elocation-id: e3686
El diseño técnico del riego por gravedad representa la oportunidad para el ahorro de agua y es una opción en condiciones de escasez para mejorar la producción del cultivo de maíz. El objetivo de este trabajo consistió en evaluar el efecto de tres condiciones de manejo de humedad en las variables agronómicas de híbridos de maíz blanco para los Valles Altos del Centro de México. El diseño experimental consistió en un arreglo factorial de 10 híbridos (G1-G10) bajo tres condiciones de humedad (H), riego tradicional (H1), riego tecnificado (H2) y secano (H3) en un diseño de tres bloques completos al azar, establecidos en la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán, de la Universidad Nacional Autónoma de México en Cuautitlán Izcalli, Estado de México. La media general del rendimiento de grano fue de 8.28 t ha-1 con utilidad del agua de 1.5 kg m-3; bajo el riego tradicional presentó 7.9 t ha-1 y 1.2 kg m-3, el riego tecnificado con 8.6 t ha-1 y 1.4 kg m-3, en secano 8.26 t ha-1 y 1.8 kg m-3, respectivamente. El híbrido CUXI PUMA resultó con la mayor productividad (9.95 t ha-1 y 1.7 kg m-3). Bajo el riego tecnificado se presentó el rendimiento mayor, no obstante, bajo secano, los híbridos mostraron utilidad del agua mayor. En condiciones de restricción de agua conviene producir maíz bajo secano debido a que el riego no incrementó significativamente el rendimiento, esto se esperaría en condiciones edáficas y climáticas similares a las de este experimento.
Zea mays, productividad marginal del agua, secano.
En el país, el método de riego por gravedad predomina en la agricultura bajo riego (Flores-Gallardo et al., 2014; Mendoza-Pérez et al., 2016) y se vislumbra que su uso siga predominando en los próximos años (Shmulik, 2023), pues se aplica en más del 80% de la superficie irrigada. Este método de riego se aplica en el cultivo de maíz (Mendoza-Pérez et al., 2016) y actualmente comprende más del 85% de la superficie sembrada de este cultivo bajo irrigación.
La naturaleza del riego por gravedad implica baja eficiencia por los tiempos de oportunidad diferidos a lo largo de los surcos, idealmente, el tiempo de traslado debe ser del 25% del tiempo total de riego, lo que se controla con el caudal aplicado por surco (Rosano-Méndez et al., 2001; Mendoza-Pérez et al., 2016; Prado-Hernández et al., 2017).
La producción de maíz bajo riego en México, por la superficie sembrada, consume cerca del 40% del agua destinada a la agricultura, por lo tanto, las acciones de tecnificación del riego en este cultivo representan un impacto en la seguridad hídrica y alimentaria, pues se trata del cultivo principal en el país y su riego presenta eficiencias bajas en el uso del agua a nivel parcelario. En ese sentido, el manejo eficiente del riego en el maíz propicia un aporte a la agricultura sostenible (Flores-Gallardo et al., 2014; Inzunza-Ibarra et al., 2018; Guzmán-Luna et al., 2023).
La tecnificación del riego se aplica en el cultivo de granos como el maíz por su amplia distribución en México y porque es el principal insumo de la alimentación en el país (Inzunza-Ibarra et al., 2018; Tadeo-Robledo et al., 2022a; Guzmán-Luna et al., 2023).
El rendimiento del maíz es sensible al déficit de agua en el suelo en la etapa de la floración femenina, y es susceptible cuando se establece bajo secano, ya que la disponibilidad de agua es de forma aleatoria. El riego tradicional emplea observaciones cualitativas para determinar el momento del riego, así también es susceptible a un déficit durante la etapa crítica (Rosano-Méndez et al., 2001; Flores-Gallardo et al., 2014), en cambio, bajo el riego tecnificado se identifica la evolución de la humedad en el suelo para regar de forma oportuna (Prado-Hernández et al., 2017).
