Producción de maíz forrajero (Zea mays L.) en tres sistemas de irrigación en la Comarca Lagunera de Coahuila y Durango, México

Forage maize (Zea mays L.) production in three irrigation systems in the Comarca Lagunera of Coahuila and Durango, México

J. Alfredo Montemayor-Trejo^1*, J. Luis Lara-Míreles², J. Luis Woo-Reza², Juan Munguía-López³, Miguel Rivera-González⁴, Ramón Trucíos-Caciano⁴

¹ Instituto Tecnológico de Torreón. Carretera Torreón-San Pedro km 7.5, Torreón, Coahuila. México. * Autor responsable. (montemayorja@hotmail.com).

³ Centro de Investigación de Química Aplicada. Bulevard Enrique Reyna 140. 25253. Saltillo, Coahuila. México.

⁴ CENID-RASPA INIFAP. km 6.5 margen derecha Canal Sacramento Gómez Palacio, Durango. México.

Recibido: septiembre, 2011
Aprobado: enero, 2012.

Resumen

En la Comarca Lagunera, México, la mayor limitante para la producción de forrajes es la disponibilidad del agua. Su déficit para un equilibro en la recarga del acuífero es 450 millones m³ (Mm³), por lo cual es necesario evaluar métodos de riego que aumenten la productividad del agua. El objetivo de esta investigación fue evaluar tres sistemas de irrigación: riego por goteo sub superficial (RGS), pivote central (PC) y gravedad (G) en maíz forrajero (Zea mays L.). Se obtuvieron modelos de consumo de agua aplicada, índice de área foliar (IAF), producción de materia seca (MS) y productividad del agua (PA). La investigación se realizó en la Comarca Lagunera, Municipio de Torreón, Coahuila, México, en 2006 y 2007 en los ciclos de primavera-verano, en dos localidades: 1) la pequeña propiedad Campo Sagrado y 2) la empresa VERMIORGANIC, S.P.R. de R.L. En los dos sitios la siembra se realizó en seco con el híbrido Aspros 900, en una densidad de 90 000 plantas ha^-1. El agua aplicada se midió con un medidor volumétrico, y la evaporación con un tanque evaporímetro tipo A y el IAF con el equipo LAI 2000 Plant Canopy Analyzer (LI-COR, Inc. Lincoln, Nebraska, EE.UU.). El método de regresión lineal se usó para obtener los modelos, y las pendientes y valores medios se compararon con la prueba t de Student (p≤0.05). La producción de MS y PA fue mayor (p≤0.05) con RGS que con PC y G. Con los modelos se calculó un consumo promedio de 0.51, 0.56 y 0.73 cm d^-1 para RGS, PC y G (R²≥0.97). Con un modelo polinomial para IAF se calculó un crecimiento diario de 0.25, 0.15 y 0.10 para RGS, PC y G (R²≥0.96). Se concluye que la cantidad de agua aplicada fue menor en el sistema de riego por goteo sub superficial y en los tres sistemas de riego la aplicación del agua no supero a la evaporación del tanque tipo A. El IAF fue descrito por un modelo polinomial de segundo orden.

Palabras clave: maíz, riego sub superficial, pivote central.

Abstract

In the Comarca Lagunera, México, water availability is the most important limiting factor for forage production. Its deficit for balance in recharging the aquifer is 450 million m³ (Mm³); therefore, it is necessary to evaluate irrigation methods which may increase water productivity. The objective of this research was to evaluate three irrigation systems: subsurface drip irrigation (SDI), center pivot (CP), and gravity (G) on forage maize (Zea mays L.). Variables obtained were consumption models of applied water, foliar area index (FAI), dry matter production (DM), and water productivity (WP). The study was carried out in the Comarca Lagunera, municipality of Torreon, Coahuila, México, in the spring-summer cycle of the years 2006 and 2007, at two locations: 1) in the small property Campo Sagrado, and 2) the Company VERMIORGANIC S.P.R. of R.L. At the two sites, dry sowing was carried out, using Aspros 900 hybrid plants at a density of 90 000 plants ha^-1. The water applied was measured with a volumetric meter, and evaporation with a class A pan evaporation, and FAI with a LAI 2000 Plant Canopy Analyzer Equipment (LI-COR, Inc. Lincoln, Nebraska, USA). Linear regression method was used in order to obtain the models; and the slopes and mean values were compared with the Student's t test (p≤0.05). The production of DM and WP was higher (p≤0.05) with SDI than with C and G. Based on the models, an average consumption of 0.51, 0.56, and 0.73 cm d^-1 was calculated for SDI, CP, and G (R²≥0.97). With a polynomial model for FAI daily increase of 0.25, 0.15, and 0.10 for SDI, CP, and G (R²≥0.96) was calculated. We conclude that the amount of applied water was lower in the subsurface drip irrigation system; in the three irrigation systems, water application did not surpass the evaporation of class A pan evaporation. The FAI was described by a second-degree polynomial model.

