Revista de Ciencias
Sociales (RCS)
Vol. XXVII, Número
Especial 3, Julio 2021. pp.
FCES - LUZ ● ISSN: 1315-9518 ● ISSN-E: 2477-9431
Producción de biomasa en cultivos de
maíz: Zona central de la costa de Ecuador
Vásconez Montúfar, Gregorio
Humberto*
Caicedo Acosta, Luis Alberto**
Véliz Zamora, Diana Verónica***
Sánchez Mora, Fernando David****
Resumen
La
reducción de la brecha entre el rendimiento actual y el alcanzable de maíz, representa
una oportunidad para incrementar los beneficios de los productores, para el
efecto como primer paso, es pertinente evaluar la producción de biomasa del
maíz. En un diseño de bloques completos aleatorizados, se estudiaron tres
híbridos de maíz, en los que se determinó la distribución de biomasa a nivel de
tallo, hojas y mazorca, y la absorción de nutrientes a la cosecha. Se realizó
análisis de varianza, prueba de Tukey y análisis de regresión, considerando la
acumulación de biomasa en función del tiempo. Los híbridos evaluados alcanzaron
la máxima acumulación de biomasa total a los 60 días. La acumulación de biomasa
vegetativa total (tallo más hoja) y biomasa reproductiva, se ajustó a una curva
sigmoidea, mientras que la desacumulación de biomasa vegetativa total, mantuvo
una tendencia lineal simple. El rendimiento de los híbridos modernos evaluados
es mayor que el observado en el híbrido antiguo, lo que responde a una mayor
absorción de nutrientes y no a la acumulación y distribución de biomasa. En
conclusión, sugiere que la selección de materiales con mayor capacidad de acumulación/desacumulación
podría contribuir a incrementar el rendimiento de los productores de maíz.
Palabras clave: Brecha de rendimiento; agricultores;
cultivo de maíz; biomasa; Ecuador.
Biomass production in corn crops: Central zone of the Ecuadorian coast
Abstract
The reduction of the gap between current and
achievable corn yield represents an opportunity to increase the benefits of
producers. For this purpose, as a first step, it is pertinent to evaluate the
biomass production of corn. In a randomized complete block design, three maize
hybrids were studied, in which the biomass distribution was determined at the
stem, leaf and ear level, and the absorption of nutrients at harvest. Analysis
of variance, Tukey's test and regression analysis were carried out, considering
the accumulation of biomass as a function of time. The hybrids evaluated
reached the maximum accumulation of total biomass at 60 days. The accumulation
of total vegetative biomass (stem plus leaf) and reproductive biomass, was
adjusted to a sigmoid curve, while the decumulation of total vegetative
biomass, maintained a simple linear trend. The performance of the modern
hybrids evaluated is higher than that observed in the old hybrid, which
responds to a greater absorption of nutrients and not to the accumulation and
distribution of biomass. In conclusion, it suggests that the selection of
materials with greater accumulation / decumulation capacity could contribute to
increasing the yield of corn producers.
Keywords: Performance gap; farmers; corn crop; biomass;
Ecuador.
Introducción
El maíz,
junto con el arroz y la soya, es un cultivo estratégico para satisfacer la
creciente demanda de alimentos y de material lignocelulósico requerido por la
industria de los biocombustibles (Melendez, et al., 2021), debido al aumento de
la población que para el año 2050 se estima supere los 9.000 millones de
habitantes (Ray, et al., 2013; Walker, 2016). Al respecto, Peña y López (2020)
manifiestan que:
En la constante
búsqueda de otras alternativas para frenar el calentamiento global que ayude a
reducir las emisiones de CO2, aparecieron los biocombustibles a
partir de los residuos lignocelulósicos, y entre los cultivos energéticos están
el maíz, la caña de azúcar, el sorgo o soya; siendo éstos una fuente de energía
alternativa cuyo uso contribuyen a la utilización de la biomasa, para obtener
productos de alto valor agregado. (p.402)
Sin embargo, la
producción de biomasa y el rendimiento actual se encuentra por debajo del nivel
alcanzable por los cultivos, en muchos de los agroecosistemas del mundo, así en
Ecuador la productividad de las provincias maiceras (Los Ríos, Guayas y Manabí)
no supera las 5,5 t ha-1 (Monteros y
Salvador, 2014),
lo cual es inferior a las 10 t ha-1 de grano, que con facilidad pueden
alcanzar los modernos híbridos de maíz comercializados en Ecuador (Vera, et
al., 2020), esto sugiere que la reducción de la brecha entre la producción de
biomasa actual y la alcanzable, constituye una estrategia viable para
incrementar la productividad de maíz, los ingresos y por ende, mejorar el nivel
de la calidad de vida de los agricultores.
El uso
eficiente de los recursos, principalmente del agua y de los nutrientes,
constituyen una estrategia real para reducir la brecha entre el rendimiento
actual y el rendimiento alcanzable de un determinado cultivo (Fischer,
Byerlee y Edmeades, 2014),
pero para ello, es necesario conocer la dinámica de acumulación y distribución
de biomasa a medida que el cultivo crece y se desarrolla (fenología), puesto
que existe una estrecha relación entre la biomasa acumulada y la demanda de
nutrientes (Nkebiwe, et al., 2016).
Vásquez, et
al. (2018) sostienen que: “Los sistemas agrícolas tradicionales o
agroecosistemas se caracterizan por estabilizar el rendimiento a largo plazo,
promueven la diversidad de la dieta basada en la disponibilidad de una variedad
de plantas y fuentes de nutrientes” (p.25). En ese sentido, la producción de
biomasa de los cultivos es particular para cada uno de los agroecosistemas, por
ser altamente sensible a la: Radiación solar, temperatura, disponibilidad de
agua, fertilidad del suelo y presión de enfermedades, plagas y malezas.
Lo anterior, probablemente
ha provocado en Ecuador, al igual que en muchos otros países en el mundo, que todos
los años se cuente con nuevos híbridos de maíz, ya sean introducidos o
desarrollados por instituciones nacionales como el Instituto Ecuatoriano de
Investigaciones Agropecuarias o las Universidades (Vasco, et al., 2017), y pese
a esto, la brecha entre rendimiento actual y el rendimiento alcanzable para el
cultivo de maíz es aproximadamente del 32% (explicado en párrafos anteriores).
