation and conservation tillage on soil properties and maize yield

Miguel Ángel Martínez Gamiño^1§, Cesario Jasso Chaverria², Esteban Salvador Osuna Ceja³, Luis Reyes Muro³, Jesús Huerta Díaz⁴ y Benjamín Figueroa Sandoval⁵

¹ Campo Experimental San Luis-INIFAP. Santos Degollado 1015-A, Col. Cuauhtémoc, 78287, San Luis Potosí, S.L.P., México. Tel. 444 852 4316. ^§Autor para correspondencia: martinez.miguelangel@inifap.gob.mx.

³ Campo Experimental Pabellón. Carretera Aguascalientes-Zacatecas, km 32.5, Pabellón de Arteaga, C. P. 20600. Pabellón de Arteaga, Aguascalientes. Tel. 465 498 0186 y 465 498 0186. (osuna.salvador@inifap.gob.mx; reyes.luis@inifap.gob.mx).

⁴ Facultad de Agronomía-UASLP. Carretera San Luis Potosí, km 14.5, Matehuala, Ejido Palma de la Cruz, Soledad de Graciano Sánchez, San Luis Potosí, S.L.P. A. P. 32, C. P. 78321. Tel. 444 852 4057. (huerta.jesus@uaslp.edu).

⁵ Colegio de Postgraduados. Carretera México-Texcoco, km 35.5. C. P. 56230. Montecillo, Texcoco, Estado de México. Tel. 496 963 0498. (benjamin@colpos.mx).

* Recibido: octubre de 2013
Aceptado: marzo de 2014

Resumen

Durante el ciclo agrícola primavera-verano de 2009-2011 se realizaron trabajos de investigación en el Campo Experimental San Luis del INIFAP con el objetivo de evaluar el efecto del fertirriego y labranza de conservación en algunas propiedades del suelo y el rendimiento de maíz. Se evaluaron tres niveles de nitrógeno: 200, 300 y 400 kg ha^-1 y dos para potasio: 100 y 200 kg ha^-1. La preparación del suelo se realizó con el sistema de labranza de conservación. Se utilizó el maíz H-358. El diseño experimental fue bloques al azar con cuatro repeticiones. Durante el desarrollo del cultivo se realizaron muestreos de planta para determinar la concentración de nutrientes en el tejido vegetal y generar las curvas de extracción de NPK. Se realizaron muestreos de suelo para determinar el porcentaje de materia orgánica y la biomasa microbiana. Se determinó la velocidad de infiltración y resistencia mecánica del suelo. Al final de cada ciclo, se evaluó el rendimiento de grano y sus componentes. Al aplicar la dosis tradicional de fertilización a través del riego por goteo y dosificada por etapa fenológica y con labranza de conservación se incrementó 35% el rendimiento de maíz en relación con la fertilización al suelo, riego por gravedad y labranza tradicional. Se obtuvieron las curvas de extracción de NPK, herramienta básica para realizar una adecuada fertilización, acorde a las necesidades del cultivo por etapa fenológica.

Abstract

During the spring-summer agricultural cycle of 2009-2011 research was conducted in the Experimental Station San Luis from INIFAP in order to evaluate the effect of fertigation and conservation tillage on soil properties and maize yield. Three levels of nitrogen were tested: 200, 300 and 400 kg ha^-1 and two for potassium: 100 to 200 kg ha^-1. Land preparation was made with the system of conservation tillage. Corn H-358 was used. The experimental design was a randomized block with four replications. During the development of the crop plant samples were made to determine the concentration of nutrients in plant tissue and generate extraction curves of NPK. Soil samples were made to determine the percentage of organic matter and microbial biomass. The infiltration rate and soil strength was determined. At the end of each cycle, grain yield and its components were evaluated. When applying traditional doses of fertilization through drip irrigation and metered by phenological stage and with conservation tillage, maize yield increased 35% in relation to soil fertilization, irrigation by gravity and conventional tillage. Extraction curves NPK, were obtained; a basic tool for proper fertilization according to crop needs by phenological stage.

Keywords: microbial biomass, extraction curves NPK, infiltration, mechanical strength.

Introducción

En el estado de San Luis Potosí, el maíz (Zea mays L.) es uno de los cultivos de mayor importancia desde el punto de vista social y cultural. La superficie sembrada anualmente en condiciones de riego es de alrededor de 22 500 hectáreas; con un rendimiento medio estimado en 3 t ha^-1 (Jasso et al., 2004). Esta producción es baja comparada con la media nacional de 5.1 t ha^-1 (Martínez-Gamiño y Jasso-Chaverría, 2005). En la producción de maíz destaca el empleo generalizado del sistema tradicional de preparación del suelo (barbecho y uno o dos pasos de rastra), escaso uso de fertilizantes y el uso inadecuado del agua de riego, que en su conjunto origina que los rendimientos medios estatales sean bajos.

