Distancia entre surcos en el rendimiento y calidad de la materia seca de maíz y de sorgo

Row spacing on both sorghum and maize dry matter yield and quality

Eduardo Daniel Bolaños Aguilar^a, Jean-Claude Emile^b

^a INIFAP, Programa de Forrajes, CP 86400 Huimanguillo, Tabasco (México); Tel. (937) 3750396. bolanos.eduardo@inifap.gob.mx Correspondencia al primer autor.

Recibido el 24 de mayo de 2010
Aceptado el 18 de agosto de 2010

RESUMEN

El objetivo fue comparar el rendimiento de materia seca y el valor nutritivo de un híbrido convencional de sorgo [(Sorghum bicolor (L.)], establecido a dos distancias entre surcos, con un híbrido convencional de maíz (Zea mays L.). El sorgo var. Solarius fue establecido a 75 y 20 cm entre surcos, y el maíz var. Anjou 387 a 75 cm (siembra convencional) en 2007, 2008 y 2009 en Lusignan, Francia. El rendimiento de materia seca (RMS) en ambas especies declinó con los años y esta disminución fue mayor en maíz. El RMS para 2009 fue menor en 20.7, 6.5 y 5 t ha^-1, al compararlo con 2007, con respecto a maíz, sorgo 75 y 20 cm, lo que indica que la reducción de lluvia afectó menos el RMS del sorgo 20-cm. Al promediar los años, sorgo 20-cm tuvo mayor proteína con 104.1 g kg^-1 MS vs 89.4 y 70.5 g kg^-1 MS de sorgo 75-cm y maíz, respectivamente. El maíz tuvo más alta digestibilidad que el promedio de los dos tratamientos de sorgo con 692 vs 636 g kg^-1 MS. La digestibilidad fue mayor en maíz debido a su menor concentración de lignina. La concentración en lignina del maíz fue 18 vs 28.8 g kg^-1 MS del promedio de los dos tratamientos de sorgo. Sin embargo, la digestibilidad de ambos tratamientos de sorgo aumentó en 77.2 g kg^-1 MS al pasar de 2007 a 2009. El maíz fue más sensible a los cambios ambientales. El sorgo sembrado a 20 cm entre surcos fue superior en RMS y en concentración de proteína que el maíz, cuando las condiciones de lluvia son un factor limitante.

Palabras clave: Maíz, Sorgo, Rendimiento de materia seca, Proteína, Digestibilidad, Lignina.

ABSTRACT

Key words: Maize, Sorghum, Dry matter Yield, Protein, Digestibility, Lignin.

INTRODUCCION

Actualmente existen importantes estudios que buscan disminuir los efectos negativos sobre la producción de leche o carne de los períodos secos del año que son cada vez más extendidos y frecuentes^(1,2,3). El utilizar forrajes ensilados ayuda a disminuir las fluctuaciones de la producción animal durante el año. Los forrajes de corte son una opción para su uso como ensilados, siendo el maíz forrajero el más utilizado dado su valor nutritivo, en particular su elevada digestibilidad con respecto a otros cultivos forrajeros⁽¹⁾. Sin embargo, el maíz no es, entre los cultivos forrajeros utilizados en ensilado, el más adaptado a las condiciones de falta de agua del suelo, ya que necesita de la irrigación en un momento determinado del período seco del año para mantener una alta producción de materia seca^(2,3,4).

