Growth analysis of maralfalfa grass (Pennisetum sp.) in a warm humid climate

Jesús Miguel Calzada-Marín^a, Javier Francisco Enríquez-Quiroz^b, Alfonso Hernández-Garay^a, Eusebio Ortega-Jiménez^c, Sergio I. Mendoza-Pedroza^d

^a Posgrado en Recursos Genéticos y Productividad- Ganadería. Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. Km. 36.5, Carretera México-Texcoco. Montecillo, Estado de México. 56230. México.

^b Campo Experimental, La Posta. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Paso del toro, Veracruz, México. quiroz_jf@yahoo.com.mx. Correspondencia al segundo autor.

^c Agroecosistemas Tropicales. Colegio de Postgraduados. Campus Veracruz. México.

Recibido el 17 de abril de 2012.
Aceptado el 15 de enero de 2013.

Resumen

El objetivo de este experimento fue realizar un análisis de crecimiento del pasto "Maralfalfa" (Pennisetum sp.) desde la siembra hasta determinar el momento óptimo de cosecha. La morfología de la planta (MP), tasa de crecimiento (TC), altura, radiación interceptada (RI), relación hoja/tallo (H:T), hoja/no hoja (H:NH) y la acumulación de biomasa aérea, se evaluaron a intervalos de 15 días, en un periodo de 180 días, a excepción de los dos primeros muestreos que fueron mensuales. Los datos se analizaron mediante el procedimiento GLM de SAS, bajo un diseño experimental de bloques al azar, con medidas repetidas en el tiempo, con tres repeticiones. La MP varió de manera significativa (P<0.01) a través de los diferentes estados fisiológicos. La máxima producción de biomasa aérea y TC se alcanzó a los 151 días después de la siembra con 37,297 kg MS ha^-1 y 247 kg MS ha^-1 d^-1, respectivamente. También se registró el mayor porcentaje de RI (97.4 %), con una altura de 2.3 m aproximadamente. La producción de biomasa de tallos y la producción de material muerto del pasto maralfalfa, están correlacionadas de manera positiva con el incremento en la edad de la planta. La máxima tasa de crecimiento, coincide con la máxima producción de hojas y de tallos, y con la mayor producción de biomasa total.

Palabras clave: Pennisetum sp, Crecimiento, Hoja, Tallo, Radiación interceptada, Altura.

The objective of this experiment was to conduct growth analysis on "Maralfalfa" grass (Pennisetum sp.) from planting to determine the optimal time to harvest. The plant morphology (MP), growth rate (TC), height, radiation interception (RI), leaf / stem ratio (H:T), leaf/no leaf (H: NH) and the biomass accumulation, were evaluated at intervals of 15 d during a 180 d period, except for the first two samples that were sampled monthly. Data were analyzed using the GLM procedure of SAS, under an experimental design of randomized blocks, with repeated measures over time, with three replicates. The MP varied significantly (P<0.01) across different physiological states. The maximum biomass production and CT was reached at 151 d after planting with 37,297 kg DM ha^-1 and 247 kg DM ha^-1 d^-1, respectively. It also, recorded the highest percentage of RI (97.4), with a height of 2.3 m, approximately. Biomass production of stems and dead material production Maralfalfa grass are correlated positively with the increasing age of the plant. The maximum growth rate coincides with the maximum production of leaves and stems and increased production of total biomass.

Keywords: Pennisetum sp, Growth, Leaf, Stem, Intercepted radiation, Height.

En México, la región tropical comprende aproximadamente 56 millones de hectáreas (28 % del territorio nacional)^(1,2); el 75 % de dicha superficie se dedica a la ganadería, constituida en un 50 % de agostaderos y praderas nativas, 25 % de praderas inducidas y el resto son praderas introducidas; sin embargo, el índice de productividad de carne y leche del país es bajo, con valores de 35 y 16 % respectivamente⁽¹⁾. Esta baja productividad, aunada a la competitiva producción que actualmente existe en el sector agropecuario, obliga a los productores a realizar un uso eficiente de los recursos naturales que poseen⁽³⁾.

Lo anterior implica incrementar la producción y rentabilidad de dichos sistemas por unidad de área, por medio del aumento de la productividad, acción conocida como intensificación del proceso productivo^(3,4) En este aspecto, Da silva y Nascimento Jr⁽⁴⁾ señalan no tomar erróneamente intensificación como sinónimo de altas inversiones en recursos, técnicas y equipo de última generación, fertilizantes e irrigación; ya que dichas acciones no aseguran por sí solas una mayor producción.