Bajo
condiciones no restrictivas de humedad en el suelo y un adecuado control de
enfermedades, plagas y malezas, el factor más determinante en el rendimiento es
la fertilidad del suelo. Sin embargo, para la definición de un nivel adecuado
de fertilidad es necesario determinar el máximo nivel de producción de biomasa
de los cultivos en un determinado agroecosistema, y a partir de ello, establecer
la demanda de nutrientes del cultivo y el desarrollo de estrategias de
fertilización diseñadas para maximizar el rendimiento con el menor impacto
ambiental (Andrade, et al., 1996).
Es
fundamental reconocer la importancia de la producción agrícola para el
“desarrollo de la humanidad al igual que en el uso de los recursos naturales,
con el fin de implementar la utilización de productos alternativos, su estudio,
así como planeación, en aras de obtener una producción optimizada, eficiente y
sustentable” (Caicedo, et al., 2020, p.309). Por lo tanto, el conocimiento de
la producción y distribución de biomasa, más el requerimiento de nutrientes por
unidad de biomasa de tallos, hojas y mazorcas, representa un elemento significativo
en el desarrollo de planes de fertilización, orientados a mejorar la eficiencia
de los nutrientes en el cultivo de maíz, sabiendo que, en la mayoría de los
casos, el objetivo principal del cultivo es la producción de granos, pero en
otros casos, es la obtención de forraje.
Sobre la base
de los antecedentes expuestos, se plantea en el presente artículo evaluar la
distribución de biomasa y la absorción de nutrientes en tres híbridos de maíz,
a fin de establecer la demanda de nutrientes para este cultivo, como una
estrategia que permita hacer un mejor manejo del fertilizante, en la zona
central del litoral ecuatoriano.
1. Metodología
La
investigación de tipo descriptiva, se realizó en la Finca Experimental “La
María”, de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo, situada en la provincia
de Los Ríos en Ecuador, dentro de las coordenadas geográficas 01° 0’ de latitud
Sur y 79° 29’ de longitud Oeste, a 75 msnm. La zona de vida corresponde al
Bosque Húmedo Tropical, en donde se ha registrado en términos promedio, en los
últimos 10 años, una temperatura mínima y máxima de 21,5 y 29,3 ºC,
respectivamente; una humedad relativa mínima y máxima de 62% y 98%,
respectivamente; y una precipitación anual de 2.613 mm, distribuida entre la
época lluviosa (enero a junio) y seca (julio a diciembre) en proporciones de 93%
y 7%, respectivamente.
Haciendo uso
de la clave para la taxonomía de suelos de los Estados Unidos (Soil Survey
Staff, 2014), el suelo de la Finca Experimental La María se clasificó como un Inceptisol
con características ándicas. Además, siguiendo los métodos de laboratorio aceptados
por la Sociedad Ecuatoriana de la Ciencia del Suelo y descritos por Díaz-Romeu
y Hunter (1982), se determinó que el suelo tenía una concentración de materia
orgánica (titulación del dicromato residual con sulfato ferroso) de 24 g kg-1;
de N (NH4) y P (colorimetría, Olsen modificado) de 19 y 16 mg kg-1,
respectivamente; de K, Ca y Mg (absorción atómica, Olsen modificado) de 0,5,
10,0 y 2,5 cmolc kg-1; y de S (turbidimetría, fosfato de
calcio monobásico), Zn, Cu, Fe y Mn (absorción atómica, Olsen modificado) de 6,
5, 10, 144 y 9 mg kg-1, respectivamente.
La siembra
del maíz, se realizó con un distanciamiento entre hilera y planta de 80 y 20
cm, respectivamente, previo a la preparación del terreno con dos pases de
rastra. La fertilización, se la realizó en bandas con la adición de N, P, K, Mg
y S a razón de 20, 3, 15, 2 y 3 g m-2, respectivamente. El control
de malezas, plagas y enfermedades se lo ejecutó de manera manual con el objeto
de solo registrar el efecto de los tratamientos evaluados.
Asimismo, los
híbridos de maíz, evaluados durante la época lluviosa, fueron el INIAP-H551
(antiguo), UTEQ-101 (moderno), desarrollados por el Instituto Ecuatoriano de
Investigaciones Agropecuarias y la Universidad Técnica Estatal de Quevedo,
respectivamente, y el DK-7508 (moderno), comercializado por la empresa privada.
La siembra fue dispuesta en un diseño de bloques completos al azar, con tres
tratamientos (híbridos de maíz) y siete repeticiones. Las dimensiones de cada
unidad experimental fue de 4 x 12 m, en donde las tres hileras centrales de
maíz, fueron consideradas útiles con el fin de controlar el efecto borde.
La
distribución de biomasa a nivel de tallos, hojas y mazorca de los híbridos
UTEQ-101, INIAP-H551 y DK-7508, se valoró en términos de materia seca (MS) acumulada
por unidad de superficie. Para el efecto, se cosechó las plantas existentes en
1 m2 (aproximadamente entre 5 a 6 plantas m-2), a los 20,
40, 60, 80, 100 y 120 días después de la emergencia. La TAB (g MS m-2 día-1) fue determinada haciendo
uso de la Ecuación 1, donde B2
es la biomasa acumulada, al momento de la medida (g MS m-2); B1 es la biomasa acumulada,
en el tiempo anterior al del momento de la medida (g MS m-2); T2 es el periodo transcurrido
al momento de la medida (días); y, T1
es el periodo transcurrido hasta el tiempo anterior al del momento de la medida
(días).
Ecuación
1:
Si la TAB, es positiva se interpreta como
acumulación; y si es negativa, como desacumulación de biomasa. La absorción de
nutrientes se obtuvo como producto de la MS acumulada en cada uno de los
órganos de la planta de maíz al momento de la cosecha (120 días calendario
después de la emergencia) y la concentración de N, P, K, Mg y S a nivel de
tallos, hojas y mazorcas. Órganos que previamente fueron desecados en estufa de
aíre forzado a 75 ºC hasta peso constante.
