Ubicación del estudio

El experimento se estableció en la plataforma de cultivos extensivos del Campo Agrícola Experimental del Instituto de Ciencias Agrícolas, de la Universidad Autónoma de Baja California, ubicado en el ejido Nuevo León, Mexicali, B. C., México (32° 24’ 12.34” N y 115° 11’ 47.37” O, a 9.0 m de altitud). La altitud varía de -2 hasta los 43 m con una topografía plana, prevalece clima desértico cálido, extremoso en demasía y régimen de lluvias en invierno (BW [h’] hs [x´] [e’]), con temperaturas de máximas de 50 °C durante el verano y mínimas en el invierno hasta de -7 °C, con una temperatura media anual de 22.3 °C y una precipitación media anual de 58 mm (^{Ruiz-Corral, Díaz, Guzmán, Medina y Silva, 2006}).

Las condiciones climáticas que prevalecieron durante el desarrollo del presente trabajo fueron determinadas tomando las variables de temperaturas máximas y mínimas a través de una estación meteorológica ubicada a 820 m del experimento. El suelo en el que se realizó el experimento posee textura arcillosa tipo Vertisol hiposálico calcárico (^{INEGI, 2019}), con pH de 8.7, salinidad de 5.08 dS m^-1; además, 3.8, 7.8, 820, 210 y 385 mg kg^-1 de nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y de magnesio, respectivamente.

Establecimiento del experimento

El estudio se realizó en dos años (otoño-invierno 2016-2017 y 2017-2018). La preparación de suelo incluyó doble paso de disca a profundidad de 30 cm. Posteriormente se realizó un doble paso de escrepa y nivelación de suelo con pendiente de 2% para siembra en plano. La fecha de siembra fue el 18 de diciembre de 2016 y 15 de diciembre de 2017. Se utilizó una densidad de 200 kg de semilla por hectárea. En ambos experimentos, se sembró la variedad de trigo CIRNO C2008 (^{Figueroa-López et al., 2010}). Se utilizó una sembradora de granos Dobladense 205-13-2 (Cd. Manuel Doblado Guanajuato, México), de trece líneas de siembra separadas a 17 cm.

Distribución de los tratamientos

Se evaluaron tres factores: incorporación de paja de trigo al suelo [(IP) (0 y 5000 kg ha^-1)], inoculación con zinc a la semilla al momento de la siembra [(Zn) (0 y 100 mg kg^-1)] y cuatro dosis de nitrógeno [(N) (0, 115, 230 y 460 kg ha^-1)]. Se utilizó un diseño de parcelas divididas con cuatro repeticiones, en el cual la parcela principal fue IP, la sub-parcela fue Zn, la sub-sub-parcela fue N. Cada uno de los tratamientos fue distribuido al azar. La parcela principal tuvo una superficie de 896 m² (12.8 × 70 m), la sub-parcela 140 m² (2.0 × 70 m), la sub-sub parcela 12 m² (2 × 6 m).

El tratamiento de IP al suelo se realizó tres meses antes de realizar la siembra y se llevó a cabo con doble paso de rastra. La inoculación con Zn a la semilla se realizó al momento de la siembra y se utilizó una solución concentrada a 100 mg kg^-1 de Valagro EDTA ZN (Valagro EDTA ZN; Almería, España). La solución con zinc se preparó con agua potable y se asperjó sobre la semilla justo antes de la siembra. La aplicación de los tratamientos con N se dividió en tres partes (33, 33 y 33% de cada dosis evaluada). Cada fracción de fertilizante se aplicó antes del primer, segundo y tercer riego de auxilio. Como fuente de N se utilizó Urea (46‑00‑00). No se fertilizó con ningún otro nutriente.

Riegos y control de malezas

Durante los experimentos se realizaron cinco riegos con una lámina total estimada de 95 cm. El riego de germinación fue realizado el 20 y 17 de diciembre de 2016-17 y 2017-18 (considerado como fecha de siembra). Después, el resto de los riegos de auxilio se realizaron aproximadamente a los 40, 65, 88 y 105 días después de la siembra (dds). Después del riego de germinación se presentó zacate alpistillo (Palaris paradoxa L.), el cual fue eliminado con una aplicación de AXIAL^® (Pinoxaden+Cloquintocet-Mexyl; 600 cm³ ha^-1). Ocasionalmente apareció quelite (Chenopodium spp.) y fue controlado en forma manual. No se identificó presencia de plagas ni enfermedades.

