Impacto del sistema de labranza y dosis de nitrógeno en el rendimiento y calidad nutricional de forraje de avena*

Impact of tillage systems and nitrogen doses on yield and nutritional quality of forage oats

Hernán Gil Gil¹, Carlos Gustavo Martínez Rueda^1§ y Gaspar Estrada Campuzano¹

¹ Facultad de Ciencias Agrícolas-Universidad Autónoma del Estado de México, Campus Universitario "El Cerrillo" Piedras Blancas, Toluca, México. Tel: 722 2 96 55 18. (hernan_5021@hotmail.com; gestradac@uaemex.mx). ^§Autor para correspondencia: cgmartinezr@uaemex.mx.

* Recibido: noviembre de 2013
Aceptado: abril de 2014

Resumen

En el valle de Toluca, se han hecho pocos esfuerzos para valorar las prácticas que se utilizan en la agricultura de conservación como son el uso de camas permanentes. Con base a lo anterior, se evaluó el efecto del sistema de siembra directa con rastrojo (SDCR) y sin rastrojo (SDSR) y siembra convencional sin rastrojo (SC), bajo dos dosis de N (60 y 100 kg N ha^-1) sobre el rendimiento y calidad nutricional de cuatro variedades de avena forrajera (Avemex, Obsidiana, Karma y Turquesa). El experimento se condujo en Toluca, México durante el ciclo invierno-primavera 2009-2010 bajo un diseño de franjas subdividas con tres repeticiones. Los sistemas de labranza y fertilización influyeron directamente en el rendimiento de forraje. Con SC y SDSR se obtuvieron los máximos rendimientos de forraje verde (14.17 y 11.81 t ha^-1, respectivamente) y materia seca (6.37 y 6.04 t ha^-1, respectivamente). Al aumentar la dosis de N se incrementó el rendimiento de forraje verde 42% y de materia seca 48%. Las variedades evaluadas mostraron poca variación para rendimiento y calidad nutricional de forraje, pero respondieron en forma diferente a los cambios en el sistema de labranza y aplicación de N. La variedad Avemex expresó el mejor comportamiento promedio a través de los tres sistemas de labranza, mientras que Turquesa mostró baja adaptación a los sistemas de siembra directa. El incremento en la dosis de N se manifestó en mayor concentración de proteína y fibra, mejorándose así su calidad nutricional.

Palabras clave: calidad nutricional, siembra directa, rendimiento de forraje, nitrógeno.

Abstract

In the Valley of Toluca, few efforts have been made to assess the practices used in conservation agriculture, such as the use of permanent beds. Based on the above, the effect of no-till farming with stubble (SDCR) and without stubble (SDSR) and conventional seeding without stubble (SC) under two doses of N (60 and 100 kg N ha-1) on yield and nutritional quality of four varieties of forage oats (Avemex, Obsidiana, Karma and Turquesa) were evaluated. The experiment was conducted in Toluca, Mexico during the winter-spring cycle of 2009-2010 under a subdivided strip plot design with three replications. Tillage systems and fertilization directly influenced on forage yield. With SC and SDSR, maximum forage yields obtained (14.17 and 11.81 t ha^-1, respectively) and dry matter (6.37 and 6.04 t ha^-1, respectively). By increasing the dose of N, green fodder yield increased 42% and dry matter 48%. The varieties showed little variation for yield and nutritional quality of forage, but responded differently to changes in tillage system and N application. Avemex showed the best average behavior across the three tillage systems, while Turquoise showed low adaptation to no-till farming systems. The increase in the dose of N resulted in a higher concentration of protein and fiber, thus improving their nutritional quality.