Para tal efecto, resulta factible el uso de especies forrajeras de corte como gramíneas de la especie Pennisetum purpureum (Schum), que tienen como característica ser los de mayor potencial de crecimiento y producción de biomasa por unidad de superficie⁽⁵⁾, con variedades conocidas como los pastos: Taiwán, gigante o elefante, king grass, merkerón y napier, y los cultivares de reciente introducción al país como son el OM-22, el RT-115 y Maralfalfa⁽⁶⁾, de los cuales varias fuentes, en su mayoría no oficiales, reportan rendimientos de forraje por hectárea, así como su calidad nutricional superiores a los encontrados en los cultivares de P. purpureum ya conocidos, lo que sugiere la necesidad de generar información científica que avale y de las bases necesarias para su adecuado manejo y utilización.

Los cultivares de la especie P. purpureum son de uso generalizado en el trópico, pero no existe una caracterización productiva que defina la producción promedio de los cultivares específicos⁽³⁾, para lo cual es necesario desarrollar una evaluación agronómica; sin embargo, de acuerdo con Enríquez y Romero⁽⁷⁾ la evaluación agronómica de especies forrajeras no se debe basar únicamente en la cosecha final del producto, ya que esto no permite conocer el efecto particular de los factores ambientales sobre la capacidad productiva de las plantas a lo largo de su ciclo biológico. Por eso es de gran importancia describir su comportamiento fisiológico, la producción y la composición nutricional⁽³⁾. Por tal motivo, el análisis de crecimiento vegetal, constituye una herramienta de gran valor para conocer la formación y acumulación de biomasa, determinada por los factores internos de la planta y por el ambiente en que se desarrolla⁽⁸⁾.

El crecimiento de los pastos involucra cuatro procesos primarios: la aparición de hojas, la aparición de tallos, la formación de tallos verdaderos y la aparición de raíces⁽⁹⁾. Ol ambiente caracterizado por el suelo y el clima, tienen gran influencia en el crecimiento y desarrollo de las plantas y por lo tanto en su rendimiento; sin embargo, la disponibilidad de los recursos ambientales está supeditada a factores como tipo de suelo, altitud, vientos y decisiones de manejo agronómico⁽¹⁰⁾. La luz solar y la temperatura afectan la tasa de crecimiento de las especies forrajeras así como la tasa y tiempo de desarrollo de los estados fenológicos⁽¹¹⁾.

Por otra parte, la adquisición de recursos ambientales (luz, RO₂, temperatura, precipitación), depende de la proporción de hoja, tallos y raíces de las plantas, que mediante los procesos fisiológicos de fotosíntesis, absorción de agua y nutrimentos, crecimiento y desarrollo, determinan la productividad de los pastos y cultivos⁽¹⁰⁾. Por ello, en el estudio de los patrones de crecimiento de los pastos, la composición morfológica, es decir, la proporción relativa de: hojas, tallos, material muerto y espigas presentes en el forraje que acumulan en el tiempo es de gran significado, no sólo en cuanto a la calidad del forraje cosechado, sino por las implicaciones en la adquisición de dichos recursos y de manejo que de ella puede derivarse⁽¹²⁾.

El experimento se efectuó en el Sitio Experimental "Papaloapan" del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), ubicado en el municipio de Isla, Veracruz, a 18° 06' N y 95° 31' O y altitud de 65 msnm. El clima, de acuerdo con la clasificación climática de Köppen, modificada por García⁽¹⁶⁾, es Aw_o, el más seco de los cálidos subhúmedos, con lluvias en verano y precipitación promedio de 1,000 mm, de la cual el 85 % ocurre de junio a noviembre, la temperatura media anual es de 25.7 °R. El suelo es acrisol órtico, con textura franco arenosa, con pH de 4 a 4.7, pobre en materia orgánica, nitrógeno, calcio, potasio, y contenidos medios a altos de fósforo y magnesio⁽⁷⁾.

