INTRODUCCIÓN

El trigo (Triticum aestivum L.) es uno de los cereales más importantes uti­lizados como alimento en el mundo. En la temporada 2011-2012, Méxi­co cultivó una superficie aproximada de 622 480 ha, con una producción anual de 3 571 002 t de grano, resultando un promedio de rendimiento de 5.73 ton ha^–1 (Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera [SIAP], 2012). Usualmente, los mayores rendimientos son obtenidos en regiones ári­das del noroeste de México, alcanzando promedios de 6500 kg ha^–1 (Salinas, Lunch & Fogel, 2006). Existen diversos factores que tienen influencia en obtener los altos o bajos rendimientos, sin embargo, el uso de variedades de trigo de bajo potencial de ren­dimiento y la pobre nutrición del cultivo resultan ser de los más significativos. En este contexto, el nitróge­no es considerado de los más importantes nutrientes, debido a que juega un importante rol en la obtención de altos rendimiento.

Muchos estudios se han realizado con el objetivo de evaluar la mejor dosis de fertilización nitrogenada en trigo (Ali, Mohy-Ud-Din & Ali, 2003; López-Bellido & López-Bellido, 2001). En contraste, al obtener fa­vorables rendimientos con dosis óptimas se ha iden­tificado un bajo uso eficiente de dicho nutriente en el cultivo de trigo, con valores de alrededor de 34% del total de las dosis aplicadas removidas por el grano (Raun & Johnson, 1999). Sin embargo, con el objeti­vo de ahorrar costos económicos en la aplicación de fertilizantes en la agricultura, un método ha sido de­sarrollado para monitorear la nutrición con nitrógeno o potasio en varios cultivos extensivos y hortícolas. Este método consiste en utilizar medidores portá­tiles de fácil uso y determinar la relación existente entre la cantidad de nitrato y potasio en el extracto celular y el rendimiento relativo (Castellanos, Uvalle- Bueno & Aguilar-Santelises, 2000). Dependiendo de las concentraciones encontradas en el extracto ce­lular, se determina la dosis de nutriente a aplicar. Debido a que el diagnóstico se realiza en campo, la recomendación se lleva a cabo al instante y el pro­blema se corrige sin alcanzar a afectar negativamente los rendimientos (Muñoz-Huerta, Guevara-González, Contreras-Medina, Torres-Pacheco, Prado-Olivarez & Ocampo-Velázquez, 2013).

Esta tecnología ha sido validada exitosamente en varios cultivos, por ejemplo, Delgado & Follett (1998) evaluaron la técnica utilizando el sensor Cardy-ion meter en N-NO₃ colectados en tejido fresco de cultivos extensivos (Triticum aestivum L. y Secale cereale L.), crecidos en campos del Valle de Colorado en Estados Unidos de América, y lo compararon con el tradicional análisis de nitrógeno en tejido seco. Estos investiga­dores reportaron que dicho método es una herramien­ta confiable que ayuda a los agricultores a identifi­car problemas con acumulaciones de niveles tóxicos de N-NO₃ en tejidos de plantas. Por otro lado, Olav (1999), investigando con pruebas rápidas de diagnós­tico la concentración de nitrato en el extracto celular de la base del tallo del cultivo de trigo asociadas a al­tos rendimientos, encontró buenas relaciones entre sí, sobre todo en experimentos a corto plazo. Lo anterior debido a que al relacionar los datos a través de varios años, este tipo de herramienta de diagnóstico resulta­ba un poco afectada.

La utilización de este tipo de tecnologías de diag­nóstico nutrimental deberá considerar la interacción sinérgica entre otros nutrientes al hacer la interpreta­ción de los resultados (Janssen, 1998). Por ejemplo, Lu, Li & Zhang (2005) estudiaron la aplicación de do­sis de dos nitrógenos aplicados al cultivo de tabaco, y encontraron que al incrementar la dosis de nitrógeno al cultivo incrementaba la traspiración, pero a la vez modificaba la concentración de potasio en los tallos, las raíces y las hojas.

