Nutrición del cultivo de papa (Solanum tuberosum L.) considerando variabilidad climática en el "Valle del Fuerte", Sinaloa, México*

Nutrition of potato crop (Solanum tuberosum L.) under climate variability in "Valle del Fuerte", Sinaloa, Mexico

Ernesto Sifuentes Ibarra^1§, Waldo Ojeda Bustamante², Cándido Mendoza Pérez³, Jaime Macías Cervantes¹, Jesús del Rosario Rúelas Islas³ y Marco Antonio Inzunza Ibarra⁴

¹ Campo Experimental Valle del Fuerte-CIRNO-INIFAP. Carretera México-Nogales, Juan José Ríos, Guasave, Sinaloa, km 1609. ^§Autor para correspondencia: sifuentes.ernesto@inifap.gob.mx.

³ UAS-Escuela Superior de Agricultura del Valle del Fuerte. Calle 16 y avenida Japaraqui, Juan José Ríos, C. P. 8110. Ahome, Sinaloa.

⁴ Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Relación Agua, Suelo, Planta, Atmosfera-CIRNOC. Canal de Sacramento Gómez Palacio, Durango C. P. Km 6.5. 35140.

*Recibido: agosto de 2012
Aceptado: abril de 2013

Resumen

El manejo tradicional del cultivo de papa es cada vez menos funcional debido a la alta variabilidad climática en las zonas productoras del noroeste de México, provocando aplicaciones excesivas de insumos, contaminación y baja rentabilidad. Para mejorar lo anterior, se generó una metodología que ayuda a acoplar la demanda nutrimental al clima, mediante funciones autoajustables basadas en el concepto grado día (^oD) derivadas de las curvas de extracción. El trabajo se desarrolló en el norte de Sinaloa durante dos ciclos agrícolas otoño-invierno (OI): 2008-2009 y 2009-2010, en el INIFAP-CIRNO-CEVAF. En el primer ciclo se obtuvieron curvas base de extracción nutrimental (CB) para la variedad Alpha en riego por goteo; durante el segundo, se validaron las CB con la variedad Fianna en riego por superficie, mediante un experimento con tres tratamientos (T) en un arreglo en bloques completos al azar. El T1 fue la fertilización NPK de acuerdo a CB (245, 30, 350 kg ha^-1), en el T2 se fertilizó usando CB+20% (294, 36, 420 kg ha^-1) y el T3 consistió en CB-20% (196, 24, 280 kg ha^-1). La extracción total de nutrimentos fue similar en los tres tratamientos, sin embargo, la tasa de absorción fue diferenciada en las etapas iniciales del cultivo. Debido a que en el rendimiento y calidad del tubérculo fue significativa la diferencia en el T2, en este se generaron las funciones matemáticas, obteniendo R² mayores al 0.8. La metodología se probó con éxito en dos parcelas comerciales.

Palabras clave: funciones autoajustables, fertilización, grados día crecimiento.

Abstract

The traditional management of potato cultivation is becoming less functional due to the high climatic variability in the production areas of northwestern Mexico, which provoke an excessive application of inputs, pollution and low profitability. In order to improve this, we generated a methodology that helps to bind the demand of nutrients to the climate through self-adjusting functions based on the concept of degree-day (°D), derived from the extraction curves. The work was carried out in the north of Sinaloa during two autumn-winter agricultural cycles (AW), 2008-2009 and 2009-2010, in the INIFAP-CIRNO-CEVAF. In the first cycle we obtained base curves of nutrient extraction (BC) for the Alpha variety under drip irrigation; in the second cycle we validated the BC with the Fianna variety under surface irrigation by an experiment with three treatments (T) in a randomized complete block arrangement. T1 was fertilization with NPK according to BC (245, 30, 350 kg ha^-1) while T2 consisted of fertilization using BC+20% (294, 36, 420 kg ha^-1) and T3 consisted of BC-20% (196, 24, 280 kg ha^-1). Total nutrient extraction was similar in all treatments; however, the absorption rate was different in the initial stages of cultivation. Because the difference at T2 was significant with respect to tuber yield and quality, the mathematical functions were generated from it, obtaining R² values greater than 0.8. The methodology was successfully tested on two commercial plots.

Key words: growing degree-days, fertilization, self-adjusting functions.