Variables evaluadas

El estudio evaluó el crecimiento, el rendimiento [(2016-17) y (2017-18)] y la residualidad de los tratamientos en suelo después del experimento (2017‑18). Como variable de crecimiento se consideró medir el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI, por sus siglas en inglés). Para obtener el NDVI se utilizó el sensor Greenseeker (Sunnyvale, CA, EUA) colocándolo a aproximadamente 80 cm por encima de las plantas. Además, se determinó la concentración de nitratos en el extracto celular de tallo (ECT) (^{Grijalva-Contreras, Robles, Macías, Santillano y Núñez, 2016}). En cada parcela experimental, se muestreó la base del tallo de cinco plantas seleccionadas al azar, se cortaron en trozos y se obtuvo el ECT con una prensa para ajos. La determinación se llevó a cabo con un ionímetro portátil (LAQUAtwin B-743, Horiba, Kyoto, Japan). Ambas mediciones se realizaron a los 62 y 58 dds (2016-17 y 2017-18) en horario de 8:00 a 10:00 a. m.

Al llegar el cultivo a la madurez del grano (120 dds [2016-17] y 130 dds [2017-18]) se seleccionó 1.0 m² de la parte central de cada sub-sub-parcela y se contabilizó el número de espigas presentes. Se cosechó esa superficie y se determinó el peso de la muestra. Una pequeña submuestra de 200 g de grano se sometió a secado en estufa de aire forzado a 60 °C y se determinó la humedad. Con el peso de grano recién cosechado y el porcentaje de humedad, se identificó el peso seco de cada muestra. A su vez, se corrió un factor de corrección de 15% de humedad y se reportó como rendimiento comercial.

Adicionalmente, se escogieron 50 tallos completos de cada parcela (hojas y espiga) y se cosecharon desde la base del suelo. Se sometieron a secado en estufa a aire forzado (60 °C) por 48 h y se determinó la biomasa completa. Se desgranaron las espigas de cada tallo y después se obtuvo el peso de los granos. A la relación existente entre el peso de grano (PG) y peso total de la muestra (PSTotal) se le identificó como índice de cosecha (PG/PSTotal = IC) (^{Verhulst, Sayre y Govaerts, 2012}). Además, de los granos cosechados, se contabilizaron 1000 semillas y se obtuvo el peso de grano (^{Verhulst et al., 2012}).

La residualidad en suelo por efecto de los tratamientos consideró la determinación de la salinidad [conductividad eléctrica (dS m^-1)], reacción del suelo (pH), concentración de nitratos y fosfatos en el extracto de pasta saturada, así como la determinación de materia orgánica. Se colectaron muestras de suelo de cada parcela a una profundidad de 30 cm, se secaron y tamizaron. Se tomó una muestra de 200 g de suelo y se saturó con agua destilada. Después de 24 h de reposo, se sometió a bomba de vacío y al extracto se le midió la salinidad y pH con sensor HI 98129 (Hanna Instruments; Eibar, España.); los nitratos y fosfatos se determinaron con el espectrofotómetro DR 5000 HACH (Hach Company, Alemania). Para la determinación de la materia orgánica se empleó el método de Walkley y Black (^{García y Ballesteros, 2005}).

Análisis estadístico

Los factores analizados considerados como fijos fueron la IP, Zn, N y sus interacciones. Los efectos del azar fueron las repeticiones, el año, y las interacciones entre ambos. Se realizó análisis de varianza (ANOVA) de las medias obtenidas. Las diferencias entre los tratamientos y sus interacciones fueron consideradas significativas a una P < 0.05. Cuando se detectó diferencia entre los factores evaluados o su interacción, se utilizó la prueba de medias de Tukey. En todos los análisis estadísticos realizados se utilizó el programa estadístico MINITAB 17.