En general, la agricultura de subsistencia produce rendimientos por debajo del potencial del cultivo y en la agricultura empresarial falta incorporar tecnologías enfocadas a lograr mayor eficiencia en el uso de los fertilizantes y el agua de riego, tales como la fertirrigación (Rincón, 1991; Cadahia, 1998 y Jasso et al., 2002) y la labranza de conservación (Lal, 1989; Reeves, 1997; Matson et al., 1997 y Figueroa, 1999), que son excelentes alternativas para obtener alta eficiencia en el uso del agua y fertilizantes, además de contribuir en la obtención de mayores rendimientos y mejor calidad en las cosechas.

La fertilización y el riego por goteo simultáneo son los factores de manejo más importantes que el productor puede controlar durante el desarrollo de la planta, para ejercer influencia positiva en el rendimiento y calidad de las cosechas, especialmente cuando los nutrientes son aplicados en alta frecuencia (Rincón, 1991; Pizarro, 1996 y Cadahia, 1998). La fertirrigación es una técnica que tiene por objeto aprovechar el flujo hídrico para transportar los nutrientes que necesita la planta como complemento a los que le son proporcionados del suelo (Rincón, 1991; Nathan, 1995; Burt et al., 1998). Ofrece también la posibilidad de optimizar el agua y los nutrientes debido a que estos son aplicados directamente en un pequeño volumen de suelo (bulbo húmedo), en donde se encuentra el sistema radical de la planta (Hotchmuth, 1992 y Hotchmuth, 1995).

La labranza de conservación es un sistema en el cual se emplean los residuos de cosecha y la rugosidad superficial del suelo se mantiene con el objeto de controlar la erosión y lograr buenas relaciones suelo y agua. La superficie del suelo cubierta por residuos vegetales es como mínimo de 30%, para lograr reducir en aproximadamente 50% de la erosión del suelo y mejorar sus propiedades físicas, químicas y biológicas, además de disminuir significativamente los costos de producción. La labranza de conservación representa una opción viable en el manejo de los suelos, especialmente en la producción de cultivos básicos (Mannering y Foster, 1983; CTIC, 1984; Crovetto, 1998, Figueroa, 1999).

La labranza de conservación es una de las opciones más viables para lograr la sostenibilidad de los recursos naturales suelo y agua, así como en la producción de los cultivos. Además se reducen las pérdidas de nutrientes, se incrementa la materia orgánica, la velocidad de infiltración, la flora y la fauna del suelo y se retiene mayor cantidad de agua aprovechable al cultivo por más tiempo (Figueroa, 1982, Ángeles y Rendón, 1994).

Actualmente, la fertirrigación ofrece resultados altamente satisfactorios, principalmente en producción y calidad de productos hortícolas. En 2006, de los 6.2 millones de hectáreas cultivadas con riego en México, 372 000 contaban con riego presurizado (Kondo, 1997; Jasso et al., 2004). En cultivos básicos como maíz y frijol, por desempeñar una función de tipo social y de autoconsumo, la generación de tecnología respecto a la fertilización a través de riegos presurizados de alta frecuencia, ha sido escasa y aún más lo ha sido la combinación del fertirriego con la labranza de conservación.

En el estado de Sinaloa se realizaron trabajos de investigación sobre el uso de labranza de conservación y fertirriego en cultivos para grano. Los resultados obtenidos demostraron que el rendimiento se incrementó significativamente, se disminuyó la cantidad de agua aplicada al cultivo y se mejoró la calidad de las cosechas (Mendoza, 2003).

En maíz cultivado en régimen de riego por goteo, la aplicación de altas dosis de nitrógeno y potasio combinadas con alta densidad de plantas produjeron rendimientos hasta de 18.5 t ha^-1 de grano, además de disminuir significativamente la lámina total de agua aplicada al cultivo (Vuelvas, 1999). Por su parte González et al. (1997), reportaron un rendimiento potencial de 7.8 t ha^-1 en maíz con fertirrigación y 6.2 t ha^-1 en maíz con fertilización tradicional. Bosco (1999), indicó que la utilización del riego por goteo en maíz, permite ahorrar 50% de agua, sin afectar el rendimiento del cultivo.

El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto del fertirriego y labranza de conservación en algunas propiedades del suelo y el rendimiento de maíz.

