Defoliación en maíz y su efecto sobre el rendimiento de frijol-maíz en asociación*

Defoliation effect on yield in corn-bean intercropping

Rafael Delgado Martínez^1§, José Alberto Salvador Escalante Estrada¹, Ramón Díaz Ruíz², Antonio Trinidad Santos¹, Edgar Jesús Morales Rosales³ y Eliseo Sosa Montes⁴

¹ Colegio de Postgraduados Campus Montecillo. Carretera Federal México-Texcoco km. 36.5, Montecillo, Texcoco, Estado de México. C. P. 56230. México. (delgado.rafael@colpos.mx; jasee@colpos.mx; trinidad@colpos.mx). ^§Autor para correspondencia: delgado.rafael@colpos.mx.

³ Centro de Investigación y Estudios Avanzados en Fitomejoramiento. Universidad Autónoma del Estado de México. Carretera Toluca-Ixtlahuaca entronque al Cerrillo km 15, Toluca, Estado de México. C. P. 50200. México. (ejmoralesr@uaemex.mx).

⁴ Departamento de Zootecnia, Universidad Autónoma Chapingo. Carretera México-Texcoco km 38.5. Estado de México. C. P. 56230. México. (eliseososa@yahoo.com.mx).

* Recibido: enero de 2014
Aceptado: julio de 2014

Resumen

El rendimiento tanto de maíz y frijol en monocultivo está determinado por el genotipo y el ambiente. Sin embargo, la siembra asociada de estos cultivos puede incrementar la producción por unidad de área. No obstante, el efecto de competencia interespecifica donde el frijol es más afectado y que se asume al sombreado del maíz sobre el frijol ha sido poco atendido. El objetivo del estudio fue determinar el efecto de la defoliación del maíz sobre la biomasa total (BT), índice de cosecha (IC), rendimiento (RG) y componentes del frijol y maíz en asociación. El experimento fue conducido en Montecillo, México, durante los ciclos primavera verano de 2010 y 2011, con diseño experimental de bloques completos al azar, con cuatro repeticiones. Los días a ocurrencia a las etapas fenológicas en frijol y maíz, fue similar entre tratamientos. La BT e IC así como el RG y componentes en frijol y maíz mostraron cambios significativos por efecto del año, defoliación e interacción año*defoliación. En frijol el RG más alto se observó en 2010 el cual superó 36% a 2011. En ambos años con la defoliación del estrato superior (DES) se logró el RG más alto y los más bajos correspondieron al tratamiento sin defoliación (SD). En maíz, el RG en 2010 fue superior 37% al de 2011. Los tratamientos defoliación total de láminas (DTP) y DES, provocaron un abatimiento del RG de 15%.

Palabras clave: Phaseolus vulgaris L., Zea mays L., biomasa, fenología.

Abstract

Yield of both corn and beans in monoculture is determined by the genotype and the environment. However, the intercropping of these crops can increase production per unit area. None the less, the effect of interspecific competition where beans is the most affected and it is assumed that corn shading on bean has not been addressed properly. The objective of the study was to determine the effect of defoliation on corn on total biomass (BT), harvest index (IC), yield (RG) and intercropping components of beans and corn. The experiment was conducted in Montecillo, Mexico, during the spring-summer cycles of 2010 and 2011, with an experimental design of complete randomized block with four replications. On the occurrence of phenological stages in beans and corn, was similar between treatments. BT and IC, thus RG and intercropping components in beans and corn showed significant changes by effect of the year, defoliation and interaction year*defoliation. On beans the highest RG was observed in 2010, which exceeded 36% to 2011. In both years with the defoliation of the upper layer (DES) were achieved the highest RG and the lowest RG corresponded to the treatment without defoliation (SD). In corn, RG in 2010 was 37% higher than in 2011. Total defoliation of sheets treatments (DTP) and DES caused a reduction in RG of 15%.

Keywords: Phaseolus vulgaris L., Zea mays L., biomass, phenology.