Introducción

En los últimos cincuenta años los sistemas de labranza convencionales han provocado a nivel nacional un deterioro constante del suelo, lo que ha limitado los incrementos en los rendimientos y en la productividad de dichos sistemas. Sin embargo, existen alternativas para contrarrestar estas condiciones y a largo plazo, recuperar o mantener la calidad del suelo; una de ellas es la agricultura de conservación (AC) que permite optimizar el uso de los recursos, mediante la aplicación de tres principios generales: 1) la retención sobre el suelo de los residuos de cosecha anterior; 2) la siembra directa o cero labranza; y 3) la rotación de cultivos (Martínez y Jasso, 2005; Govaerts et al., 2009). El empleo de los residuos de cultivos anteriores es un factor clave para el éxito de la AC, dado que su presencia permite atenuar la erosión y retener mayor cantidad de agua disponible en el suelo, por lo que se recomienda que el productor deje al menos 30% de los residuos como cobertura de suelo (Govaerts et al., 2005).

La AC en su versión de camas permanentes con retención de residuos de las cosechas anteriores se ha propuesto como alternativa para la producción de trigo buscando bajar los costos de producción, conservar los recursos naturales y reducir en la medida de lo posible el impacto ambiental de las labores agrícolas (Govaerts et al., 2007). De esta forma, la reducción del laboreo ayuda a la conservación del suelo y agua y abarata los costos de producción trayendo consigo numerosos beneficios adicionales en comparación con otros sistemas de siembra (Deen y Kataki, 2003; Sisti et al., 2004). Los sistemas de camas permanentes se han utilizado por los agricultores de diversas partes del mundo. Su origen y uso está asociado con un manejo más eficiente del agua y mayor eficiencia en el uso de otros insumos (Govaerts et al., 2007; Sayre, 2009).

La siembra directa sobre camas permanentes, se adapta exitosamente para la producción de trigo (Triticum aestivum L.) y cebada (Hordeum vulgare L.) bajo condiciones de riego en siembras de invierno-primavera (Litcher et al., 2008, Govaerts et al., 2009); sin embargo, no se ha explorado el uso de este sistema de siembra para la producción de forraje de avena (Avena sativa L.) en los valles altos del estado de México.

En esta región el cultivo de maíz (Zea mays L.) predomina ampliamente en el ciclo primavera-verano bajo condiciones de temporal ya sea para la producción de grano y/o forraje. Sin embargo, una de las limitaciones en la ganadería de la zona es la escasez de forraje durante la época de estiaje, por lo que una posible alternativa para cubrir este déficit es la producción de forraje utilizando cereales de invierno, sobre las mismas camas de siembra después del cultivo de maíz y sin remover el suelo. Por otro lado, la avena es una especie que tiene un amplio rango de adaptación a distintas condiciones ambientales y se cultiva en casi toda la república mexicana y se utiliza fundamentalmente para la producción de forraje verde, forraje henificado, grano y alimentos balanceados (Espitia et al., 2003; Agustín, 2007).

La avena al igual que el trigo y el triticale (X Triticosecale Wittmack) se puede cultivar en invierno bajo condiciones de riego ya que soporta bajas temperaturas durante la fase de crecimiento vegetativo (Zamora et al., 2002). Sin embargo, se sabe poco sobre la respuesta que tiene este cultivo bajo sistemas de labranza de conservación y sobre su manejo agronómico cuando se siembra en camas permanentes.

Con base a lo anterior, se realizó el presente trabajo con el objetivo de evaluar el efecto de tres sistemas de labranza sobre el rendimiento y calidad nutricional de cuatro variedades de avena, haciendo variar la dosis de nitrógeno, bajo condiciones de riego en ciclo invierno-primavera en el valle de Toluca, México.

Ubicación del trabajo experimental

El trabajo experimental se llevó a cabo durante la estación de crecimiento invierno-primavera 2009-2010, en la Facultad de Ciencias Agrícolas de la Universidad Autónoma del Estado de México (UAEM), ubicada en la localidad de El Cerrillo Piedras Blancas, Toluca, México, a 19º 17' latitud norte y 99° 39' longitud oeste, y a una altitud de 3 675 msnm. El clima predominante es del tipo C(w2)(w)b(i'), que de acuerdo con la clasificación climática de Köppen (García, 1988) corresponde al clima templado subhúmedo con lluvias en verano y escasa precipitación pluvial en invierno (5%), poca oscilación térmica, temperatura media anual de 12.8 °C y precipitación promedio anual de 900 mm.