En el contexto actual de escasez de agua en los sistemas de irrigación y falta de autosuficiencia en producción de maíz que limitan la seguridad hídrica y alimentaria (Guzmán-Luna et al., 2023), es necesario realizar estudios de las condiciones hídricas relacionadas con la producción de grano de maíz. En este contexto, el objetivo del estudio fue definir el desempeño de 10 híbridos de maíz bajo tres condiciones de manejo de la humedad. La hipótesis consistió en que, si se tecnifica el riego, entonces, al menos en un híbrido se reduce la cantidad de agua aplicada sin afectar negativamente el rendimiento de grano e incrementando el uso del agua.
El experimento se realizó en el ciclo agrícola primavera-verano del año 2022 en el campo experimental (Rancho Almaraz) de la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán (FES-C) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), en Cuautitlán Izcalli, Estado de México, ubicado a 2 253 msnm en las coordenadas 19° 41’ 48” latitud norte y 99° 11’ 36” longitud oeste.
En la FES-C, UNAM las normales de precipitación y temperatura media son 647 mm y 15.4 °C. Durante el experimento se presentaron 462 mm y 16.6 °C, respectivamente. La evapotranspiración del cultivo, estimada en 342 mm a partir del enfoque del coeficiente del cultivo, no superó la precipitación observada, en cambio la evapotranspiración real a partir del lisímetro de pesada fue de 514 mm. La estimación de los requerimientos se realizó a partir del balance hídrico diario donde se consideró la precipitación.
El suelo en Cuautitlán es predominantemente franco arcilloso, presenta conductividad hidráulica alta (Ks= 3.4 cm h-1), humedad aprovechable (HA) de 10.4%, punto de saturación de 46%, densidad aparente de 1.11 g cm-3, baja pedregosidad (<1%) y buena fertilidad como un efecto residual de las aplicaciones anuales.
El agua para el riego proveniente de la presa Guadalupe, se aplicó en los surcos empleando sifones en los tratamientos tradicional y tecnificado, donde la pendiente topográfica en sentido longitudinal fue de 0.2% y separación de 0.8 m. En el tratamiento de riego tradicional se aplicaron en total 207.5 mm en dos riegos, cuando las plantas mostraron síntomas de marchitamiento foliar. Para el riego tecnificado, las láminas de riego se definieron a partir del balance hídrico diario y se aplicaron en total 165 mm en dos riegos. El gasto y tiempo de riego se identificaron con el algoritmo de Rigrav 3.0 desarrollado por Rendón et al. (2017).
El software se alimentó con datos de las características del suelo en la profundidad 0-0.3 m, la humedad inicial se determinó con el medidor de humedad de suelo TDR-350 spectrum, el contenido de humedad a saturación identificado en laboratorio, la conductividad hidráulica medida con infiltrómetro de disco y la succión del frente de mojado a partir de los valores tabulados reportados por Rendón et al. (2017); Prado-Hernández et al. (2017).
La conductividad hidráulica, el punto de saturación y la succión del frente de mojado se calibraron como lo indican Rendón et al. (2017). Además, el software se alimentó con los parámetros calibrados del modelo de infiltración a partir de evaluaciones de las fases del riego que se realizaron en la misma parcela. El procedimiento de evaluación y diseño se realizó con base en Rosano-Méndez et al. (2001); Flores-Gallardo et al. (2014).
Las características del suelo para el riego tecnificado resultaron con un contenido de humedad inicial de 0.07 cm3 cm-3, contenido a saturación 0.51 cm3 cm-3, capacidad de campo 0.26 cm3 cm-3, conductividad hidráulica 3.3 cm h-1 y succión del frente de mojado de 83 cm. La lámina de riego de diseño de 10.3 cm a los surcos de 65 m con 0.2% de pendiente longitudinal. El caudal unitario resultó de 4.1 L s-1 m-1 y con el ancho de surco de 0.8 m el caudal aplicado fue 3.2 L s-1 m-1 con el tiempo de riego de diseño de 46.9 min.
El caudal aplicado a los surcos se controló por medio de sifones de polietileno de dos pulgadas, previamente calibrados en laboratorio, en los que se estableció la carga necesaria para aportar el caudal requerido durante el tiempo de riego que resultó del diseño.