Los datos
obtenidos de la acumulación de biomasa (g MS m-2), TAB (g MS m-2
día-1), y la absorción total de nutrientes (g kg-1)
fueron sujetos a un análisis de varianza, y la comparación de medias, se realizó
a través de la prueba de Tukey a un
nivel de confianza del 0,05. Además, se realizó un análisis de regresión para
describir, en función del tiempo, la acumulación y desacumulación de biomasa de
los órganos vegetativos (tallo y hojas), y la acumulación de biomasa a nivel de
mazorca (órgano reproductivo). El nivel de ajuste del modelo se lo valoró a
través del coeficiente de determinación (R2).
2.
Resultados y discusión
A los 20 días
luego de la emergencia (417 GDA), la acumulación de biomasa a nivel del tallo no
fue significativa entre los híbridos evaluados, con un promedio aproximado de
28 g MS m-2. Sin embargo, se observó que la máxima acumulación de
biomasa fue alcanzada en distintos momentos dependiendo del híbrido, así el
UTEQ-101 e INIAP-H551, alcanzaron la máxima acumulación a nivel del tallo a los
40 días, con 685 y 612 g MS m-2, respectivamente; mientras que el DK-7508,
la alcanzó a los 60 días (1125 GDA) con 672 g MS m-2. Luego de
alcanzar la máxima acumulación de biomasa, los tres híbridos evaluados, desacumularon
biomasa desde el tallo de manera progresiva hasta los 100 días (1.814 GDA), registrándose
una biomasa promedio final a nivel del tallo de 153 g MS m-2, siendo
la biomasa del híbrido DK-7508, significativamente mayor con 195 g MS m-2
(ver Tabla 1).
Tabla
1
Distribución
de biomasa en tallo, hojas y mazorca en híbridos de maíz cultivados en la zona central del litoral
ecuatoriano
|
Órgano vegetal |
Tiempo acumulado |
UTEQ 101 |
INIAP H551 |
DK 7508 |
|
EEM
|
||||||
|
|
Calendario (día) |
Térmico (GDA) |
________________________ g MS
m-2 ________________________ |
|
|
|||||||
|
Tallo |
20 40 60 80 100 120 |
417 764 1.125 1.467 1.814 2.160 |
29,44 685,23 554,32 375,54 151,14 116,07 |
a* a a a b ab |
25,94 612,14 369,86 318,61 114,57 101,38 |
a a b a b b |
29,89 397,70 572,16 436,49 195,61 142,97 |
a b a a a a |
28,42 565,02 498,78 376,88 153,78 120,14 |
1,09 39,04 23,34 20,99 10,52 5,80 |
||
|
Hojas |
20 40 60 80 100 120 |
417 764 1.125 1.467 1.814 2.160 |
53,25 410,08 360,37 380,69 61,93 65,17 |
ab a b a b b |
48,13 420,46 276,80 197,44 53,14 66,58 |
b a c a b b |
65,59 389,54 413,59 346,24 103,91 94,29 |
a a a a a a |
55,65 406,69 350,25 308,12 72,99 75,35 |
2,57 18,82 14,24 32,83 5,56 3,73 |
||
|
Mazorca |
60 80 100 120 |
1.125 1.467 1.814 2.160 |
370,31 374,65 613,95 709,83 |
ab a b a |
418,28 442,83 722,08 647,44 |
a a a a |
246,75 430,54 600,88 637,77 |
b a b a |
345,11 416,01 645,63 665,01 |
24,14 16,55 20,34 15,00 |
||
|
Total |
20 40 60 80 100 120 |
417 764 1.125 1.467 1.814 2.160 |
82,69 1.095,31 1.285,00 1.130,87 827,01 891,08 |
ab a a a a a |
74,07 1.032,61 1.064,94 958,88 889,79 815,40 |
b a b a a a |
95,48 787,24 1.232,49 1.213,26 900,40 875,03 |
a a ab a a a |
84,08 971,72 1.194,14 1.101,00 872,40 860,51 |
3,56 54,29 33,29 47,54 21,81 17,83 |
||
Nota: * promedios
horizontales con letras iguales no son estadísticamente diferentes de acuerdo a
la prueba de Tukey al nivel 0,05.
GDA, grados días acumulados. EEM, error estándar de la media.
Fuente: Elaboración propia, 2021.
La
acumulación de biomasa a nivel de las hojas, a los 20 días luego de la
emergencia fue diferente entre los híbridos evaluados, observándose una
acumulación en los híbridos UTEQ-101 y DK-7508 de 53 y 65 g MS m-2,
respectivamente; lo cual, fue significativamente mayor a la acumulación
observada en el INIAP-H551 con 46 g MS m-2. Además, a nivel de las
hojas, se observó que la máxima acumulación de biomasa fue alcanzada en
distintos momentos dependiendo del híbrido. A los 40 días, los híbridos
UTEQ-101 e INIAP-H551 alcanzaron la máxima acumulación a nivel de las hojas,
con 410 y 420 g MS m-2, respectivamente; mientras que, el DK-7508
alcanzó la máxima acumulación a los 60 días con 413 g MS m-2 (ver
Tabla 1).
Al igual que
lo observado a nivel del tallo, luego que se alcanzó la máxima acumulación de
biomasa al nivel de las hojas, se observó una desacumulación de biomasa de
manera progresiva hasta los 100 días, registrándose una biomasa promedio final
a nivel de las hojas de 73 g MS m-2, siendo la biomasa de los
híbridos UTEQ-101 (62 g MS m-2) e INIAP-H551 (53 g MS m-2),
significativamente menor con respecto a la biomasa acumulada en las hojas en el
DK-7508 (104 g MS m-2) (ver Tabla 1).
La formación
de mazorca, y por ende la acumulación de biomasa a nivel de mazorca, en los
tres híbridos de maíz evaluados, se inició entre los 40 y 60 días luego de la
emergencia de las plántulas. A los 60 días, con una biomasa promedio de 394 g
MS m-2, no hubo diferencia entre los híbridos UTEQ-101 e INIAP-H551,
observándose una biomasa significativamente superior a la alcanzada por el
híbrido DK-7508 (246 g MS m-2). Luego de haberse iniciado la
formación de mazorca, el híbrido INIAP-H551 alcanzó la máxima acumulación de
biomasa a los 100 días (722 g MS m-2), la cual fue
significativamente mayor a la observada en los híbridos UTEQ-101 (709 g MS m-2)
y DK-7508 (637 g MS m-2), que alcanzaron la máxima acumulación a los
120 días (2.160 º días) (ver Tabla 1).
