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Introducción
En México, la producción de maíz grano varía de acuerdo a la zona de producción y tipo de riego. Por ejemplo, en el norte del país es factible obtener rendimientos igual o mayor a 8 t ha-1 con riego, mientras que en el centro del país son comunes rendimientos de 1 t ha-1 en condiciones de temporal (Montesillo 2016, SIAP 2022). Sin embargo, estos rendimientos pueden ser aun menores debido al cambio climático (temperatura alta), sobre todo si la temperatura alta se presenta durante el período crítico de floración, ya que esta afectara de manera directa la producción de maíz grano (Mesihovic et al. 2016).
La temperatura ideal para la producción de maíz oscila entre los 23 y 28 °C (Ahmad et al. 2024). Temperaturas mayores pueden afectar de manera negativa la polinización (Hatfield y Prueger 2015). La polinización es una de las etapas fenológicas más sensibles a altas temperaturas en la mayoría de las especies, incluyendo al maíz y durante esta etapa de desarrollo las temperaturas extremas afectan en gran medida la producción (Hatfield y Prueger 2015, Rieu et al. 2017), ya que durante la polinización dañan la liberación y dispersión del polen (Commuri y Jones 2001). Lo que lleva a una reducción en el número de granos de polen (Mesihovic et al. 2016). Aunado a esto Nielsen (2020) comenta que temperaturas altas pueden secar el polen antes de que fertilice exitosamente el óvulo. Esta interferencia con la polinización se refleja en mazorcas mal llenadas y en consecuencia, en una reducción del rendimiento de grano. Asimismo, Guan et al. 2024, encontraron que temperaturas mayores a 35 °C provocan desecación de los estigmas y reduce la viabilidad del polen en maíz, lo que provocó una reducción en la producción del cultivo. También reportan una reducción del 74% en el rendimiento de maíz cuando las plantas se sometieron a temperaturas por arriba de 35 °C por más de ocho días durante la etapa reproductiva. En este mismo contexto, el porcentaje de amarre de grano de la mazorca disminuye hasta un 80% al incrementarse la temperatura de 26 a 38 °C, como lo mencionan Dong et al. 2024.
Varias investigaciones han informado que el polen es sensible a temperaturas elevadas en diversos cultivos como: frijol (Anaya-López et al. 2022), tabaco (Jie et al. 2021), tomate (Paupiere et al., 2017), cebada (Podlesny y Podlesna, 2012), sorgo (Djanaguiraman et al. 2018), pasto (Harsant et al. 2013), algodón (Burke y Chen 2015) e incluso maíz (Bheemanahalli et al. 2022, Dong et al. 2024,Guan et al. 2024), sin embargo, información sobre el efecto de altas temperaturas en la producción de maíz grano en un climas árido y semiárido como la Laguna no se ha generado. Este tipo de información se considera relevante debido a que proyecciones realizadas para las siguientes décadas indican que la temperatura de las zonas áridas y semiáridas será más intensa y con mayor frecuencia. Debido a lo anterior el objetivo fue evaluar el efecto de la temperatura alta durante la etapa de polinización sobre el rendimiento de maíz grano en la Comarca Lagunera.
Materiales y métodos
Área de estudio
El estudio se realizó durante el ciclo de primavera 2023, en el Campo Experimental La Laguna, del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP); ubicado a 25° 32’ 41’’ de latitud norte, 103° 14’ 42’’ de longitud oeste; y 1150 msnm, en Matamoros, Coahuila, México. El clima es muy seco semicálido (Bwh) con humedad atmosférica escasa, temperatura media anual de 22.6 °C, precipitación promedio de 215.5 mm y evaporación media anual de 2000 mm (García 2004). La temperatura y precipitación del presente trabajo se tomaron diariamente de la estación meteorológica del INFAP Campo Experimental La Laguna.
