I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015 Reunión anual de riego y drenaje

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1 Artículo: COMEII I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015 Reunión anual de riego y drenaje Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre RIEGO COMPLEMENTARIO, NITRÓGENO, EFICIENCIA EN EL USO DEL AGUA Y RENDIMIENTO DE GIRASOL BAJO RÉGIMEN DE LLUVIA EN CLIMA TEMPLADO José Alberto Salvador Escalante Estrada 1 ; María Teresa Rodríguez González 1 ; Mauricio de Jesús Escalante Estrada 2 1 Postgrado en Botánica. Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. Montecillo, Texcoco, México. C.P Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnáhuac No. 8532, Col. Progreso, Jiutepec, Morelos, México. C.P Resumen El girasol es un cultivo de interés mundial, que por sus diversos usos, está adquiriendo importancia económica en México. El objetivo del estudio que se realizó en Montecillo, Méx. México (19 29 N, y 2250 m de altitud) de clima templado fue determinar la biomasa, radiación interceptada, rendimiento, la eficiencia en el uso del agua, la transpiración y resistencia estomática en girasol cultivar Victoria Mejorado, sembrado a la densidad de cinco plantas por m 2, el 23 de junio de 2013 en función de los tratamientos siguientes: 1) régimen de lluvia sin y con nitrógeno (10 g m -2 ; N ); 2) régimen de lluvia más riego complementario con y sin N; además de determinar los componentes del rendimiento de mayor relación con la producción de grano. El diseño experimental fue bloques al azar con arreglo de parcelas divididas y cuatro repeticiones. Con el N se incrementó la biomasa, la radiación interceptada, el rendimiento y la eficiencia en el uso del agua del girasol cultivado bajo régimen de lluvia y riego complementario. Dichos incrementos fueron superiores con riego complementario. El girasol bajo régimen de lluvia, presentó menor transpiración y mayor resistencia a la difusión. Los componentes más relacionados con el incremento en el rendimiento fueron: el número de granos por m - 2, el número de granos por capítulo y el área del capítulo. El número de granos por capítulo mostró relación alta con la biomasa. Palabras clave adicionales: Helianthus annuus L., área del capítulo, número de granos, radiación interceptada, transpiración.

2 Introducción El girasol es un cultivo de interés mundial que por sus diversos usos, está adquiriendo importancia económica en México (Escalante-Estrada et al., 2014). El aceite de sus granos es fuente de tocoferoles (antioxidantes, vitamina E) y contiene principalmente más del 90% de alfa-tocoferol (Padley et al., 1994), ácidos grasos insaturados (oleico y linoleico), por lo que es una excelente opción para la cocina. También, se ha considerado como un cultivo energético con potencial para la producción de biodiesel (San Miguel, 2008). En México la superficie sembrada de girasol de régimen de lluvia o temporal, fue de 204 has en 2009 y se ha incrementado a 11,963 has en 2014 (SIAP, 2014). En contraste, el rendimiento en grano se ha reducido de 1.39 t ha -1 a 0.98 t ha -1, posiblemente debido entre otras causas, a la falta de cultivares y manejo apropiado del cultivo, dentro de éste podemos considerar la fertilización (Anjum et al., 2012) y la distribución y variabilidad en la cantidad de lluvia (Escalante et al., 2012) la cual limita una mayor expresión del crecimiento y rendimiento del cultivo. No obstante que el girasol se considera con moderada tolerancia a la sequía, es afectado en alguna etapa de su crecimiento por el déficit hídrico (Casadebaig et al., 2008). El girasol bajo estrés hídrico presenta reducción en el área del capítulo, número de granos, tamaño del grano y en el rendimiento como fue reportado por Ali Reza et al. (2014). Así mismo, la falta de riego al inicio del crecimiento del capítulo, conduce a reducciones en el crecimiento y rendimiento del cultivo (Hussain et al., 2012). Por otra parte, en girasol sembrado bajo régimen de lluvia en diferentes regiones climáticas, con el N se han logrado incrementos en la biomasa, al generar un dosel de mayor tamaño y en el rendimiento de grano al estimular la producción de granos por capítulo (Escalante, 1999; Aguilar et al., 2005). Sin embargo, la respuesta al N, es limitada por la escasa y errática distribución de la lluvia (Escalante et al., 2015a). En clima templado, donde no es común la siembra de girasol y dado su actual importancia en el país, podría ser una alternativa para incrementar el ingreso de los productores. En la región de estudio, por lo general, las lluvias ocurren de mayo a septiembre, con un período de sequía en agosto, que coincide con la etapa reproductiva del cultivo, en donde se requiere de agua suficiente para la producción de grano. Bajo esta condición, el riego complementario o de auxilio en la etapa reproductiva, ayudaría a tener una mayor respuesta al N, que podría reflejarse en un rendimiento más alto, como se ha reportado para frijol (Escalante et al., 2015b). El objetivo del estudio fue determinar la biomasa, la eficiencia en el uso del agua, la transpiración y resistencia estomática en girasol, sembrado en verano y clima templado bajo: 1) régimen de lluvia con y sin N; 2) régimen de lluvia más riego complementario con y sin N. Además, de determinar que componentes del rendimiento presentan mayor relación con el rendimiento mismo. 2