Los tres
híbridos evaluados alcanzaron la máxima acumulación de biomasa total a los 60
días, siendo los híbridos UTEQ-101 y el DK-7508 los que registraron una biomasa
significativamente mayor, que la observada en el híbrido INIAP-H551 (1.064 g MS
m-2), con 1.285 y 1.232 g MS m-2, respectivamente. Luego
de que los híbridos alcanzaron la máxima acumulación de biomasa, se observó una
pérdida progresiva de biomasa hasta los 100 días, llegando a una biomasa
estadísticamente igual entre los tres híbridos, la cual en promedio alcanzó a
872 g MS m-2 (ver Tabla 1).
Al evaluar la
tasa de acumulación de biomasa a nivel del tallo, definida como la acumulación
de materia seca por unidad de superficie y tiempo, los tres híbridos evaluados
alcanzaron la mayor tasa de acumulación de biomasa a los 40 días. No obstante,
el híbrido DK-7508 tuvo la menor tasa de acumulación de biomasa con 18 g MS m-2
día-1, la cual fue significativamente inferior a la alcanzada en los
híbridos UTEQ-101 e INIAP-H55 que fue de 32 y 29 g MS m-2 día-1,
respectivamente. A los 60 días los híbridos UTEQ-101 (-6 g MS m-2
día-1) e INIAP-H55 (-12 g MS m-2 día-1)
estaban desacumulando biomasa desde el tallo a una tasa estadísticamente
equivalente, a diferencia del híbrido DK-7508 que aún acumulaba a una tasa de 8
g MS m-2 día-1, en el cual se evidenció tasas negativas de
acumulación de biomasa (desacumulación) a partir de los 80 días (ver Tabla 2).
Tabla
2
Tasa
de acumulada de biomasa en tallo, hojas y mazorca en híbridos de maíz cultivados en la zona central
del litoral ecuatoriano
|
Órgano vegetal |
Tiempo acumulado |
UTEQ 101 |
INIAP H551 |
DK 7508 |
|
EEM |
||||
|
Calendario (días) |
Térmico (GDA) |
__________________ g MS m-2 día-1
_______________________ |
||||||||
|
Tallo |
20 40 60 80 100 120 |
417 764 1.125 1.467 1.814 2.160 |
1,47 32,79 -6,55 -8,94 -11,22 -1,75 |
a* a b b a a |
1,30 29,31 -12,11 -2,56 -10,20 -0,66 |
a a b a a a |
1,49 18,39 8,72 -6,78 -12,04 -2,63 |
a b a ab a a |
1,42 26,83 -3,31 -6,09 -11,15 -1,68 |
0,05 1,96 2,49 0,95 0,98 0,45 |
|
Hojas |
20 40 60 80 100 120 |
417 764 1.125 1.467 1.814 2.160 |
2,66 17,84 -2,49 1,02 -15,94 0,16 |
ab a a a a a |
2,41 18,62 -7,18 -3,97 -7,21 0,67 |
b a b a a a |
3,28 16,20 1,20 -3,37 -12,12 -0,48 |
a a ab a a a |
2,78 17,55 -2,82 -2,11 -11,76 0,12 |
0,13 0,95 1,18 1,38 1,61 0,22 |
|
Mazorca |
60 80 100 120 |
1.125 1.467 1.814 2.160 |
18,52 0,22 11,96 4,79 |
ab b a a |
20,29 1,23 13,96 -3,73 |
a ab a b |
12,34 9,19 8,52 1,85 |
b a a ab |
17,26 3,55 11,48 0,97 |
1,21 1,53 1,25 1,34 |
|
Total |
20 40 60 80 100 120 |
417 764 1.125 1.467 1.814 2.160 |
4,13 50,63 9,48 -7,71 -15,19 3,20 |
ab a ab a a a |
3,70 47,93 1,62 -5,30 -3,46 -3,72 |
b a b a a a |
4,77 34,59 22,26 -0,96 -15,64 -1,27 |
a a a a a a |
4,20 44,38 11,12 -4,66 -11,43 -0,59 |
0,18 2,76 3,13 2,20 2,53 1,38 |
Nota: *
promedios horizontales con letras iguales no son estadísticamente diferentes de
acuerdo a la prueba de Tukey al nivel 0.05. GDA, grados días acumulados. EEM,
error estándar de la media.
Fuente: Elaboración propia, 2021.
Semejante a
lo observado a nivel de tallo, a los 40 días los tres híbridos de maíz
experimentaron la mayor tasa de acumulación de biomasa, siendo la diferencia
entre ellas no significativa con un promedio de 17 g MS m-2 día-1.
A partir de los 60 días luego de la emergencia, prácticamente lo tres híbrido
registraron desacumulación de biomasa a nivel de las hojas, alcanzándose la
máxima tasa de desacumulación a los 100 días, siendo la diferencia entre ellas
no significativa con un promedio de -11 g MS m-2 día-1
(ver Tabla 2).
La formación
de mazorca, cuyo inicio se registró entre los 40 y 60 días, experimenta su
mayor velocidad en los tres híbridos evaluados a los 60 día luego de la
emergencia, con una tasa de acumulación de biomasa del híbrido DK-7508 de 12 g
MS m-2 día-1, la cual fue significativamente menor a la
observada en los híbridos UTEQ-101 e INIAP-H551, con tasas de acumulación de
biomasa de 18 y 20 g MS m-2 día-1, respectivamente, las
mismas que no fueron estadísticamente diferentes (ver Tabla 2).
Los tres
híbridos evaluados alcanzaron la máxima tasa de acumulación de biomasa total a
los 40 días, cuya diferencia no fue significativa entre los híbridos, con una
tasa promedio de 44 g MS m-2 día-1. Luego, entre los 40 y
100 días, es evidente una disminución sistemática de la biomasa total en los
tres híbridos, siendo mayor a los 100 días, aunque no hubo diferencias
significativas entre híbridos, con un valor promedio de -11 g MS m-2
día-1 (ver Tabla 2).