El tipo de suelo predominante es Vertisol pélico de origen volcánico, presenta un horizonte superficial de color gris claro a café grisáceo, con moteado amarillento en la superficie de los peds producto de la oxidación del Fe, provocadas por la permeabilidad deficiente de la zona; la clase textural es franco arcillosa con elevado contenido de arcilla (hasta 36%); la densidad aparente de la superficie puede alcanzar hasta 1.26 g cm^-3, producto del disturbio por la labranza; el pH de la zona es en promedio de 5.5 que al estar fuertemente relacionado con la capacidad de intercambio catiónico altera los valores de este último llevándolo hasta valores de 25 Cmol⁺ kg^-1 es lo que repercute en un bajo aporte de cationes del suelo para el cultivo. El contenido de macroelementos generalmente es bajo en N, P y K que solo alcanzan en promedio 0.11%, 20 ppm y 60 ppm respectivamente.

Preparación del terreno

El trabajo experimental se estableció en un lote de 9 000 m² previamente cultivado con maíz en el ciclo primavera-verano de 2008 bajo el sistema de labranza convencional. Después de la cosecha del lote se inició la preparación del suelo el 30 de enero de 2009 con un paso de rastra, un subsoleo y otro paso de rastra. Una vez preparado el terreno con una cultivadora se surcó a 80 cm para formar las camas de siembra y sobre ellas el 08 de febrero de 2009 se estableció un cultivo de avena (var. Chihuahua) en toda la superficie con una sembradora Modelo 2112C (AITCHISON) la siembra se hizo a doble hilera, con una distancia de 20 cm entre hileras y una densidad de 100 kg de semilla ha^-1. Cuando el cultivo se encontraba en la etapa de embuche el 27 de abril de 2009 se cosechó la avena con una cortadora Modelo ZAKB165.

En un segundo ciclo el 29 de abril de 2009 se estableció un cultivo de maíz (Híbrido H-722) con una sembradora de labranza de conservación Modelo LC-2002N en toda la parcela sobre las camas de siembra de la avena cosechada del ciclo anterior. A los 220 días después de la siembra, cuando alcanzó el maíz la madurez fisiológica se cosechó de forma manual y se dividió el lote experimental en tres franjas, en una de las franjas (45 surcos) se retiró por completo el rastrojo de maíz y se le realizaron las labores tradicionales: rastra, arado y rastra (siembra convencional SC). En la segunda franja (30 surcos) se retiró por completo el rastrojo de maíz sin mover el suelo (siembra directa sin rastrojo SDSR) y en la tercera franja (30 surcos) se dejó por completo el residuo de la cosecha maíz y se pasó un rodillo para tirar el rastrojo y dejarlo sobre el suelo (siembra directa con rastrojo SDCR).

Establecimiento y manejo del trabajo experimental

A los 45 días después de la siembra las franjas (sistemas de labranza) se dividieron en tres bloques y cada bloque se dividió a su vez en dos subloques, aplicándose en uno de ellos 40 kg de N ha^-1 en forma de urea, para lograr una dosis final de 100 kg de N ha^-1, mientras que la otra franja se mantuvo el resto del ciclo de cultivo con la dosis inicial de 60 kg de N ha^-1. El tamaño de la parcela experimental fue de 48 m² (seis surcos de 10 m de longitud espaciados a 0.80 m), considerándose como parcela experimental útil a los ocho metros interiores de los cuatro surcos centrales (25.6 m²). Durante el ciclo de crecimiento del cultivo se aplicaron tres riegos de auxilio de auxilio por inundación con intervalos de 1-13 y 21 días (25-02-2010; 10-03-2010 y 31-03-2010), hasta alcanzar capacidad de campo en cada uno de ellos.