Key words: maize, subsurface irrigation, center pivot.

INTRODUCCIÓN

En México, en el ciclo agrícola 2008/2009, se cosecharon 2 949 967 ha, de las cuales 403 385 ha corresponden a la producción de forrajes, y la superficie para maíz forrajero (Zea mays L.) fue 28 212 ha (CONAGUA, 2010). En la Comarca Lagunera de los estados de Coahuila y Durango en el ciclo agrícola 2009/2010 se establecieron 196 839 ha incluyendo los cultivos perennes; para alfalfa (Medicago sativa L.), maíz y sorgo (Sorghum vulgare) la superficie fue 96 385 ha (El Siglo de Torreón, 2011). En estas superficies de riego un problema principal es la disponibilidad del agua, agudizado por el constante y progresivo abatimiento de los niveles freáticos de los acuíferos. De acuerdo con CONAGUA (2010) de los 653 acuíferos, 101 están sobrexplotados y en el acuífero principal de la Comarca Lagunera hay una recarga natural de 800 millones m³ (Mm³) y su extracción aproximada es 1252 Mm³ con un abatimiento promedio de 1.3 m por año (CONAGUA, 2004).

Por tanto, es necesario evaluar y adoptar nuevas tecnologías del riego donde el principal indicador para su adopción sea la productividad del agua (PA) expresada como kg de materia seca (MS) m^-3 de agua aplicada, kg mm^-1 o g por unidad de superficie por mm de agua (g m^-2 mm^-1) (Howell et al., 1998; Marozzi et al., 2005). En los distritos de riego en México este indicador para el periodo de 1994 a 2008 es menor a 1.6 kg m^-3 (CONAGUA, 2010); sin embargo, este valor puede aumentar a 2.0 kg m^-3 en alfalfa y 4.0 kg m^-3 en maíz forrajero (Montemayor et al., 2007; Montemayor et al., 2010). Este indicador varía entre regiones y está directamente afectado por la fertilidad del suelo, variedad, fechas de siembra, densidades de población, prácticas culturales, sistema de riego y clima. Su valor debe ser mejorado considerablemente porque la competitividad del agua en la agricultura aumenta con otros sectores (Howell, 2001; Ahmad et al., 2004; Colaizzi et al., 2004).

Así, para el indicador PA: 1) en riego por gravedad hay valores de PA entre 1.5 y 2 kg m^-3 (Morozzi et al., 2005; Montemayor et al., 2007); 2) en el estado de Yucatán, el aumento de la PA en pivote central con respecto al obtenido en temporal y riego por surcos fue mayor a 2 Mg ha^-1 y 1 Mg ha^-1 (Mena et al., 2010); 3) la producción de cacahuate (Arachis hypogaea) fue más alta con riego por goteo sub superficial (RGS) respecto al riego por aspersión, pero en la producción de maíz no hubo diferencia estadística (Adamsen, 1989 y 1992); 4) en Hawai, el rendimiento anual de alfalfa fue 26.8 Mg ha^-1 con riego por RGS y 26.3 Mg ha^-1 con el método de aspersión (Bui y Osgood, 1995); 5) en siete cortes de alfalfa la PA fue 2.04 y 1.33 kg m^-3 para RGS y gravedad (Montemayor et al., 2010); 6) en Virginia (EE.UU.) la producción de maíz dulce fue 9.5 Mg ha^-1 con RGS y 8.3 Mg ha^-1 con riego por aspersión, con un 14 % de aumento (Phene y Beale, 1976); 7) la PA fue más alta en RGS vs sistema lateral de aplicación de baja energía en la producción de sorgo para grano (Colaizzi et al., 2004).