Actualmente, los productores de trigo del noroeste de México han experimentado problemas económicos por los altos costos de producción derivados, entre otros, por los fertilizantes nitrogenados aplicados al cultivo. Un adecuado manejo del nitrógeno en trigo debería incluir un análisis nutrimental del suelo pre­vio a la siembra, considerar la época de aplicación de fertilizantes de acuerdo con la etapa de crecimiento del cultivo, y el monitoreo de la nutrición nitrogenada en el extracto celular del tallo. En este contexto, es ne­cesario evaluar esta última tecnología para el cultivo de trigo, tomando en consideración el genotipo, estado fenológico y condiciones edafoclimáticas en particular (Lobell, Ortiz-Monasterio & Asnera, 2004). El objetivo de esta investigación fue: a) identificar la respuesta en rendimiento por efecto de la fertilización con nitró­geno y b) identificar las concentraciones de nitratos y potasio en el extracto celular del tallo asociadas a altos rendimientos en la variedad “Tacupeto” en trigo cultivado en ambientes del noroeste de México.

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento fue conducido en un campo comercial localizado en Caborca, Sonora, México (30º34’01” N, 112º21’08” O), durante el periodo de invierno-primavera del 2010 al 2011. La siembra se realizó en un suelo arenoso con una contenido de materia orgánica de 0.54%, pH alto (8.28), bajo en conductividad eléctrica (0.73 dS m^–1), con un promedio de 19.7 mg kg^–1 de nitrógeno inorgánico, 3488 mg kg ^–1 y 1177 mg kg^–1 de calcio y magnesio; lo anterior en los primeros 30 cm de suelo. Se utilizó una densidad de siembra de 200 kg ha^–1, de semilla de trigo de la variedad “Ta­cupeto”, la cual es una variedad de trigo harinero de hábito de crecimiento primaveral que se originó de la selección en poblaciones segregantes (Camacho-Casas, Figueroa-López, Huerta-Espino, Fuentes-Dávila & Monasterio, 2003).

El experimento se condujo bajo un diseño experi­mental de bloques al azar con cuatro repeticiones. Las dosis evaluadas fueron 0 kg ha^–1, 115 kg ha^–1, 230 kg ha^–1 y 460 kg ha^–1, en forma de urea (46-00-00) fracciona­da durante la estación del cultivo y aplicada en cada riego, siguiendo la distribución de la tabla 1. No se aplicó fertilizante fosforado ni potásico, debido a que el análisis de suelo reportó cantidades consideradas suficientes para el crecimiento del cultivo (27.9 mg kg^–1 y 882 mg kg^–1 de fósforo-Bray y potasio) (Castellanos et al., 2000). El cultivo recibió cinco eventos de riegos uti­lizando agua de pozo, los cuales se realizaron cuando el suelo alcanzó una tensión de humedad de 30 kPa, de acuerdo con tensiómetros ubicados a una profundidad de 30 cm. La calidad del agua mostró una conducti­vidad de 1.28 dS m^–1, 6.98 de pH, 8 ppm de potasio y 30 mg L^–1 de N-NO₃. La cosecha del trigo se realizó a los 152 días después de la siembra (DDS), cuando el grano estuvo completamente maduro. Se midieron parámetros de rendimiento como espiguillas por es­piga, peso de 1000 granos y espigas por metro cua­drado. Adicionalmente, en tres ocasiones (41, 81 y 101 DDS) durante la mañana (8:00 h – 10:00 h) se muestreó la base del tallo de plantas y se les determi­nó la concentración de nitrato y potasio en el extracto celular. Los tallos fueron picados y el extracto se rea­lizó con una prensa para ajos. La determinación se realizó con un ionimetro portátil de fácil uso (Horiba, Kyoto, Japan). Los valores fueron graficados versus rendimiento relativo. Las concentraciones de nitratos y potasio asociadas al 90 y 100% de rendimiento relativo se denominaron rangos de suficiencia, de acuerdo con procedimiento empleado por Dow & Roberts (1982). El resto de las variables se analizó a través de regresión utilizando Minitab®.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Rendimiento y parámetros de rendimiento

