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Introducción
El grano de frijol (Phaseolus vulgaris) es un producto básico en México debido a que luego de su cocción es fuente de proteínas para el humano. Esta leguminosa es de gran importancia económica, nutricia y nutracéutica, sin embargo, se cultiva principalmente en condiciones de secano (Guzmán et al., 2002; Ríos-Uglade et al., 2006; Rosales-Serna y Flores-Gallardo, 2017), donde el estrés intermitente ocasionado por insuficiencia de humedad reduce el rendimiento potencial de grano y, en consecuencia, afecta negativamente la economía del agricultor (Rosales-Serna et al., 2004).
De acuerdo con Borja-Bravo et al. (2018), el altiplano semiárido del centro-norte de México es una región que abarca parte de las entidades de Chihuahua, Coahuila, Durango, Zacatecas, Aguascalientes, San Luis Potosí, Jalisco, Guanajuato y Querétaro, y se caracteriza por su clima semidesértico, esta región es la más importante en producción de frijol en México porque se cultiva dicha leguminosa en gran superficie bajo condiciones de temporal (secano).
En Durango, en años recientes dio inicio el cultivo de frijol bajo riego para aumentar su productividad, estabilizar el rendimiento e incrementar el valor comercial del grano (Rosales-Serna y Flores-Gallardo, 2017); asimismo, el mejoramiento genético ha generado variedades de frijol precoces y de bajo requerimiento hídrico, con las que se han logrado incrementos significativos en el rendimiento durante años con climas favorables (> 450 mm) y distribución apropiada de la lluvia (Rosales-Serna et al., 2019). En este contexto, es necesario determinar la capacidad de la producción de grano y de adaptación a las condiciones ambientales de la región por parte de las nuevas variedades mejoradas de frijol (Arellano-Arciniega et al., 2015). La caracterización de las variedades sembradas, actualmente incompleta, es fundamental para la tecnificación y planeación del riego, así como para la predicción de la fenología, para mejorar la productividad del agua (PA) y rendimiento de grano (de Medeiros et al., 2016; de Oliveira et al., 2012; Rosales-Serna y Flores-Gallardo, 2017).
Las variedades de frijol pinto, predominantes en siembras comerciales en Durango (Pinto Saltillo y Pinto Villa) son sensibles al fotoperiodo (Rosales et al., 2012; Rosales-Serna et al., 2004; Sanchez-Valdez et al., 2004). La utilidad de este carácter es limitada en condiciones de riego, donde se prefieren variedades neutrales en su respuesta al fotoperiodo para aprovechar la posibilidad de sembrar en cualquier época del año, siempre y cuando existan temperaturas favorables para el frijol (10 a 28 ºC). Otra área de oportunidad es conocer la influencia de la temperatura sobre el desarrollo de las variedades modernas de frijol cultivadas en Durango.
Existen varios métodos para predecir la fenología del frijol en diferentes ambientes de producción (Baez-González et al., 2015); sin embargo, el concepto grados día (°D) se basa en las temperaturas (Flores-Magdaleno et al., 2014), por lo cual, resulta uno de los métodos más precisos para estimar la acumulación de °D entre los umbrales térmicos para el desarrollo de cada especie (Ojeda-Bustamante et al., 2004; 2006; Flores-Gallardo et al., 2012). Por otra parte, para evaluar la PA, el método más utilizado incluye la relación entre el rendimiento obtenido y el volumen de agua aplicado, medido con base en la evapotranspiración acumulada del cultivo (ETc) y láminas de riego (Lr) (Hari Krishna et al., 2014; Rosales-Serna y Flores-Gallardo, 2017). Las condiciones favorables de humedad pueden propiciar un incremento significativo del rendimiento de grano, así como un desarrollo fenológico favorable del frijol bajo condiciones meteorológicas contrastantes; por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar la fenología en función del tiempo térmico y la PA en dos variedades mejoradas de frijol pinto cultivadas en Durango.
