Eficiencia agronómica de fertilización al suelo de macro nutrimentos en híbridos de maíz*

Agronomic efficiency of soil fertilization of macro nutrients in corn hybrids

Benjamín Zamudio-González¹, Margarita Tadeo-Robledo^2§, Alejandro Espinosa-Calderón¹, Juan Nelson Martínez Rodríguez¹, David Israel Celis Euan¹, Roberto Valdivia Bernal³ y Job Zaragoza Esparza²

¹ Sitio Experimental Metepec-INIFAP. Vialidad Adolfo López Mateos km 4.5 Carretera Toluca-Zitácuaro, C. P. 51350, Zinacantepec, Estado de México, México. Tel: 01722 278 43 31. (bzamudiog@yahoo.com.mx; espinoale@yahoo.com.mx; hollyday46@hotmail.com).

³ Universidad Autónoma Nayarit. (beto49_2000@yahoo.com.mx). §Autora para correspondencia: tadeorobledo@yahoo.com.

* Recibido: abril de 2015
Aceptado: agosto de 2015

Resumen

Se calculó la eficiencia agronómica (EA) de la fertilización al suelo de macro nutrimentos asociado a vigor y producción de nuevos híbridos liberados para Valles Altos en el Estado de México. Con el concepto de "parcelas de omisión" de macro nutrimentos, modalidad de la Ley del Mínimo de Leibniz, se instaló prueba de un factorial completo de los híbridos Puma 1076, H-59, H-47, H-50 y Z-60 por ocho dosis de fertilización. La fórmula "de alto rendimiento" en kg ha^-1 fue 240N-90P₂O₅-80K₂O- 60S-50MgO-380CaO y se etiquetó como (T8); y con la sucesiva omisión de un macro-nutrimento se diseñaron los tratamientos de: T1(-N), T2(-P), T3(-K), T4(-S), T5(-Mg), T6(-Ca) y T7 (del "agricultor" equivalente al 70% de la dosis de NPK de "dosis completa"; pero sin S, Mg y Ca). Se sembró con 90 mil semillas por hectárea en suelo con "punta de riego" el 13 de mayo en el municipio de Temascalcingo, Estado de México a 2 372 msnm. Por cuadriplicado se midieron tres grupos de variables: 1) planta en floración; 2) mazorca madura; y 3) cosecha. El cálculo de la EA fue hecho con los kilogramos de grano de maíz producidos por kg de NPK añadido al suelo; y fue por diferencias de rendimiento de grano de maíz del testigo del agricultor con cada parcela de omisión de -N, -P y -K. Las variables se analizaron con SAS y se separaron las medias con prueba de Tukey al 5%. La producción de grano se correlacionó con el índice de verdor de hoja, contenidos de nitratos y potasio en el extracto celular. Los resultados indicaron: la EA de nitrógeno fue de 20.9 kg de grano de maíz por kg de N aplicado al suelo, fósforo de 10.4 kg de grano por kg de P₂O₅ y potasio de 8.41 kg de grano por kg de K₂O. Se correlacionó baja producción de grano de maíz a menos de 35 unidades SPAD y menos de 300 de mg L^-1 de N-NO₃.

Palabras clave: Zea mays L., NPK, nutrición vegetal.

Agronomic efficiency (AE) of soil fertilization of macro nutrients associated with vigor and production of new hybrids released for Valles Altos in the State of Mexico was calculated. With the concept "omission plots" of macro nutrients, modality of Liebigs law of the minimum, a full factorial test for Puma hybrids 1076, H-59, H-47, H-50 and Z-60 for eight fertilization doses was set. The formula "high yield" in kg ha^-1 was 240N-90 P₂O₅- 80 K₂O- 60S-50MgO-380CaO and labeled as (T8); and the subsequent omission of a macro-nutrient treatments were designed: T1(-N), T2(-P), T3(-K), T4(-S), T5(-Mg), T6(-Ca) amd T7 (from the "farmer" equivalent to 70% of NPK dose of "complete dose", but without S, Mg and Ca). It was seeded with 90 000 seeds per hectare in soil with "irrigation of establishment" on May 13^th in the town of Temascalcingo, State of Mexico at 2372 masl. By quadruplicated three groups of variables were measured 1) flowering plant; 2) mature cob; and 3) harvest. AE calculation was made with kg of corn grain produced per kg of NPK added to the soil; and was due to differences in corn grain yield from farmer control each omission plot of -N, -P and -K. The variables were analyzed with SAS and separated the means by Tukey 5%. Grain production was correlated with leaf greenness index, nitrate and potassium content in cell extract. The results indicated: AE of nitrogen was 20.9 kg of corn grain per kg of N applied to the soil, phosphorus 10.4 kg of grain per kg of P₂O₅ and potassium 8.41 kg of grain per kg of K₂O. Low production of corn grain was correlated to less than 35 SPAD units and less than 300 mg L^-1 of N-NO₃ were correlated.