3 Materiales y métodos El estudio se realizó en Montecillo Estado de México, México ( N, O y 2250 m de altitud) de clima templado (Cw, García, 2004). El suelo es de textura arcillo limosa, moderadamente alcalino (ph 7.8), sin problemas de salinidad (1.7 ds m -1 ), materia orgánica de 3.4%, 40 kg de N asimilable y rico en P (45.8 ppm). La siembra del girasol (Helianthus annuus L) cultivar Victoria Mejorado se realizó el 23 de junio de 2013, a la densidad de 5 plantas m -2 en surcos de 80 cm de separación. Los tratamientos consistieron en dos niveles de suministro de agua (H): 1) cultivo solamente bajo régimen de lluvia (T); 2) cultivo bajo régimen de lluvia más riego complementario (RC); y dos niveles de nitrógeno (N): 3) sin aplicación de N (N0) y 4) aplicación antes de la siembra de 10 gm -2 (100 kg ha -1 ) de N (N+), lo que generó cuatro combinaciones RCN+, RCN0, TN+ y TN0. El diseño experimental fue bloques al azar con arreglo de parcelas divididas y cuatro repeticiones. A todo el cultivo se le aplicó kg de P y K antes de la siembra. La unidad experimental fue de 4 x 3.2 m. El riego complementario se aplicó en tres ocasiones durante la etapa reproductiva (Figura 1). Se registró: los días a ocurrencia a fases fenológicas de acuerdo con el criterio presentado en las claves de Schneiter y Miller (1981); a los 38, 53, 68, 83 y 94 dds la radiación interceptada por el cultivo (RI%), con un sensor lineal de quantum midiendo la radiación incidente sobre el dosel del cultivo (RIN) y en la base del mismo (RB), mediante el planteamiento RI= [(RIN-RB)/RIN]*100. A la cosecha, la biomasa total (materia seca en g m -2, BT), el rendimiento de grano (g m -2, RG), el índice de cosecha (IC= (RG/BT)*100), y los componentes del RG como el número de granos m -2 (NG), tamaño de grano (medido aquí con el peso de 100 granos en g, TG), el área del capítulo (cm 2, AC) y número de granos por capítulo (GC). Mediante el paquete estadístico SAS, se realizó un análisis de varianza (ANDEVA) para las variables en estudio, a las que resultaron con diferencias significativas, la prueba de comparación de medias de Tukey y un análisis de correlación entre las variables en estudio. Además, durante el ciclo del cultivo se registró la temperatura ( C) máxima (Tmáx) y mínima (Tmín). Se calculó las unidades calor (UC) o grados días desarrollo (GDD), utilizando el método residual (Snyder, 1985) el cual es descrito por la relación: UC o GDD = Tmáx + Tmín /2 TB dónde: Tmáx = Temperatura máxima diaria ( C), Tmín = Temperatura mínima diaria ( C) y TB = Temperatura base, considerada como 8 C (Sadras y Hali, 1988). La evapotranspiración del cultivo (ETc) se estimó a partir de los datos de evaporación (Ev) del tanque tipo A, utilizando 0.6 como coeficiente para el evaporímetro y 0.8 para el cultivo (valor medio), a partir de la siguiente relación: ETc = Ev*0.6*0.8 (Doorenbos y Pruitt, 1986). 3