Introducción

En México, la práctica de sembrar simultáneamente dos o más cultivos en la misma área de terreno y época, se realiza desde la época prehispánica. Cultivos como frijol y maíz coexisten principalmente bajo este agrosistema de asociación aunque en menor escala y principalmente por agricultores con menos de dos hectáreas. A diferencia de los monocultivos, este agrosistema ofrece mayores ventajas económicas, sociales y ambientales (Ogindo y Walker, 2005; Beddington, 2011). En sistemas asociados, se hace un mejor uso del suelo, agua, luz y nutrimentos, tanto en tiempo como en espacio (Francis, 1986; Willey, 1990).

Sin embargo, cuando se siembra bajo este arreglo existe una reducción en el rendimiento de una o ambas especies, debido a la competencia interespecifica. El frijol es el más afectado bajo este esquema con una reducción de 25% a 50% en relación al monocultivo (Francis, 1989). Por otra parte, Morales et al. (2006); Díaz et al. (2010) reportan que el rendimiento del frijol se redujo 48% y 68%, respectivamente cuando se asoció con girasol. Se asume que bajo condiciones no limitantes de agua y nutrimentos, la reducción en el rendimiento del frijol se debe al sombreado ocasionado por el maíz, que puede limitar una mayor expresión del número de granos y consecuentemente del rendimiento (Escalante et al., 1980; Fageria et al., 2010). Las investigaciones sobre este tema requieren mayor atención. Así, los objetivos del presente estudio fueron determinar y cuantificar en la asociación maíz-frijol: a) si el sombreado del maíz limita la expresión de los componentes y en consecuencia el rendimiento del frijol; b) el estrato del dosel del maíz que más afecta los componentes del rendimiento del frijol; y c) el efecto de la defoliación sobre los componentes del rendimiento del maíz.

Materiales y métodos

La siembra se realizó el 25 y 17 de mayo de 2010 y 2011 respectivamente. En ambos años, se usó frijol de grano color negro, cv. Hav-14, con potencial ejotero de hábito de crecimiento indeterminado trepador (Tipo IV), y maíz azul var. San Miguelito de la raza Chalqueño, colocándose dos semillas de frijol y una de maíz por golpe, con un arreglo topológico (0.25 * 0.25 * 0.8 m) dando una densidad de población de 5 plantas m^-2. La unidad experimental consistió de cuatro surcos de 5m de longitud con orientación este a oeste, los dos surcos centrales se utilizaron como parcela útil. Se fertilizó con 100 kg N ha^-1 (urea, 46% N), 100 kg ha^-1 de P₂O₅ (superfosfato de calcio triple, 46% P) y 100 kg ha^-1 K₂O (sulfato de potasio, 60% K), aplicando la mitad de N y todo el P y K al momento de la siembra, el resto del N a los 35 días después de la siembra (dds).

Se aplicó una punta de riego, para evitar que el cultivo entrara en estrés hídrico durante las primeras etapas de crecimiento del cultivo. El manejo de arvenses fue de manera manual. En cada año de estudio, los tratamientos se realizaron en la fase de prefloración en maíz y consistió, en la defoliación de 30% del total de hojas (90.5 dm^-2 aproximadamente) a partir de la base del tallo en los tres estratos: a) inferior (DEI); b) medio (DEM); c) superior (DES); d) defoliación total de láminas (DTP); y e) un testigo sin defoliación (SD). El diseño experimental fue bloques completos al azar con cuatro repeticiones, con arreglo factorial y se evaluó bajo el siguiente modelo:

Yijk = μ + Ai + Bj + βk + (AB)ij + εijk

Donde: Yijk, es la variable respuesta del i-ésimo nivel A (estrato de defoliación); en el i-ésimo nivel B (año de estudio) en el j-ésimo bloque; μ, es la media general; Ai, es el efecto del i-ésimo estrato de defoliación; Bj, es el efecto del j-ésimo año de estudio; βk, es el efecto del k-ésimo bloque o repetición; (AB)ij, es el efecto de la interacción del i-ésimo estrato de defoliación, en la j-ésimo año de estudio; εijk, es el error experimental del i-ésimo estrato de defoliación, en el j-ésimo año de estudio en el k-ésimo bloque o repetición.