Keywords: Zea mays L., NPK, plant nutrition.

Introducción

La fórmula de fertilización generalizada de NPK para la producción de maíz en Valles Altos, en el Estado de México (180-60-40), no se ha verificado con respecto a nuevos híbridos liberados y tampoco con una esperanza de "alto rendimiento" del orden de diez o más toneladas de grano por hectárea. Esta meta de rendimiento, requiere afinar el manejo agronómico, considerando la tasa negativa de -0.32 del rendimiento de grano de maíz en el Estado de México de 2000 a 2010, con promedio 2.65 t ha^-1 en temporal y de 3.75 t ha^-1 con riego en 2010 (Trueba, 2012).

La baja producción de maíz en Valles Altos del Estado de México, se relaciona con la ocurrencia de siniestros del clima extremo como: sequía, en diferentes etapas, retraso de las precipitaciones para siembra, exceso de humedad, granizo y heladas tanto al inicio del ciclo de crecimiento vegetativo o previo a la madurez fisiológica de la mazorca; así como limitantes del suelo como un bajo contenido de materia orgánica, acidez extrema, compactación, costras superficiales y pobre actividad de microorganismos El conjunto de las condiciones anteriores anotadas; se suman a siembras irregulares con semillas de variedades con bajo potencial de rendimiento y un control ineficaz de plagas y malezas, entre otras malas prácticas agrícolas (Zamudio et al, 2012).

El uso excesivo e inapropiado de fertilizante comercial nitrogenado al suelo no sólo puede ocasionar problemas graves ambientales y ecológicos (Adviento-Borve et al., 2007; Bianchini et al, 2008; Snyder et al, 2009); sino que además puede afectar negativamente la absorción por el cultivo de otros nutrientes como Zn, Ca y K (Yu-kui, et al., 2009). La eficiencia de aprovechamiento de la fertilización nitrogenada en ambientes de clima errático, ya que en un ciclo lluvioso la dosis óptima fue de 180 kg ha^-1 de N en comparación a un temporada árida en el cual el óptimo fue de un tercio o 60 kg ha^-1 de N (Carneiro et al, 2013). La eficiencia del uso de los fertilizantes tiene variantes al usar el producto correcto, en el momento y manera a la demanda del cultivo y en ciertos casos tecnología industrial de fabricación de fertilizantes para evitar pérdidas por volatilización, lixiviación, fijación, precipitación, entre otras reacciones en el suelo (Bruulsema et al, 2008; García, 2009; Roberts, 2007).

La tecnología con base a la investigación en el mejoramiento genético de maíces con alto potencial de rendimiento y adaptabilidad a las condiciones de clima y suelos del Valles Altos de México tiene cada año una mayor adopción por parte de agricultores del Estado de México (Espinosa et al., 2007; Espinosa et al, 2008). Sin embargo, se estima no más de 15% de las 600 mil ha cultivadas anualmente son sembradas con semillas de híbridos o variedades mejoradas (Espinosa et al, 2008).

Una adecuada fertilización en cantidad, lugar y momento puede impactar en una mayor producción de forraje, influir en un mayor "cuateo" de mazorcas, más hileras y granos en la mazorca y mayor peso del grano. Se destacan las relaciones de la formación de los componentes del rendimiento de maíz durante las etapas de desarrollo vegetativo (Vi) y reproductivo (Ri). Si un agricultor desconoce cuánto nitrógeno tiene su suelo de cultivo y pretende cosechar 10 toneladas de grano por hectárea; requerirá de abonar con 22 kg de N*t por 10 t de grano; esto es igual a 220 kg de N por hectárea (Griffith y Murphy, 1991; IPNI. 2009).

El objetivo del estudio fue estimar la eficiencia agronómica (EA= kilogramos de grano de maíz producido por kg de macro nutrimento añadido al suelo), para nuevos híbridos liberados para Valles Altos de Estado de México, expresados con relación a aplicaciones de N-P-K por hectárea; y asociados de vigor de la planta y producción.