Materiales y métodos
Descripción del área de estudio
Los trabajos de campo se realizaron en dos ambientes (Durango y Canatlán), ubicados en el Distrito de Riego 052 del estado de Durango, México. En el sitio de Durango (23° 59’ 15” N, 104° 37’ 16” O y una altitud de 1879 m) se trabajó durante los ciclos agrícolas primavera-verano (P-V) 2015 y 2016; el tipo de textura del suelo es franco arenoso (Cuadro 1), con capacidad intermedia para la retención de humedad, profundidad media, pendiente de 0 a 2 %, pH 7.9 (moderadamente alcalino) y contenido pobre de materia orgánica (1.2 %). En el sitio de Canatlán (24° 33’ 08” N, 104° 44’ 33” O y una altitud de 1945 m) el cultivo se estableció en P-V 2015. El tipo de textura del suelo es arena franca, con baja capacidad de retención de humedad, profundidad media, pendiente de 0 a 4 %, pH 8.3 (moderadamente alcalino) y contenido pobre de materia orgánica (1.4 %). El clima predominante en los dos sitios es templado semiárido [BS1 Kw (w) (e)], con régimen de lluvias en verano y fuerte variación de la temperatura media anual con un registro de 17.4 °C (García, 1987). La lluvia acumulada durante el año alcanza un promedio de 476 mm, con valores altos entre junio y septiembre.
Cuadro 1 Características físicas del suelo en cada sitio de evaluación con los tres niveles de humedad sobre la fenología y PA en frijol.
| Sitio | Textura | A (%) | L (%) | R(%) | θCC (%) | θPMP (%) | HA (%) | ρa (g cm-3) |
| Durango | Franco arenoso | 63 | 28 | 9 | 21 | 9 | 12 | 1.2 |
| Canatlán | Arena franca | 87 | 11 | 2 | 11 | 4 | 7 | 1.4 |
A: arena, L: limo, R: arcilla, θCC: capacidad de campo, θPMP: punto de marchitez permanente, HA: humedad aprovechable, ρa: densidad aparente del suelo.
Tratamientos evaluados, diseño y unidad experimental
Los factores y niveles estudiados fueron: variedades de frijol (2, Pinto Saltillo y Pinto Centauro) y niveles de humedad (3) en cada sitio y ciclo. El diseño experimental fue bloques completos al azar, con cuatro repeticiones en 2015 y ocho repeticiones en 2016. La parcela experimental fue de 32 surcos de 10 m de largo (Durango, 2015), 16 surcos de 8 m de largo (Canatlán, 2015) y 12 surcos con una longitud de 10 m (Durango, 2016). En todos los sitios se establecieron surcos con 0.81 m de separación.
Se aplicaron tres niveles de humedad del suelo mediante riego por gravedad, los cuales consistieron en: riego total, RT 100 % de humedad aprovechable (HA) (riego total, RT) y riego deficitario, RD 80 % de HA y RD 60 % de HA, que involucran un déficit de humedad en el suelo.
Manejo del cultivo y monitoreo de la humedad
Las fechas de siembra fueron el 10 de julio (Durango, 2015), 13 de julio (Canatlán, 2015) y 07 de julio (Durango, 2016) y se realizaron dos escardas, una aplicación del herbicida Flex® (Fomesafen) y dos deshierbes manuales, para mantener el cultivo libre de maleza. En todos los casos, la fertilización se aplicó durante la primera escarda y se utilizó la dosis 35-50-00 (N-P2O5-K2O).
El contenido de humedad se monitoreó mediante el uso de un reflectómetro (Time Domain TDR HydroSense II, Campbell Scientific, Logan Utah, EUA). Los datos de humedad obtenidos antes y después del riego se usaron para estimar la lámina de riego aplicada (Lra) en cada nivel de humedad, la cual se calculó con la siguiente ecuación:
Donde θCC es la capacidad de campo (%), Wa es el contenido de humedad en el suelo antes del riego (%), ρa es la densidad aparente del suelo (g cm-3) y Pr es la profundidad efectiva de las raíces (30 cm) (Rosales-Serna y Flores-Gallardo, 2017).
Variables evaluadas
El registro fenológico (desde la emergencia hasta la madurez fisiológica) incluyó el número de dds y los grados día (°D) (Ojeda-Bustamante et al., 2004; 2006). Se registraron las variables de temperatura máxima (Tmáx), temperatura mínima (Tmín) y precipitación (Pp) de acuerdo con INIFAP (2017), así como los datos de rendimiento de grano y PA. Con la ecuación 2 se calculó la lámina de riego neta (Lrn) en mm (Cuadro 2).