Durante el desarrollo del cultivo se registró la temperatura (°C) máxima (Tmáx) y mínima (Tmín) promedio decenal, precipitación (PP, mm) y evaporación (Ev, mm) total decenal, los cuales se obtuvieron de la estación agrometeorológica del Colegio de Postgraduados en Ciencias Agrícolas. Además, los días a ocurrencia de las fases fenológicas como: emergencia (E), floración (R6) y madurez fisiológica (R9) para frijol, se tomaron de acuerdo a los criterios presentados en Escalante y Kohashi (1993), mientras que para maíz, los días a: emergencia (E), floración (R1) y madurez fisiológica (R6) según en Hanway (1963).

A la cosecha en frijol se evaluó el rendimiento de grano (RG, 10% de humedad, g m^-2), y sus componentes como: número de vainas m^-2 (NV); número de granos por vaina (GV); peso de 100 granos (PCG); número de granos m^-2 (NG), biomasa (MS total; g m^-2, BT); índice de cosecha (IC) con la relación IC= RG/BT. En maíz se evaluó el rendimiento de grano (RG, 10% de humedad, g m^-2); número de hileras (NH); número de granos por hilera (NGH); longitud de mazorca (LM); diámetro de mazorca (DM); peso de 100 granos (PCG); número de granos m^-2 (NG); biomasa (MS total; g m^-2, BT), índice de cosecha (IC) con la relación IC= RG/BT. A los datos de las variables en estudio se les aplicó un análisis de varianza combinando años x defoliación mediante el programa SAS 9.3 (2011) y la prueba de comparación de medias de tratamientos Tukey α= 0.05.

Resultados y discusión

Fenología y elementos del clima

2010

Tanto en maíz como en frijol los días a ocurrencia de las fases fenológicas fue similar entre tratamientos. En frijol la emergencia (VE) fue a los 9 días después de la siembra (dds), la R6 a los 65 dds y la R9 a los 125 dds, tiempo similar al reportado en frijol de hábito de crecimiento indeterminado en asociación con girasol sin defoliación por Salinas et al. (2008); Díaz et al. (2010), para la región de Texcoco, México. En maíz, la emergencia fue a los 10 dds, la R1 a los 68 dds y la R6 a los 145 dds. En la Figura 1, se observó que durante la etapa vegetativa (EVG) y reproductiva (ER) del cultivo, la Tmáx y Tmín promedio fue de 34 ºC y 5 ºC y de 27 ºC y 8 ºC, respectivamente.

La Tmáx fue superior a la óptima para frijol que se reporta de 25°C a 27 ºC (Masaya y White, 1991; Tadashi et al., 2003), lo que pudo limitar una mayor expresión del crecimiento y por lo tanto el rendimiento de grano. En maíz, la Tmáx más alta (35 ºC) se observó durante las primeras etapas de crecimiento. En éste sentido, Tollenar et al. (1979); Ritchie y NeSmith (1991), mencionan que la temperatura alta favorece un mayor tamaño del dosel vegetal. Así mismo, la PP estacional fue de 462 mm, de la cual 35% ocurrió en la EVG y 65% en la ER, por lo que debido al prolongado período de altas temperaturas (35 ºC), la escasa PP (170 mm) durante las primeras etapas de crecimiento y la elevada tasa de evaporación (mayor 50 mm), durante este periodo generó un elevado déficit hídrico durante la EVG (Figura 1), que se asume limitó el tamaño del dosel en los cultivos que conforman el agrosistema asociado.

2011

Como en 2010, los días a ocurrencia a las fases fenológicas de las especies en cuestión, fue similar entre tratamientos. Así la emergencia se presentó a los 8 y 10 dds, la R6 y R1 a los 60 y 65 dds y la R9 y R6 a los 120 y 140 dds para frijol y maíz respectivamente. Herrera et al. (2001) reportaron que la fenología no fue modificada por la siembra simultánea de frijol de guía y maíz. El rango decenal de la Tmáx durante el ciclo del cultivo fue entre 25°C y 35 °C y el de la Tmín entre -3°C y 10°C.