Introducción

La papa (Solanum tuberosum L.) es una de las principales fuentes de alimentación a nivel mundial después del trigo, maíz y arroz (FAO, 2012). En México los estados de Sinaloa y Sonora son los principales productores de este cultivo llegando a establecerse tan solo en Sinaloa 14 000 ha^-1 anualmente (22% de la superficie nacional) (SIAP-SAGARPA, 2010). A partir de la aplicación del Tratado de Libre Comercio de América del Norte (TLCAN) en México, los productores de papa han tenido la necesidad de ser más eficientes para mejorar su competitividad, reducir sus costos de producción y adaptarse a la volatilidad del mercado (Morales-Hernández et al., 2011).

El cultivo de papa demanda grandes cantidades de nutrimentos, principalmente nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) durante todo su ciclo (White et al., 2007) y es una de las hortalizas de mayor rentabilidad con altos costos de producción que genera excesiva aplicación de insumos (pesticidas, agua y fertilizantes).

Bertsch (2003) reporta que este cultivo absorbe 220, 20, 240, 60 y 20 kg ha^-1 de N, P, K, Ca y Mg respectivamente para una producción de 20 t ha^-1, lo que evidencia los altos requerimientos nutrimentales que presenta el cultivo. De acuerdo a Horneck y Rosen (2008) la mayoría del N absorbido por la planta se presenta antes del periodo de máximo crecimiento y desarrollo del tubérculo, lo cual significa que antes del llenado de tubérculos la planta consume más de 50% con una demanda diaria de 7 kg ha^-1-día, para el caso del P la demanda fluctúa entre 0.4 a 0.9 kg ha^-1-día a mitad del ciclo dependiendo de la variedad y clima. Para el K la absorción es de 5 a 14 kg ha^-1-día.

Aunado a lo anterior, el continuo incremento en el precio de fertilizantes como urea (46-00-00) y fosfato monoamónico (11-52-00), están afectando su rentabilidad, en 2008 los costos de estos se duplicaron, comparados con los tres años anteriores y representaron más de 25 del costo total de producción en la mayoría de los cultivos, proporción que se ha mantenido actualmente (SAGARPA, 2008).

Un manejo adecuado requiere además de conocer la fertilidad actual del suelo, asociarla con la demanda total y la tasa diaria de acumulación nutrimental del cultivo, las cuales están en función de la tasa de crecimiento, etapa fenológica, variedad, condiciones ambientales y meta de rendimiento; pero también, debe considerarse la rentabilidad y el impacto ambiental que causan los fertilizantes en suelo, agua y aire.

Antes de generar una curva de absorción se debe realizar una curva de crecimiento del cultivo en términos de peso seco para asociar la absorción con la producción de biomasa. Para el caso de la papa, cuando la planta emerge, el crecimiento de la parte aérea y el de las raíces es sincronizado, dos a cuatro semanas después de la emergencia inicia el crecimiento de los tubérculos y continúa durante un largo periodo de tiempo asociándose un retraso en el crecimiento de los tubérculos con un crecimiento excesivo de la biomasa aérea (Alonso, 2002). Al inicio la planta distribuye los productos de la fotosíntesis hacia todos los tejidos y al final hacia los tubérculos (Villalobos, 2001).

La acumulación total de materia seca es más rápida en el periodo de 40 a 100 días después de la siembra que corresponden a los periodos de inicio de tuberización y desarrollo del tubérculo; al final de la temporada los tubérculos registran hasta un 90 por ciento del peso seco total.

La fertilización no solo influye en el rendimiento sino también en la calidad del tubérculo; se ha encontrado que la gravedad específica (índice del contenido de almidón) del tubérculo depende del porcentaje y densidad de la materia seca así como del porcentaje del aire en tejidos (Talburt y Smith, 1967), pero disminuye al aumentar los niveles de NPK ya que esta es la que determina el contenido y la calidad del tubérculo (Kunkel y Holstad, 1972). Por otro lado, el contenido proteico del tubérculo incrementa al aumentar la dosis de N mientras que la dosis de P afecta la tasa de absorción de aceite utilizado para papas fritas (Ozturk et al., 2010); por lo anterior, se puede decir que el enfoque nutricional de los cultivos debe considerar el cómo, cuándo, cuánto y que fuentes de fertilizantes son las más apropiadas y evitar el manejo de una forma generalizada.