Una alternativa forrajera es el sorgo (planta rústica comparada con el maíz) el cual produce más biomasa por unidad de agua consumida⁽⁵⁾, economizando una planta de sorgo de 80 a 100 mm de agua con respecto al maíz, durante su período de crecimiento⁽⁶⁾. Por otra parte, la elevada capacidad de exploración del suelo de las raíces del sorgo, debido a la alta densidad y ramificación, le permite una mejor absorción del nitrógeno del suelo⁽²⁾. Sin embargo, las anteriores cualidades del sorgo no le permiten un rendimiento mayor de materia seca, en períodos no limitantes en humedad del suelo y presenta rendimientos semejantes al del maíz en períodos críticos del año⁽⁷⁾. Esta desventaja podría estar mitigada con prácticas agronómicas al momento de la siembra. En Francia, la siembra del sorgo es semejante a la del maíz, en surcos espaciados a 75 cm. Entre las prácticas agronómicas que pueden contribuir a incrementar el rendimiento de forraje por hectárea del sorgo se encuentra disminuir la distancia entre surcos⁽⁸⁾ y el incremento en el número de plantas dentro del surco⁽⁹⁾, pero a mayor densidad de plantas por hectárea del sorgo se ha observado un incremento en la síntesis de paredes celulares⁽¹⁰⁾ con disminución en la digestibilidad y en la concentración de proteína⁽⁹⁾. Sin embargo, la mayoría de estos estudios fueron realizados durante el período de antesis para evaluar el forraje, o a maduración del grano para evaluar rendimiento del grano. Por esta razón, no hay información disponible sobre el rendimiento y calidad del sorgo cuando éste presenta alrededor de 300 g kg-¹ MS a nivel de la planta entera. Con esta concentración en MS el sorgo aumenta su digestibilidad a 650 g kg^-1MS, aproximadamente⁽¹¹⁾. En maíz se han establecido concentraciones de 300 a 350 g kg^-1 MS⁽¹²⁾ para incrementar la calidad del forraje.

El objetivo del presente estudio fue comparar el rendimiento y valor nutritivo del maíz var Anjou 387, sembrado en forma convencional (75 cm entre surcos), con el rendimiento y valor nutritivo del sorgo var Solarius, sembrado en forma convencional y en siembra estrecha (20 cm entre surcos).

MATERIALES Y METODOS

El estudio se realizó en condiciones de campo en la Estación Experimental de Forrajes y Medio Ambiente del Instituto Nacional de Investigación Agronómica (INRA), Lusignan, Francia (46°25'07N, 0°07'06 E, altitud 149 m) durante los años 2007, 2008 y 2009, con una variedad de maíz (Zea mays L.) var. Anjou 387, y con una variedad de sorgo de grano (Sorghum bicolor (L.) Moench) var. Solarius. Estas dos variedades son consideradas representativas para el ensilado en Francia⁽³⁾. En cada año el período de crecimiento del cultivo fue diferente dadas las diferencias en condiciones climáticas. Los datos del clima prevaleciente durante los períodos de crecimiento de las especies estudiadas se muestran en el Cuadro 1.

El trabajo se condujo en un suelo neutro (pH = 6.8) de origen calcáreo, color café, textura arcillo-limoso, estructura poliédrica y con 3 % de materia orgánica⁽¹³⁾. El suelo se clasificó como cambisol dístrico⁽¹⁴⁾. Después de la siembra y durante los tres años, todas las parcelas experimentales fueron fertilizadas con 70 kg ha^-1 de N en forma de nitrato de amonio. No hubo irrigación ni se emplearon pesticidas (herbicidas, fungicidas, insecticidas). Dentro de cada año, tanto el maíz como el sorgo fueron sembrados en parcelas adyacentes de 720 m² (12 x 60 m) con ayuda de una sembradora Hersian a una profundidad de 5 cm. Cada parcela fue una repetición, estableciéndose cuatro repeticiones en 2007 y 2008, y tres repeticiones en 2009. El maíz se sembró convencionalmente (75 cm entre surcos) a una densidad de siembra de 95,000 granos ha-¹. El sorgo se estableció en siembra convencional (75 cm entre surcos), y en siembra estrecha (20 cm entre surcos) a una densidad de 330,000 granos ha^-1 (densidad convencional). Las fechas de siembra y de cosecha de ambas especies se muestran en el Cuadro 1.