Siembra y fertilización
La siembra fue en seco de manera manual el 28 de marzo de 2023, en un suelo de textura franco arcillosa, con una distancia entre semillas de 0.13 m y entre surcos 0.76 m para lograr una densidad de población de 100 mil plantas por hectárea. Se utilizaron tres híbridos de maíz (P3274W, H-383 y PATRIOTA) de ciclo intermedio, aptos para siembras de primavera. La dosis de fertilización que se uso fue: 292-108-00 (N, P, K). Como fuente de nitrógeno se utilizó UAN-32 y de fósforo ácido fosfórico. Las 292 y 108 unidades provienen de la extracción unitaria estimada de nitrógeno de 19.5 kg de N/t y de fosforo 7.2 kg de P/t de grano (Castellanos et al. 2019), ajustados a las 15 t que fue la meta de rendimiento con riego por goteo (Borroel et al. 2018). Los maíces utilizados en este experimento fueron similares en ciclo de cultivo (intermedios) y densidad de siembra (100 mil plantas por hectárea). La fertilización se fracciono y aplicó cada semana de acuerdo al desarrollo fenológico del cultivo mediante el sistema de riego por goteo y un inyector Venturi. La cinta de riego que se utilizó fue RO-DRIP 8 000 (Rivulis Irrigation Inc., San Diego, CA, EUA) con espesor de pared de 0.2 mm, diámetro interior de 16 mm, con emisores a 0.2 m de separación y un gasto de 0.5 L h-1 por emisor. La cintilla se enterró a una profundidad de 0.15 m con una distancia entre ellas de 0.76 m. La presión de operación del sistema de riego fue de 8 PSI con frecuencia de riego de tres días. La lámina total de riego fue 80 cm.
Cosecha
La cosecha se realizó a los 150 DDS, cuando el grano se encontraba en madurez fisiológica (R6). El rendimiento de grano se midió en los cuatro surcos centrales de cada parcela experimental, desechando un metro de las orillas (18.24 m2). Las variables de respuesta evaluadas fueron rendimiento de grano (kg ha-1), número de grano por mazorca y peso de grano por mazorca (g), se tomaron de acuerdo con la metodología propuesta por (Tadeo et al. 2014 y Martínez-Gutiérrez et al. 2018). Para la comparación de medias del rendimiento de grano entre híbridos de maíz, se utilizó la prueba de Tukey (P ≤ 0.05), con el paquete estadístico SAS 9.3 (SAS Institute Inc., Cary, NC. EUA).
Diseño experimental
El diseño experimental que se utilizó fue bloques completos al azar con tres repeticiones. Las parcelas experimentales consistieron de seis surcos de 8 m de largo y 0.76 m de separación entre surcos (36.48 m2). La programación de los riegos fue en base a la evapotranspiración de referencia (ETr), la cual se tomó de un atmómetro (ETgage, modelo A comercializado por ETgage Company Loveland, Colorado, EUA), ubicado a 50 m del experimento. La ETr se multiplicó por el coeficiente de cultivo (Kc) para obtener la ET del cultivo (ETc). El Kc que se utilizó fue generado en forma local por Reyes et al. (2019) para maíz forrajero. La ETr se tomó del atmómetro todos los días por las mañanas (8:30 am). La precipitación acumulada durante el ciclo del cultivo fue de 28.8 mm, los cuales van implícitos en la lámina total de riego utilizada.
Resultados y discusión
Clima
Las condiciones climáticas durante el desarrollo del cultivo fueron las siguientes: temperatura máxima desde 19 °C (50 DDS) hasta 41 °C (82 DDS) y precipitación total de 28.8 mm (Figura 1). Es importante mencionar que las temperaturas extremas (40 °C) se presentaron durante la polinización, tres días después del inicio de floración, recuadro rojo en la Figura 1, mientras que la línea punteada roja, indica la temperatura umbral máxima (35 °C), a la cual el maíz deja de crecer y desarrollarse (Lobell et al. 2013). De acuerdo con Ahmad et al. 2024, la temperatura ideal para maíz es entre 23 y 28 °C. En el presente trabajo y durante la etapa vegetativa, las temperaturas estuvieron por debajo de los 35 °C (Figura 1). Sin embargo, durante la polinización y parte de la etapa reproductiva las temperaturas estuvieron por encima de esa temperatura. Esto afecto de manera negativa la fertilización del ovulo, el llano del grano y el número de granos por mazorca, lo que provocó una reducción en el rendimiento del cultivo.