Cuadro 2 Lámina de riego en función de los niveles de humedad y variables meteorológicas registradas en los sitios y ciclos de evaluación.
| Sitio | Nivel de humedad (%) | Tmáx (ºC) | Tmín (ºC) | Pp (mm) | ||
| 100 | 80 | 60 | ||||
| Lra (mm) | ||||||
| Durango (2015) | 544 | 204 | 156 | 27.6 | 13.2 | 221 |
| Canatlán (2015) | 404 | 270 | 174 | 27.3 | 11.5 | 227 |
| Durango (2016) | 209 | 181 | 83 | 26.8 | 14.2 | 357 |
Tmáx: temperatura máxima, Tmín: temperatura mínima, Pp: precipitación, Lra: lámina de riego aplicada.
Donde Pp es la precipitación registrada (mm) y r es el riego aplicado (mm).
El número de °D se estimó con las siguientes condicionantes (ecuaciones 3, 4 y 5), propuestas por Ojeda-Bustamante et al. (2004; 2006):
donde T es la temperatura media diaria, Tmín (10 ºC) y Tmáx (28 ºC) representan la temperatura mínima y máxima que delimitan el intervalo requerido (umbral máximo y mínimo) para el crecimiento de la planta del frijol (de Medeiros et al., 2016; Jenni et al., 2000). En madurez, se tomaron tres submuestras de plantas para determinar el rendimiento de grano y luego calcular el promedio para cada repetición. Las submuestras consistieron de dos surcos de 5 m de longitud, con una separación de 0.81 m (8.1 m2). La PA se calculó con la ecuación 6 (Hari Krishna et al., 2014; Rosales-Serna y Flores-Gallardo, 2016):
Donde Lrn es la lámina de riego neta (mm) calculada con la ecuación 2.
Análisis estadístico
Se realizó análisis de varianza para rendimiento con e modelo lineal correspondiente a un diseño de bloques completos al azar. Las medias se compararon con la prueba de Tukey (P ≤ 0.05). Estos análisis se realizaron con SAS® versión 9.4 (SAS Institute, 2013).
Resultados y discusión
Rendimiento
La variedad Pinto Centauro mostró precocidad para floración (40-41 dds) y madurez (92-99 dds) en los dos ambientes, en comparación con Pinto Saltillo (floración 42-45 dds y madurez 93 a 103 dds), mostrando diferencias significativas entre variedades (Cuadro 3). De igual forma, la acumulación de ºD fue inferior en Pinto Centauro (floración 406 a 430 ºD y madurez 893-937 ºD) en comparación con Pinto Saltillo (floración 438 a 459 ºD y madurez 900-1013 ºD). La fenología contabilizada en días mostró tendencia similar y relación estrecha con la estimación realizada con base en el tiempo térmico. Los resultados muestran que es posible utilizar cualquiera de las variables que describen el desarrollo del frijol y, aunque la evaluación con base en dds es más sencilla por su determinación visual, el uso de ºD es común en los programas de cómputo para la predicción fenológica, por su viabilidad y precisión (Ojeda-Bustamante et al., 2006).
Cuadro 3 Fenología y rendimiento registrado en dos variedades de frijol evaluadas bajo tres niveles de humedad.