Crecimiento, nutrición y rendimiento

Se identificó efecto por la interacción N × IP en la variable NDVI (P ˂ 0.001), nitratos en ECT (P = 0.024) y el rendimiento (P = 0.024) (Cuadro 1). Las plantas con mayor crecimiento (NDVI) fueron aquellas que recibieron N en combinación con IP, mientras que las más pequeñas fueron las que recibieron IP o N únicamente (Figura 1A). En general, la aplicación de N al cultivo se tradujo en un mayor crecimiento que el testigo sin N; La adición de paja al suelo con nitrógeno incrementó el crecimiento hasta llegar a valores de 0.60 de NDVI (Figura 1A).

Figura 1: Interacción de la fertilización con nitrógeno con la paja incorporada al suelo (N × IP) sobre el NDVI (A), la concentración de nitratos (B) y rendimiento (C) en el cultivo de trigo.  

Figure 1: Nitrogen fertilization interaction with straw incorporation in soil (N × IP) on normalized difference vegetation index (NDVI) (A); nitrate concentration (B); and yield (C) in wheat crop. 

^{Verhulst et al. (2011)} mencionan que en trigo los valores de NDVI incrementan de ≈0.52 a ≈0.85 desde la emergencia del cultivo y hasta los 57 días después de la siembra (dds); posteriormente, los valores de NDVI (≈0.85) permanecen estables hasta los 78 dds; finalmente conforme el cultivo madura y llega a la cosecha del grano los valores declinan. En el presente estudio, los valores estuvieron por debajo de aquellos presentados por ^{Verhulst et al. (2011)} y aunque comparativamente no implicaron una reducción en el rendimiento, pudieron ser consecuencia de la diferencia en la fecha de toma del valor o en el genotipo utilizado en este experimento (^{Naser, Khosla, Longchamps y Dahal, 2020}). Adicionalmente, es de considerar que el experimento se realizó en un ambiente salino (CE 5.08 dS m^-1) lo que modifica significativamente los valores de NDVI (^{Wang, Wilson y Shannon, 2002}).

La nutrición con Zn durante el desarrollo de las plántulas modifica la arquitectura radicular alargando la raíz principal y promoviendo un mayor número de raíces laterales (^{Feigl et al., 2019}). Además, reduce el estrés provocado por condiciones salinas (^{Dai, Zhu, Yin, Du y Zhang 2017}; ^{Imran et al., 2018}). En este estudio, la inoculación con Zn a la semilla al momento de la siembra, promovió un mayor crecimiento (NDVI) que aquel obtenido cuando no se utilizó Zn (P < 0.001) (Cuadro 1); Sin embargo, no modificó la concentración de nitratos en ECT, u otros parámetros asociados al rendimiento (número de espigas y el peso del grano) o el rendimiento. Al final del estudio, el crecimiento generado por la inoculación a la semilla con Zn, se tradujo en un incremento de la biomasa de las hojas y tallos afectando negativamente el índice de cosecha, pero sin modificar el rendimiento.

El tratamiento que recibió 115 kg N ha^-1 sin IP al suelo manifestó la más alta concentración de nitratos en el ECT, mientras que el tratamiento que no recibió N, pero que recibió IP al suelo, mostró la menor concentración de nitrato en ECT (Figura 1B). Las concentraciones de nitratos encontradas en este estudio fueron menores a las encontradas por ^{Grijalva-Contreras et al. (2016)}. Estos investigadores encontraron que para alcanzar el máximo rendimiento en trigo harinero de la variedad Tacupeto, la concentración de nitratos en ECT debería de estar entre 4000 y 5500 mg L^-1 de nitratos. También mencionan que las concentraciones pueden variar dependiendo de la variedad de trigo utilizada.

El número de espigas por m² incrementó en forma lineal conforme se aumentó la dosis de N, alcanzando el mayor número de espigas con la dosis de 460 kg N ha^-1 (P ˂ 0.001). Por otro lado, el peso del grano solo se incrementó al aplicar la dosis de 115 kg N ha^-1 (P = 0.037). En el cultivo de trigo los componentes del rendimiento como el peso de mil granos, número de espigas m², número de espiguillas por espiga y peso del grano por espiga, se relacionan de diferente manera al rendimiento. ^{Mandic et al. (2015)} encontraron que el peso de 1000 granos, número de espigas por m², y el peso individual del grano se asociaron en un 99, 70 y 51% con el rendimiento total de trigo respectivamente. De lo anterior se deduce que el conjunto de todos los factores es lo que incide en el rendimiento total y no solo algún parámetro en particular.