Materiales y métodos

El manejo nutricional por sitio específico (MNSE), es una metodología propuesta por el Instituto Internacional de Nutrición Vegetal (IPNI, 2009); donde el agricultor en su predio identifica las cantidades de nutrimentos faltantes en el suelo al comparar el máximo rendimiento en una parcela con "fertilización completa y suficiente" para obtener "altos rendimientos" contra una serie sucesiva de "parcelas de omisión de nutrimentos" y su fertilización tradicional. Se probó la combinación de los híbridos Puma 1076, H-59, H-47, H-50 y Z-60 (Cuadro 1) con ocho dosis de fertilización (Cuadro 2). Se usó como base la fórmula de fertilización en kg ha^-1 "completa" de 240N-90P₂O₅- 80K₂O- 380CaO- 50MgO-60S (T₈); y con la sucesiva omisión de un macro-nutrimento se diseñaron los tratamientos de: T₁(-N), T₂(-P), T₃(-K), T₄(-S), T₅(-Mg), T₆(-Ca)y T₇ (nombrado como fertilización del "agricultor" equivalente al 70% de la dosis de NPK de la dosis "completa"; pero sin Ca, Mg y S). La siembra en suelo con "punta de riego" con 90 mil semillas por hectárea se hizo el 13 de mayo en el municipio de Temascalcingo, Estado de México a 2 372 msnm. El temporal de lluvia se estableció de forma "regular y suficiente" durante el ciclo.

El análisis de suelo se hizo por métodos estandarizados de la SMCS (1987), se calificaron por el rango de suficiencia o "normal" de acuerdo a Alarcón (2004). El análisis reportó: 6.5 unidades de pH (extracción 2 partes de agua : por una de suelo seco, calificado como ligeramente alcalino), no salino (0.52 dS m^-1), pobre en materia orgánica (1.15%), bajo de N (0.08%, micro-Kjeldhal), muy alto en P (88 mg kg^-1 Bray I), alto de K (1.04 cmol kg^-1 F. Flama), bajo en Ca²⁺ (5.87 cmol kg^-1 EDTA) y alto en Mg (3.67 cmol kg^-1 EDTA).

Por cuadriplicado se midieron tres grupos de variables: 1) planta en floración; 2) mazorca madura; y 3) cosecha. De planta en R1 fueron: materia verde (MV) y seca (MS) en g planta^-1, densidad de plantas/m², alturas a la inserción de la primera mazorca y la espiga en cm; verdor de la hoja "basal" V_4-5, "media" (V_7-8, opuesta al jilote), y "superior" recién formada y madura (V_10-12) con unidades SPAD marca Minolta. La medición de nitratos y potasio se hizo con ionómetros marca Cardy-Horiba del extracto celular de entrenudos donde se inserta el jilote durante R₁ en mg L^-1. De la mazorca se midió: longitud y diámetro en cm, diámetro de olote en cm, hileras/mazorca, granos/hilera y granos/mazorca. A la cosecha se midieron: paja en t ha^-1, peso hectolítrico en g L^-1, peso de 200 granos en g, humedad del grano a cosecha y rendimiento de grano ajustado al 14% de humedad en t ha^-1.

Para cálculo de la eficiencia agronómica (EA) de kilogramos de grano de maíz producido por kg de macro nutrimentos; fue por diferencias de rendimiento de grano de maíz del agricultor (testigo) contra cada parcela de omisión de -N, -P, -K. No se continuó con cálculos de la EA para -S, -Mg y -Ca porque no existieron diferencias de producción de grano contra el testigo de la práctica de la fertilización del agricultor.

Resultados y discusión

El análisis permitió declarar con honestidad matemática que existió en lo general diferencia en las variables de estudio por efecto de tratamientos de híbridos (H), fertilización (F) y por la interacción HxF (Cuadro 3). En las primeras tres columnas del Cuadro 3, se consigna el número, nombre de variable y la unidad de medición. En seguida se aprecia la bondad de ajuste del modelo para cada variable estimada con el coeficiente de correlación (R²), de la dispersión con el coeficiente de variación (CV), los valores medios M, el valor de F calculada y la probabilidad P>F. Se observan valores "aceptables" de R² y CV para la mazorca, paja, peso hectolítrico, peso de 200 granos, humedad del grano a la cosecha y rendimiento de grano ajustado al 14% de humedad; sucede lo contrario por valores "cuestionables" de ambos estadísticos del resto de las variables medidas en planta como materia verde de forraje, MS o paja, porciento de humedad en forraje, densidad de siembra, alturas de planta y mazorca, índices de verdor (excepto en hoja basal) y contenido de nitratos y potasio en extracto celular.