Po otro lado, la alta variabilidad climática que se ha observado en los últimos años en México y particularmente el norte de Sinaloa, está ocasionando que el manejo tradicional de la nutrición de los cultivos sea cada vez menos funcional debido al efecto directo de la temperatura del aire en la tasa de desarrollo, periodos con altas temperaturas aceleran el desarrollo mientras que periodos con temperaturas bajas lo retrasan. Para el norte de Sinaloa, Ojeda-Bustamante et al. (2011) estimaron un incremento promedio anual de 1 °C para el norte de Sinaloa para el año 2020, con una consecuente reducción del ciclo de desarrollo de maíz y modificación del comportamiento de sus demandas hídricas tanto espacial como temporalmente.

Actualmente, la mayoría de las curvas de extracción nutrimental para el cultivo de papa son expresadas en función de días después de siembra o emergencia, aplicables solo en las fechas y localidades donde fueron determinadas, tal es el caso de las reportadas por Badillo (2001) y Cabalceta (2006). La aplicación del concepto grados día (°D) ha demostrado ser una excelente herramienta para predecir la fenología de la papa en lugar de los días cronológicos permitiendo autoajustar el manejo del mismo (Arazi et al., 1993; Kadaja, 2004; Ojeda-Bustamante et al., 2004).

Ante el incremento acelerado de los precios de los fertilizantes, la presencia de sequias recurrentes, bajos grado de aprovechamiento de fertilizantes, contaminación de aguas superficiales y subterráneas por fertilizantes nitrogenados y fosfóricos (Ierna et al., 2011) así como el incremento en la variabilidad climática, es imperante el manejo de la fertilización del cultivo de papa bajo estos nuevos escenarios.

En este contexto en el presente estudio se generó una metodología para acoplar en forma automática los requerimientos nutrimentales del cultivo de papa variedad Fianna a través de funciones matemáticas basadas en el concepto °D con el fin de lograr una fertilización precisa y eficiente.

El trabajo se desarrolló durante dos ciclos agrícolas otoño-invierno (OI): 2008-2009 y 2009-2010, en el Campo Experimental Valle del Fuerte (CEVAF) del INIFAP, ubicado en el norte de Sinaloa en la parte central del distrito de riego 075 (Río Fuerte) colindando con los distritos 063 (Guasave) y 076 (Valle del Carrizo), en los 25° 45'49" latitud norte y 108° 51'41" longitud oeste a una altura de 32 msnm. El suelo típico de la zona es de textura arcillosa con una humedad volumétrica aprovechable de 0.155 cm³ cm^-3.

Durante el ciclo 2008-2009 se generaron las primeras curvas base (CB) NPK para la variedad Alpha en riego por goteo, tomando como referencia las obtenidas por Badillo et al. (2001).

En el ciclo 2009-2010 se estableció un experimento en riego por superficie con tres tratamientos (T) en un diseño experimental en bloques completamente al azar con tres repeticiones, utilizando la variedad Fianna. Cada tratamiento se estableció en parcelas de 384 m², ocho surcos de 60 m de longitud separados a 80 cm, con una densidad de siembra de 43 750 semillas ha^-1 (3.5 semillas por metro lineal) a una profundidad de 15 cm.

Previo a la siembra se realizó un muestreo de suelo a 30 cm de profundidad para conocer su nivel de fertilidad y proceder a calcular las dosis nutrimentales en cada tratamiento utilizando la siguiente ecuación (INIFAP, 2005).

Donde: demanda, representa el consumo diario de cada nutrimento (kg ha^-1), suministro se refiere al aporte nutrimental del suelo en (kg ha^-1), estimado a partir del análisis del mismo y Eficiencia al grado de aprovechamiento del nutrimento que depende del sistema de riego, suelo, fuente de fertilizantes y su valor oscila de 0 a 100%.

El T1 consistió en fertilizar de acuerdo a las CB obtenidas en el ciclo 2008-2009; es decir; 245, 30, 350 kg ha^-1 de NPK respectivamente, el T2 se fertilizó de acuerdo a las CB más un incremento de 20% (294, 36, 420 kg ha^-1 de NPK) y el T3 de acuerdo a la misma CB con una reducción de 20% (196, 24, 280 kg ha^-1 de NPK). La fecha de siembra fue el 11 de noviembre de 2009 alcanzando su madurez comercial el 23 de febrero de 2010 fecha en que se defolió; la cosecha se llevó a cabo el 13 de marzo de 2010.

Para estimar la extracción diaria y total de NPK del cultivo, en cada tratamiento se realizaron análisis vegetativos (muestreos destructivos) y de laboratorio de los diferentes órganos de la planta (hojas, tallos, raíz y tubérculos) a partir de los 36 días después de siembra (DDS) o 658 ^oDA, en sitios de muestreo de 0.8 m² a intervalos de 15 días durante toda la estación de crecimiento. Las técnicas utilizadas en laboratorio fueron: Nessler Microkheldal, ácido ascórbico, tetrafenilborato y reducción de cadmio para N, P, K y nitratos (NO3) respectivamente.