La
acumulación de biomasa vegetativa total (tallo más hojas) a través del tiempo
(calendario o térmico) se ajustó a una curva sigmoidea (ecuación de Boltzmann) (ver Figura I: a, b y c), en
los híbridos UTEQ-101 (R2 = 0.878, p < 0.01), INIAP-H551 (R2
= 0.979, p < 0.01) y DK-7508 (R2 = 0.986, p < 0.01). A través
del valor constante C2 del modelo, se evidenció que la biomasa vegetativa total
varió aproximadamente entre 940 y 1.100 g MS m-2 (
Fuente: Elaboración propia,
2021.
Figura
I: Dinámica de acumulación (=) y
desacumulación (<) de biomasa vegetativa
total y acumulación de biomasa reproductiva () durante
el ciclo de cultivo de los híbridos UTEQ-101, INIAP-H551 y DK-7508, cultivados en la zona central del litoral
ecuatoriano
La acumulación de biomasa vegetativa (tallo + hojas) y reproductiva
(mazorca), es modelada por la ecuación: C1
La
desacumulación de biomasa vegetativa total (ver Figura I: d, e y f) a través
del tiempo, mantuvo una tendencia lineal simple, en los híbridos UTEQ-101 (R2
= 0.714, p < 0.01), INIAP-H551 (R2 = 0.877, p < 0.01) y
DK-7508 (R2 = 0.786, p < 0.01) con una desacumulación diaria
(pendiente de la recta) de 13, 11 y 14 g MS m-2, respectivamente. En
los híbridos UTEQ-101 e INIAP-H551, la desacumulación de biomasa desde los
órganos vegetativos se inició a partir de los 40 días, mientras que en el
híbrido DK-7508, se inició a partir de los 60 días. La desacumulación de
biomasa desde los órganos vegetativos, parece cesar a los 100 días luego de la
emergencia de las plántulas de maíz, independientemente del híbrido.
La
acumulación de biomasa a nivel de la mazorca (ver Figura I: g, h y i) a través
del tiempo, se ajustó a una curva sigmoidea (ecuación de Boltzmann) en los híbridos UTEQ-101 (R2 = 0.878, p <
0.01), INIAP-H551 (R2 = 0.979, p < 0.01) y DK-7508 (R2
= 0.986, p < 0.01). A través del valor constante C1 del modelo, se evidenció
que a los 60 días los híbridos UTEQ-101, INIAP-H551 y DK-7508 habían acumulado
370, 418 y 147 g MS m-2, respectivamente; y desde los 60 a los 120
días se acumularon 340, 304 y 446 g MS m-2 (valor constante C2),
respectivamente. Es decir, que los híbridos UTEQ-101, INIAP-H551 y DK-7508
alcanzaron una acumulación total a nivel de mazorca de 710, 722 y 593 g MS m-2,
respectivamente.
La mitad de
la biomasa acumulada entre 60 y 120 días (valor constante C3), se alcanzó entre
los 79 (DK-7508) y 96 (UTEQ-101) días. La curva de acumulación de biomasa a
nivel de la mazorca, tuvo una pronunciación alta (2,37), media (3,79) y baja
(9,24) en los híbridos INIAP-H551, UTEQ-101 y DK-7508, respectivamente.
En la Tabla 3,
se presenta la absorción y acumulación de nutrientes de los híbridos evaluados
de maíz, la misma que fue determinada a los 120 días (2.160 º días) luego de la
emergencia, en donde se observó que no existe diferencias (p > 0.05) en la absorción
total de P y S con una absorción media de 3,5 y 1,2 g kg-1,
respectivamente, lo cual, fue más condicionado por la acumulación a nivel de
mazorca, y no por la observada a nivel de tallo y hojas. En cuanto a la
absorción de N, K, Ca y Mg, sí se evidenciaron diferencias (p < 0.05). Entre
los híbridos UTEQ-101 y DK-7508, no hubo diferencias en la absorción de N, K y
Ca, con una media de absorción total de 14,3, 11,6 y 11,5 g kg-1,
respectivamente, mientras que la mayor absorción de Mg la registró el híbrido
UTEQ-101 con 3,3 g kg-1. En el híbrido INIAP-H551, siempre se
observó la menor absorción de N, K, Ca y Mg, con 13,5; 11,0; 9,9; y 2,9 g k-1,
respectivamente.
Tabla 3
Absorción y acumulación de nutrientes
primarios (N, P y K) y secundarios (Ca, Mg y S) en tallo, hojas y mazorca en híbridos de maíz cultivados en la zona
central del litoral ecuatoriano
|
Órgano vegetal |
Nutriente |
UTEQ 101 |
INIAP H551 |
DK 7508 |
|
EEM |
|||
|
_____________________________ g kg-1 ____________________________ |
|||||||||
|
Tallo |
N P K Mg S |
11,98 1,24 15,44 2,52 1,34 |
a a b b a |
10,18 0,94 16,66 2,72 0,61 |
b b a a c |
9,73 0,99 15,27 2,83 1,19 |
b b b a b |
10,60 1,06 15,79 2,69 1,05 |
0,27 0,02 0,32 0,05 0,02 |
|
Hojas |
N P K Mg S |
15,82 1,28 7,69 3,03 1,48 |
b b b a a |
17,02 1,48 7,08 2,85 0,96 |
a a b a b |
16,64 1,10 9,20 2,83 0,70 |
ab c a a c |
16,49 1,29 7,99 2,90 1,05 |
0,24 0,03 0,24 0,06 0,02 |
|
Mazorca |
N P K Mg S |
14,25 4,23 11,54 3,48 1,24 |
b a a a a |
13,64 4,22 10,56 2,92 1,30 |
b a b b a |
15,33 4,03 10,95 2,96 1,24 |
a a ab b a |
14,41 4,16 11,02 3,12 1.26 |
0,28 0,12 0,22 0,04 0,04 |
|
Total |
N P K Mg S |
14,07 3,62 11,78 3,33 1,27 |
ab a a a a |
13,49 3,59 11,02 2,89 1,19 |
b a b b a |
14,57 3,22 11,47 2,93 1,18 |
a* a ab b a |
14,04 3,48 11,42 3,05 1,21 |
0,23 0,11 0,18 0,04 0,03 |
Nota: *
promedios horizontales con letras iguales no son estadísticamente diferentes de
acuerdo a la prueba de Tukey al nivel 0.05. EEM, error estándar de la media.