No obstante, el juicio del variables "cuestionables"; se encontró diferencia significativa por el alto número de grados de libertad asociado a la media formada de las cuatro repeticiones con el promedio, vig para índice de verdor en unidades SPAD con 10 lecturas, de las alturas de inserción del jilote y la espiga de 6 lecturas, de mazorcas con 3 lecturas, de producción de paja y grano de parcela útil de 60 m², entre otros. La variación de datos experimentales procede tanto de la genética de los híbridos de maíz (Coutiño y Vidal, 2006; González et al., 2007), como el manejo agronómico (García, 2009).

Características morfológicas y de vigor de la planta por efecto de híbridos de maíz

De las seis variables morfológicas y cinco de vigor de la planta por efecto de los tratamientos de cinco híbridos de maíz se observa que en siete existen diferencias de medias como el peso de MS, índice de humedad en MV, altura de planta e inserción de la mazorca, índice de verdor en hoja basal y superior, y de concentración de nitratos y potasio (Cuadros 5 y 6). Se destaca el H-50 por valor más bajo de MS y lógico mayor contenido de agua en el forraje, los portes bajos de la planta de H-50 y Puma 1076, e inserción más baja de la mazorca en el Z-60 (Cuadro 4).

El transporte de nitratos en el xilema y de fotosintátos por el floema de la planta al momento de la floración se dirige preferencialmente hacia la formación de la mazorca. La clorosis por falta de N se manifiesta en las hojas más viejas o basales porque se dirige para satisfacer la demanda de nuevos crecimientos de tejidos vegetativos y de fructificación. Así, las medias de las unidades verdor medidas con SPAD en hoja basal y superior tuvieron valores más bajos respecto a la hoja opuesta al jilote, lo cual es congruente con la teoría. (Cuadro 4). Los índices de verdor más altos en la hoja basal fue en el Z-60 y el menor para Puma 1076 en la hoja superior asociado a valores también bajos de concentración de nitratos y potasio.

Las características de las variables morfológicas y de vigor de la planta acusaron diferencia altamente significativa del tratamiento de omisión de nitrógeno al suelo (-N), esto es: menor materia verde, materia seca, índice de verdor y nitratos en el extracto celular (Cuadros 6 y 7).

Se produjo más materia verde por la omisión de calcio (-Ca) pero igual materia seca; porque sólo fue efecto de hidratación o suculencia del forraje. La materia seca de los tratamientos sin azufre y magnesio fueron iguales a parcelas sin N. La altura de la planta fue reducida sólo al faltar nitrógeno y fosforo sin afectar alturas de la inserción de la mazorca, rasgo al parecer más influencia por la carga genética de los híbridos de maíz. El mayor índice de verdor en hoja basal y de inserción del jilote con tratamientos (-Ca), permite deducir el sitio contiene calcio en suficiencia para no afectar el contenido de cloroplastos. El tratamiento de omisión de potasio impactó en menor contenido de este catión en el extracto celular.

Características de la mazorca por efecto de híbridos de maíz y tratamientos de parcelas de omisión de macro nutrimentos

Las diferencias de las medias de las características de la mazorca se muestran por efecto de híbridos (Cuadro 8) y parcelas de omisión (Cuadro 9). Con respecto a híbridos se identifica la longitud menor de mazorca fue con H-59 pero con más hileras, más gruesa por diámetro H-47 y H-50, más granos por hilera con Z-60, y menos granos por mazorca para Puma 1076.

De nueva cuenta, la parcela de omisión de nitrógeno (-N) mostró los valores menores de los parámetros de la mazorca (Cuadro 9), y se destaca el número de 408 granos por mazorca contra el resto de tratamientos que superaron la cifra de más de 500 granos (20% más). Existen dos datos contradictorios; la longitud y diámetro de la mazorca "pequeñas" del tratamiento de fertilización "completo" es igual estadísticamente a (-N), pero fue alto de granos total en la mazorca con 504.8.

El tratamiento de omisión de nitrógeno (-N) tuvo los más bajos indicadores de producción: paja 9.04 t ha^-1, peso de 200 granos (53.9 g) y grano (7.09 t ha^-1). La producción de paja no fue afectada por los tratamientos de fertilización; ni por omisión, del agricultor o completa. De igual modo sucedió para el peso de 200 granos pero el tratamiento de omisión de magnesio (-Mg) numéricamente fuel el más bajo (56.97 g). Estrictamente, la falta de N (7.09 t ha^-1) y de P (9.58 t ha^-1), causó menor producción de grano en comparación del resto de los tratamientos de fertilización. Estos datos confirman la falta de un nutrimento como el N impacta en desbalance de otros nutrimentos de acuerdo a Ciampitti y Vyn (2010).