Rendimiento de grano
Durante la etapa de polinización del cultivo se presentaron 11 días con temperaturas extremas (40 °C) (Figura 1), lo cual ocasionó que el rendimiento de grano en el maíz se redujera de manera significativa. La Figura 2 muestra el rendimiento promedio obtenidos de tres híbridos de maíz, los cuales oscilaron entre 0.76 t ha-1 con el híbrido H-383, hasta 2.5 t ha-1 con el híbrido P3274W, siendo diferentes estadísticamente. Lo anterior muestra que hay genotipos más apropiados para estas condiciones de clima (Borroel et al. 2018). En relación al rendimiento de grano esperado (15 t ha-1), los rendimientos se redujeron en 83, 87 y 95% con los híbridos P3274W, PATRIOTA y H-383, respectivamente. Estos rendimientos son relativamente bajos cuando se compararon con otros rendimientos (15 t ha-1) obtenidos con riego por goteo (Borroel et al. 2018) y riego convencional por melgas (14 t ha-1) (Reta et al. 2003). Estos bajos rendimientos se debieron a que hubo varios días con temperaturas altas, durante la polinización (Hatfield y Prueger 2015), ya que el riego y la nutrición fueron aplicados de manera adecuada acorde al desarrollo fenológico del cultivo. Según Commuri y Jones (2001) la temperatura alta durante la polinización en un periodo de 4 a 6 días redujo el rendimiento del grano de 40 a 60% en un estudio bajo condiciones de invernadero y de 79 a 95% en campo abierto. Al igual que en esta investigación Lonnquist y Jugenheimer (1943) reportaron una diminución en el porcentaje de rendimiento (92%) por efecto de temperaturas extremas (42 °C), al reducirse el número de amarre de grano de la mazorca (Figura 3). En otra investigación, Cheick y Jones (1994) encontraron una reducción del 74% en el rendimiento de maíz cuando las plantas se sometieron a temperaturas por encima de 35 °C por más de ocho días durante la polinización (Figura 4). Resultados similares en rendimiento de grano fueron reportados por Hatfield y Prueger (2015), quienes reportaron rendimientos que van desde 0.6 hasta 2.2 t ha-1 con temperaturas extremas (40 °C). En este mismo sentido Adee et al. (2016) encontraron rendimientos que oscilaron entre 0.6 a 1.0 t ha-1 de maíz grano. Estas bajas producciones se debieron a que las altas temperaturas coincidieron con la fase reproductiva del cultivo de maíz (Rieu et al. 2017). Las altas temperaturas no solo afectan la polinización del cultivo sino también las relaciones hídricas, fenología de la planta, proceso fotosintético y conductancia estomática (Grossiord et al. 2020). Sin embargo, la etapa de floración o polinización es la más sensible a altas temperaturas (Jagadish 2020; Wang et al. 2020).
Figura 2 Rendimiento de grano en toneladas y reducción de rendimiento en porcentaje de tres híbridos de maíz durante el ciclo de primavera 2023, Matamoros, Coahuila, México. Letras iguales dentro de misma columna son estadísticamente iguales (Tukey P ≤ 0.05). Las barras verticales indican la desviación estándar.
Figura 3 Efecto de la temperatura extrema en el porcentaje de amarre de grano (adaptado de Lonnquist y Jugenheimer 1943).
Figura 4 Número de granos por mazorca a diferente temperatura y diferente número de días. Figura 4 a (adaptado de Cheick y Jones 1994) y Figura 4 b mazorca obtenida en el presente estudio.
Número de granos por mazorca
El peso de grano por mazorca promedio fue 10, 19 y 25 g para los híbridos H-383, PATRIOTA y P3274W, respectivamente. En lo que respecta al número de granos por mazorca los valores fueron 66 para el híbrido H-383, 126 para PATRIOTA y 166 para P3274W. Sin embargo, para efectos de la nota científica y ver el efecto de la temperatura extrema en el amarre en número de granos por mazorca, se tomó la variable cualitativa (Figura 4) en lugar de la variable cuantitativa. La Figura 4 muestra mazorcas en donde se aprecia el efecto en la formación de granos de maíz sometido a diferentes temperaturas y número de días durante la etapa de floración del cultivo. La Figura 4a muestra aún un buen número de granos por mazorca al someterse por ocho días a una temperatura de 35°C (Cheick y Jones 1994), mientras que la Figura 4 b muestra en el presente estudio, un reducido número de granos (40% menos que el híbrido P3274W) al someterse por 11 días a una de temperatura de 40 °C en el caso del híbrido H-383. Esto indica que la producción de grano del maíz es afectada negativamente no solo por altas temperaturas durante la floración, sino también por la duración y cantidad de días con esas condiciones. La combinación de estas dos variables ocasionó en este trabajo, una disminución del rendimiento esperado del cultivo hasta en un 95% (Figura 4 b).
Debido a las temperaturas extremas (40 °C) y a la cantidad de días que se tuvieron con esta condición, la polinización fue afectada de manera negativa, lo que resultó en una reducción del 83 al 95% en el rendimiento de grano esperado en el maíz.