El rendimiento del cultivo de trigo mostró la misma tendencia que la acumulación de nitratos en ECT. El mayor rendimiento resultó en el tratamiento de 115 kg N ha^-1 sin la IP al suelo, mientras que el menor rendimiento fue el tratamiento que recibió IP sin N (Figura 1C). La dosis de N recomendada por ^{Hernández-Vázquez, Guzmán y Valenzuela (2010)} para trigo cultivado en esta región del valle de Mexicali para un rendimiento de 7.0 Mg ha^-1 es de 245 kg ha^‑1. Sin embargo, ^{Santillano-Cázares, López, Ortiz y Ruan (2013)} mencionan que la dosis puede variar dependiendo del manejo y el nivel de tecnología agronómica empleada para este cultivo. Estos autores realizaron una investigación utilizando el sensor greenseeker^® en diecisiete campos representativos del valle de Mexicali, y lograron mantener el mismo rendimiento que los productores, pero disminuyeron la dosis de N aplicada en un 24 por ciento.

Finalmente, la inoculación a la semilla con Zn redujo el índice de cosecha en el cultivo (P = 0.014), mientras que sucedió lo contrario con la IP al suelo (P = 0.042). Como se mencionó anteriormente, el Zn pudo haber promovido un mayor desarrollo de raíz beneficiando el crecimiento foliar del cultivo y en consecuencia la proporción follaje/grano se incrementó reduciendo el índice de cosecha. Al respecto, ^{Unkovich, Baldock y Forbes (2010)} indican que factores que incrementen el periodo vegetativo en cultivos de cereales, sustancialmente reducen el índice de la cosecha. Lo anterior pudo haber sucedido en el presente estudio ya que el NDVI fue superior en las plantas que recibieron Zn, sin embargo, con esto no alcanzó a incrementar el número de espigas o el peso del grano, manteniendo el mismo rendimiento (Cuadro 1).

Residualidad en el Suelo

La IP al suelo redujo de significativamente la salinidad del suelo (P ˂ 0.001) al bajar de 7.12 a 3.69 dS m^-1. Lo anterior significó una mejora importante a los problemas de salinidad que se tienen en este tipo de suelos en el valle de Mexicali (^{Judkins y Myint, 2012}). ^{Xie et al. (2017)} mencionan que la reducción de la salinidad por efecto de la IP al suelo depende de la cantidad de paja incorporada, y que suele variar durante la estación de crecimiento del cultivo subsecuente. Indican que a corto plazo los mecanismos de reducción de la salinidad después de la IP se encuentran relacionados al lavado de sales y a la interrupción del movimiento capilar del agua.

^{Tarekegn et al. (2018)} mencionan que a largo plazo la IP incrementa el contenido de carbono orgánico, aumenta la disponibilidad de agua y la porosidad del suelo. A su vez, la alta porosidad es promovida por la formación de macroagregados lo que en consecuencia reduce la acumulación de sales en la superficie del suelo (^{Zhao et al., 2016}). Finalmente, es necesario identificar la composición iónica de las sales predominantes en el suelo después de la IP, ya que cada ion posee un índice salino diferente (^{Biggs y Jiang, 2009}). Si bien en este estudio se redujo substancialmente la salinidad en un periodo de dos años, es recomendable realizar un seguimiento por una mayor cantidad de tiempo en el que se identifique la permanencia de los resultados encontrados.

Se identificó efecto de la interacción Zn × IP para las variables de pH, nitratos, fosfatos y materia orgánica en el suelo (P ˂ 0.05). Lo mismo sucedió para la interacción N × IP en la variable materia orgánica (P = 0.043) (Cuadro 2). Cuando se incorporó paja al suelo (IP) y se inoculó la semilla con zinc al momento de la siembra (Zn) se identificó un incremento en el valor de pH del suelo de 0.10 unidades, en comparación cuando no se utilizó Zn o IP (P = 0.038) (Figura 2A). Al respecto, se ha documentado que la inoculación con Zn a la semilla tiene influencia en la actividad enzimática radicular (^{Feigl et al., 2019}), mientras que la IP mejora estructura física del suelo incrementando el tamaño de raíz (^{Sun et al., 2020}).