Las condiciones climáticas fueron monitoreadas con una estación meteorológica automatizada ubicada a 50 m de la parcela experimental, de la cual se obtuvieron los valores de temperatura a intervalos de 15 minutos para calcular los ^oDA mediante las siguientes ecuaciones (Ojeda-Bustamente et al., 2006).

°DA= T_c-max T_c-min, si T_a≥T_c-max

°DA = 0, si T_a ≤ T_c-min

Donde T_a es la temperatura media diaria del aire (^oC), T_c-mín y T_c-máx representan las temperaturas umbrales mínima y máxima del cultivo, las cuales son 2 y 29 °C respectivamente para el cultivo de papa. Los ^oDA están relacionados con la aparición de cada fase de desarrollo del cultivo y pueden tener un valor predictivo de la fenología de estos (Sifuentes et al., 2010).

La programación de los riegos se realizó con el método del balance hídrico a través del software IrriModel 1.0 (Sifuentes et al., 2012), utilizando un modelo integral de programación del riego calibrado localmente para el cultivo de papa, el cual estima la variación de la humedad del suelo en la zona radical integrando parámetros de suelo, planta y clima utilizando el concepto ^oD. El manejo agronómico del cultivo incluyó el control de malezas, plagas y enfermedades.

Al final del ciclo se cosecharon únicamente los cuatro surcos centrales de cada unidad experimental (16 m²) para evaluar el rendimiento y la calidad de tubérculos donde los resultados obtenidos fueron sujetos a un análisis de varianza.

La metodología se validó durante el ciclo agrícola otoño-invierno 2010-2011 en una parcela comercial identificada como lateral 18, localizada en el módulo de Riego Santa Rosa del DR 075 en el municipio de El Fuerte, Sinaloa. El análisis de suelo de dicho lote reportó los siguientes valores: materia orgánica 0.7%, nitrógeno 0.0023%, fósforo 0.0009%, potasio 0.0275%, calcio 0.4660%, magnesio 0.0684%, fierro 0.0005% y azufre 0.0030%; donde posteriormente se aplicaron las dosis de nutrientes obtenidas en el mejor tratamiento (T2). Las fuentes de fertilizantes que se utilizaron en esta parcela fueron MAP, urea, sulfato de potasio y nitrato de calcio.

Resultados y discusión

Curvas de extracción nutrimental base

Curvas de extracción nutrimental para variabilidad climática

En el ciclo otoño-invierno 2009-2010 para la variedad Fianna se generaron las curvas de extracción para los tres tratamientos. En la Figura 2 se puede observar que en T1 la extracción total del cultivo fue 250, 30 y 350 kg ha^-1 de NPK respectivamente. También se observa un fuerte incremento de N y K a los 1100 °DA que corresponde al desarrollo de tuberización. Los resultados obtenidas por Badillo (2001) son similares a las obtenidas en esta curva, específicamente en el patrón de absorción y requerimientos nutrimentales para este cultivo.

Para T2 (Figura 3) se observa que la máxima demanda de NPK está comprendida en los 1100 y 1300 °DA donde el cultivo extrajo un total de 270, 30 y 300 kg ha^-1 de NPK respectivamente correspondiendo a la etapa de desarrollo de tuberización.

En los tres tratamientos se observó que la tasa de absorción de N estuvo en función del suministro de este nutrimento y de la etapa fenológica del cultivo. El suministro suficiente de N en forma de NH₄⁺ y NO₃^- depende de la cantidad mineralizada del N orgánico total y de otros factores incluyendo la propia mineralización, inmovilización y pérdidas.

El P en los tres casos es el elemento de menor absorción debido a su lenta disposición y a la capacidad del mismo para precipitarse. En cada tratamiento la absorción se mantuvo casi constante durante todo el ciclo del cultivo debido principalmente a la capacidad de absorción de este, la cual varía considerablemente incluso con variedades de la misma especie, característica que está controlada por el genotipo como lo menciona Brown (1977). Otras causas son atribuidas a las diferencias en el desarrollo radical, las asociaciones con hongos y la excreción de anhídrido carbónico por las raíces. La temperatura y pH también son factores que controlan la absorción de P, bajas temperaturas reducen su actividad dentro de suelo y planta; la variación del pH en el suelo afecta fuertemente la solubilidad del mineral (Tisdale et al., 2005).