Fuente: Elaboración propia, 2021.
En el
presente estudio, tal como era esperado, la biomasa total se distribuye en
distintas proporciones en cada uno de los órganos constitutivos de la planta de
maíz. Sin embargo, el híbrido de maíz y el tiempo (fenología) transcurrido desde
la emergencia (punto de referencia para el inicio de este estudio), condicionan
la dinámica de acumulación de biomasa (Koca y Erekul, 2016).
Así, señalando
la existencia de variedades e híbridos de maíz con rendimientos muy variables, ya
sea asociado al genotipo (Duvick, 2005) o a las condiciones del medio en donde
se desarrolla (Setimela, et al., 2017), se indica que los híbridos evaluados
alcanzaron una biomasa total bastante semejante (815 a 891 g MS m-2),
lo que en una buena medida responde a que de manera sistemática se ha venido
seleccionando un tipo ideal de panta de maíz (Shelton y Tracy, 2015), es decir,
plantas con un tamaño adecuado para evitar el volcamiento y con alturas de
inserción de mazorca que facilite la mecanización de la cosecha.
Las
diferencias en el patrón de distribución de biomasa, indica que un determinado
híbrido tiene la posibilidad de ser utilizado dominantemente para la producción
forrajera (biomasa vegetativa) o para la producción de semillas (biomasa
reproductiva), como fue el caso del DK-7508 y el UTEQ-101, respectivamente, por
citar como ejemplos los dos híbridos extremos. Aunque es claro que estrategias
agronómicas, como el incremento de plantas por unidad de superficie (Sangoi,
2000; Sadeghi, 2013) o el tratamiento con fitohormonas (Iqbal, et al., 2017), pueden
favorecer un determinado tipo de crecimiento (vegetativo, reproductivo).
Por otra
parte, tal como ha sido reportado por otros investigadores como Martins et al. (2017),
la acumulación de biomasa de los híbridos evaluados fue descrita por una misma
función de crecimiento a través del tiempo, destacándose que en el transcurso de
los primeros 20 días luego de la emergencia, las hojas son el órgano con mayor
prioridad de crecimiento con respecto al tallo, y posteriormente, antes de expresarse
el crecimiento reproductivo, la prioridad se invierte (el tallo pasa a ser el
órgano prioritario). Al iniciarse el crecimiento reproductivo, aunque la relación
tallo/hoja se mantiene sobre uno, la mazorca (brácteas, tuza y granos) pasa a
ser el órgano prioritario.
En especies de
crecimiento determinado como el trigo, se reconoce una etapa de crecimiento
vegetativo y otra de crecimiento reproductivo. La primera, se caracteriza por
la acumulación de biomasa a nivel de órganos vegetativos (ej. macollos, hojas);
y la segunda, caracterizada por una disminución de la biomasa desde los órganos
vegetativos y una acumulación de biomasa a nivel de los órganos reproductivos
(ej. espigas) (Singh, et al., 2017).
Las
características de crecimiento en las etapas descritas, han sido tomadas como
evidencia de la existencia de una removilización de recursos desde los órganos
vegetativos hacia los órganos reproductivos (Gao, et al., 2017), lo cual también
se refleja en la fuerte relación que existe entre la biomasa total y el
rendimiento (índice de cosecha) (Echarte y Andrade, 2003). Sin embargo, se
conoce poco sobre la dinámica (acumulación/desacumulación) de la biomasa en los
órganos de una planta de maíz (tallo, hojas), por lo que estudios como el
presente son relevantes al evidenciar que el tallo y las hojas son órganos que,
dependiendo del híbrido de maíz, pueden alcanzar su máxima acumulación en
etapas tempranas o avanzadas del crecimiento vegetativo.
A nivel del
tallo, la acumulación total entre los híbridos fue bastante semejante (572 a
619 g MS m-2), pero la tasa promedio de acumulación resultó variable
(9 a 17 g MS m-2 día-1), y, por lo tanto, determinante de
la amplitud del ciclo de acumulación. Algo similar sucedió a nivel de las
hojas, la acumulación fue semejante entre híbridos (383 y 420 g MS m-2)
y la tasa de acumulación fue variable (6 a 10 g MS m-2 día-1).
En ambos órganos, tallo y hojas, la desacumulación (tasas con valores negativos)
de biomasa, coincidió con la etapa de crecimiento reproductivo, a una tasa
relativamente semejante entre híbridos, tanto en tallo (-6 a -7 g MS m-2
día-1) como para hojas (-5 a -6 g MS m-2 día-1),
encontrándose que las mayores diferencias entre los híbridos se encuentran
determinadas por la amplitud del tiempo de desacumulación, observado tanto en
tallo (desde los 60 a los 120 días) como en hojas (desde los 60 a los 100
días).
El
conocimiento de la dinámica de la biomasa, que se da en cada uno de los órganos
de una planta de maíz, permite establecer la eficiencia de acumulación de
recursos y consecuentemente, la contribución de recursos por órgano para la
generación de la cosecha, lo que en el campo de ecofisiología y nutrición de
cultivos, se conoce como eficiencia de utilización. A partir de lo descrito, es
posible identificar nuevos objetivos del fitomejoramiento. Sabiendo que la tasa
de desacumulación desde el tallo y desde las hojas, es semejante, y que la
amplitud del tiempo de desacumulación es mayor en el tallo, un escenario podría
ser seleccionar cultivares de maíz con una alta capacidad de acumulación de biomasa
a nivel del tallo.
El
mejoramiento genético a partir de características distintas al rendimiento o la
tolerancia a enfermedades, no es una aproximación completamente nueva. En la
actualidad, también se observa el interés en características tales como la alta
densidad de raíces (Páez-García, et al., 2015), la filotaxia, la eficiencia de
utilización de nutrientes o de la radiación.
