INTRODUCCIÓN

El cambio climático es un problema ambiental que se ha agravado considerablemente en las últimas décadas debido a un aumento de los gases de efecto invernadero emitidos hacia la atmósfera como resultado de la actividad humana. Dentro de estos gases el que mayor aumento de concentración ha tenido es el dióxido de carbono (CO₂). Algunas alternativas para disminuir su concentración son a través del secuestro de carbono y de su fijación en el suelo o de su almacenado en forma de biomasa, la cual incluye todo tipo de vegetación y organismos vivos de todos los ecosistemas (Espinoza et al. 2012).

Los sistemas agrícolas, además de ser una fuente de alimento, han demostrado tener capacidad de captura de CO₂ (Robert 2002), lo cual depende de la productividad de los mismos sistemas y de las condiciones ambientales bajo las que se cultiva. En México los cultivos de maíz nativo poseen una gran diversidad genética. El 80 % de la superficie cultivada en el país corresponde a maíz nativo y el 20 % a maíces mejorados (Aragón et al. 2006). Estos cultivos se encuentran principalmente en condiciones de temporal y los agricultores generalmente disponen de más de una variedad nativa adaptada a su ambiente (Aceves et al. 2002).

En concreto, el cultivo de maíz por medio de la fotosíntesis asimila el CO₂ atmosférico, lo transforma en carbohidratos y lo fija en sus estructuras para aumentar su biomasa (Espinoza et al. 2012). El carbono orgánico del suelo (COS) está en función de la tasa de descomposición de los residuos de las cosechas, como raíces y otros materiales orgánicos que retornan al suelo en la misma cantidad y composición (Follett 2001). Parte de este COS regresa a la atmósfera a causa de la respiración celular y a la descomposición de la materia orgánica del suelo. Es así como los cultivos permiten incorporar el carbono atmosférico al ciclo biológico (Casanova et al. 2011).

El objetivo del presente trabajo fue determinar el potencial de fijación de CO₂ en la biomasa de los sistemas productivos de cuatro variedades de maíz nativo del Estado de México en tres ambientes diferentes (montaña, valle y planicie).

MATERIALES Y MÉTODOS

Establecimiento de los cultivos

Cuatro variedades de maíz fueron evaluadas en cuanto a su capacidad de fijación de carbono: maíz blanco, amarillo, negro y cacahuacintle, las que tienen aproximadamente 70 años de cultivarse en Temoaya y Jiquipilco, Estado de México (Fig. 1). Los cultivos se sembraron en tres ambientes contrastantes: montaña, valle y planicie, bajo diferentes condiciones de manejo. La parcela de montaña se ubicó en el municipio de Jiquipilco, que se localiza en la parte central del Estado de México a una altitud de 2750 msnm, el clima fue templado subhúmedo con lluvias en verano, con temperatura y precipitación media durante el ciclo de cultivo de 16 ºC y 818.5 mm, respectivamente (CONAGUA 2015). Los cultivos de valle se establecieron en el municipio de Temoaya, el cual se localiza en la parte centro norte del Estado de México a una altitud de 2680 msnm, el clima es templado subhúmedo con lluvias en verano, con temperatura y precipitación media durante el cultivo de 16 ºC y 768.8 mm, respectivamente (CONAGUA 2015). Los cultivos de montaña y valle fueron establecidos el 8 de mayo de 2013 en una superficie de 1 ha para cada ambiente. Se mantuvieron como cultivos de temporal con un riego de auxilio. La distancia entre surcos fue de 80 cm, distancia entre plantas de 20 cm y se aplicó una fertilización química en la presiembra de 136 kg de nitrógeno (300 kg urea). Para el caso de los cultivos de valle, adicionalmente se aplicaron 150 t de estiércol de bovino. El ambiente de planicie se estableció en el campo experimental de la Facultad de Agronomía de la Universidad Autónoma de Sinaloa, localizado en el municipio de Culiacán (Fig. 2) a una altitud de 19 msnm, el clima predominante fue seco-cálido, con temperatura y precipitación media durante el ciclo del cultivo de 23 ºC y 44.1 mm, respectivamente (CONAGUA 2015). Este cultivo se sembró el 19 de diciembre de 2013 en una superficie de 1 ha. Se mantuvo la misma densidad de plantación descrita anteriormente. Se realizó una fertilización química orgánica en la presiembra con 80 kg de urea y 50 kg de fósforo, utilizando como fuente de los nutrientes urea y fosfáto monoamónico. Asimismo, también se empleó una tonelada de composta. Se aplicó una segunda fertilización a los 40 días posteriores a la siembra de 200 kg de nitrógeno. Los riegos se realizaron a través de un sistema de multicompuertas, el primer riego de auxilio se aplicó a los 45 días después de la siembra, el segundo a los 65, el tercero a los 85 y el cuarto a los 105 días después de la siembra.