| Variedad | Durango (2015) | Canatlán (2015) | Durango (2016) | ||||||
| df | dmf | Rd | df | dmf | Rd | df | dmf | Rd | |
| Lr + Pp | 100 % (765 mm) | 100 % (631 mm) | 100 % (566 mm) | ||||||
| P. Saltillo | 43(448) | 103(1,013) | 3129 | 45(459) | 101(950) | 3344ª | 43(448) | 95(917) | 3576 |
| P. Centauro | 41(427) | 97(967) | 2546 | 40(406) | 99(937) | 3157ª | 41(430) | 92(893) | 3548 |
| Lr + Pp | 80 % (425 mm) | 80 % (497 mm) | 80 % (538 mm) | ||||||
| P. Saltillo | 42(438) | 102(1,007) | 3380 | 45(459) | 99(937) | 1946b | 42(440) | 94(909) | 3466 |
| P. Centauro | 41(427) | 96(958) | 2890 | 41(416) | 98(930) | 2190b | 41(430) | 93(900) | 3687 |
| Lr + Pp | 60 % (377 mm) | 60 % (401 mm) | 60 % (440 mm) | ||||||
| P. Saltillo | 43(448) | 103(1,013) | 2665 | 44(447) | 100(943) | 1645c | 43(448) | 93(900) | 3292 |
| P. Centauro | 41(427) | 97(967) | 2686 | 41(416) | 97(923) | 1705c | 41(430) | 92(893) | 3200 |
| Media | 42(438) | 99(986) | 2883 | 43(436) | 99(937) | 2331 | 42(440) | 93(900) | 3461 |
Letras en cada columna representan diferencias significativas entre variedades y Lr + Pp (Tukey, P ≤ 0.05). Las columnas sin letras indican que no hay diferencias significativas. df: días a floración, dmf: días a madurez fisiológica (el subíndice representa la acumulación de grados día, ºD), Rd: rendimiento kg ha-1, Lr + Pp: acumulación total de lámina de riego más la precipitación.
El rendimiento fue estadísticamente igual entre variedades y condiciones de humedad en Durango (2015 y 2016) y únicamente en Canatlán (2015) se observaron diferencias (P ≤ 0.0001) entre niveles de humedad (Cuadro 3). En este último sitio se observó igualdad estadística entre variedades y el valor más alto de rendimiento en ambas variedades (Pinto Centauro 3157 kg ha-1 y Pinto Saltillo 3344 kg ha-1) se registró con el nivel de humedad al 100 % (631 mm), mientras que en el nivel de 60 % de humedad (401 mm) se registraron valores significativamente inferiores. La respuesta fue similar en ambas variedades, lo cual dependió fundamentalmente del incremento de la cantidad de agua aplicada (631 mm). También se deduce que la respuesta similar entre ambas variedades pudo deberse a su cercanía genética, y su potencial de rendimiento similar había sido previamente demostrado (Rosales et al., 2012).
En Durango, durante el ciclo 2015, se obtuvieron rendimientos entre 2546 y 3380 kg ha-1, mientras que durante el ciclo 2016 el rendimiento de ambas variedades fluctuó entre 3200 y 3687 kg ha-1. En este sitio se observaron resultados similares a los obtenidos en otros estudios con frijol, donde se dificultó la obtención de diferencias estadísticas entre niveles de aplicación del agua de riego. Con los resultados obtenidos en los dos sitios se comprobó que el manejo eficiente del agua de riego debe ajustarse con base en las condiciones meteorológicas del sitio de siembra y el tipo de suelo que se utiliza en la producción de frijol.
El ambiente con mayor productividad fue Durango (2016), con una Lr total entre 538 mm (RD 80 %) y 566 mm (RT 100 %). El siguiente nivel de producción se observó en Canatlán, con una Lr total aplicada de 631 mm para ambas variedades. En este último sitio se registró el rendimiento promedio más bajo, independientemente de las variedades de frijol, debido a la combinación del bajo nivel de aplicación de agua (401 mm) y tipo de suelo (arena franca); además, se registraron temperaturas altas (> 28 ºC) en las etapas vegetativas y temperaturas bajas (< 11.5 ºC) en las etapas reproductivas, lo que influyó en la respuesta del rendimiento del frijol.
Fenología y acumulación de grados día (°D)
En Durango (2015), ambas variedades mostraron similitud en los días para emergencia y ºD (884 ddsºD), exposición de hojas primarias (12124 ddsºD) y primera hoja trifoliolada (15153 ddsºD). Comparada con Pinto Centauro, la variedad Pinto Saltillo requirió menor cantidad de días a la aparición de la tercera hoja trifoliolada (21211 vs. 23228 ddsºD) y demoró en prefloración (41424 vs. 39406 ddsºD), floración (43445 vs. 41424 ddsºD), formación de vainas (56582 vs. 53551 ddsºD), llenado de grano (60636 vs. 57 602 dds ºD ) y madurez fisiológica (1031013 vs. 97964 ddsºD) (Figura 1).