La tabla 2 muestra el rendimiento, número de espigas, espiguillas por espiga y peso del grano de trigo por el efecto de la aplicación de nitrógeno. Los rendimientos obtenidos en todos los tratamientos evaluados fueron superiores a la media nacional y regional (Salinas et al., 2006; SIAP, 2012), fluctuando los valores entre 5.9 t ha^–1 y 8.7 t ha^–1. La obtención de un alto rendi­miento en el tratamiento testigo podría obedecer a la alta concentración de nitrógeno inorgánico presente en el perfil del suelo (19.7 mg kg^–1 suelo), lo que en teoría debería asumirse una cantidad de 60 kg de N disponi­ble al momento de la siembra (Castellanos et al., 2000); asimismo, la consideración de 30 mg L^–1 de nitratos en el agua de riego supone una cantidad de alrededor de 70 kg de nitrógeno en la lámina de agua de riego apli­cada durante el tiempo que duró el experimento.

La aplicación de nitrógeno incrementó en forma cuadrática el rendimiento y el número de espigas m2, sin embargo, el peso de grano y el número de espigui­llas por espiga resultaron afectadas en forma lineal (tabla 2). Según Guarda, Padovana & Delogu (2004), en trigo, el número de espigas, espiguillas por espiga y peso del grano son los parámetros que principalmente afectan el rendimiento. Dichas variables pueden ser grandemente condicionadas por la suplementación adecuada de agua de riego y condiciones ambienta­les (Elhani, Martos, Rharrabti, Royob & García, 2007; Sharma, 1994). Dichas situaciones fueron controladas en este estudio al mantener tensiones de humedad constante (30 kPa).

En este experimento, la dosis de nitrógeno de 230 kg ha^–1 resultó en un rendimiento del orden de las 8.7 t ha^–1, no obstante, incrementos de 460 kg N ha^–1 tuvieron un impacto negativo al reducir los rendi­mientos a 7.7 t ha^–1. Estos resultados están en acuerdo con aquellos obtenidos por Kirda, Derici & Schepers (2001), quienes encontraron una respuesta negativa al aplicar dosis de nitrógeno por encima de los 200 kg ha^–1. Por otro lado, dosis bajas de nitrógeno pueden inducir o determinar el estado avanzado de la fenología en el cultivo, afectando, a su vez, el inicio de la antesis y floración (Fois, Motzo & Giunta, 2009) y, en con­secuencia, el desarrollo de espiguillas se ve afectado por las condiciones avanzadas de clima cálidas del ambiente que usualmente predominan (Elhani et al., 2007; Sharma, 1994).

El número de espigas por metro cuadrado y el nú­mero de espiguillas por espiga resultaron positiva y linealmente afectadas por el incremento en las dosis de nitrógeno aplicadas (tabla 2). Investigaciones reali­zadas por Langer & Liew (1973), evaluando los efectos de variar la suplementación de nitrógeno aplicado a diferentes estados de crecimiento del cultivo de trigo, revelaron que el número de espiguillas se incremen­ta con el incremento de nitrógeno aplicado al cultivo, produciendo también un mayor número de hojas y, por tanto, afectando el rendimiento. Rodrigues, Barreneche- Lhamby, Didonet & Marchese (2007) mencionan que en cultivares actuales de trigo, el número de granos por metro cuadrado se encuentra mayormente correla­cionado con el número de granos por espiga. Aimismo, Ali et al. (2003), evaluando dosis de nitrógeno sobre el rendimiento de grano, encontraron que el rendimiento de grano depende mayormente del peso de grano y el número de espigas por metro cuadrado.

En este experimento, los rendimientos más bajos (5.9 t ha^–1) fueron precedidos por el peso del grano (48.0 g de 1000 semillas); y contrario a Ali et al. (2003), los mayores rendimientos (8.7 t ha^–1) fueron con granos de trigo con menor peso (40.7 g de 1000 semillas), lo que indica que el principal parámetro que afectó el rendimiento en este estudio fue el número de espigas por metro cuadrado y el número de espiguillas por espiga y, consecuentemente, el número de granos por metro cuadrado. Los resultados encontrados en este estudio son reforzados con la revisión de Sinclair & Jamieson (2006), quienes explican que el nitrógeno aplicado al cultivo de trigo tiene un papel importan­te sobre el desarrollo de floretes y consiguientemente con el rendimiento.