La siembra se hizo de manera manual en las tres zonas, se mantuvo la densidad de 62 000 plantas por ha, con un índice de pérdida del 5 %, el cual fue obtenido mediante una prueba de germinación. En los cultivos sembrados en el ambiente de planicie se aplicó una dosis de 150 mL/ha del producto Denim 19 CE de Syngenta (benzoato de emamectina 2.12 %) para el control del gusano cogollero (Spodoptera frugiperda). La fumigación fue dirigida al cogollo de la planta con una bomba de aspersión manual. En los cultivos de montaña y valle no se presentó la plaga de este gusano cogollero.

Muestreo y evaluaciones morfométricas

Se hicieron muestreos aleatorios de 36 plantas por cada ambiente y variedades cuando alcanzaron su madurez fisiológica (140 días después de la siembra), para determinar la altura de la planta, la longitud del tallo, de la raíz, de la espiga y de la mazorca, así como el peso de las hojas. La altura se midió desde la base del tallo hasta la punta de la última hoja expuesta de la planta, con una regla de medición. La longitud del tallo se midió desde la base del tallo hasta donde inicia la espiga, finalmente la longitud de la espiga se consideró como la parte restante. La raíz fue extraída completamente del suelo y se limpió con agua para medir su longitud con una regla de medición. La mazorca fue cortada del tallo y después se le desprendieron las hojas protectoras para medir su longitud y masa. Se colocó el total de las hojas por planta en una bolsa de papel y se secaron en una estufa a 70 oC por 24 h para determinar la pérdida de peso.

Composición química del maíz

La estimación del carbono fijado se realizó a partir la composición química proximal de cada estructura. Esta composición química fue determinada mediante análisis bromatológicos (AOAC 2006), que incluyeron contenidos de humedad, proteína, fibra y ceniza del material vegetal colectado en campo. Para el caso del grano, adicionalmente se determinó almidón por la técnica de textura por disección (Pérez et al. 2007).

Equivalentes de CO₂ fijados en la biomasa

Para determinar el porcentaje correspondiente a carbono en cada compuesto, se utilizaron las siguientes expresiones:

dónde: % C = porcentaje de carbono correspondiente a cada compuesto, (12 almidón, 24 proteína y 72 para fibra) PMC = peso molecular del carbono contenido en cada compuesto determinado a partir de la fórmula mínima, PMDC = Peso molecular de la fórmula mínima de cada compuesto (almidón 30 g/mol, pro- teína 75 g/mol, fibra 162 g/mol), CT = carbono total, gCM = gramos del compuesto (almidón, proteína, fibra) en la muestra, PS = peso seco de la muestra, EqCO₂ = equivalentes de CO₂. La determinación del carbono fijado se presenta en toneladas de equivalentes de CO₂ por hectárea (tCO₂ eq/ha).