Figura 1 Relación entre el número de días para alcanzar cada etapa fenológica y la cantidad de grados día (ºD) acumulados en dos variedades de frijol cultivadas en Durango (2015).
En Canatlán (2015), la variedad Pinto Centauro mostró una emergencia tardía (877 ddsºD) con respecto a Pinto Saltillo (771 ddsºD) (Figura 2). Ambas variedades mostraron igualdad en el desarrollo de las hojas primarias (12115 ddsºD) y aparición de la primera hoja trifoliolada (15142 ddsºD). En Pinto Centauro se registró una demora en la aparición de la tercera hoja trifoliolada (21199 ddsºD), debido a que Pinto Saltillo redujo los valores para esta variable (19178 ddsºD). La variedad Pinto Saltillo presentó demora en prefloración, comparada con Pinto Centauro (43432 vs. 39394 ddsºD), floración (45455 vs. 41413 ddsºD), formación de vainas (54551 vs. 51526 ddsºD), llenado de grano (59616 vs. 57586 ddsºD) y madurez fisiológica (100943 vs. 98930 ddsºD).
Figura 2 Relación entre el número de días para alcanzar una etapa fenológica y la cantidad de grados día (ºD) acumulados en dos variedades de frijol en Canatlán (2015).
En promedio, independientemente de la variedad y Lr, en Canatlán (2015) se redujeron las unidades térmicas con respecto a Durango (2015) con (97923 vs. 96958 ddsºD) debido a la temperatura ambiental más alta (28 a 30.7 ºC) en la etapa vegetativa y reproductiva (meses de julio a septiembre). Después se registraron periodos con Tmín ambiental de 14.1 ºC durante el llenado de grano (tercera semana de septiembre) (Figura 3). Se observa que la temperatura alta, combinada con el estrés hídrico, es un factor a considerar para definir la duración de las etapas fenológicas del frijol (Rosales-Serna et al., 2001).
Figura 3 Valores diarios de precipitación, Tmáx y Tmín registradas en Durango (A) y Canatlán (B) en el año 2015.
En Durango (2016), la variedad Pinto Centauro mostró ser tardía en la emergencia (9100 ddsºD), con respecto a Pinto Saltillo (778 ddsºD) (Figura 4); además, Pinto Centauro registró una demora para el despliegue de las hojas primarias (12133 ddsºD), primera hoja trifoliolada (15169 ddsºD) y tercera hoja trifoliolada (25267 ddsºD), debido a que Pinto Saltillo redujo los valores para estas variables (10110 ddsºD; 13145 ddsºD; 22241 ddsºD); después, la variedad Pinto Saltillo presentó una demora para la prefloración (41424 vs. 39412 ddsºD), floración (43445 vs. 41430 ddsºD), formación de vainas (55548 vs. 52525 ddsºD), llenado de grano (69680 vs. 66653 ddsºD) y madurez fisiológica (94909 vs. 92895 ddsºD).
Figura 4 Relación entre el número de días para alcanzar una etapa fenológica y la cantidad de grados día acumulados (ºD) en dos variedades de frijol en Durango (2016).
La demora inicial en la fenología de la variedad de frijol Pinto Centauro fue consecuencia de las características genéticas de la variedad, a pesar de la utilización de semillas con mayor tamaño (34 g por 100 semillas), en comparación con Pinto Saltillo (31 g por 100 semillas) (Rosales et al., 2012), lo que retrasó la imbibición, germinación y emergencia. Se observó relación estrecha entre el registro de la fenología con base en el número de dds y la cantidad de ºD acumulados. La duración de las etapas fenológicas se redujo en Durango (2016) debido a un incremento en la Tmín promedio (14.2 ºC), con ello se pone de manifiesto que la duración de las etapas fenológicas está en función del comportamiento térmico durante el periodo de crecimiento de la especie, pero será constante en términos de ºD. Lo anterior, aceleró el desarrollo y redujo el ciclo biológico de las dos variedades bajo estudio. La Tmáx y Tmín del ambiente influenciaron en la respuesta del frijol en todos los tratamientos con niveles de humedad, por lo que este factor debe considerarse al calendarizar el riego.