Para
establecer la demanda de nutrientes, que requiere un cultivo para expresar el
rendimiento alcanzable en un determinado agroecosistema, se requiere determinar
la concentración de nutrientes en el tejido vegetal al final del ciclo
vegetativo (Westermann, 2005; Osvalde, 2011), lo que permite estimar el
requerimiento de nutrientes para la formación de tallos, hojas y granos, e
incluso llegar a estimar la fracción de nutrientes que se recicla en el suelo
por la incorporación de los residuos vegetales (Lupwayi, et al., 2005; Abbasi,
et al., 2015) y la fracción de nutrientes que se exporta en la cosecha (Ferreira,
et al., 2012).
Sobre esta
base, en este estudio se determinó la concentración de nutrientes primarios (N,
P, K) y secundarios (Mg, S) a nivel de tallos, hojas y granos, a los 120 días
(2.160 º días) luego de la emergencia, observándose que en términos promedio el
principal destino del N, P y K son las hojas (16,6 g kg-1), las
mazorcas (4,2 g kg-1) y los tallos (15,8 g kg-1),
respectivamente, y el principal destino del Mg y S fue las mazorcas (Mg = 3,1 y
S =1,3 g kg-1). Sin embargo, en los estudios de acumulación y
particionamiento de nutrientes, se debe considerar que la constante generación
de nuevos híbridos y la mejora de las prácticas agrícolas pueden condicionar la
absorción, la acumulación y por ende el particionamiento (Bender, et al., 2013).
Conclusiones
El
rendimiento (granos) de los modernos híbridos de maíz evaluados es mayor que el
observado en el híbrido antiguo, lo que aparentemente responde dominantemente a
una mayor absorción de N, K, Ca y Mg y no a la acumulación y distribución de
biomasa, lo que sugiere que la selección de materiales considerando la
proporción de distribución de biomasa, podría contribuir a incrementar la
producción de follaje (biomasa vegetativa) o granos (biomasa reproductiva),
dependiendo del interés agronómico. Por otra parte, la acumulación de biomasa
vegetativa y reproductiva, responde a un modelo sigmoideo y la removilización
de biomasa vegetativa para la generación del rendimiento, responde a un modelo
lineal.
La
diferencia en la cantidad absorbida de N y K, fue condicionada por la
acumulación a nivel de tallo, hojas y mazorcas, mientras que la absorción de Ca,
estuvo condicionada únicamente por la acumulación en mazorcas, y la absorción
de Mg, por la acumulación en tallo y en mazorcas. Además de lo anterior, se
evidencia que por cada kilogramo de biomasa seca total (sin considerar raíces) se
requiere aproximadamente 14,0; 3,5; 11,4; 11,3; 3,0; y 1;2 g de N, P, K, Ca, Mg
y S, respectivamente.
Finalmente,
las materias primas de base lignocelulósica, como el maíz, permiten optimar los
sistemas sostenibles para el desarrollo del país, tanto en la cosecha como en el
procesamiento de los recursos de biomasas; además, mejorar la eficacia y el
rendimiento de los procesos, de este tipo de producto agrícola, con la selección de materiales con mayor
capacidad de acumulación/desacumulación, podría contribuir a incrementar el
rendimiento de los productores de maíz, un mayor crecimiento y
participación en los mercados, y por ende mejor calidad de vida.
Referencias bibliográficas
Abbasi, M. K., Tahir, M. M., Sabir, N., y Khurshid, M.
(2015). Impact of the addition of different plant residues on
nitrogen mineralization–immobilization turnover and carbon content of a soil
incubated under laboratory conditions. Solid Earth, 6(1), 197-205. https://doi.org/10.5194/se-6-197-2015
Andrade, F. H., Cirilo, A. G., Uhart, S. A., y Otegui,
M.E. (1996). Ecofisiología del cultivo de maíz.
Editorial La Barrosa.
Bender, R. R., Haegele, J. W., Ruffo, M. L., y Below,
F. E. (2013). Nutrient uptake, partitioning, and remobilization in modern,
transgenic insect-protected maize hybrids. Agronomy Journal, 105(1), 161-170. https://doi.org/10.2134/agronj2012.0352
Caicedo,
J. C., Puyol, J. L., López, M. C., y Ibáñez, S. S. (2020). Adaptabilidad en el
sistema de producción agrícola: Una mirada desde los productos alternativos
sostenibles. Revista de Ciencias Sociales
(Ve), XXVI(4), 308-327. https://doi.org/10.31876/rcs.v26i4.34665
Díaz-Romeu, R., y Hunter, A. (1982). Metodología
de muestreo de suelos, análisis químico de suelos y tejido vegetal y de
investigaciones en invernadero. Centro
Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza.
Duvick, D. N. (2005). The contribution
of breeding to yield advances in maize (Zea mays L.). Advances in Agronomy, 86, 83-145. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(05)86002-X
Echarte, L., y Andrade, F. H. (2003). Harvest
index stability of Argentinean maize hybrids released between 1965 and 1993. Field Crops Research, 82(1), 1-12. https://doi.org/10.1016/S0378-4290(02)00232-0
Ferreira, C. F., Vargas, A. C., Prior, S. A.,
Reissman, C. B., Dos Santos, N. Z., y Gabardo, J. (2012). Influence of corn
(Zea mays L.) cultivar
development on grain nutrient concentration. International Journal of Agronomy, 2012, 842582. https://doi.org/10.1155/2012/842582
Fischer, T., Byerlee, D., y Edmeades, G. (2014). Crop
yields and global food security. Will yield increase continue to feed the
world? Australian Centre for International Agricultural Research.