El arreglo factorial de tratamientos (2*3*4) se evaluó bajo un diseño de franjas subdividas con tres repeticiones, en donde la parcela mayor correspondió a la dosis de N, la parcela mediana al sistema de labranza y la parcela chica a la variedad de avena (Gómez y Gómez, 1984).

Variables de estudio y análisis estadístico

Durante la última semana del mes de abril cada una de las parcelas experimentales se cosechó el forraje justamente cuando 50% de las inflorescencias presentaron granos con consistencia lechosa-masosa que correspondió a la etapa Z 75 según escala de Zadoks (Zadocks et al., 1974). Las plantas se cortaron manualmente a una altura aproximada de 3 cm sobre la superficie del suelo, dentro de una superficie de 6.4 m² (4 surcos de 2 m de largo) elegidos aleatoriamente dentro de la parcela experimental útil. El forraje cosechado se colocó en bolsas de plástico y se pesaron inmediatamente para determinar el rendimiento de forraje verde en t ha^-1 (RFV), posteriormente se tomó una submuestra de 500 g de cada muestra de forraje verde cosechado y se mantuvo en una estufa con aire forzado a 65-70 °C durante 48 h. En seguida se determinó el peso seco de forraje de la submuestra (PSF) y el rendimiento de materia seca en t ha^-1 (RMS) a través de la siguiente expresión: RMS= RFV * (0.5/PSF). Adicionalmente se cosechó una muestra de 0.4 m² dentro de cada parcela útil, de la cual se contó el número macollos y se multiplicó por 2.5 para obtener el número de por m² (NM), posteriormente se tomó una submuestra aleatoria de 50 tallos y separándolos de las hojas (sin remover la vaina) y las panículas, los cuales se secaron con la misma metodología usada en PFS hasta obtener el peso constante de la materia seca (MS), posteriormente se pesó cada uno de estos componentes, para obtener la MS promedio individual de tallos (PST), hojas (PSH) y panículas (PSP) dividiendo entre 50 el peso en gramos de cada componente. La relación hoja-tallo (RH-T) se obtuvo de dividir PSH/PST.

Las submuestras que se utilizaron para determinar MS se molieron en un molino de martillos modelo DPMJUNIOR™ y posteriormente se tomó una submuestra de 100 g de forraje molido, a la cual se le dio una segunda molienda utilizando un molino electromecánico tipo Willey con malla del No. 20 para obtener un tamaño de partícula de 0.8-1 mm. Con las submuestras molidas se realizaron los análisis bromatológicos determinándose los siguientes componentes: contenido de cenizas (CZ) por incineración en una mufla a 550 ºC por tres horas, contenido de fibra detergente neutro (FDN) y fibra detergente ácido (FDA) utilizando un digestor de fibras Ankom™, lignina detergente neutro (LDN) usando una solución de H₂SO₄ al 72%, proteína cruda (PC) por el método micro Kjeldahl (% N x 6.25); otras variables que se estimaron fueron: total de nutrientes digestibles [TND(%)= 81.38 + (PC * 0.36) - (FDA*0.77) y valor alimenticio relativo [VAR= (88.9 - (0.779 * FDA)) * (120 / FDN)] / 1.29), que indica una estimación relativa de la calidad de los alimentos y forrajes donde valores iguales o mayores a 100 indican buena calidad nutritiva según Minson (1990). Con los datos obtenidos de cada parcela se realizó un análisis de varianza y comparación de medias de los efectos principales, mediante la prueba de Tukey al 0.05, bajo un diseño de franjas subdivididas con tres repeticiones (Gómez y Gómez, 1984).