La PP estacional fue de 463 mm, (25% durante la EVG y 75% durante la ER). La mayor Ev (83 mm) ocurrió durante la EVG, la cual disminuyó conforme avanzaba el ciclo del cultivo. Sin embargo, durante mayor parte de la ER la Ev fue superior a la PP, lo que indica que el agrosistema estuvo sometido a un déficit hídrico severo, debido a la falta de agua durante esta etapa que pudo limitar el llenado de grano, y en consecuencia limitar el rendimiento de ambas especies asociadas, por otra parte, las altas temperaturas por lo general afectan negativamente la sincronía entre polen y estigma, viabilidad del polen, desarrollo del tubo polínico y en consecuencia la fecundación, por lo que, también es un factor que pudo limitar el rendimiento (Tollenar et al., 1979; Wallace, 1980). Por su parte, Bowes et al. (1972) reportaron que los cambios en temperatura y precipitación tienen mayor influencia en el crecimiento y desarrollo de la planta.

El análisis combinado de los años mostró con detalle el comportamiento del cultivo ante los tratamientos. La BT e IC mostraron cambios significativos por efecto del año, defoliación e interacción año*defoliación (Cuadro 1). La BT para 2010 fue de 441 g m^-2 y de 368 g m^-2 en 2011 (Cuadro 2). Una de las causas de dicho cambio, fue la variabilidad en la distribución de la PP (Escalante et al., 2001; Liu et al., 2010) ya que en 2010 la PP fue más alta en la EVG, lo que pudo generar un mayor tamaño del dosel; es decir, una maquinaria fotosintética de mayor magnitud y en consecuencia una BT mayor que en 2011. En cuanto a la defoliación, la BT más alta (530 g m^-2) se encontró en el tratamiento DES (Cuadro 2), lo que ocasionó que las hojas del frijol recibieran mayor radiación solar, y en consecuencia la actividad fotosintética y la acumulación de BT fuera más alta (Monteith y Unsworth, 1990; Tsubo y Walker, 2004). La BT más baja (256 g m^-2) se encontró con DTP, probablemente debido a un efecto de fotoinhibición sobre el frijol, por un exceso de radiación incidente sobre el dosel, que posiblemente limitó la fotosíntesis y una mayor translocación de asimilados hacia el grano (Bielenberg et al., 2003; Pastenes et al., 2004).

Respecto a, la interacción A*D, con la combinación 2010*DES se logró la mayor BT (527 g m^-2); seguido de los tratamientos 2010*SD, 2011*DES y 2011*SD con 18% y 13% respectivamente inferior al más alto (Cuadro 3). Los valores más bajos correspondieron a los tratamientos DTP en ambos años. Cabe señalar que en cada año la mayor BT se obtuvo con el tratamiento DES. Al respecto, Tsubo y Walker (2004) también encontraron cambios en la BT en el maíz-frijol asociado con y sin sombreado y diferentes orientaciones de hilera. El IC más alto (42%) correspondió a 2010 en relación a 2011 (37%). Dicha respuesta puede estar relacionada con la PP más baja en la ER de 2011 que afectó la acumulación y distribución de fotosintatos hacia el grano. Muñoz et al. (2007) trabajando con genotipos de frijol reportan cambios en el IC debido a variaciones en la PP y cantidad de agua de riego de un año a otro.

En relación a la defoliación, el IC fue más alto en DTP y DEM (45 y 44% respectivamente), y más bajo con SD y DEI (35 y 33%, respectivamente). Esto indica que el sombreado generado por el dosel del maíz al frijol particularmente del estrato medio, limitó la distribución de MS hacia el grano. Respecto a la interacción, el IC más alto correspondió a los tratamientos 2010*DES y 2010*DEM. El IC más bajo se mostró en ambos años con el tratamiento SD (Cuadro 3). Esto indica que el sombreado ocasionado por el estrato foliar medio y superior del maíz, limita la distribución de materia seca hacia el grano del frijol.