4 La eficiencia en el uso del agua (EUA, g m -2 mm -1 ) para BT y RG se calculó mediante la expresión: EUABT = BT/ETc; y EUARG = RG/ETc; Así mismo, mediante un porómetro de estado estacionario (Steady State Porometer), se determinó a los 43 dds, a las 1200 hs en cuatro plantas de cada unidad experimental, la resistencia estomática(rs, s cm -1 ) y la transpiración (TRANSP, μg m -2 s -1 ), en la hoja cercana al capítulo. Fenología y elementos del clima Resultados A excepción de la fase R9, los días a ocurrencia a fases fenológicas en girasol, fue similar entre tratamientos. La emergencia (VE) ocurrió a los 8 días después de la siembra (dds), la fase V3, R1, R5, R6, R7 y R9 a los 38, 54, 70, 87, 94 y 124 dds, respectivamente. La R9 en el girasol con RC ocurrió 8 días después que en T. En la Figura 1 se observa que la temperatura máxima (Tmáx) durante el ciclo del cultivo osciló entre 22 a 26 C y la mínima (Tmín) entre 3 a 12 C. Dicha temperatura pudo limitar una mayor expresión del crecimiento y rendimiento del girasol, puesto que difieren de las óptimas para este cultivo indicadas entre 18 C y 25 C (Doorenbos y Kassam, 1979). La precipitación pluvial (PP) total fue de 380 mm, de los cuales 298 ocurrieron antes de R5 (floración) y 82 mm de R5 a R9, período donde ocurre el llenado del grano y la biosíntesis de aceite. Este valor es inferior a la PP óptima para el desarrollo del girasol ( mm), reportada en Weiss (2000), lo que indica que la PP del presente estudio, fue limitante para una mayor expresión del rendimiento del girasol. Así mismo la evaporación (EV) fue de 457 mm y de 486 mm para T y RC, respectivamente. Los riegos (lámina aproximada de 5 cm) se suministraron a los 49, 100 y 114 dds, que fue el período de más baja PP. La acumulación de calor durante el ciclo de crecimiento fue de 1008 C d para T y 1050 C d para RC, distribuidos en 665 C d de siembra a R5 y 343 C d y 385 C d de R5 a R9 para T y RC, respectivamente. Dicho valor fue semejante al de 1004 C d reportado también para el cultivar Victoria en la misma región y siembra de verano por Escalante et al. (2015a) e inferior al del rango entre 2,435 y 3,634 C d, reportado para regiones de clima tropical húmedo por Olowe et al. (2014) para Nigeria, 2187 a 2293 C d para Alemania (Canavar et al. (2010) y 1621 a 1731 C d para Pakistan (Kaleem et al., 2011). La evapotranspiración del cultivo (ETc, mm) total fue de 319 mm y de 340 mm para T y RC respectivamente. 4

5 Figura 1. Dinámica de los elementos del clima durante el desarrollo del cultivo de girasol. Montecillo, Estado de México, México. Verano Radiación interceptada Conforme avanzó el ciclo del cultivo la RI se incrementó en los tratamientos bajo estudio. En ambos niveles de humedad (RC y T), la RI del girasol N+ superó al tratamiento N0 (sin aplicación de N). Así mismo, a partir del primer riego complementario, en ambos niveles de N, la RI de RC superó al girasol de régimen de lluvia (Figura 2). Esto indica que el girasol con N y RC presentó mayor tamaño del dosel lo que se reflejó en mayor RI (Escalante et al., 2015a). Figura 2. Dinámica de la radiación interceptada (RI,%) del girasol (Helianthus annuus L.) cv. Victoria Mejorado, bajo régimen de lluvia en función del nitrógeno y riego complementario. Montecillo,Estado de México,México.Verano RCN0 = riego complementario sin N; RCN+ = riego complementario con N; TN0 = régmen de lluvia sin N; TN+ = régimen de lluvia con N. 5