El experimento se sembró el 22 de julio del 2011 y las evaluaciones se hicieron del 24 de agosto del mismo año al 23 de enero del 2012. Se estableció en parcelas de 5 m de ancho por 16 m de largo, con tres repeticiones. La siembra se realizó con material vegetativo (tallos), el cual se sembró en líneas a cordón corrido con 4.33 puntos de germinación (plantas) por metro lineal con separación entre surcos de 0.50 m; lo que dio una densidad de 87,033 plantas por hectárea. Se aplicó una dosis de fertilizante de 120-80-00 kg ha^-1 de N y P2O5, respectivamente; la cual se dividió en dos aplicaciones (a los 43 y 112 días después de la siembra).

Se evaluaron diferentes estadios de crecimiento (30, 60, 75, 90, 105, 120, 135, 150, 165 y 180 días, después de la siembra [dds]), mediante muestreos destructivos; se cosecharon, a ras de suelo y al azar, dos transectos de 1 m lineal cada uno, por parcela y estadío de crecimiento. Ol material cosechado se pesó para obtener el peso fresco total del transecto y se tomó una submuestra del material cosechado, se pesó nuevamente en fresco, y se secó en una estufa de aire forzado a 55 °R hasta peso constante, para obtener la materia seca producida.

Del material cosechado se tomó otra submuestra de dos plantas (tallos completos), las cuales se separaron en sus componentes hojas, tallos, inflorescencias y material muerto, se secaron en una estufa de aire forzado a 55 °R hasta peso constante y pesaron, para así obtener la proporción de cada componente. La relación hoja/tallo y hoja/no hoja, se estimó para cada edad de crecimiento, al dividir la biomasa total de hojas, entre la biomasa total de tallos por planta. Para el caso de la relación hoja/no hoja, la materia seca total de hojas, se dividió entre la sumatoria de la materia seca total de tallos, inflorescencias y material muerto.

El número de plantas y el número de tallos presentes por planta, se registró en cada fecha de muestreo en transectos fijos de 1 m lineal por cada parcela, seleccionados al inicio del experimento, a los cuales, se les mantuvo intactos durante los 180 días de evaluación con la finalidad de ir cuantificando el aumento en tallos y plantas para cada unidad de muestreo; dichos datos se extrapolaron a una unidad de superficie determinada (ha), en función del metro lineal y la distancia entre surcos.

Con los datos de rendimiento de forraje por corte se calculó la tasa de crecimiento (TR) mediante la siguiente fórmula:

Donde: FC= Forraje cosechado (kg MS ha^-1) y t= días transcurridos entre un corte y el siguiente.

Se tomaron cinco lecturas al azar de la radiación interceptada para cada edad de desarrollo en cada parcela con una regla graduada de 1 m y 1 cm de precisión, colocándola a nivel de suelo y en posición perpendicular a los surcos. Las lecturas se realizaron aproximadamente a las 1200 h (con la finalidad de estimar o captar la energía de los rayos solares en posición perpendicular al cultivo). Para ello se asume que la luz incidente sobre la regla es la que escapa a la intercepción por el cultivo, y la sombra proyectada sobre la regla corresponde a la radiación interceptada por el dosel vegetal.

Los datos se analizaron por los procedimientos GLM de SAS⁽¹⁷⁾, para un diseño experimental de bloques al azar con medidas repetidas, con 10 tratamientos (correspondientes a igual número de estadios de crecimiento) con tres repeticiones y un análisis de regresión para cada variable, con el objetivo de describir la tendencia, a partir de seleccionar el mejor modelo, de acuerdo con el coeficiente de determinación y con el grado de significancia del modelo.

La precipitación anual registrada para el 2011 fue de 1,602 mm y para el periodo de evaluación (julio-enero) se tuvo el 89 % (1,434 mm; Figura 1); ambas superiores al promedio de la localidad reportado por García⁽¹⁶⁾; y de acuerdo con Paretas⁽¹⁸⁾, por encima de lo requerido por la especie, ya que plantea que P. purpureum requiere altas temperaturas y precipitaciones anuales no menores de 1,000 mm. También hubo un ligero incremento en la temperatura media anual (de 25.7 a 26.0 °C); no así para el periodo de muestreo, cuyo promedio fue de 25.0 °C, ligeramente por debajo de la media anual reportada; incluso insuficiente (al menos para los meses de diciembre y enero) para que la especie manifieste su mejor crecimiento, ya que Ferraris⁽¹⁹⁾ argumenta que su desarrollo óptimo ocurre a temperaturas de 30 a 35 °C.