Análisis estadístico

El diseño experimental empleado para el análisis de los resultados fue bloques completamente al azar, donde cada ambiente fue considerado un tratamiento y cada variedad un bloque. Se realizaron pruebas de Kolmogorov-Smirnov para identificar desviaciones respecto a la distribución normal. Una vez que se comprobó la normalidad en los datos, se realizó un análisis de varianza y posteriormente una prueba de comparación de medias de Tukey (P ≤ 0.05). Se utilizó el programa estadístico SAS (Statistical Analysis System 1998).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Evaluaciones morfométricas por ambiente

Los valores medios de las longitudes del tallo, raíz, mazorca y peso de las hojas cultivadas en el valle y en la montaña fueron 1.4, 1.8, 1.4, 2.0 veces más que los alcanzados en las plantas de planicie y fueron estadísticamente diferentes (P ≤ 0.05; Cuadro I). Estos resultados son consistentes con los mayores rendimientos de grano obtenidos en los cultivos de montaña y valle 8.40 y 9.00 t/ha, respectivamente, al compararlos con los de planicie (1.69 t/ha), ya que el rendimiento está asociado a la longitud de la raíz, el tallo y las hojas (Paliwal 2001). Lo anterior coincide con lo reportado por Pecina et al. (2011), quienes encontraron que a mayor altitud y menor temperatura se incrementa el rendimiento de grano del maíz. Observaron que los cultivos de valles altos superaron a los de transición y éstos a los de trópico seco, probablemente por problemas de adaptación, lo que implica una menor capacidad para las plantas de expresar su máximo potencial de rendimiento.

Evaluaciones morfométricas por variedad

Las longitudes medias de tallo, raíz, mazorca,espiga y peso de las hojas fueron de 270 cm, 23.7 cm,14.1 cm, 24.2 cm y 50.3 g, respectivamente y no presentaron diferencias estadísticas entre variedades(P ≤ 0.05). Estos valores son superiores a los reportados por Espinosa et al. (2013) en plantas de variedad escriollas amarillas en valles altos de 2.2 m con una longitud de mazorca de 13.7 cm.

Además, estas variedades nativas superan en longitud a los maíces híbridos de valles altos (2200-2274 msnm), cuyo rango es de 190 a 262 cm (Arellano et al. 2010, Tadeo et al. 2012).

Elizondo y Boschini (2002) reconocen que el cultivar maíz criollo permite obtener una mayor producción de forraje verde y seco (> 30 %) por ha, ya que la altura promedio de la planta del maíz criollo puede superar a las plantas de variedades híbridas en 1.7 m.

Análisis de composición química por variedad

El mayor porcentaje de proteína se encontró en el grano de la variedad amarilla con 7.71 % y el menor porcentaje fue de 2.60 % en la hoja de la mazorca de la misma variedad (Cuadro II). Sin embargo, el porcentaje de proteína obtenido en el grano es menor a lo reportado por Vera et al. (2012) quienes encontraron porcentajes de proteína de 11.9 % para grano en maíz amarillo.

En cultivos de maíz criollo forrajero, Amador et al. (2000) registraron porcentajes de proteína en tallo de 7.3 %, estos valores superan a los obtenidos en el presente estudio, ya que el tallo de la variedad negra obtuvo 6.24 % de proteína y fue superior al resto de las variedades con diferencias significativas (P ≤ 0.05). El valor medio del porcentaje de proteína en hoja, raíz y hoja de mazorca fue 4.3 % y no se encontraron diferencias entre variedades (P ≤ 0.05).

En contraste, los porcentajes de fibra en tallo fueron superiores a los reportados por Amador et al. (2000), quien obtuvo 67.03 %, en nuestro estudio la variedad blanca registró 84.28 %. De igual forma el porcentaje de fibra en grano blanco (13.39 %) superó los porcentajes de 7.1 y 13.1 % reportados por Méndez et al. (2005) en variedades híbridas y 10.10 % en maíz criollo (Cuadro II). Estas diferencias en composición química se deben a la gran diversidad genética del maíz, que se refleja en sus diferentes propiedades y utilización.