Concentración de nitratos en ECT

Las figuras 1a, 1b y 1c muestran la relación obtenida entre las concentraciones de NO₃ en ECT y el ren­dimiento relativo del cultivo de trigo a los 41, 81 y 101 DDS. Al inicio del ciclo de crecimiento, las concentra­ciones de NO₃ en el extracto presentaron los valores más altos y estuvieron en el orden de los 2000 mg L^–1 y 7000 mg L^–1. Para los 81 y 101 DDS, el decremen­to de los valores se presentó de forma pronunciada, alcanzando valores de 150 mg L^–1 NO₃ a 1000 mg L^–1 NO₃ y 200 mg L^–1 NO₃ a 475 mg L^–1 NO₃. Existen es­tudios de investigadores en los cuales se han reporta­do decrementos en la concentración de NO₃ conforme transcurre la estación de crecimiento, como el caso de los cultivos de cebada (Thompson, Ottman & Riley- Saxton, 2004) y trigo (Doerge & Ottman, 1986). En las determinaciones realizadas por estos investigadores se ha encontrado una correlación significativa entre el rendimiento y las concentraciones de NO₃ en ECT (R2 ≥ 0.70), lo que refuerza los hallazgos de este expe­rimento sobre esta herramienta de diagnóstico rápido útil para predecir los rendimientos.

Los rangos de referencia asociados al 90% – 100% del rendimiento encontrados en este estudio estuvieron en el orden de los 4000 mg L de NO₃ – 5500 mg L de NO₃, 600 mg L de NO₃ – 850 mg L de NO₃ y 400 mg L de NO₃ – 500 mg L de NO₃, para los 41, 81 y 101 DAS (tabla 3). Estos valores resultaron ser mucho más bajos que aquellos reportados por Doerge & Ottman (1986), quienes reportaron cantidades de 14 000, 11 500 y 5700 para las mismas fechas de crecimiento del cultivo.

En un estudio realizado bajo las condiciones am­bientales de Arizona USA, Thompson et al. (2004) pro­pusieron que las concentraciones críticas de N-NO₃, para el cultivo de cebada bajo riego en los estados de crecimiento de amacollo, aparición del segundo nudo y hoja bandera (47, 83 y 104 DDS), deberían ser de 400 mg L^–1, 180 mg L^–1 y 130 mg L^–1, respectivamente, las cuales convertidas a valores de NO₃ estarían en el orden aproximado de los 1770 mg L^–1, 800 mg L^–1 y 575 mg L^–1, respectivamente. Un aspecto importante a considerar es el hecho de que las concentraciones de nitratos en ECT en trigo dependen principalmente de la variedad, en especial si el objetivo es encontrar mayo­res concentraciones de proteína en la semilla de trigo (Riley, Thompson, White & Ottman, 1989). La varie­dad utilizada en este estudio es típicamente cultivada en el noroeste de México y es considerada de alto ren­dimiento, aunque usualmente se sacrifica la concen­tración de proteína en el grano (Camacho-Casas et al., 2003; Olav, 1999).

Concentración de potasio en ECT y crecimiento del cultivo

Durante el manejo de la fertilización nitrogenada, algu­nos cultivos pueden resultar afectados en su estado nu­trimental del resto de los nutrientes, como el potasio (Locascio et al., 1997). Por ejemplo, estudios realiza­dos en plántulas de cebada mostraron que la fertilización con nitrógeno en forma de NO₃ mejora la absorción e incrementa la concentración de potasio en la savia (Blevins, Hiatt & Lowe, 1974). En este estudio, la figu­ra 2 muestra la relación encontrada entre la concen­tración de potasio en ECT y el rendimiento a los 41 y 81 DDS. Los valores obtenidos en ambas fechas no tu­vieron relación con el rendimiento del cultivo (p > 0.05; R2 < 0.041). Los valores encontrados a los 41 DDS fluctuaron entre los 2700 mg L^–1 K y 3700 mg L^–1 K, mientras que a los 81 DDS estuvieron en el orden de los 4200 mg L^–1 y 6800 mg L^–1.