Antes de la toma de datos, se muestreó dos veces por semana, a lo largo de un metro lineal de tres surcos tomados al azar por parcela, a partir de que el 50 % de las plantas iniciaron la floración. Lo anterior para conocer la evolución de la concentración de MS en la planta entera, y poder estimar el momento propicio de cosecha (fijado en 300 g kg-¹ MS, en promedio, para las dos especies) de cada parcela. De esta manera, se cosechó cuando las plantas alcanzaron 320 g kg-¹ MS, y dicha concentración se obtuvo al mismo tiempo en ambas especies en todas las parcelas dentro de cada año, siendo las fechas el 15 de octubre en 2007, el 24 de septiembre en 2008 y el 16 de septiembre en 2009 (Cuadro 1). A partir de este momento dio inicio el estudio con la toma de muestras de tres surcos por parcela, seleccionados al azar en 2007 y 2008, y en cinco surcos en 2009. Para obtener el número de plantas y el rendimiento de materia seca, las plantas fueron contadas y cosechadas a una altura de 10 cm del suelo a lo largo de dos metros lineales por surco. Con estos datos se calculó el número de plantas ha^-1 (NPHA) y el rendimiento de materia seca (RMS, en t ha-¹), de acuerdo a la distancia entre surcos. Previo al corte, se obtuvo la altura promedio de las plantas (AP, en centímetros) la cual se midió del nivel del suelo a la punta de la planta en ambas especies. Las plantas cosechadas fueron pesadas y posteriormente se separaron manualmente en dos componentes: peso verde de órganos vegetativos (tallos más hojas) y peso verde de órganos reproductivos (mazorcas o panículas, según el caso). Cada componente se secó a 60 °C por 48 h para estimar su peso seco, y de esta manera obtener también el peso seco de la planta entera. Con los pesos verdes y secos se estimó la concentración de MS (g kg-1 de MV) de la planta entera (MSPE), de los órganos reproductivos (MSOR), y de los órganos vegetativos (MSOV). Además de las evaluaciones anteriores, en el año 2009 las plantas también se separaron en tres componentes morfológicos: tallos, hojas y órganos reproductivos, calculándose el área foliar (m² ha^-1). El área foliar se basó en el área de la tercera hoja en ambas especies(1⁵), contada de la última hoja de la punta a la base del tallo. Así, área de la hoja = largo x ancho x factor de conversión. El factor de conversión para el maíz fue de 0.73⁽¹⁶⁾ y de 0.747 para sorgo⁽¹⁷⁾. Subsecuentemente, el área de la tercera hoja se multiplicó por el número de hojas verdes por planta para obtener el área foliar por planta, y por el número de plantas sobre los 2 m lineales x 50 m x número de surcos por hectárea (dependiendo de la distancia entre surcos) para obtener el área foliar por hectárea. Para el análisis del valor nutritivo de la planta, se cosecharon las parcelas en su totalidad con apoyo de una recogedora de forraje con picado automático marca John Deere modelo 630. Del forraje cosechado se tomaron tres muestras por parcela, las cuales se molieron en laboratorio a un tamaño de partícula de 1 mm, después secadas a 60 °C por 48 h para determinar el valor nutritivo. Las muestras se analizaron por la técnica de absorción NIRS (NIRSystems, Inc., Silver Spring. MD 20904, USA) para predecir los niveles de concentración (g kg^-1 de MS) en la planta de proteína, digestibilidad y lignina de ambas especies. En 2008 la concentración de proteína no se determinó.

El análisis de varianza se realizó con el programa GLM del SAS⁽¹⁸⁾. Se generó un primer análisis en el que se incluyeron los tres años y los tres tratamientos (maíz a 75 cm, sorgo a 75 cm y sorgo a 20 cm) y sus interacciones en el modelo. Este análisis se realizó de acuerdo al diseño de bloques completos al azar en arreglo de parcelas divididas con cuatro repeticiones, considerando los años como parcelas principales y los tratamientos como subparcelas. Dado que hubo interacción año x tratamiento para todos los caracteres evaluados, se procedió al análisis de cada año por separado, en base al diseño de bloques al azar. Las diferencias entre medias se determinaron con la prueba Student Newman Keuls (ot = 0.05). La correlación entre caracteres se calculó por proc CORR⁽¹⁸⁾.