Productividad del agua (PA)
Se observó tendencia a reducir la PA cuando se incrementó la lámina de riego aplicada (Lra) a las variedades de frijol (Figura 5). El nivel más alto de PA (7.3 a 8.0 kg ha-1 mm-1) en ambas variedades se registró con una Lra entre 425 y 460 mm. En las Lra que sobrepasaron los 750 mm se registró un nivel bajo de PA (3.3 kg ha-1 mm-1) debido al exceso de humedad (por la combinación de Lr + Pp) con respecto al nivel recomendado para frijol, que oscila de 400 a 631 mm (Rosales-Serna y Flores-Gallardo, 2017; Villordo-Pineda et al., 2015;).
Figura 5 Relación promedio entre la Lra y la PA en dos variedades de frijol cultivadas en tres sitios y tres niveles de humedad.
Se ha observado sensibilidad del frijol en ambientes con humedad excesiva y con deficiencia en el control de la aplicación del agua de riego debido al estrés por oxígeno (hipoxia) y decremento en la fotosíntesis y conductancia estomática (Caudle y Maricle, 2012), lo cual afecta la producción de biomasa y el rendimiento de grano (Polón-Pérez et al., 2017). Pedroza-Sandoval et al. (2016) obtuvieron resultados similares en tres variedades de frijol, las cuales tuvieron un comportamiento similar en la actividad fotosintética al pasar de una condición hídrica a otra, aunque hubo una tendencia de mayor estabilidad en las variedades Pinto Centauro y Pinto Saltillo, las cuales varían en su actividad fotosintética; además, observaron valores bajos de productividad para ambas variedades con Lra de 401 y 497 mm en el sitio de Canatlán, donde el suelo es arena franca y se registraron Tmáx altas (28 a 30 ºC) durante la etapa vegetativa y reproductiva (Figura 3). Los valores altos de temperatura (Figura 4) incrementaron la demanda ambiental y ésto, combinado con el reducido suministro de agua en los tratamientos de RD 80 % y RD 60 %, redujo el rendimiento.
La PA en las variedades de frijol evaluadas a través de sitios y tratamientos de humedad, fluctuó entre 3.3 y 8.0 kg ha-1 mm-1. Los valores resultaron inferiores a los observados en otros estudios con frijol, en los que se determinaron valores entre 4.6 y 10 kg ha-1 mm-1 (Beebe et al., 2013). La fluctuación en la PA se relacionó directamente con el tipo de suelo, el sitio de siembra y la Lra. La aplicación apropiada del agua de riego en Durango duplicó el rendimiento y redujo en 51 % (2015) y 22 % (2016) la cantidad de agua utilizada en la producción de frijol con el nivel de RD 80 %, sin disminuir significativamente el rendimiento. En Canatlán, la disminución de 21 % (RD 80 %) y 36 % (RD 60 %) del agua aplicada redujo significativamente el rendimiento de grano, debido al tipo de suelo y Tmáx y Tmín registradas durante el ciclo de cultivo, por lo quel, ante este tipo de escenarios de manejo y condiciones de producción, la tecnificación de la superficie cultivada con frijol puede ser lo más viable en la medida de las condiciones y posibilidades de los productores (Ríos et al., 2017).
Conclusiones
Las condiciones favorables de humedad proporcionadas con los niveles de RT 100 % y RD 80 % favorecieron un incremento en el rendimiento de grano de las variedades de frijol Pinto Saltillo y Pinto Centauro. La respuesta fenológica estuvo ligada al suministro oportuno y preciso del riego, de acuerdo con cada nivel de humedad, lo cual está en función de la variabilidad climática del sitio y las condiciones edáficas. Pinto Centauro mostró mayor precocidad en los sitios y ciclos de evaluación con respecto a Pinto Saltillo; por lo tanto, se requiere la generación de estudios a nivel local, pues existen pocos sobre la temática, y los requerimientos hídricos varían de acuerdo con el área agrícola, clima, manejo agronómico, variedad y fenología del genotipo. Las variedades de frijol Pinto Saltillo y Pinto Centauro mostraron valores altos para el rendimiento de grano con los niveles de humedad de RD 80 % y RT 100 %, por lo cual, esta leguminosa es una opción productiva para condiciones de riego, donde se pueden obtener rendimientos comercialmente viables comparados con los obtenidos bajo condiciones de temporal.