La medición de potasio en la fecha de los 101 DDS no se realizó debido a que superó el nivel de lectura del medidor de iones (>9900 mg L^–1 K). Con respecto a la identificación de altas concentraciones de potasio, González-Eguiarte, Alcalde-Blanco, Ortiz-Cereceres & Castillo-Morales (2000) identificaron que la absorción relativa de potasio puede ser triplicada por el cultivo de trigo a los 80 DDS en comparación con aquella que obtiene el cultivo a los 40 DDS. Lo anterior se reflejó en el presente estudio al identificar el incremento de la concentración de potasio en el ECT.

La figura 3 registra la evolución de crecimiento del cultivo expresado en altura. El cultivo presen­tó un crecimiento sigmoideo consiguiendo la ma­yor tasa de crecimiento a los 80 DDS, alcanzando valores de 1.8 cm día^–1 (figura 3b), mientras que el flujo de crecimiento más lento se presentó durante los primeros 40 DDS con tasas de 0.25 cm día^–1. Al final del estudio, los valores de altura estuvieron entre 109 cm y 123 cm, sin diferencia significativa entre los tratamientos evaluados (p > 0.05). Las tasas de creci­miento encontradas en este estudio y la altura final sin diferencia entre tratamientos fertilizados y el tes­tigo pudieron deberse a las cantidades de nitrógeno presente en el suelo desde el inicio del experimento. De acuerdo con Castellanos et al. (2000), al momen­to de la siembra y debido a la condición química, este suelo debió contener aproximadamente 60 kg de nitró­geno inorgánico; asimismo, durante los cinco eventos de riego aplicados al cultivo se depositó una cantidad aproximada de 33 kg de N-NO₃ en el agua de riego, con­siderando una lámina de riego total de 120 cm, factores a considerar al interpretar los resultados obtenidos en este estudio.

CONCLUSIONES

La respuesta en rendimiento del cultivo de trigo re­sultó mayor a dosis de 230 kg ha^–1 de N, dosis supe­riores redujeron la producción de grano. El número de espigas m2, espiguillas por espiga y peso de grano respondieron en forma lineal a las dosis de nitróge­no aplicado. Se encontró una correlación positiva entre los valores de NO₃ en el extracto celular de tallo y el rendimiento relativo en las tres fechas evaluadas. Los valores encontrados como rangos de suficiencia en NO₃ en el extracto celular de tallo, para obtener altos rendimientos, en la primera fecha de muestreo (41 DDS) resultaron ser 4000 mg L^–1 – 5500 mg L^–1, mientras que para los 81 y 101 DDS resultaron ser 600 mg L^–1 – 850 mg L^–1 y 400 mg L^–1 – 500 mg L^–1, respectivamente. No se observó relación entre el ren­dimiento del cultivo y la concentración de potasio en el extracto celular de tallo.

Agradecimientos

Se agradece infinitamente al I.A. Ramón Ernesto Qui­roz Aceves y al Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias, Centro de Investiga­ción Regional del Noroeste (CIRNO)-Caborca, por las facilidades otorgadas durante la investigación. Asimis­mo, un agradecimiento al Sr. Javier Gonzales de la Riva y al Sr. Bernabé Zavala Aragón por la asistencia técnica recibida en la toma de datos durante el experimento.

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Notas de autor

Instituto de Ciencias Agrícolas, Universidad Autónoma de Baja California (ICA-UABC). Carretera a Delta s/n, Ejido Nuevo León, Mexicali, Baja California, México, C.P. 21705. Tel.: 01 686 523 0079. Correos electrónicos: fidel.nunez@uabc.edu.mx

Información adicional

Cómo citar:: Grijalva-Contreras, R. L., Robles-Contreras, F., Macías-Duarte, R., Santillano-Cázares, J., & Núñez-Ramírez, F. (2016). Nitrógeno en trigo y su efecto en el rendimiento y en la concentración de nitratos y potasio en el extracto celular de tallo (ECT). Acta Universitaria, 26(5), 48-54. doi: 10.15174/au.2016.963