Rendimiento de grano (RG) y sus componentes en frijol

El rendimiento en grano (RG) y sus componentes, excepto el GV, presentaron diferencias significativas por efecto de año, defoliación y la interacción año*defoliación (Cuadro 1). En relación al factor año, el RG más alto se observó en 2010 el cual superó 36% al de 2011 (Cuadro 2). Dichas diferencias pueden relacionarse con una menor PP durante la ER en 2011 (Figuras 1 y 2). Respecto a la defoliación, con la DES se logró el RG más alto (219 g m^-2) y fue superior 35% al SD (testigo) (162 g m^-2), con un mayor NV (242 m^-2), NG (1681 m^-2) y PCG (34.3 g). El GV fue el componente que no mostró cambios significativos por efecto de tratamientos (Cuadro 2). El GV ha sido uno de los componentes del RG más estable, ante la variación en los elementos del clima (Tanaka y Fujita, 1979; Escalante, 1995).

El RG más bajo se encontró en el tratamiento DTP. Esta respuesta sugiere que el sombreado del estrato superior del maíz hacia el frijol durante la ER limita el llenado del grano y en consecuencia el RG. De acuerdo con Gardiner y Craker (1981) éstos resultados indican que una mayor radiación interceptada por el dosel del frijol, se traduce en una mayor acumulación de MS y RG. En cuanto a la interacción año*defoliación (Cuadro 3) el RG más alto se logró con la combinación 2010*DES (269 g m^-2), seguido de 2011_*DES y 2011_*DEM. Asimismo, el RG más bajo se encontró con DTP, 36% menos, que el testigo sin defoliación (Cuadro 3).

Biomasa e índice de cosecha en maíz

En relación, a la interacción A*D, el tratamiento SD en ambos años presentó la mayor BT, seguido de DEI y el valor más bajo correspondió a SD en ambos años (Cuadro 6). En relación al IC, el maíz de 2011 presentó un IC más alto (35%) en relación a 2010 (29%), debido a que la mayor disponibilidad de agua producto de una PP más alta durante la ER (Figura 2), influyó para una mayor distribución de MS hacia el grano. Respecto a la defoliación, el tratamiento DEM fue el que presentó el IC más alto (40%), seguido del DEI, DTP y los más bajos correspondieron a SD y DES con 27 y 28%, respectivamente. Dicha respuesta, se puede deber a que la BT fue más baja en los tratamientos donde se eliminó las hojas, puesto que el peso de la materia seca de estas no se incorporó al final y en consecuencia los IC fueron más altos. Respecto a la interacción el IC más alto se encontró con la combinación 2011*DEM, seguido de 2011*DEI y 2010*DTP, los IC más bajos correspondieron a 2011*DES y 2010*DES con 28% y 27%, respectivamente (Cuadro 6).

Rendimiento de maíz y sus componentes

El RG, NG, LM, DM y NGH mostraron cambios significativos por efecto de año, defoliación y la interacción A*D. (Cuadro 4). El PCG presentó diferencias significativas solamente por defoliación. En contraste, el NH no mostró cambios significativos por efecto de tratamiento (Cuadro 5). Respecto al factor año, debido a la mayor disponibilidad de agua durante el periodo de llenado de grano del maíz (Figura, 1), el RG de 2010 fue superior 37% a 2011. En relación, a la defoliación, la eliminación total de las hojas (DTP) y particularmente las de arriba de la mazorca (DES) provocaron un abatimiento en el NG, NGH, DM, LM y en el RG del maíz. Dicha reducción puede deberse a que las hojas arriba de la mazorca son las que más contribuyen al llenado del grano y las del estrato inferior particularmente con la redistribución de fotosintatos hacia el grano. (Pommel et al., 2006; Chauhan y Halima, 2003). El NH no fue afectado por los tratamientos, lo que indica que es un componente de mayor estabilidad, ante cambios ambientales y poda foliar (Subedi y Ma, 2005a; Subedi y Ma, 2005b).

Conclusiones

En la asociación maíz-frijol la defoliación del maíz en prefloración afecta los componentes del rendimiento, rendimiento de grano, biomasa e índice de cosecha del frijol. El estrato superior del dosel del maíz es el que limita en mayor grado el número de vainas, número de granos y en consecuencia el rendimiento y la producción de biomasa del frijol. En maíz la reducción de la fuente de fotosintatos ocasiona una disminución en el número de granos y en el rendimiento.

Agradecimientos

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