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Introducción
La producción de leche en la Comarca Lagunera es intensiva y altamente tecnificada produciendo alrededor de 9 millones de litros diarios (SAGARPA, 2015) y uno de los principales insumos para la alimentación del ganado es el ensilaje de maíz. La alfalfa y el maíz son los principales cultivos forrajeros en esta zona geográfica, ambos cultivos se complementan respecto a la alimentación de los animales, el maíz en el contenido de fibra requerida por los rumiantes para la digestión y la alfalfa como fuente de proteína en la producción de leche (Montemayor et al., 2012). Los rendimientos promedios de forraje verde y seco de maíz en la Comarca Lagunera son de 49 y 17 Mg ha-1 respectivamente (Cueto et al., 2006).
Uno de los principales factores limitantes para la obtención de altos rendimientos y la calidad del forraje de maíz es la dosis de fertilización nitrogenada (de Menezes et al., 2013). Debido a lo anterior es común que los productores apliquen dosis de nitrógeno (N) superiores a las requeridas por el cultivo. Lo anterior aumenta los costos de producción, disminuye la rentabilidad del cultivo e incrementando riesgo potencial de contaminación ya que el N que no absorbe la planta, se pierde por diferentes procesos, como la volatilización, desnitrificación, y la lixiviación de nitratos entre otros (Delgado y Follett, 2010). Para reducir el riesgo de contaminación por nitratos sin disminuir significativamente los rendimientos es necesario conocer los requerimientos nutrimentales de los cultivos, el tipo de fertilizantes, la forma y etapa fenológica que este insumo debe ser aplicado (Klocke et al., 1999).
El manejo eficiente de los fertilizantes nitrogenados en los sistemas de producción agrícolas es fundamentales para evitar aplicaciones excesivas, evitando riesgos potenciales de contaminación al medio ambiente, sin disminuir la rentabilidad del cultivo (Fallah y Tadayyon, 2010; Cueto et al., 2013). Debido a la importancia del N en las plantas, a las cantidades elevadas con que es demandado en el crecimiento de los cultivos y a la creciente preocupación por preservar el medio ambiente, se planteó como objetivos para el presente trabajo. 1) evaluar la eficiencia con que el maíz forrajero usa el N para producir materia seca; y 2) determinar si el uso eficiente del nitrógeno (UEN) y la recuperación aparente de nitrógeno (RAN) son afectados por el tipos de suelo y la dosis de N.
Materiales y métodos
El estudio se realizó en el Campo Experimental La Laguna (CELALA) del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), en Matamoros, Coahuila, situado en la Comarca Lagunera. Esta región se localiza geográficamente en el paralelo 24° 22' de latitud norte y en el meridiano 102° 22' de longitud oeste, tiene una altitud de 1 120 msnm, la precipitación pluvial media anual es de 215 mm y la temperatura media anual de 22.6 °C (INEGI, 2010). Se utilizaron dos suelos de textura contrastante: textura arcillosa y textura arenosa hasta 60 cm de profundidad; en el Cuadro 1, se muestran algunas otras características de estos suelos. Todos los análisis de suelo se realizaron de acuerdo a los métodos descritos en la Norma Oficial Mexicana NOM-021-RECNAT-2000 (SEMARNAT, 2000). Se utilizó maíz forrajero de la variedad SB-302, la cual se sembró en parcelas de 10 m de ancho por 15 m de largo.
Cuadro 1 Propiedades del suelo al inicio del estudio.
| Parámetro | Unidad | Valor | |
| pH | 8.14 | 8.41 | |
| Conductividad eléctrica | dSm-1 | 042 | 0.385 |
| Textura | Arcilloso | Franco arcillo arenoso | |
| Arena | (%) | 20.4 | 56.55 |
| Arcilla | (%) | 48 6 | 25.35 |
| Nitrato | mg kg-1 | 102 | 9.42 |
| Amonio | mg kg-1 | 4.7 | 15.6 |
El diseño experimental fue bloques completos al azar con cuatro repeticiones. Todas las parcelas recibieron 80 kg ha-1 de P2O5, con ácido fosfórico como fuente (52% de P2O5). Las dosis de N evaluadas se anotan en el Cuadro 2. La dosis de 300 kg ha-1 se estimó mediante un método de balance (Palma et al., 2002) para una meta de rendimiento de 16 Mg ha-1 de MS, considerando una extracción del cultivo de 14 kg de N por Mg de MS (Faz et al., 2006), N residual en el suelo de 75 kg ha-1 y una eficiencia de uso de N de 60%.