Con RGS se puede reducir el volumen de agua en 40 % y evitar déficit hídricos en el suelo debido a que la aplicación es de bajo volumen, se satisfacen las demandas diarias de agua por el cultivo y se induce una mayor producción de MS, porque hay una relación lineal entre ambas variables (Camp, 1998). Por tanto, el objetivo de la presente investigación fue evaluar tres sistemas de riego: goteo sub superficial, pivote central y como referencia el sistema por gravedad, y su efecto en la producción de maíz forrajero.

MATERIALES Y MÉTODOS

La Comarca Lagunera está entre 101° 41' y 104° 61' O, y 24° 59' y 26° 53' N; tiene una superficie de 47 887 km² con una altitud media de 1100 m, con una extensión montañosa y una superficie plana donde se localiza el área agrícola. Su clima es seco desértico, con lluvias en verano e invierno fresco, la precipitación pluvial media anual es 258 mm y la evaporación media anual es 2000 mm, por lo cual la relación precipitación-evaporación es 1:10; la temperatura media anual es 21 °C con máxima de 33.7 °C y mínima 7.5 °C. El periodo de temperaturas bajas o heladas se presentan de noviembre a marzo, aunque en algunas ocasiones se presentan tempranamente en octubre y tardíamente en abril (García, 1973). El Distrito de riego tiene un volumen de agua disponible promedio de 2530 Mm³, de los cuales 1278 Mm³ son fuentes de agua superficiales y 1252 Mm³ fuentes subterráneas. Los volúmenes de agua superficial son aprovechados en la agricultura mediante reservorios entre los que destacan las presas Lázaro Cárdenas y Francisco Zarco, con una capacidad total de almacenamiento de 3343 y 438 Mm³; ambas almacenan agua del río Nazas (SAGARPA, 2006). La distribución aproximada es 86.48 % para la agricultura, 2.81 % para la ganadería y el resto para otras actividades.

Esta investigación se realizó durante 2006 y 2007 en los ciclos Primavera-Verano en dos localidades: 1) la Pequeña Propiedad Campo Sagrado localizada en el km 9.3 de la carretera Torreón-Mieleras; 2) la empresa VERMIORGANIC, S.P.R. de R.L, a un costado de la autopista Torreón-San Pedro km 11.5, Municipio de Torreón, Coahuila. La producción de maíz forrajero se evaluó en tres sistemas de riego: goteo sub superficial (RGS), pivote central (PC) y por gravedad. En el 2006 se evaluó la producción en el sistema de PC y en el 2007 el riego por gravedad y RGS. Para RGS se usó una superficie de 0.75 ha, con separación de 90 cm entre cintas de riego, emisores espaciados a 30 cm con un gasto de 3 L h^-1 m^-1 enterradas a una profundidad promedio de 40 cm y el espesor de la cinta fue 0.250 mm. La siembra en seco en ambos ciclos se realizó en mayo, con densidad de 90 000 plantas ha^-1 del hibrido Aspros 900 (As-900) en surcos con 0.38 m de espaciamiento. Para controlar arvenses se aplicó el herbicida pre-emergente Atrazina (6-cloro-N3-etil-N4-isopropil-1, 3, 5-tiazina-2, 4 diamina) y 1.5 L de Pendimetalina en 200 L agua ha^-1. El híbrido AS-900 es apropiado para siembras de 90 000 a 112 000 plantas ha^-1, por su rendimiento alto de forraje seco, proporción de grano y precocidad alta (Carrillo et al., 2003). Las variables evaluadas fueron: evaporación de un tanque tipo A, lámina de riego aplicada, índice de área foliar (IAF), altura de planta, peso del elote, rendimiento de MS y PA. La lámina de riego en el sistema de gravedad fue evaluada con sifones calibrados; en el sistema RGS se usó la ecuación de (Boswell, 1990) modificada al sistema métrico decimal (Montemayor et al., 2010):

T_r = [(S * E_t)/ (Q * E_a)]

donde T_r = tiempo de riego (h), S = separación de cintas (m), E_t = evapotranspiración del cultivo (m d^-1), Q = gasto de la cinta por metro lineal (m^-3 h^-1), y E_a = eficiencia de aplicación.

La evapotranspiración del cultivo se evaluó con la evaporación de un tanque tipo A multiplicada por un coeficiente de 0.75 (Doorenbos y Pruitt, 1974; Locascio y Smajstrla, 1995). En el sistema de PV se realizaron pruebas de lámina precipitada en función de la velocidad de avance del pivote y se obtuvo la siguiente ecuación:

L= {1.85 + 0.15(X)}/E_a

donde L= lámina aplicada (cm), X= porcentaje de avance (%), y E_a = eficiencia de aplicación (0.8).