A diferencia de N y K, el K tuvo una tasa de absorción muy similar a la del nitrógeno, esto significa que también está en función de la etapa, suministro y movilidad.

Análisis de extracción nutrimental diaria para T2

Se presenta un análisis del comportamiento de la extracción nutrimental diaria de T2, el cual fue el mejor en términos de rendimiento y calidad. En la Figura 5 se muestra de manera individual la máxima absorción de N por kg ha^-1-día, se puede observar que a los 1 100 ^oDA en la etapa de tuberización, se presenta la máxima demanda de nitrógeno teniendo un consumo de 20 kg día^{- 1} y vuelve a incrementar a los 1 600 °DA que corresponde a la etapa de tubérculos desarrollados.

La Figura 7 presenta la curva de extracción nutrimental diaria en función de los °DA para NPK, se puede observar que la demanda diaria de N aumenta gradualmente desde la etapa inicial manteniéndose relativamente constante hasta el inicio de la tuberización (It), con un ligero incremento en la etapa de desarrollo de tubérculos (Dt). En el caso del P la absorción es lenta a medida que la planta pasa de una etapa fenológica a otra, alcanzando su absorción máxima en las etapas de It y desarrollo del tubérculo (Dt).

Con respecto al K se observa una tendencia muy similar a la del N, donde la demanda se incrementa desde la etapa de emergencia (E) alcanzando su máxima absorción desde la etapa de Ie hasta la It, la cual posteriormente se incrementa en la etapa de Dt debido a la translocación hacia él tubérculo.

Análisis de rendimiento y calidad

El rendimiento obtenido en cada tratamiento se presenta en la Figura 8, se observa un valor máximo de 43.04 t ha^-1 para T2, mientras que para T1 y T3 fueron 37.33 y 37.67 t ha^-1 respectivamente, lo cual indica una respuesta positiva a la adición del 20 por ciento de NPK a la CB.

La calidad de la cosecha se presenta en la Cuadro 1 para los tres tratamientos, de acuerdo a la prueba Tukey de comparación de medias existió diferencias significativas entre los tratamientos (p> 0.05).

Al igual que en rendimiento, en la variable calidad, el mejor tratamiento fue T2, obteniéndose diferencia significativa en las calidades C1 y C2, con 58 y 20.6 por ciento respectivamente (Figura 9).

Modelos de extracción nutrimental para variabilidad climática

En el Cuadro 2 se presentan las funciones matemáticas para las curvas de extracción NPK de cada tratamiento, donde la variable x representa los ^°DA. Se puede observar una R² mayor a 0.8, excepto en el de N del T1 que ue de 0.73, lo cual indica que estos modelos tienen un gran valor predictivo como herramienta para ajustar las demandas nutrimentales a las diferentes etapas fenológicas de la planta bajo condiciones variables de clima permitiendo realizar una mejor planeación de la fertilización.

Riegos aplicados y fenología

Los riegos aplicados fueron seis con un requerimiento de riego total (lámina neta total) de 36.3 cm y láminas requeridas en cada riego de 5.61 a 6.3 cm. La lámina bruta total (lámina aplicada) fue de 57.6 cm con una eficiencia promedio de 65.2 por ciento. La lámina bruta del primer riego incluye la lámina aplicada en el riego de germinación al momento de la siembra (Cuadro 3).

Conclusiones

La extracción total de NPK fue similar para los tres tratamientos. Sin embargo, la tasa de absorción fue diferente para el T2 encontrándose mayor absorción en etapas iníciales del cultivo como inicio de estolonización y elongación de estolones. La generación de las curvas de absorción nutrimental para el cultivo de papa variedad Fianna para el Valle del Fuerte ajustaron los datos experimentales de modelos no lineales en función de grados día acumulados °DA obteniendo buen ajuste con coeficiente de determinación (R²) mayores a 0.8, el incremento de rendimiento del T2 (43 t ha^-1) con respecto al T1 (37 t ha^-1) y T3 (37.5 t ha^-1) fue de 14 por ciento y con un incremento en tubérculos de primera clase. Las funciones obtenidas permiten predecir la demanda total por etapa en función de grados día crecimiento, por consecuencia dichos modelos pueden ser aplicados para programar la aplicación de fertilizantes NPK en el cultivo de papa bajo condiciones de variabilidad climática.

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