Resultados y discusión

Elementos del clima

Producción de forraje y asignación de materia seca

Al aumentar la dosis de N de 60 a 100 kg ha^-1 se incrementó significativamente (p≤ 0.05) el RFV en 42%, de la misma manera que NM (45%) y RMS (48%) (Cuadro 2). La mayor dosis de N modificó en sentido positivo, aunque no significativamente (p> 0.05), el PST (5%), PSH (36%), PSP (29%) y RH-T (31%) (Cuadro 3). Se encontraron diferencias significativas entre los tres sistemas de labranza (p≤ 0.05) para RFV, donde el SC superó a SDSR y SDCR con rendimientos de 14.17, 11.8 y 7.04 t ha^-1, respectivamente, mientras que para el RMS los máximos promedios (6.37 y 6.04 t ha^-1) se obtuvieron con SC y SDSR, los cuales superaron significativamente (p< 0.05) al RMS obtenido con SDCR (4.59 t ha^-1).

No se presentaron cambios significativos en PST, PSH, PSP y RH-T por efecto del sistema de labranza (Cuadro 2) pero si para el caso de NM donde SC y SDSR superaron significativamente (p≤ 0.05) a SDCR (Cuadro 3). Por lo que se refiere al comportamiento promedio de las variedades, sobresalió Avemex con los RFV y RMS más altos (13.76 y 6.54 t ha^-1), superando significativamente (p≤ 0.05) a Karma, Obsidiana y Turquesa cuyos RFV fueron de 10.06, 11.63 y 8.57 t ha^-1, con RMS equivalentes a 5.12, 5.76 y 5.24 t MS ha^-1. El potencial de RFV y RMS observado en Avemex estuvo asociado a su alta capacidad de amacollamiento (314 macollos por m²), superando significativamente a las otras tres variedades, con un rango de 246 a 265 macollos por m^-2. Las cuatro variedades mostraron mayor proporción de MS en tallo y panícula y menor proporción de MS en hoja, destacándose Obsidiana por presentar mayor PST y PSP con 1.8 g y 1.22 g respectivamente, mientras que Turquesa presentó el mayor PSH con 0.21 g (Cuadro 3).

Sólo hubo efectos significativos (p≤ 0.05) para PST en la interacción N x V; y para RMS en las interacciones S*V y N*S*V (Cuadro 2). En los tres sistemas de labranza las cuatro variedades respondieron positivamente aumento de la dosis de N destacándose la variedad Avemex por obtener los mayores rendimientos RFV y RMS en los tres sistemas de siembra con dosis baja de N y en el sistema de siembra convencional con la dosis alta de N, mientras que para el caso de Turquesa mostró RFV y RMS significativamente menores al resto de las variedades en el SDCR (Figuras 1 y 2).

Las variedades de avena evaluadas en el presente trabajo mostraron un comportamiento diferencial a los sistemas de labranza. Tal fue el caso de Turquesa en el sistema de SDCR, en donde la presencia de rastrojo redujo la emergencia, lo cual provocó una baja densidad de población la cual no fue compensada por un mayor número de macollos por planta dando como resultado menor producción de forraje en comparación con los sistemas sin rastrojo (SC y SDSR). Contrariamente, en Avemex y Obsidiana se observó mayor vigor inicial en la etapa de emergencia (datos no mostrados), superando la barrera física impuesta por el rastrojo de la cosecha anterior y gracias a ello mantuvieron mayor número de plantas después de la emergencia.

La presencia de rastrojo sobre el suelo puede ser una desventaja cuando se realiza siembra directa sobre todo en condiciones invernales por lo que se puede optar por incrementar la densidad de siembra y elegir variedades que sean más tolerantes a este tipo de estrés (Sayre, 2004). Por otra parte (Govaerts et al., 2005) mencionan que dejar el rastrojo sobre el suelo es fundamental para las prácticas de siembra directa; sin embargo, señalan que debe transcurrir un periodo de aproximadamente 5 años, para que los beneficios sean evidentes. Después de ese periodo de tiempo se logra mineralizar mayor proporción de N proveniente de la materia orgánica del rastrojo, dando como resultado mejores respuestas a la fertilización nitrogenada y mayor estabilidad en los rendimientos en los sistemas de siembra directa con retención de rastrojo que en los sistemas de labranza convencional. Lo anterior explica los menores rendimientos de materia seca observados en el SDCR ya que para el caso del presente estudio solo había transcurrido un año desde que se mantuvo el suelo con la cubierta de rastrojo de avena y luego de maíz, por lo que en esta etapa del experimento no fue posible observar los efectos benéficos que tiene la cubierta de rastrojo sobre el suelo.