El IAF expresado como la relación adimensional de los m² de follaje por m² de superficie de suelo, se midió semanalmente con el equipo LAI 2000 Plant Canopy Analyzer (LI-COR, Inc. Lincoln, Nebraska, EE.UU.) Para obtener los modelos de aplicación de lámina de agua en cada sistema de irrigación, se usó el método de regresión lineal simple con los días después de siembra (DDS) como variable independiente vs lámina de agua aplicada acumulada como variable dependiente. El modelo fue:

donde Y_j = lámina aplicada (cm), X_i = días después de siembra, β₁ = pendiente de la recta (cm d^-1), β₀ = intercepto en el origen (mm), y e_ij = errores del modelo con media cero y varianza uno.

Para diferenciar los modelos estadísticamente se compararon los parámetros β₁ pendiente de la recta o lámina diaria mediante una prueba t de Student (p≤0.05). El mismo método se usó para comparar los modelos de crecimiento de IAF, donde DDS fue la variable independiente y el IAF la variable dependiente. En estos modelos sólo se consideró para su comparación el efecto lineal β₁ de cada modelo y no el efecto cuadrático, porque no hubo significancia estadística entre los modelos obtenidos. Para la altura de planta, peso de elote, rendimiento de MS y PA, las medias se compararon con la prueba t de Student (p≤0.05).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Modelos de agua aplicada y evaporación

La evaporación acumulada desde la siembra hasta 85 DDS fue 80 cm (Figura 1) en el modelo de regresión obtenido, y se calculó un valor promedio de evaporación de 0.96 cm d^-1 (R²=0.99). La evaporación diaria es un indicador fuerte en las demandas del riego porque induce una mayor evapotranspiración y es afectada por las condiciones del clima; además es un componente esencial en el balance del agua disponible para la programación del riego (Prasanna etal., 2008).

En el sistema de gravedad se aplicaron seis riegos (1, 7, 18, 39, 53 y 73 DDS), con una lámina total acumulada de 62 cm. Con el modelo de regresión se calculó un consumo promedio de 0.73 cm d^-1 (R²=0.98) y también la relación evapotranspiración-evaporación (Et/Ev), donde Et es la lámina aplicada y fue 0.77; este valor es el coeficiente de cultivo (Kc) e indica el nivel en que la cantidad de agua satisface el requerimiento del cultivo, y depende también de la forma de aplicación del agua por el sistema de irrigación. Para el cultivo de maíz, Andrew y Shashi (2009) reportan una evapotranspiración promedio de 54.8 cm en un estudio de cinco años en la Universidad de Nebraska, con valores de Kc de 1.03±0.07 para un maíz irrigado y 0.84±0.20 para maíz en secano. En el sistema RGS los riegos se aplicaron con una frecuencias de 3 a 5 d y con una lámina de 45 cm durante el ciclo del cultivo (Figura 1). El agua aplicada con RGS representó un ahorro de 37 % con respecto al riego de gravedad; el consumo promedio fue 0.51 cm d^-1 y estadísticamente menor al obtenido con riego por gravedad y pivote central (Cuadro 1). Caldwell et al. (1994) reportan consumos de 42 a 53 cm de agua en maíz para diferentes frecuencias de RGS. En el presente estudio la relación Et/Ev fue 0.56 y la reducción de su valor se debe principalmente a que disminuye la evaporación directa del suelo hacia la atmosfera y el agua es más aprovechada en el proceso de transpiración. Este valor es afectado por las condiciones de la humedad en la superficie principalmente (Allen et al., 1998; Andrew y Shashi 2009). El efecto de la profundidad del emisor fue evaluado por Steven et al. (1995) quien indican que la evaporación fue 51 mm menor en la profundidad de 0.15 m y de 81 mm en 0.3 m, comparada con emisores en la superficie del suelo.