Eficiencia agronómica (EA) de NPK en cinco híbridos de maíz por tratamientos de parcelas de omisión de macro nutrimentos

Estos indicadores de la eficiencia agronómica de N-P-K en maíz se alinean a la necesidad de optimizar el uso de los fertilizantes en esta gramínea, tanto desde el punto de vista económico de la sustentabilidad del sistema de producción y los recursos naturales (Espinosa y García, 2008; Fixen, 2009). La falta de azufre (-S), se identificó visualmente en tejidos de maíz pero aún no impactó en los rendimientos de grano. Los anteriores resultados acreditan la necesidad de adoptar buenas prácticas de fertilización para obtener altos rendimientos de acuerdo a (Johnson et al, 1997; Witt et al., 2006; Roberts, 2007; Barbieri et al., 2008).

Correlación de vigor asociado a índice de verdor en hojas, nitratos en extracto celular y producción de grano del híbrido de maíz Z-60 por de fertilización al suelo.

Se destacan en el gráfico de la Figura 1, los valores de concentración de nitratos e índice de verdor en hojas de maíz Z-60 para los ocho tratamientos de fertilización. Las barras color verde con números en negritas; se observa el tratamiento sin nitrógeno (-N), tuvo el valor del índice de verdor menor con sólo 27.48 unidades SPAD. Para los demás tratamientos de omisión de macro nutrimentos, los valores fueron del rango de 56.45 a 61.40 unidades SPAD o índice de verdor, estadísticamente iguales entre sí pero diferentes las medias contra el tratamiento sin N. La concentración más baja de nitratos en el extracto celular fue con el tratamiento sin N con sólo 187.5 mg L^-1 de N-NO₃, seguido por el tratamiento de menos azufre (-S) con 897.5 de mg L^-1 de N-NO₃.La herramientas prácticas de diagnóstico en campo no solo permiten ajustar el plan de fertilización durante el ciclo sino que además contribuye a un eficaz manejo integrado de fertilizantes y abonos orgánicos desde el punto de vista económico (Álvarez et al, 2010) y de sustentabilidad del medio ambiente (Snyder, 2009).

Los coeficientes de correlación Pearson, con n= 160 datos y probabilidad > |r| suponiendo H0: Rho= 0; arrojó positiva de 0.662 entre la de producción de grano con el índice de verdor de hojas basales (con menos de 35 unidades se tiene baja producción). Análogamente, concentración de nitratos en extracto celular de menos de 300 mg L^-1 se asoció a baja producción de grano. A mayor producción de biomasa vegetal mayor producción de grano en el conjunto de híbridos excepto para H-47. La producción de grano de Z-60 se correlacionó positivamente con un mayor número de variables (ocho), incluyendo el peso de 200 semillas. La concentración de potasio en el extracto celular no se asoció a la producción de grano.

La medición de nitratos en el extracto celular de entrenudos de la inserción del jilote y el índice de verdor en hojas basales de maíz son útiles herramientas de diagnóstico en campo para decidir sobre el suplemento de la fertilización nitrogenada al inicio de la floración de acuerdo a Snyder, (2009) y Johnson et al. (1997).

La metodología de manejo nutricional por sitio específico (MNSE) con el procedimiento de diferencias por la exclusión de N, P, K, S, Mg, Ca contra la fertilización completa y la fertilización del agricultor permitió inferir sobre la oferta efectiva nutrimental del suelo con relación a su potencial y expectativa de producción de grano por el agricultor. La eficiencia agronómica EA de N fue de 20.9 kg de grano de maíz por kg de N aplicado al suelo, de 10.4 kg de grano por kg^-1 de P₂O₅ y de 8.41 kg de grano kg^-1 por kg de K₂O. Se correlacionó baja producción de grano de maíz con índice de verdor en hojas menor a 35 unidades SPAD y concentración menor de 300 de mg L^-1 de N-NO3. Para la oferta nutrimental de este suelo y para los rendimientos de grano actuales no se justifica una fertilización más intensiva.

Agradecimientos

Este trabajo es parte del proyecto de investigación PAPIIT: IT201312-3, UNAM bajo convenio con el INIFAP. Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán- Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

Literatura citada

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