Figura 2: Interacción de la inoculación de zinc a la semilla y la incorporación de paja al suelo (Zn × IP) en el pH del suelo (A); interacción de la fertilización con nitrógeno y la incorporación de paja al suelo (N × IP) (B); y la interacción de la inoculación de zinc a la semilla y la incorporación de paja al suelo (Zn × IP) (C) en la materia orgánica residual.  

Figure 2:  Interaction of zinc inoculation at seeding with straw incorporation in soil (Zn × IP) on soil pH (A); interaction of nitrogen rates with straw incorporation in soil (N × IP) (B); and interaction of zinc inoculation at seeding with straw incorporation (Zn × IP) (C) on residual organic matter. 

La modificación o cambio en la reacción del suelo es difícil de explicar considerando la IP o la inoculación a la semilla con Zn. ^{Tinker y Barraclough (1988)} mencionan que el crecimiento de la raíz modifica el pH del suelo por causa de la diferencia en la absorción de cationes contra aniones. Por su parte, ^{Tang y Rengel (2003)} explican que cuando ocurre una disminución en la absorción de cationes, se reduce la excreción de iones H⁺ lo que provoca alcalinización del suelo. Así mismo, la IP al suelo pudo haber activado la acción de enzimas de la raíz (transaminasas y sintetasas) lo que en consecuencia pudo haber modificado el ambiente orgánico radicular (^{Wang et al., 2019}). Finalmente, ^{Busari, Kukal, Kaur, Bhatt y Dulazi (2015)} explican que existen muchos otros factores asociados a este fenómeno como las condiciones de clima, tipos de suelo y factores de manejo que condicionan en gran medida el valor de pH del suelo.

Resulta interesante hacer notar los efectos que la interacción Zn × IP tuvo sobre la concentración de nitratos y fosfatos en el suelo (Cuadro 2) (P ˂ 0.047). Cuando se realizó la IP al suelo, se encontró un efecto significativo al reducir la concentración de nitratos en el suelo en comparación de suelo sin IP (Figura 3A). Lo anterior pudo ser una respuesta a la alta relación C/N presente en el suelo provocado por la adición de la paja al suelo. Cabe mencionar que la incorporación de paja al suelo reduce de forma importante la lixiviación de nitratos (^{Manevski et al., 2016}); sin embargo, una alta relación C/N promueve una lenta inmovilización del N presente en el suelo por efecto de la población microbiana (^{Kumar y Goh, 1999}).

Para el caso de la variable fosfatos, la inoculación con Zn a la semilla tuvo un efecto importante (P ˂ 0.001). La inoculación con Zn a la semilla redujo dos veces la concentración de fosfatos en el suelo en comparación del tratamiento sin inoculación de Zn a la semilla (Figura 3B). Los resultados encontrados en este estudio no son concluyentes. Es necesario realizar un mayor número de estudios que clarifiquen el papel de la inoculación con Zn a la semilla y su efecto multivariado sobre el crecimiento y su relación con el ambiente radicular creado.

Figura 3: Interacción de la inoculación de zinc a la semilla y la incorporación de paja al suelo (Zn × IP) con en la concentración de nitratos (A) y fosfatos (B) en el suelo en el cultivo de trigo.  

Figure 3: Interaction of inoculation with zinc at seeding and straw incorporation in soil (Zn × IP) on nitrates (A) and phosphates (B) in soil on wheat crop. 

Por otro lado, el comportamiento de la MO en suelo por efecto de la interacción de N × IP (Figura 2B) (P ˂ 0.043), mostró que la IP al suelo redujo la concentración de MO, mientras que cuando se utilizó IP y se fertilizó con N, la concentración de MO en el suelo se mantuvo con valores similares. Estos resultados son contradictorios a los mencionados por la literatura. ^{Walsh y McDonnel (2012)} indican que a corto plazo la IP al suelo no modifica la concentración de MO. Mientras que a largo plazo la concentración de esta se incrementa (^{Dahri et al., 2018}; ^{Zhao et al., 2019}), sobre todo porque la IP en combinación con N incrementa la actividad de enzimas como la ureasa, invertasa y la catalasa. En el presente experimento se consideró evaluar el suelo solo durante un año. Más estudios son necesarios en los próximos años para esclarecer los resultados aquí obtenidos.