6 Biomasa, índice de cosecha, rendimiento y sus componentes El ANDEVA presentado en el Cuadro 1, reportó cambios significativos por efecto del nivel de humedad (H), N y la interacción H*N para la biomasa (BT), rendimiento en grano (RG), número de granos (NG); número de granos por capítulo (GC) y área del capítulo (AC); mientras que el índice de cosecha (IC) y el tamaño del grano (TG) no mostraron cambios significativos por efecto de los tratamientos. Cuadro 1. Probabilidad de F para biomasa (BT), índice de cosecha (IC), rendimiento en grano (RG) y sus componentes en girasol (Helianthus annuus L.) de régimen de lluvia, en función de riego complementario (RC) y nitrógeno (N). Montecillo, Estado de México, México. Verano TRAT BT IC (%) RG TG NG m -2 GC AC (cm 2 ) (gm -2 ) (gm -2 ) (g) H ** NS * NS * * * N ** NS ** NS ** ** ** H*N * NS ** NS * * NS TRAT = Tratamiento; H = humedad (riego-lluvia); N = nitrógeno; H*N = interacción humedad * nitrógeno. BT = biomasa total (gm -2 ); IC = Índice de cosecha (IC, %); RG = rendimiento en grano (gm -2 ); TG = tamaño del grano (g); NG = número de granos m -2 ; GC = número de granos por capítulo; AC = área del capítulo. *,** Indica diferencias significativas a P> 0.05 y 0.01, respectivamente. NS indica diferencias no significativas a P>0.05. En el Cuadro 2 se observa que, tanto el RC y T, el N incrementó la BT, el NG, GC, AC y en consecuencia el RG. Así mismo, la BT y RG más altos (1148 g m -2 y 268 g m -2, respectivamente), se lograron con el RC y N; y superaron en 78 y 77%, a la BT y RG del girasol bajo T y N0, que presentaron los valores más bajos (Cuadro 3). Tendencias semejantes han sido reportadas para otras regiones y climas por Madami et al. (2013). Los cambios en el RG por H y N fueron producto inicialmente de cambios en el NG (r = 0.97**), GC (r = 0.97**) y en menor grado en el AC (r = 0.65*) y TG (r = 0.62*) que fueron los componentes de mayor relación con el RG (Cuadro 4). Resultados semejantes han sido encontrados para la misma región y cultivar por Escalante et al. (2015a). Esto indica que para incrementar el RG deben buscarse capítulos de mayor tamaño, mayor número de granos por capítulo y mayor número de granos por unidad de superficie. Así mismo, para lograr mayor GC y AC, se requieren plantas con BT más alta, lo cual es indicativo de un mayor dosel y RI (Figura 2). El RG y el TG mostraron una relación baja (r= 0.55*), lo que indica baja influencia del TG sobre el RG por cambios en el suministro de agua y nitrógeno. 6

7 Cuadro 2. Biomasa, rendimiento y componentes del girasol (Helianthus annuus L.) bajo régimen de lluvia (T) en función del riego complementario (RC) y nitrógeno (N). Factores principales. Montecillo, Estado de México, México. Verano H N BT IC (%) RG TG NG m -2 GC AC (cm 2 ) (gm -2 ) (gm -2 ) (g) RC a 0.19 a 222 a 6.8 a 3252 a 650 a 421 a T 966 b 0.18 a 178 b 6.6 a 2713 b 542 b 360 b Tukey α=0.05 N0 861 b 0.19 a 163 b 6.4 a 2658 b 513 b 349 b N a 0.19 a 237 a 6.9 a 3397 a 679 a 432 a Tukey α=0.05 Media general En columnas, valores con letra similar son estadísticamente iguales. H = Tratamiento de humedad; RC = T + riego complementario; T = lluvia; N = nitrógeno; N0 = sin fertilización con N; N+ = fertilización con 10 g N m -2 (100 kg N ha -1 );BT = biomasa total (gm -2 ); IC = Índice de cosecha (IC, %); RG = rendimiento en grano (gm -2 ); TG = tamaño del grano (PCG, g); NG = número de granos m -2 ; GC = número de granos por capítulo; AC = área del capítulo. Cuadro 3. Biomasa, rendimiento y componentes del girasol (Helianthus annuus L.) bajo régimen de lluvia (T) en función del riego complementario (RC) y nitrógeno (N).Efecto de la interacción. Montecillo, Estado de México, México. Verano H N BT IC (%) RG TG NG m -2 GC AC (cm 2 ) (gm -2 ) (gm -2 ) (g) RC N a 0.20 a 268 a 7.1 a 3789 a 758 a 447 a RC N0 978 b 0.18 a 176 c 6.5 a 2714 bc 543 bc 395 a T N ab 0.21 a 206 b 6.9 a 3005 b 601 b 417 a T N0 745 c 0.20 a 151 c 6.5 a 2421 c 484 c 303 b Tukey α= En columnas valores con letra similar son estadísticamente iguales. H = Tratamiento de humedad; N = nitrógeno; BT = biomasa total (gm -2 ); IC = Índice de cosecha (IC, %); RG = rendimiento en grano (gm -2 ); TG = tamaño del grano (mg); NG = número de granos m -2 ; GC = número de granos por capítulo; AC = área del capítulo. N0 = sin fertilización con N; N+ = fertilización con 10 g N m -2 (100 kg N ha -1 ). 7