La morfología de la planta varió de manera significativa (P<0.01) en los diferentes estadios fenológicos (Figura 2). Los modelos de regresión y los coeficientes de determinación fueron, en general, altos con valores de R² > 0.85, para cada una de las variables estudiadas.

La biomasa de tallos y la biomasa de material muerto, están correlacionados de manera positiva (P<0.01), con el incremento en la edad de la planta (Figura 2). Las pérdidas de biomasa total por senescencia y descomposición aumentaron conforme se incrementó la madurez de la planta, aunque no de manera significativa (P>0.01), lo que propicia que el modelo que mejor se ajusta para dichas variables (biomasa total, hoja y tallo) sea un modelo potencial; sin embargo, dicha producción de biomasa aérea comienza a declinar a los 167 días después de la siembra (semana 24), algunos investigadores^(20,21,22), sugieren que este fenómeno inicia, cuando la tasa de senescencia y descomposición superan a la tasa de producción de hojas.

La dinámica de crecimiento de componentes morfológicos (hoja, tallo y material muerto; Figura 2) del pasto maralfalfa, mostró para hoja y tallo, un incremento constante hasta los 151 dds, lo cual coincide con el 97 % de intercepción luminosa y una cobertura de 70 %. Posterior a ello, la contribución de hoja y tallo al rendimiento tiende a disminuir y el porcentaje de material muerto a incrementarse considerablemente. Esta tendencia con sus variantes, pero inevitables estados fenológicos, coincide con lo indicado por otros^(23,24), quienes al estudiar la dinámica de crecimiento en pastos de clima templado, observaron que la acumulación neta de forraje se reduce, una vez que la planta alcanza el índice de área foliar óptimo, momento a partir del cual, el sombreo en las capas inferiores del dosel se incrementa, y en consecuencia, la senescencia es mayor que el crecimiento.

La máxima producción de hojas se alcanzó a los 151 dds (21.5 semanas); a partir de este momento la proporción de hojas disminuyó (Figura 2), conforme las hojas de estratos inferiores senescen, debido a que se encuentran por debajo del punto de compensación de luz⁽²⁴⁾. Al respecto, Azumí y Watanabe⁽²⁵, indicaron que la senescencia en hojas, se presenta debido a una pérdida gradual en la actividad fotosintética, que conduce a una degeneración y muerte de tejido, no sólo por efecto de la edad, sino también por efecto de las condiciones ambientales y de manejo.

La tasa de crecimiento del pasto maralfalfa, se caracterizó por presentar un incremento constante, desde la germinación hasta obtener un máximo alrededor de los 1 51 días; decreciendo a partir de dicho momento. Beltrán et al⁽²⁶⁾, encontraron que la mayor tasa de crecimiento, está relacionada con la mayor cantidad de raíz, y que disminuye como resultado del incremento gradual en la tasa de senescencia y la reducción en la tasa de fotosíntesis neta por unidad de superficie.

La curva ajustada de la tasa de crecimiento, presenta un comportamiento de tipo potencial, nuevamente debido a la nula diferencia significativa entre el punto máximo de crecimiento y el inicio de la senescencia; sin embargo, el máximo valor de la tasa de crecimiento (247 kg de MS ha^-1 día^-1; Figura 3) se obtiene alrededor de la semana 21.5, a partir de la cual comienza a descender, y este fenómeno coincide con la disminución en la cantidad de biomasa de hoja (Figura 2), por lo que sería recomendable, uniformizar la pradera en este punto.

La recomendación anterior puede verse reforzada con las aseveraciones siguientes; debido a que la etapa morfológica y fisiológica, en la que se encuentra la planta forrajera al momento de la primera cosecha, es de suma importancia, debido a que de esto dependerá la persistencia y el vigor de rebrotes ulteriores⁽²⁷⁾; ya que la remoción del meristemo apical favorecerá la disminución de carbohidratos no estructurales, considerados como la fuente primaria de reserva energética para el rebrote^(29,30).