El diseño experimental se conformó a partir del factor genotipo (G) con 10 genotipos de maíz (G1-G10), cinco híbridos trilineales obtenidos en la UNAM: TSIRI PUMA (Tadeo et al., 2016), TLAOLI PUMA (Tadeo-Robledo et al., 2022 a), ATZIRI PUMA (Tadeo-Robledo et al., 2022 b), IXIM PUMA y CUXI PUMA, tres generados en el CEVAMEX-INIFAP, dos híbridos trilineales: H-49 AE (Espinosa-Calderón et al., 2022) y H-53 AE; un híbrido de cruza doble: H-50 (Espinosa-Calderón et al., 2003), un híbrido trilineal experimental 246 x 242 x MIA46 y la variedad Cedillo. Todos son materiales para la región agroecológica de los Valles Altos de México.
En varios de estos materiales, en su conformación, cuentan con fuente de germoplasma del material latente, generado por el ingeniero Gilberto Palacios de la Rosa (Espinosa-Calderón et al., 2003; Villalobos-González et al., 2023). El otro factor fue el manejo de humedad (H) con riego tradicional (H1), riego tecnificado (H2) y secano (H3). El experimento factorial en bloques completos al azar se estableció con tres repeticiones, la combinación de los niveles de los factores 10G x 3H resultó con 30 tratamientos y 90 parcelas elementales. Los tratamientos completos se aleatorizaron en cada bloque en unidades experimentales (UE) de 5 m de longitud y 0.8 m de ancho.
El maíz se sembró el 13 de junio de 2022 de forma manual ajustando a una densidad de 70 000 plantas ha-1. El contenido de humedad volumétrico presentó 9.2%, al día siguiente de la siembra se presentó lluvia, por lo que no se aplicó riego, y presentó humedad del 12%, cuatro días después de la siembra (dds) la humedad se incrementó a 24.8% (promedio de una muestra sistemática de 16 observaciones con el TDR 350 spectrum).
La fertilización edáfica fue con la fórmula 80-40-00 en una sola aplicación utilizando urea y fosfato diamónico granulados. Las arvenses se controlaron con dos aplicaciones a los cinco y 40 dds con la mezcla atrazina (2 kg ha-1), S-metolaclor (1 L ha-1) y mesotrione (1.5 L ha-1).
Se determinaron con la medición de variables en campo, la altura de planta (AP) y de mazorca (AM). En la cosecha, 190 dds se colectaron todas las mazorcas de cada parcela experimental, para obtener su peso de campo (PC). Se tomó una muestra de cinco mazorcas al azar de cada UE para caracterizarlas y realizar las determinaciones de laboratorio.
En el laboratorio se caracterizaron las mazorcas a partir de su longitud (LM) medida con flexómetro, su diámetro (DM) obtenido con un vernier, número de hileras (HM), número de granos por hileras (GH), contando manualmente, granos por mazorca (GM) con el producto HM x GH. El rendimiento (REN) se determinó por medio de la fórmula: REN= (P*MS*%G*FC)/8600. Donde; P= peso de las mazorcas cosechadas en la UE, en kg; MS= porcentaje de materia seca, se determinó restando el contenido de humedad al peso del grano húmedo; %G= porcentaje de grano, se obtuvo pesando el grano de las cinco mazorcas desgranadas y relacionándolo con el peso de las mazorcas con olote; FC= factor de conversión, se determina con el cociente de la superficie de una hectárea entre el tamaño de la UE en m2; 8 600= constante para estimar el rendimiento con humedad del 14%.
El uso del agua (UA) se determinó con la fórmula: UA=REN/L. Donde: REN= rendimiento de grano en kg y L= lámina de agua que ingresó en cada tratamiento, calculada con la suma de la precipitación más la lámina de riego aplicada. El análisis de varianza y la revisión de sus preceptos se realizó en el Software SAS 9.0 (SAS Inc., 2002) para conocer el efecto e interacciones de los factores (p< 0.05), con el mismo nivel de significancia se condujeron las pruebas de medias por efectos simples o interacciones empleando el método de Tukey.