Cuadro 2 Dosis de N y porcentaje de la dosis aplicado en el riego de auxilio.
| Dosis de N (kg ha-1) | 1er riego (%) | 2° riego (%) | 3er riego (%) |
| 50 | 100 | ||
| 175 | 60 | 40 | |
| 300 | 50 | 35 | 15 |
| 425 | 50 | 35 | 15 |
Los demás tratamientos representaron 0, 33, 67 y 133% de la dosis de N + N residual (0, 50, 175 y 425 kg ha-1), dosis que fueron fraccionadas en tres aplicaciones, antes de cada uno de los tres primeros riegos de auxilio (Cueto et al., 2013). El porcentaje de la dosis de N aplicado en cada riego se anota en el Cuadro 3. La fuente de N fue sulfato de amonio (20.5% de N), el cual fue disuelto en agua antes de aplicarlo en el riego. Se utilizó un sistema de tubería con multicompuertas para aplicar el riego.
Cuadro 3 Rendimiento de materia seca de plantas de maíz forrajero en respuesta a dosis crecientes de N.
| Dosis de Níkgha-1) | Suelo arcilloso (Mg ha-1) | Suelo arenoso (Mgha-1) |
| 0 | 5.2 b † | 11.13b |
| 50 | 19.87a | 16.68 a |
| 175 | 21.44a | 17.41a |
| 300 | 19.31a | 18.64a |
| 425 | 21.7a | 17.63 a |
†Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas (Duncan, 0.05).
Se aplicó un riego de presiembra o aniego, y cuatro riegos de auxilio, a los 21, 40, 57 y 73 días después de la siembra (DDS). La cosecha se realizó a los 97 DDS, en la etapa de madurez del grano de un tercio de avance de la línea de leche (Nuñez et al., 2005). El rendimiento de forraje verde se estimó en una parcela útil de dos surcos centrales por 10 m de largo. Para expresar el rendimiento en materia seca, el porcentaje de humedad se calculó en una muestra de cuatro plantas por parcela, las cuales fueron pesadas en fresco y luego secadas en estufa hasta peso constante; la MS promedio fue de 37.5%. Para el análisis de N en planta se tomó una muestra de la parte aérea de cinco plantas por parcela y se analizó el N total en la planta completa por el método de Kjeldahl (Jones, 2001). Las variables analizadas fueron: rendimiento total de materia seca (MS), extracción y concentración de N en la planta, uso eficiente y recuperación aparente de N.
El uso eficiente de N (UEN) se calculó con la ecuación 1: (Zemenchik y Albrecht, 2002).
Donde: UEN= uso eficiente de nitrógeno (Mg MS kg-1 N), MSTi = materia seca en cosechada en el tratamiento fertilizado (Mg ha-1), MST0= materia seca en cosechada en el tratamiento sin nitrógeno (Mg ha-1) y DN = Dosis de nitrógeno del tratamiento fertilizado (kg ha-1).
La recuperación aparente de N (RAN) se calculó con la ecuación 2: (Zemenchik y Albrecht, 2002).
Donde: RAN= recuperación aparente de nitrógeno (%), NETi= nitrógeno extraído por la planta en el tratamiento fertilizado (kg ha-1), NET0= nitrógeno extraído por la planta en el tratamiento sin nitrógeno (kg ha-1) y DN= dosis de nitrógeno del tratamiento fertilizado (kg ha-1).
Los datos obtenidos se analizaron con el programa estadístico SAS versión 9.1 (SAS Institute, 2003), mediante un análisis de varianza y la comparación de medias de los tratamientos se realizó utilizando la prueba de Duncan con un nivel de significancia de 0.05.