En pivote central los riegos se aplicaron con frecuencias de 3 a 5 d y por ser un sistema de baja energía y bajo volumen de aplicación de agua (Camp, 1998; Ayars et al., 1999; Schneider y Howell, 1999), el riego se aplicó con láminas de 0.4 a 1.4 cm. La lámina aplicada fue 52 cm y 26 % menor con respecto al sistema de gravedad y 14 % más comparado con RGS, mientras que el consumo fue 0.56 cm d^-1, menor al obtenido por gravedad (Cuadro 1). Howell et al. (1995) reportan láminas de 27.9 cm para periodos húmedos y de 64 cm en ciclos normales en Texas (EE.UU.). En híbridos de ciclo corto y tardío la evapotranspiración varía de 0.6 a 1.0 cm d^-1 y el consumo total del agua cambia en función del ciclo, pero no según el tipo de hibrido (Howell et al., 1998). Según Mena et al. (2010), las láminas de aplicación van de 0.37 a 0.5 cm d^-1 en un riego con pivotes en el estado de Yucatán. En el presente estudio la Et/Ev fue 0.65 y similar al RGS (Cuadro 1). Sin embargo, en el sistema de pivote central, el agua es aplicada por la parte superior del dosel del cultivo y la evaporación directa de la superficie del suelo y del follaje aumenta, por lo cual el agua se aprovecha menos para la transpiración del cultivo, lo que induce una menor producción de materia seca y productividad del agua (Cuadro 4).

Índice de área foliar

Altura de planta, peso de elote, materia seca y productividad del agua

Los valores medios de altura y peso de elote (Cuadro 3) fueron los siguientes: 1) la altura en RGS fue 289 cm, 82 % más que en gravedad donde la altura fue 158 cm y 25 % más que pivote central (230 cm); 2) el peso de elote en RGS fue 0.440 kg, 90 % más que en gravedad (0.231 kg), y en pivote central fue 0.319 kg, esto es 28 % menos que en RGS y 38 % más que en gravedad. Al respecto, Montemayor et al. (2006) reportan pesos de elote de 0.345 kg en RGS y 0.238 kg en riego por gravedad. Estas diferencias se deben principalmente a que en RGS el agua está más disponible para la planta y aumenta el proceso de transpiración (Coelho y Or, 1999). Lo contrario ocurre en sistemas de riego por superficie donde el proceso de evaporación aumenta (Steven et al., 1995), en tanto que Sheafer (1988) indica que existe una relación lineal entre el proceso de transpiración y materia seca. Según Olague et al. (2006), en riego sub superficial el incremento de materia seca se debe principalmente a la mayor altura de planta, hijuelos en planta, plantas con mayor número y peso de elote, que se atribuyen principalmente a la mayor disponibilidad del agua.

La producción de MS (Cuadro 4) en RGS fue 41 % y 33 % más con respecto a gravedad y pivote central. Además aumentó (p≤0.05) la producción de MS con un mayor IAF, lo cual coincide con los resultados reportados por Reta et al. (2007) quienes muestran una relación lineal entre el IAF vs Ms (R²=0.86) al evaluar diferentes distancias entre surcos y el rendimiento más alto fue 22 368 kg ha^-1 con un IAF de 7.8 en surcos separados a 38 cm. El uso del agua por el cultivo (Cuadro 4) fue 4.07 kg m^-3en RGS, lo cual fue 57 % y 42 % mayor con respecto a gravedad y pivote central, mientras que en el sistema de pivote central la productividad del agua fue 2.35 kg m^-3 y 26 % más que en gravedad. Andrew y Shashi (2009) reportan 5.20±0.34 kg m^-3 para un maíz regado durante cinco años en Nebraska, y según Steven et al. (2006) la productividad del agua varía de 2 a 4.5 kg m^-3 con diferentes laminas de riego en goteo y pivote central, sin diferencias entre ambos sistemas de riego.

CONCLUSIONES

La cantidad de agua aplicada fue menor en el sistema de riego por goteo sub superficial, y en los tres sistemas de riego la aplicación del agua no superó a la evaporación del tanque tipo A. Mediante los modelos obtenidos se evaluó el consumo promedio diario de agua en los tres sistemas de riego. El índice de área foliar fue descrito por un modelo polinomial de segundo orden y su valor es mayor en riego por goteo sub superficial. La producción de materia seca y productividad del agua fue más alta en riego por goteo sub superficial, seguida de pivote central y riego por gravedad.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece la colaboración del señor Miguel Muñoz Caraveo responsable de la empresa VERMIORGANIC, S. P. R. de R. L. Al señor Salvador Álvarez Díaz y al ingeniero Jesús Castruita López propietario y responsable técnico de la Pequeña Propiedad Campo Sagrado.

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