RESULTADOS Y DISCUSION

La lluvia acumulada durante el periodo de crecimiento del maíz y del sorgo, presentó una disminución de 24 mm en 2008 y de 190 mm en 2009 con respecto al 2007. Un aumento en 2 °C de la temperatura promedio se observó en el último año con respecto al primero (Cuadro 1). Lo anterior muestra que las condiciones climáticas propias para el crecimiento de los cultivos fueron desfavorables con los años de evaluación.

Rendimiento de materia seca

Hubo interacción significativa (P<0.01) año x tratamiento para el RMS (Cuadro 2). Los tres tratamientos redujeron su RMS sobre los tres años (Figura 1). El RMS del sorgo a 75 y 20 cm en 2009 disminuyó en 6.5 y 5 t ha-¹ respectivamente, comparado con 2007. El cultivo del maíz produjo 20.7 t ha-¹ menos en 2009 con respecto a 2007 (Cuadro 3). La fuerte disminución del RMS del maíz, dada la baja precipitación pluvial en 2009, influyó en la interacción mencionada al cambiar su posición de mayor RMS en los primeros dos años al de menor rendimiento en 2009 (Figura 1). Lo anterior indicó menor adaptación del maíz a condiciones secas del medio, ya que el registro de 46 % menos de lluvia acumulada en 2009, con respecto al primer año, redujo en 82 % el RMS del maíz, y sólo en 48 y 29 % los rendimientos de sorgo a 75 y 20 cm, respectivamente. Varias décadas atrás ya se había reportado que déficits en 50 % de disponibilidad de agua producía déficits de rendimientos iguales o superiores al 60 % en maíz y al 50 % en sorgo⁽¹⁹⁾. Por el contrario, el maíz expresó su mayor potencial para producir forraje en condiciones favorables de clima. Así en 2007 el RMS del maíz fue superior en 11.7 y 8 t ha^-1 con respecto a sorgo a 75 cm y 20 cm. En ambos tratamientos de sorgo los rendimientos fueron similares, promediando 15.5 t ha^-1 (Cuadro 3). El mayor RMS del maíz puede ser explicado por la altura promedio de sus plantas (146 y 158 cm más alta que la de sorgo 75 y 20 cm, respectivamente), y por su concentración de MSPE (41.5 y 70.5 g kg-¹ MV más que en sorgo 75 y 20 cm). Estos dos factores AP y MSPE, fueron los que compensaron el menor NPHA cosechadas de maíz, dando además por resultado el mayor rendimiento. Las variaciones en la concentración de la MSPE de los diferentes tratamientos estuvo relacionada (r²= 0.85; P<0.01) (Cuadro 4) con la concentración de MSOR (138.5 y 188.8 g kg^-1 MV más en maíz que en sorgo a 75 y 20 cm, en su orden); ya que la concentración de MSOV fue semejante entre los tres tratamientos (240.2 g kg-¹ MV en promedio). En 2008 el RMS del tratamiento de maíz disminuyó en 4.2 t y en 3.0 t para el tratamiento de sorgo a 75 cm, sin haber existido cambios para sorgo a 20 cm, con respecto a 2007 (Cuadro 3). Sin embargo, el maíz mantuvo su posición de mayor rendimiento con 10.6 y 4.4 t ha^-1 más que en sorgo a 75 y 20 cm, en su orden (Figura 1). Sorgo a 75 cm fue el de menor RMS en 2008. El mayor rendimiento del maíz mantuvo correlación con la AP y la concentración de MSPE, estando esta última relacionada con la MSOR, ya que la MSOV no varió (P>0.05) entre los tres tratamientos. Por el contrario, el mayor RMS del sorgo a 20 cm con respecto al sorgo a 75 cm se debió al mayor NPHA cosechadas del primero (diferencia de 115,084 plantas), dado que entre estos dos tratamientos los caracteres AP, MSPE, MSOR y MSOV fueron semejantes (P>0.05). En 2009, el maíz redujo sustancial mente su RMS en 16.6 t ha-¹ con respecto a 2008 (Cuadro 3), lo que significó una disminución de 20.7 t ha^-1 con respecto a 2007. Sin embargo, esta reducción no dependió de la AP (el maíz mantuvo su mayor altura aún con un descenso 51 cm con respecto a 2008), sino de la reducción de la MSOR, la cual a su vez redujo la MSPE (la MSOV no varió con respecto a 2008) siendo el maíz el de menor RMS en 2009. Por el contrario entre los tratamientos de sorgo no hubo diferencias (Cuadro 3) en la concentración de MSOR (359 g kg-¹ MV, en promedio) y este carácter en ambos tratamientos de sorgo fue superior al del maíz (diferencia de 103.4 g kg-¹ MV). La mejor adaptación del sorgo a condiciones secas del medio es producto del fuerte desarrollo de sus raíces a partir del estado de 5 a 6 hojas, siendo más densa y ramificada que la del maíz, pero no precisamente más profunda⁽²⁾. Además, las hojas de sorgo tienen serosidad que limita la evapotranspiración, y sus células cuentan con un mecanismo de ajuste osmótico que disminuye su deshidratación⁽²⁰⁾. Así, el sorgo sembrado a 20 cm registró el mayor RMS en 2009 con 5.3 t y 7.84 t ha-¹ más que en sorgo 75-cm y maíz.