8 Cuadro 4. Coeficientes de correlación entre la biomasa, el rendimiento en grano y sus componentes de girasol (Helianthus annuus L.) bajo condiciones de lluvia, riego complementario y nitrógeno. Montecillo, Estado de México. México. Verano BT IC RG TG NG GC AC BT -0.53* 0.40 NS 0.18 NS -0.53* 0.75** 0.62* IC 0.55* 0.40 NS 0.51* 0.51* 0.001N RG 0.62* 0.97** 0.97** 0.65* PCG 0.40NS 0.40 NS 0.49 NS NG 0.99** 0.63 ** *,** Indica diferencias significativas a P > 0.05 y 0.01, respectivamente. NS = indica diferencias no significativas a P > El valor es el coeficiente de correlación (r). Eficiencia en el uso del agua (EUA) La EUABT y EUARG fueron más altas con el RC y N. Los valores más altos correspondieron al tratamiento con N y RC, seguido de N y T; RC y T sin aplicación de N. Tendencias semejantes se observaron para EUARG (Figura 3). Resultados similares han sido reportados para el cv Victoria, en estudios previos bajo régimen de lluvia por Escalante (1995). Figura 3. Eficiencia en el uso del agua (g m -2 mm -1 ) para producción de biomasa (EUABT) y de grano (EUARG) en girasol (Helianthus annuus L.) bajo régimen de lluvia (T) en función del riego complementario (RC) y nitrógeno (N). Montecillo, Estado de México, México. Verano N0 = sin aplicación de N; N+ = con 10 g N m -2 (100 kg de N ha -1 ). Resistencia a la difusión y transpiración foliar La resistencia a la difusión (RS) y la tasa de transpiración (TRANSP), se usan con frecuencia como indicadores de estrés por sequía (Baker y Rosenqvist, 2004). En el presente estudio, el girasol bajo TN0 presentó la RS más alta y TRANSP más baja (1.6 S cm -1 y 9 μg m -2 s -1 ), seguido de TN+ (1 S cm -1 y 11.7 μg m -2 s -1, respectivamente). LA RS más baja y TRANSP más alta (0.83 S cm -1 y 13.3 μg m -2 s -1 ) correspondió a RCN+ y RN0 (1 s cm -1 y 12 μg m -2 s -1, respectivamente). Esto indica que el girasol bajo régimen de lluvia fue sujeto a estrés hídrico, particularmente en la etapa en que fue medido (45 dds, Figura 1), lo que indujo al cierre estomático, reflejado en una RS más alta y TRANSP más baja, 8

9 como también fue reportado para otros cultivares de girasol por Canavar (2015). La Figura 4, indica la relación negativa entre la RS y la TRANSP. Figura 4. Relación transpiración y resistencia a la difusión en girasol (Helianthus annuus L.) bajo régimen de lluvia (T) en función del riego complementario (RC) y nitrógeno (N). Montecillo, Estado de México, México. Verano N0 = sin aplicación de N; N+ = con 10 g N m -2 (100 kg de N ha -1 ). Conclusiones La fertilización con nitrógeno incrementa la biomasa, radiación interceptada, rendimiento y la eficiencia en el uso del agua del girasol cultivado bajo régimen de lluvia y riego complementario. Dichos incrementos son superiores con riego complementario. El déficit hídrico se refleja en una menor transpiración y mayor resistencia a la difusión. Los componentes más relacionados con el incremento en el rendimiento son el número de granos por m -2, el número de granos por capítulo y el área del capítulo. El número de granos por capítulo mostró relación alta con la biomasa. Referencias bibliográficas Aguilar-García L, Escalante-Estrada J. A., Tijerina-Chávez L., Engleman E.M. y Fucikovsky L Área foliar, tasa de asimilación neta, rendimiento y densidad de población en girasol. Terra Latinoamericana 23 (3): Anjum A.S., Muhammad S., Imran M. and Chadullah M., Performance of early and late sown sunflower hybrids under organic farming system in rainfed area. Science Technology and Development 31: Ali Reza Safahani Langeroodi, Behnam Kamkar, Jaime A. Teixeira da Silva and Mehrdad Ataei Response of Sunflower Cultivar to Deficit Irrigation. HELIA 37(60):

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