Resultados y discusión
Rendimiento de materia seca
El rendimiento de MS mostro diferencias significativas por efecto de las dosis empleadas de N (Cuadro 3). La producción de MS en ambos suelos con aplicación de N fue estadísticamente similar y superior al tratamiento testigo. Los rendimientos más altos se obtuvieron con 425 kg ha-1 de N en el suelo arcilloso y con el 300 kg ha-1 en el suelo arenoso. Aunque ello no implica que sean las dosis de N más adecuada ya que es necesario considerar la extracción del cultivo, el N disponible en el suelo y el N perdido, la relación beneficio costo y el impacto ambiental. Se ha reportado que al existir mayor disponibilidad de N en el suelo, estimula el crecimiento radical y consecuentemente un mayor desarrollo de la parte aérea y por lo tanto mayor materia seca (de Menezes et al., 2013), Se ha reportado que un buen rendimiento de maíz forrajero en términos de materia seca debe ser superior a 18 Mg ha-1 (Núñez et al., 2006).
De lo anterior se deduce que, para el suelo arcilloso y para el suelo arenoso no fue necesario aumentar la dosis de N, debido a que con la menor dosis de N aplicada y el N residual del suelo fueron suficientes para satisfacer los requerimientos nutrimentales del cultivo y alcanzar el rendimiento esperado de 16 Mg ha-1 al estimar la dosis de acuerdo al método de balance (Palma et al., 2002). El análisis de regresión de la producción de MS del maíz forrajero a la dosis de N se ajustó a un modelo cuadrático, con coeficientes de determinación de 0.78 a 0.95 (Cuadro 4). Estos modelos cuadráticos pueden ayudar a predecir rendimientos de MS siempre y cuando las dosis estén dentro del rango de las dosis estudiadas de fertilización. Los resultados anteriores son similares a los reportados por Miguez y Bolleros (2006); Varvel et al. (2007), quienes recomiendan el modelo cuadrático para describir la relación entre las dosis de fertilización nitrogenada y el rendimiento del cultivo de maíz.
Nitrogeno extraido
La extraccion de N en los dos suelos fue significativamente más baja en el tratamiento donde no se aplico N con respecto a los tratamientos fertilizados (Cuadro 5).
Cuadro 5 Nitrógeno extraído por la planta (kg ha-1).
| Tratamientos | Arcilloso | Arenoso |
| 0 | 35.25 c† | 83.36b |
| 50 | 216.9b | 161.65a |
| 175 | 238.02 ab | 134.14a |
| 300 | 217 15b | 186 14a |
| 425 | 267.85 a | 183.57a |
†Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas (Duncan, 0.05).
La mayor extraccion promedio de N fue en el suelo de textura arcillosa. El aumento en la dosis de nitrogeno en el suelo arcilloso de 50 a 425 kg ha-1 causo incrementos significativos en la extraccion de N, sin diferencias para el suelo de textura arenosa ya que este último es de menor fertilidad y con mayor susceptibilidad de sufrir pérdidas por lixiviación, ya que el amonio en el suelo arcilloso puede ser retenido en los sitios de intercambio lo que impide parcialmente su perdida (Salgado et al., 2001). En nuestro estudio con la menor dosis de fertilizacion, la extracción supero a la dosis aplicada, lo que indica que una gran parte del N en la planta fue aportada por el suelo; en constraste al aumentar la dosis de fertilización, la extracción disminuye lo que indica que el N no es correctamente aprovechado por el cultivo, reduciendo asi el UEN (Figura 1). El aumento en la extracción de N se relaciona con una mayor producción de MS (Cuadro 3). Los valores en la extracción de N son similares a las encontrados por otros estudios en maíz de Menezes et al. (2013) reportan una extracción de N (129 - 224 kg ha-1) con un rendimiento de MS de 14.8 a 19.9 Mg ha-1; en cambio Butler et al. (2008) reporta una extracción de N (176- 311 kg ha-1) con rendimientos de MS 13 a 25 Mg ha-1.