Análisis de composición química por ambiente

Los porcentajes de proteína del tallo, hoja, raíz, hoja de la mazorca y grano de las plantas cultivadas en el valle fueron 1.2, 2.3, 3.5, 2.4 y 1.2 veces mayores y estadísticamente diferentes (P ≤ 0.05) a las obtenidas en los cultivos de planicie. Sin embargo, los porcentajes de fibra disminuyeron (Cuadro III). Estos resultados son consistentes con lo señalado por Zepeda et al. (2009) quienes hacen referencia a un estudio realizado por Zhang et al. (1993), donde en maíces cultivados con dosis altas de nitrógeno se modificó la composición del grano. Dichos autores evaluaron el efecto de 0, 90 y 180 kg/ha de nitrógeno por tres años, en cuatro localidades y encontraron que los porcentajes de fibra y celulosa disminuyeron al aumentar las dosis de nitrógeno.

Los mayores porcentajes de fibra se presentaron en los cultivos de montaña, con excepción de la hoja de mazorca y grano donde los cultivos de valle y planicie obtuvieron los mayores porcentajes (81.65 % y 18.29 % respectivamente) (Cuadro III).

Fijación de carbono por variedad

El análisis de varianza mostró que existen diferencias significativas entre la fijación de equivalentes de CO2 en las diferentes variedades (P ≤ 0.05). Las que obtuvieron el porcentaje menor fueron las variedades negra y cacahuacintle con 24.77 y 24.26 tCO2eq/ha, respectivamente comparadas con la variedad amarilla que obtuvo 1.4 veces más (34.37 tCO2eq/ha; Cuadro IV).

Fijación de carbono por ambiente

En los cultivos de montaña se encontró la mayor cantidad de equivalentes de CO₂ fijado con más de 41 tCO₂ eq/ha, 1.4 veces más que los cultivos de valle y 3.6 veces más que los de planicie. El mayor contenido de carbono fijado fue en el tallo, en cultivos de montaña esta estructura fijó 4.9 veces más de equivalentes de carbono que los tallos de los cultivos de planicie (3.80 tCO2 eq/ha; Cuadro V).

El total de carbono fijado en el ambiente de montaña fue de 13 tC/ha anual, por lo tanto, estos sistemas superan a lo reportado por Chacón et al. (2007), quienes encontraron que los bosques secundarios de 15 años tienen una tasa de fijación de 3.1 t/ha de C por año. Asimismo, Ordóñez et al. (2001) reportan que los bosques de Pinus pseudostrobus tienen un potencial de captura de 0.8 t/ha de C por año, ya que en 250 años han logrado capturar 217 tC/ha. Estos resultados indican que los sistemas de cultivo de maíz nativo superan las capacidades de fijación de carbono de los sistemas forestales, por lo que se constituyen en adecuados sumideros de carbono. Lo anterior concuerda con lo reportado por García et al. 2006, quienes mencionan que al ser el maíz una planta C4, posee altas tasas de actividad fotosintética, por lo que puede almacenar y mantener una gran cantidad de energía y biomasa, además de presentar muy poca o nula fotorrespiración (García et al. 2006, Hernández et al. 2008).

Jumilla et al. (2010), mencionan que el tiempo de permanencia del carbono retirado de la atmósfera es un aspecto fundamental del comportamiento de los reservorios agrícolas y de los sumideros en general. Reconocen que por muy pequeño que sea el periodo en el que el CO₂ permanece almacenado en la vegetación agrícola, no invalida a ésta como reservorio, por lo que los cultivos de maíz nativo funcionan como una alternativa de fijación de carbono y, por ello, representan un servicio ambiental.

CONCLUSIONES

Los cultivos de maíz nativo producidos en monta­ña y en específico la variedad amarilla tienen una alta fijación de CO₂ en sus estructuras (34.37 tCO₂ eq/ha). Las características genéticas y las condiciones am­bientales modifican el desarrollo, crecimiento, com­posición química y capacidad de fijación de carbono.

Agradecimientos

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por la beca de estudios de posgrado otorgada a Marcos Solorio y por el financiamiento del trabajo experimental a través del proyecto “El maíz mesoamericano y sus escenarios en el desarrollo local” No. de registro 130947. A la Universidad Autónoma de Sinaloa por el financiamiento a los trabajos experimentales realizados en la Facultad de Agronomía de dicha Universidad.

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