Materiales y métodos

Los trabajos se realizaron en terrenos del Campo Experimental San Luis del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), durante los veranos de 2009 a 2011. El suelo del sitio experimentales se clasifica como Castañozem de textura franco arcillo arenoso con 1.4% de materia orgánica, pH de 8.1 y CE de 0.81 dS m^-1. La conductividad eléctrica del agua de riego fue de 0.29 dS m^-1 y relación de sodio de 1.26.

Las labores de preparación del suelo, realizadas al inicio de cada ciclo evaluado, consistieron en un barbecho a 0.3 m de profundidad con el arado de discos para los tratamientos con labranza tradicional (LT) mientras que en los tratamientos de labranza de conservación (LC) el suelo se roturó con el "multiarado", implemento que no invierte el perfil del suelo y propicia mayor porosidad. Posteriormente se dio un paso de rastra en ambos métodos de preparación del suelo. En LT la distancia entre surcos fue de 0.8 m, mientras que en LC se construyeron camas de siembra con separación de 1.6 m entre camas. Posteriormente se depositaron 2 t ha^-1 de rastrojo seco de maíz para con ello cubrir 30% la superficie del suelo.

Para la siembra se utilizó el maíz H-358, híbrido de ciclo vegetativo tardío, cuya floración se presenta a los 97 días y su madurez entre los 155 y 160 días. La altura de la planta varía de 2.3 a 2.8 m y de mazorca de 1.2 a 1.5 m. Maíz uniforme, de mazorca alargada, resistente al acame y a la pudrición. Para todos los tratamientos, la siembra se realizó con tractor y con la sembradora para labranza cero Modelo OL-U. La semilla se depositó a 0.26 m entre plantas y de 0.8 m entre hileras a profundidad de 0.05 a 0.06 m. Para los tratamientos de LC con doble hilera, la semilla se depositó a 0.26 m entre plantas y 0.3 m entre hileras, lo que permitió establecer cuatro hileras de plantas por cama de 1.6 m de ancho.

La fertilización se aplicó a través del riego por goteo mediante un dispositivo venturi, el cual permitió dosificar el fertilizante en forma individual a cada unidad experimental, el fertilizante se inyecto tres veces por semana de acuerdo a la demanda del cultivo. El criterio para la aplicación del riego se fundamentó en el uso de sensores de humedad colocados en batería a 0 - 0.15 y 0.15 - 0.3 m de profundidad en el perfil del suelo, mantenidos en un rango de tensión que osciló de 15-20 cb.

Los tratamientos se establecieron en un diseño experimental en bloques al azar con cuatro repeticiones. La unidad experimental fue de 3 camas de 1.6 m de ancho y 12.5 m de longitud y la parcela útil fue la cama central de 10 m de longitud. En el tratamiento que incluyó riego por gravedad y labranza tradicional, la unidad experimental fue de 6 surcos de 0.8 m de ancho y 12.5 m de longitud, teniendo como parcela útil los dos surcos centrales de 10 m de longitud.

Durante el desarrollo del cultivo, se realizaron muestreos de planta y sus diferentes órganos para analizar la concentración de nutrientes en el tejido vegetal, para generar las curvas de extracción de NPK. Se realizaron muestreos de suelo en los estratos 0 - 0.05, 0.05 - 0.1 y 0.1 - 0.15 m para evaluar biomasa microbiana y propiedades físicas del suelo como la velocidad de infiltración, resistencia a la penetración y densidad aparente que son afectadas por la labranza de conservación. La resistencia del suelo a la penetración en labranza de conservación y labranza tradición se midió en los estratos 0 - 0.1 y 0.1 - 0.2 m de profundidad. Para

ello se utilizó un penetrómetro de martillo, los datos de número de golpes fueron transformados a kg cm^-2 mediante la utilización de la ecuación Y= 2.88X+2.38: donde X está representada por el número de golpes que se requieren para lograr penetrar el estrato de suelo correspondiente.

Se evalúo el rendimiento de grano y sus componentes. Se realizó un análisis de varianza para los ocho tratamientos empleando el diseño de bloque al azar con cuatro repeticiones, también se analizaron los seis primeros tratamientos del Cuadro 1 de acuerdo a un diseño factorial. La comparación de medias se realizó utilizando la prueba de Tukey (p≤ 0.05).