Entre los dos tratamientos de sorgo, sorgo a 75 cm fue superior en concentración de MSPE pero semejante a sorgo con 20 cm en MSOR y MSOV (Cuadro 3). Por lo anterior, el mayor RMS del sorgo a 20 cm se debió a su mayor NPHA con respecto a sorgo con 75 cm (superior en 143,334 plantas), y a su mayor concentración en MSOR con respecto al maíz (superior en 103.5 g kg-¹ MV). El menor NPHA cosechadas en sorgo a 75 cm se debió posiblemente al incremento en la competencia por nutrientes entre plantas, dado a la mayor densidad de siembra dentro del surco (24.7 granos m-¹) que en sorgo a 20 cm (6.7 granos m-¹). Caravetta et al⁽⁹⁾ demostraron que las características morfológicas del sorgo responden a cambios en la distancia entre plantas dentro del surco, mejorándose la penetración de luz y disminuyendo la competencia entre plantas a mayor espaciamiento entre ellas. Otra posible razón del mayor RMS fue la mayor área foliar (medida en 2009) observada en sorgo a 20 cm (350 mil m² ha-¹) comparado con sorgo a 75 cm (207 mil m² ha-¹) (Figura 2). Las mayores áreas foliares por unidad de área se obtienen en siembras óptimas de densidad de plantas, logrando un mayor RMS dado que la tasa de crecimiento de los cultivos están en función de la luz interceptada y de la tasa de intercambio de carbono^(21,22).

Así se observó que las variaciones del RMS estuvieron relacionadas con la AP (r²= 0.81; P<0.01) y con la concentración de MSPE (r² = 0.68; P<0.05), estando variaciones de la MSPE relacionadas con las variaciones de la MSOR (r² = 0.85; P< 0.01) (Cuadro 4). Las variaciones de la MSOR fueron la causa principal de las variaciones del RMS en los tres tratamientos. Este caracter tuvo su mayor desarrollo en 2007, dándole el mayor RMS al maíz, en 2007 y 2008, gracias a la mayor altura que esta especie presentaba. El incremento de la MSOR es indicativo de una traslocación importante de nutrientes de los órganos vegetativos a los órganos reproductivos, dada por las condiciones ambientales favorables de humedad del primer año. Por lo anterior, se observó una relación inversa (r²= -0.64; P<0.05) entre MSOR y MSOV (Cuadro 4). Para la formación de granos la planta toma el nitrógeno de los tallos, hojas y del suelo, siendo la solubilidad y disponibilidad del nitrógeno del suelo mayor en condiciones húmedas del mismo⁽⁵⁾. Estas condiciones favorables de humedad se dieron principalmente en 2007.