Gao, J., Zhao, B., Dong, S., Liu, P., Ren, B., y Zhang,
J. (2017). Response of summer maize photosynthate accumulation and distribution
to shading stress assessed by using 13CO2 stable isotope
tracer in the field. Frontiers in Plant
Science, 8, 1-12. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01821
Iqbal, N., Khan, N. A., Ferrante, A., Trivellini, A.,
Francini, A., y Khan, M. I. R. (2017). Ethylene role in plant growth,
development and senescence: interaction with other phytohormones. Frontiers in Plant Science, 8, 1-19. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00475
Koca, Y. O., y Erekul, O. (2016). Changes
of dry matter, biomass and relative growth rate with different phenological
stages of corn. Agriculture and
Agricultural Sciencie Procedia, 10, 67-75, https://doi.org/10.1016/j.aaspro.2016.09.015
Lupwayi, N. Z., Clayton, G. W., O’Donovan, J. T., Harker,
K. N., Turkington, T. K., y Soon, Y. K. (2006). Potassium release during
decomposition of crop residues under conventional and zero tillage. Canadian Journal of Soil Science, 86(3),
473-481. https://doi.org/10.4141/S05-049
Martins, K. V.,
Dourado-Neto, D., Reichardt, K., Favarin, J. L., Sartori, F. F., Felisberto, G.,
y Mello, S. C. (2017). Maize dry matter production and
macronutrient extraction model as a new approach for fertilizer rate
estimation. Annals of the Brazilian Academy of Sciences, 89(S-1), 705-716. https://doi.org/10.1590/0001-3765201720160525
Melendez, J. R., Velásquez-Rivera,
J., El Salous, A., y Peñalver, A. (2021). Gestión para la producción de
biocombustibles 2G: revisión del escenario tecnológico y económico. Revista Venezolana de Gerencia, 26(93),
78-91. https://doi.org/10.52080/rvg93.07
Monteros, A., y Salvador, S. (2014).
Rendimiento de maíz duro seco en el Ecuador. Dirección de Análisis y Procesamiento de la
Información, Coordinación General del Sistema de Información Nacional,
Ministerio de Agricultura y Ganadería.
Nkebiwe, P. M., Weinmann, M., Bar-Tal, A., y Müller, T. (2016).
Fertilizer placement to improve crop nutrient acquisition and yield: A review
and meta-analysis. Field Crops Research,
196, 389-401. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2016.07.018
Osvalde, A. (2011). Optimization of plant mineral
nutrition revisited: The roles of plant requirements, nutrient interactions,
and soil properties in fertilization management. Environmental and Experimental Biology, 9, 1-8.
Páez-García, A., Motes, C. M., Scheible, W-R., S.,
Chen, R., Blancaflor, E. B., y Monteros, M. J. (2015). Root traits and
phenotyping strategies for plant improvement. Plants, 4(2), 334-355. https://doi.org/10.3390/plants4020334
Peña,
S. E., y López, J. E. (2020). Desarrollo sostenible y oportunidad de
aprendizaje de las biorrefinerías: Una alternativa de la biomasa. Revista de Ciencias Sociales (Ve), XXVI(E-2),
401-413. https://doi.org/10.31876/rcs.v26i0.34135
Ray, D. K., Mueller, N. D., West, P. C., y Foley, J. A. (2013).
Yield Trends Are Insufficient to Double Global Crop Production by 2050. PLoS ONE, 8, e66428. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0066428
Sadeghi, M. (2013). The determination of plant density on dry matter
accumulation, grain yield and yield components of four maize hybrids. International Journal of Agriculture and
Crop Sciences, 5, 109-114.
Sangoi, L. (2000).
Understanding plant density effects on maize growth and development: an
important issue to maximize grain yield. Ciència
Rural, 31(1), 159-168. https://doi.org/10.1590/S0103-84782001000100027
Setimela, P. S., Magorokosho, C., Lunduka, R., Gasura, E.,
Makumbi, D., Tarekegne, A., Cairns, J. E., Ndhlela, T., Erenstein, O., y Mwangi,
W. (2017). On-farm yield grains with stress-tolerant maize in eastern and
southern Africa. Agronomy Journal, 109(2),
406-417. https://doi.org/10.2134/agronj2015.0540
Shelton, A. C., y Tracy, W. F. (2015). Recurrent
selection and participatory plant breeding for improvement of two organic
open-pollinated sweet corn (Zea mays
L.) populations. Sustainability, 7(5),
5139-5152. https://doi.org/10.3390/su7055139
Singh, P. K., Singh, K. K., Gill, K. K., Niwas, R.,
Singh, R. S., y Sharma, S. (2017). Dry biomass partitioning of growth and
development in wheat (Triricum aestivum
L.) crop using CERES-wheat in different agro climatic zones of India. Current Science, 113(4), 752-766.
Soil Survey Staff (2014). Keys to soil taxonomy. USDA-Natural Resources
Conservation Service.
Vasco,
A., Saenz, C., Vasco, S., y Vasco, D. (2017). Comportamiento agronómico y
evaluación económica de híbridos de maíz cristalino duro (Zea mays L.) en tres zonas agroecológicas del Litoral ecuatoriano. Siembra, 4(1), 66-75. https://doi.org/10.29166/siembra.v4i1.501
Vásquez,
A. Y., Chávez, C., Herrera, F., y Carreño, F. (2018). Milpa y seguridad
alimentaria: El caso de San Pedro El Alto, México. Revista de Ciencias Sociales (Ve), XXIV(2), 24-36.
Vera, D., Comte, E., Guamán, R., y Mora, J. (2020).
Calidad del cultivo de maíz: Rendimiento, sanidad y condiciones agroclimáticas.
Revista Venezolana de Gerencia,
25(3), 381-390. https://doi.org/10.37960/rvg.v25i3.33376.
Walker, R. J. (2016). Population Growth and its implications for global
security. American Journal of Economics
and Sociology, 75(4), 980-1004. https://doi.org/10.1111/ajes.12161
Westermann, D. T. (2005). Nutritional requirements of
potatoes. American Journal of Potato Research,
82, 301-307. https://doi.org/10.1007/BF02871960
* Maestro en Nutrición Vegetal. Ingeniero Agrónomo. Docente en la Facultad de Ciencias Pecuarias de la
Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Ecuador. E-mail: gvasconez@uteq.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1260-8075
** Docente en la Facultad de
Ciencias Pecuarias de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Ecuador.
E-mail: luis.caicedo@uteq.edu.ec
*** Magíster
en Ciencias Vegetales mención Producción Vegetal. Docente en la
Facultad de Ciencias Pecuarias de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo,
Ecuador. E-mail: dvveliz@uteq.edu.ec
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2039-8741
**** Master
em Recursos Genéticos Vegetais. Docente en la Facultad de Ingeniería
Agronómica de la Universidad Técnica de Manabí, Ecuador. E-mail:
fernando.sanchez@utm.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9078-2290
Recibido:
2021-02-21 · Aceptado: 2021-05-10