Figura 1 Uso eficiente de nitrógeno (UEN) kg MS/kg de N en las diferentes dosis de fertilización de N en los años 2007 y 2008 para los dos tipos de suelo arenoso y arcilloso.
La extracción de N por la planta en la cosecha, en función de la dosis de N se ajustó a un modelo cuadrático, con valores significativos de r2, de 0.75 a 0.84 (Cuadro 6).
Uso eficiente de nitrógeno
En el tratamiento con la dosis de N de 50 kg ha-1 en ambos tipos de suelo logro valores en el UEN de 29.3 y 11.1 kg MS (kg N-1), para el suelo de textura arcillosa y arenosa respectivamente (Figura 1). Estos valores fueron significativamente mayores que los obtenidos por los demás tratamientos (175, 300 y 425 kg ha-1). Conforme fue aumentando la dosis de fertilizacion la UEN disminuia, tal y como lo reportan (Barbieri et al., 2008; de Menezes et al., 2013). Con menores dosis de fertilización de N, existe una mayor UEN (Cox y Cherney, 2001), debido a que en estas condiciones existe una mayor removilización del N de los órganos vegetativos a la mazorca (Uhart y Andrade, 1995). En el suelo arcilloso el UEN fue superior que suelo arenoso, debido probablemente a que las arcillas por sus cargas negativas retienen más el ion amonio (Salgado et al., 2001). En los tratamientos con dosis altas de N (300 y 425 kg N ha-1) la eficiencia de utilización de N se redujo significativamente debido a que el N adicional extraído no contribuyó significativamente a una mayor producción de materia seca (Cuadro 3). Los bajos valores en el UEN encontrados con las mayores dosis de N indican un potencial incremento de los riesgos de contaminación del subsuelo por nitratos (Cox et al., 1993). La UEN se ajustó a un modelo cuadrático, con coeficientes de determinación de 0.98 a 0.99.
Recuperación aparente de N
La RAN representa el porcentaje de N aplicado, como fertilizante, que es extraído por la parte aérea o cosechada del cultivo y se utiliza como un indicador de la disponibilidad de N (Zemenchik y Albrecht, 2002). La dosis de fertilización de 50 kg ha-1, en ambos suelos obtuvienon una RAN, estadisticamente superior que el resto de los tratamientos, la RAN mayor fue en el suelo arcilloso con 363%, mientras que en suelo arenoso la RAN fue de 157 (Figura 2), sin embargo a mayores niveles de fertilización la RAN disminuye ya que se superan los requerimientos de N del cultivo (Cogger et al., 2001).
Figura 2 Recuperación aparente de nitrógeno en las diferentes dosis de fertilización de N en arcilloso y arenoso.
La determinación de estos índices puede contribuir a reducir las dosis de aplicación de fertilización nitrogenada que se realizan en el cultivo de maíz forrajero. Los valores de RAN, en función de la dosis de N se ajustaron a un modelo cuadrático, con coeficientes de determinación de 0.82 a 0.97.
Conclusiones
El uso eficiente de nitrogeno y la recuperacion aparente del nitrogeno son afectados por la textura del suelo y la dosis de fertilización. Los mayores valores en el uso eficiente de nitrogeno y la recuperacion aparente del nitrogeno fueron mayores en el suelo de textura arcillosa. Con la menor dosis de fertilizacion (50 kg ha-1), se recupera la mayor cantidad de N, con 29 kg MS kg N-1 en el suelo arcilloso y 11 kg MS kg N-1 en el arenoso, la recuperación aparente de nitrógeno es superior 56% en el suelo de textura arcillosa respecto al de textura arenosa. Los valores en el uso eficiente de nitrogeno y la recuperacion aparente del nitrogeno, disminuyen al aumentar la dosis de fertilización. Para prevenir la pérdida de nitrógeno sin reducir la producción de biomasa, en maíz forrajero bajo las condiciones de este estudio se recomienda evitar dosis superiores a los 50 kg N ha-1