Valor nutritivo

Aún cuando hubo interacción año x tratamiento para los tres caracteres del valor nutritivo (Cuadro 2), la magnitud de los cambios fue baja (P>0.05) dado que tanto el maíz como el sorgo a 75 y 20 cm mantuvieron sus concentraciones de proteína, digestibilidad y lignina entre los diferentes años (Figura 3).

Promediando los años evaluados, el sorgo a 20 cm registró las mayores concentraciones de proteína (104.1 g kg-¹ MS vs 89.4 y 70.5 g kg-¹ MS del sorgo a 75 cm y maíz, respectivamente) y el maíz presentó la mayor digestibilidad (692 vs 636 g kg-¹ MS promedio de los dos tratamientos de sorgo) debido a su menor concentración de lignina (18 vs 28.8 g kg^-1 MS del sorgo). Se han reportado concentraciones de proteína en maíz comparables con las de sorgo^(10,23) en estudios realizados a 76 cm entre surcos. Sin embargo, también se ha observado mayor concentración de proteína en plantas de sorgo sembradas a mayor espacio dentro del surco⁽⁹⁾. El sorgo presenta una mayor eficiencia en la toma de nitrógeno del suelo por unidad de agua consumida (0.60 kg N mm^-1 de agua) con respecto al maíz (0.40 kg N mm-¹)⁽²⁴⁾, demostrando también mayor eficiencia del uso del agua cuando es irrigado⁽¹⁰⁾. Lo anterior puede ser una explicación de la mayor concentración de proteína del sorgo con respecto al maíz. La variación en concentración de proteína entre los dos tratamientos de sorgo se puede explicar, en parte, a la menor concentración de MSPE de sorgo a 20 cm, a excepción del segundo año en donde fue semejante al sorgo a 75 cm (Cuadro 3). Así, a menor concentración de MSPE mayor concentración de la proteína en la planta^(25,26). Otra razón se debió a la relación entre la proteína con el número de plantas ha^-1 (r²= 0.89; P<0.05) (Cuadro 4), siendo el NPHA mayor en sorgo 20-cm, dando origen, por consiguiente, a la mayor área foliar ha-¹ (Figura 2). De hecho, se han reportado, como se esperaba, concentraciones de proteína en sorgo significativamente mayores en hojas que en tallos(²⁷). Así, el área foliar fue un factor adicional en el incremento de la concentración de proteína en sorgo 20-cm.

Por último, en este trabajo se observó que, y como era de esperarse, la digestibilidad tuvo alta relación inversa (r²= -0.88; P<0.05) con la concentración de lignina, ya que la lignina es esencialmente indigestible. Al parecer, la siembra estrecha entre surcos no sólo incrementa el RMS del sorgo, sino también su valor nutritivo medido por medio de la concentración de proteína.

CONCLUSIONES E IMPLICACIONES

Se concluye que la siembra del sorgo a 20 cm entre surcos puede superar significativamente al maíz en RMS y en valor nutritivo, medido por la concentración de proteína, en situaciones ambientales en que la disponibilidad del agua es un factor limitante. Por el contrario, el maíz presenta mayores rendimientos que sorgo y mejor valor nutritivo, medido por medio de la digestibilidad, en ambientes favorables de lluvia, observándose de esta manera la mayor vulnerabilidad del maíz a las variaciones del medio. El sorgo tiene un papel muy importante hoy en día en que es necesario adaptar la agricultura a la evolución del clima, sobre todo a las condiciones en que la disponibilidad de agua es un factor limitante.

AGRADECIMIENTOS

El primer autor agradece al INIFAP (Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias) por su apoyo en la realización de su estancia de investigación (año sabático) en el INRA de Lusignan, Francia, así como a los técnicos del INRA (Institut National de la Recherche Agronomique), en especial a Guillaume Audebert, por su ayuda en los trabajos de campo y de laboratorio.

LITERATURA CITADA

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