Calidad nutricional

No se detectaron cambios significativos (p> 0.05) en la mayoría de los atributos relacionados con la calidad nutricional del forraje (Cuadro 4), excepto para el caso de los contenidos de fibra detergente ácido (FDA) y proteína cruda (PC) en donde al aumentar la dosis de N de 60 a 100 kg ha^-1 se incrementaron significativamente (p≤ 0.05) en 3.2% y 15.2% respectivamente, mientras que el contenido de cenizas (CEN) se redujo 9% (Cuadro 5). Flores et al. (2008) tampoco observaron efectos significativos en la calidad nutricional de avena al comparar diversos tratamientos de fertilización con biosólidos y agua residual. Por otra parte, cabe señalar que debido a la etapa en que se cosechó el forraje (grano lechoso-masoso) la proporción de la pared celular de las plantas se incrementó, además de que se redujo la proporción de hojas con relación al tallo, de tal manera que los contenidos de FDN estuvieron por arriba de (55%) lo que podría ser inadecuado para alimentar animales de alta producción como vacas lecheras, sin embargo si sería adecuado para animales con menos requerimientos en su dieta como ganado de carne y vacas vacías.

Resultados similares encontraron Lozano et al. (2002) cuando cosecharon triticale y avena en etapas avanzadas. Sin embargo, los valores registrados para ambos niveles de nitrógeno (Cuadro 5) permiten afirmar que el forraje es de buena calidad, dado que no rebasan el límite de fibra detergente ácido (32%). El incremento en FDN con la dosis de 100 kg de N ha^-1 se vio reflejado en una reducción en el valor alimenticio relativo (VAR), no obstante, con ambos niveles de nitrógeno los valores de VAR se ubicaron en el rango que se considera a los forrajes de buena calidad (VAR>100). Lo anterior coincide con Lauriault y Kirksey (2004) quienes observaron mayores rendimientos de forraje en avena al elevar la dosis con calidad nutricional baja ligeramente.

Se encontraron diferencias significativas (p≤ 0.05) entre los tres sistemas de labranza para LDA (Cuadro 4), en donde el sistema de siembra convencional (SC) obtuvo el valor más alto comparado con los dos sistemas de siembra directa sin y con rastrojo (SDSR y SDCR) lo cual permite constatar que los sistemas de siembra directa ayudan a bajar de alguna forma el contenido de ligninas y esto permite a su vez la digestión de la fibra y proteína. Mientras para TND y ENG los máximos promedios se obtuvieron con SDCR seguido por SDSR y los más bajos los tuvo SC (Cuadro 5). No se presentaron cambios significativos (p≤0.05) por efecto de las variedades en ninguno de los componentes químicos. Sin embargo, con base en los valores de VAR que pasan de 100, se puede calificar el forraje de las cuatro variedades como de buena calidad, considerando que a medida que aumentan las concentraciones de FDN y FDA se reduce el VAR teniéndose menor consumo y digestibilidad en los rumiantes (Zamora, 2002).

Conclusiones

Agradecimientos

Proyecto financiado por el Grupo PRODUCE estado de México, A. C. Clave: 15-2008-093. El primer autor expresa su agradecimiento al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) México, Por la beca otorgada para realizar los estudios de Maestría en Ciencias Agropecuarias en la Universidad Autónoma del Estado de México.

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