Resultados y discusión

Velocidad de Infiltración

Una de las bondades de la labranza de conservación es el incremento en la velocidad de infiltración en el suelo (Figueroa, 1982 y 1999). La explicación es que los agregados del suelo no se destruyen, manteniendo la continuidad en la porosidad formada por la estructura del suelo, las raíces de las plantas y la edafo-fauna. Al mantener la porosidad del suelo, las propiedades hidráulicas del mismo se ven beneficiadas, especialmente la velocidad de infiltración.

La velocidad de infiltración en los tratamientos con labranza tradicional (LT) y labranza de conservación (LC) al inicio del ciclo del cultivo no tuvo diferencias estadísticas significativas. En la Figura 1 se observa que los valores registrados con LT y LC fueron similares, con tendencia favorable en LT, al incrementar hasta en 0.06 m hr^-1 el valor de infiltración en los primeros dos minutos en relación con el obtenido en LC. La baja velocidad de infiltración en LC se debe a que se el suelo se rastreó después del uso del multiarado para desbaratar los terrones grandes y evitar problemas durante la emergencia de las plantas de maíz. Lo anterior ocasionó destrucción de la porosidad en la superficie del suelo, razón por la cual la infiltración fue parecida a la registrada en LT.

Al final del ciclo, la infiltración con LC, aun y cuando estadísticamente fue similar a la reportada en LT, manifestó un incremento importante en la velocidad de infiltración, el cual fue mayor durante toda la prueba (Figura 2). Éste incremento en la velocidad de infiltración en LC se debió a que el suelo no se removió con aporques o escardas como lo fue en LT, por lo que se infiere que la porosidad en el suelo con LC se mantuvo a lo largo del ciclo del cultivo, propiciando mejores condiciones de humedad y movimiento de oxígeno para el desarrollo de las raíces del cultivo.

Resistencia del suelo a la penetración

En la Figura 3 se observa que el suelo que fue sometido a labranza de conservación presentó valores menores de compactación en ambas profundidades, situación que era de esperarse, ya que en labranza de conservación se dejó una cubierta de 2 t ha^-1 de rastrojo seco de maíz sobre la superficie del suelo y se realizó menor movimiento de la capa arable durante la preparación del suelo. Diversos autores coinciden en señalar que la labranza de conservación contribuye de manera importante a disminuir la compactación del suelo (Figueroa, 1999; Fragoso et al., 2002; Martínez y Jasso, 2004). Diferencias mayores deberán presentarse en los siguientes ciclos de cultivo.

Materia orgánica (MO)

Una de las propiedades que afecta favorablemente la labranza de conservación es el contenido de materia orgánica en el suelo (Fragoso et al., 2002). El contenido de materia orgánica del suelo muestreados después de la cosecha para los estratos 0 - 0.05, 0.05 - 0.1 y 0.1 - 0.15 m de profundidad se presentan en el Cuadro 2. Al comparar los porcentajes de MO, determinados en los sistemas de labranza de conservación y labranza tradicional, el análisis estadístico no detectó diferencias significativas (p≤ 0.05), por lo que se concluye que la labranza de conservación no tuvo influencia significativa sobre la MO; sin embargo, se esperan diferencias importantes durante los siguientes ciclos de cultivo, una vez que la cubierta de rastrojo se haya mineralizado y parte de ella se integre al suelo.

Contenido de carbono en el suelo

Contenido de nitrógeno en el suelo

Los valores del contenido de nitrógeno en el suelo, en los estratos 0 - 0.05, 0.05 - 0.1, 0.1 - 0.15 y 0 - 0.15 m de profundidad, en los sistemas de labranza de conservación y labranza tradicional se presenta en el Cuadro 2. Estadísticamente los valores de N determinados en la biomasa microbiana no mostraron diferencias entre sistema de labranza, así como tampoco las hubo para los estratos de suelo evaluados; sin embargo, la tendencia general fue hacia mayor acumulación de N en labranza de conservación, en los cuatro estratos de suelo muestreados. También se observó mayor concentración de nitrógeno en el estrato 0- 5 cm de profundidad, estrato en el que se concentra la mayor proporción de MO y de la actividad microbiana.

Rendimiento de maíz y sus componentes

El cultivo de maíz mostró respuesta positiva a los diferentes niveles de fertilización aplicados en el riego por goteo, de igual manera, la labranza de conservación también influyó favorablemente en los resultados, al contribuir en el mejoramiento de estructura del suelo.

El análisis estadísticos reportó diferencias significativas entre tratamientos (p< 0.01) para rendimiento de grano, rendimiento de rastrojo y para el rendimiento de forraje en verde, evaluado en estado lechoso masoso con fines de ensilaje (Cuadro 3); las demás variables no fueron afectadas significativamente.