En las etapas tempranas (75 dds) la hoja contribuyó con más de 50 % al rendimiento total (Figura 4). Posteriormente, se incrementó el porcentaje de tallo y material muerto y disminuyó la aportación de hoja al rendimiento total. Lo anterior difiere de otros pastos tropicales, principalmente aquéllos de hábito de crecimiento rastrero o semi-erecto, de acuerdo a lo reportado por Pérez et al⁽²⁷⁾; quienes en un análisis de crecimiento de Brachiaria hibrido cv Mulato, encontraron una rápida acumulación de material muerto a partir de la cuarta semana de crecimiento. En este sentido, se ha señalado⁽³¹⁾, que el tamaño relativo de los diferentes órganos, para la asimilación de recursos y almacenamiento de reservas (hoja, tallo, vaina y raíz), son los principales componentes que determinan los cambios estructurales en la pradera y el momento fisiológico óptimo para el primer aprovechamiento.

La relación hoja/tallo y hoja/no hoja tienden a disminuir conforme se incrementa la madurez del pasto (Figura 5), tal como lo mencionan algunos investigadores^(12,23,32). Esto sucede a consecuencia de un aumento en la biomasa de tallos y material muerto.

Cabe mencionar que la relación H:T disminuyó progresivamente conforme transcurrió la edad de crecimiento (de 2.13 a 0.26). Caso similar a la relación H:NH. El promedio de la relación H:T del periodo de evaluación fue de 0.73, superior a los Pennisetum purpureum evaluados por Araya y Boschini⁽³⁾, quienes en un experimento similar con evaluaciones cada 14 días en un periodo de 70 a 140 días de rebrote, obtuvieron para los pastos Taiwán, king grass, gigante y Camerún, una relación de 0.65, 0.62, 0.54 y 0.65, respectivamente. Por otra parte, mientras mayor es la altura de la planta, mayor es la proporción de hojas sombreadas. La altura de la planta, presenta una correlación negativa con la biomasa foliar al incrementarse la altura de la planta (Figura 2). La biomasa foliar disminuyó al incrementarse la altura de la planta. Resultados semejantes fueron publicados por Anten y Hirose⁽³³⁾, quienes encontraron una correlación negativa entre la altura del tallo y el área foliar específica por efecto de competencia por luz.

También se argumenta⁽³⁴⁾, que el punto óptimo para cosechar una gramínea tropical es cuando alcanza el 95 % de intercepción luminosa, ya que es cuando se obtiene la mayor aportación de hojas al rendimiento, y es por lo tanto, el punto óptimo de crecimiento donde se evita la acumulación de material muerto; sin embargo, esta premisa la han aplicado para praderas ya establecidas o sometidas a diferentes intervalos de cosecha; para el caso de este experimento, donde se evaluó el crecimiento desde la siembra, se encontró que la mayor biomasa acumulada total y la mayor tasa de crecimiento (Figuras 2, 4) se obtuvieron en la misma fecha, y se dio cuando la RI fue de 97.4 % (a los 151 dds), lo que coincide con Oquendo⁽³⁵⁾, quien reporta para P. purpureum un periodo de establecimiento de cinco meses. Al respecto, se ha indicado⁽³⁶⁾, que la hoja y sus rasgos característicos, son importantes en la asimilación del carbono, las relaciones hídricas y el equilibrio energético de la planta y, es por esto, que la velocidad de crecimiento del cultivo está en relación directa con la cantidad de radiación interceptada por el mismo.

Para fines prácticos se señala⁽³⁴⁾, que existe una correlación positiva entre la RI y la altura de la pradera; para efecto del experimento, la altura encontrada a los 97.4 % de intercepción luminosa fue de aproximadamente 2.3 m.

La producción de biomasa de tallos y la producción de material muerto del pasto maralfalfa, están correlacionadas de manera positiva con el incremento en la edad de la planta. La máxima tasa de crecimiento, coincide con la máxima producción de hojas y de tallos y con la mayor producción de biomasa total; todos ocurren cuando se tiene un 97.4 % de intercepción luminosa y una altura de aproximadamente 2.3 m en la pradera, alrededor de los 150 días después de la siembra.

Respecto a los patrones de crecimiento, en condiciones similares a las que se realizó esta investigación y considerando los indicadores estudiados, en especial la acumulación de biomasa y el comportamiento de la tasa de crecimiento (TC), los resultados sugieren que la fase de establecimiento para Pennisetum sp. cv. maralfalfa debe ser de cinco meses posteriores a la siembra para obtener una máxima producción de biomasa al momento de efectuar el primer aprovechamiento.

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