En rendimiento de forraje verde, se observan tendencias favorables a la aplicación de dosis crecientes de nitrógeno a través del riego por goteo; sin embargo, las diferencias estadísticas fueron respecto al tratamiento tradicional con riego por gravedad, cuyo rendimiento fue superado 49% por el mismo tratamiento sólo que aplicado en el riego por goteo. Al comparar el rendimiento del testigo (LT con riego por gravedad) con el rendimiento del tratamiento 400-100-100, el incremento fue de 104% favorable al tratamiento de alta fertirrigación.

Al analizar los seis primeros tratamientos como un factorial completo, no se encontraron diferencias significativas entre tratamientos (p< 0.05) para rendimiento de grano y rastrojo. Lo anterior indica que bajo las condiciones que se llevó a cabo el estudio, la aplicación del tratamiento 200-100-100 dosificado en el agua de riego y por etapa fenológica fue suficiente para satisfacer los requerimientos nutricionales del cultivo.

Curvas de extracción de NPK en maíz

Las curvas de extracción de nutrientes son herramienta básica en la formulación y calendarización de los fertilizantes a aplicar en un cultivo determinado. En la Figura 4 se presentan las curvas de extracción de NPK para el cultivo de maíz H-358 cultivado en fertirriego y labranza de conservación. Para NPK se observó que la extracción de estos nutrientes durante los primeros 45 días después de la siembra (dds) fue baja, debido a que la formación de biomasa y la actividad fotosintética son bajas, situación que se constató al evaluar la materia seca total de la planta.

Posteriormente entre 51 y 100 dds se observó un período de alta extracción de NK, período en el que la velocidad de formación de biomasa fue alta, al igual lo fue la actividad fotosintética de la planta, ya que este período comprendió las etapas de pre-floración, floración e inicio de formación de grano (grano lechoso).

Durante el llenado de grano se presentó un período en que la extracción de potasio disminuyó considerablemente y la de nitrógeno fue en menor proporción, lo anterior se explica por el hecho de que la planta de maíz en esta etapa canalizó una proporción importante del K hacia el elote (Figura 4). Conviene destacar que la extracción de N y K en el cultivo de maíz a través del ciclo mostró cierto paralelismo, sin embargo la demanda de K fue mayor durante todo el ciclo.

por la planta, entonces la dosis de fertilización complementaria, para satisfacer los requerimientos del cultivo, en las condiciones en que se llevaron a cabo los experimentos, deberá ser menor o igual a 100 unidades de fósforo por hectárea.

Relación beneficio costo

Con los rendimientos de grano y costos de producción del cultivo, se estimó la relación beneficio costo (b/c) por tratamiento. Los resultados del análisis económico se presentan en el Cuadro 5. La menor relación beneficio costo correspondió al tratamiento de fertilización tradicional, con riego por gravedad y labranza tradicional con un valor de 1.24, lo que indica que bajo este sistema el productor tendrá ganancias de 24 centavos por peso invertido en el proceso productivo de maíz de riego. En contraste, con el mismo tratamiento de fertilización dosificado en el riego por goteo y con labranza de conservación, éste valor fue de 1.96. Lo anterior indica que al dosificar el mismo tratamiento de fertilización a través del riego por goteo y de acuerdo a la demanda del cultivo, la relación b/c será significativamente mayor, como resultado de un aumento en el rendimiento de grano y de rastrojo. Conviene destacar que en el concepto de ingreso no se incluyó el rastrojo de maíz. Ingreso que en ocasiones, llega a ser importante.

Al incrementar las dosis de nitrógeno, fósforo e incluir la fertilización con potasio se incrementó el costo de producción del cultivo, el cual no fue compensado por mayor incremento en la producción, de manera que econó0micamente no es viable aumentar la fertilización a dosis mayores de 300-100-100.

Con la aplicación del tratamiento 140-60-00 para el cultivo de maíz en riego por gravedad y con labranza tradicional, debido a su rendimiento limitado, las ganancias derivadas de su explotación son bajas. Es importante implementar técnicas de producción que optimicen los recursos agua y nutrientes, para propiciar mayor rendimientos y por ende la obtención de mayores beneficios derivados de la explotación de maíz en las áreas de riego.

Conclusiones

La dosis de fertilización tradicional a través del riego por goteo y dosificada por etapa fenológica, propició incrementos significativos en los rendimientos de grano y rastrojo.

El fertirriego y labranza de conservación incrementaron la relación beneficio costo en maíz, ya que produjeron incrementos significativos en el rendimiento de grano, rastrojo y forraje verde para ensilado.

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