El factor genotipo presentó efecto altamente significativo (p< 0.01) en AP y AM, DM, HM, GM, REN y UA y efecto significativo en GH. El factor humedad solamente presentó efecto estadístico altamente significativo en uso del agua (Cuadro 1). Los resultados en este sentido son similares al trabajo de Mendoza-Pérez et al. (2016) en un estudio sobre el manejo de la humedad en experimentos con maíz. La interacción de los factores se presentó con efecto estadístico altamente significativo para AM e HM; además, el efecto fue estadísticamente significativo para DM y GM.
* = p≤ 0.05; **= p≤ 0.01; REN= rendimiento de grano; AP= altura de planta; AM= altura de mazorca; LM= longitud de mazorca; DM= diámetro de mazorca; HM= hileras por mazorca; GH= granos por hilera; GM= granos por mazorca; UA= uso del agua; G= genotipo; H= humedad; GxH= interacción genotipo por humedad; CV= coeficiente de variación.
El rendimiento promedio de grano fue de 8.28 t ha-1 y el uso del agua fue de 1.5 kg m-3, se destaca que el rendimiento fue sobresaliente, no así el uso del agua, ya que fue menor al que reportaron Robaina et al. (2015) de 1.7 kg m-3 y López-Hernández et al. (2019) de 1.8 kg m-3. No obstante, el uso del agua fue próximo a 1.6 kg m-3 reportado como valor óptimo por Inzunza-Ibarra et al. (2018).
Las medias generales de las variables evaluadas fueron menores a las que reportaron Alonso-Sánchez et al. (2023), para híbridos evaluados en los Valles Altos bajo punta de riego, donde la precipitación superó los 669.5 mm que presentó el tratamiento con mayor disponibilidad de agua de este estudio.
En los resultados con valores medios menores, también está implicado el efecto de la humedad de secano, debido a que el déficit de agua limita la expresión de los híbridos como lo reportaron Castellanos et al. (2019); Alonso-Sánchez et al. (2022). Los coeficientes de variación fueron homogéneos y se relacionan con el control experimental (Cuadro 1).
El uso del agua fue mayor en secano con 1.8 kg m-3 como una respuesta a la disponibilidad menor de agua y rendimiento aceptable, en cambio, el riego tradicional presentó el uso de agua menor con 1.2 kg m-3, lo que propició una menor producción de grano con relación al volumen de agua, lo que se relaciona con el manejo empírico del riego donde se presentan pérdidas de agua como lo refieren Rosano-Méndez et al. (2001) y Mendoza-Pérez et al. (2016).
El mejor uso del agua en los híbridos evaluados se presentó bajo secano, debido a que esta variable presenta una respuesta diferencial no lineal para los gradientes de disponibilidad de humedad, por lo que existe un uso máximo para una cantidad óptima de agua, lo que matemáticamente corresponde con el valor de la pendiente máxima de una función que relaciona el rendimiento y la cantidad de agua total empleada.
El rendimiento de grano en los tres tratamientos no presentó diferencia estadística y fue similar en los tres casos a la media nacional de maíz bajo riego que se reporta con un valor de 8.7 t ha-1 (SIAP, 2024). El menor rendimiento fue bajo el riego tradicional con 7.96 t ha-1 y representó una diferencia de 0.63 t ha-1 con respecto al rendimiento mayor 8.6 t ha-1 expresado bajo el riego tecnificado, la diferencia sólo fue de 0.34 t ha-1 entre el tecnificado y secano (8.26 t ha-1); estos resultados son similares a los que reportaron Fernández-Ortiz et al. (2022) donde destacaron los resultados de riego respecto al manejo bajo secano.
El rendimiento de grano bajo secano no fue diferente estadísticamente a los otros tratamientos, en cambio, el volumen de agua total fue inferior, lo que coincide con lo reportado por Montesillo-Cedillo (2016), donde la producción de maíz bajo secano presentó un menor costo social y ambiental en términos de agua.
Los resultados de riego coinciden con lo que reportaron Rosano-Méndez et al. (2001) donde el riego tecnificado no presentó diferencia estadística, pero fue superior en hasta 0.3 t ha-1 con respecto al riego convencional, además de representar un ahorro de agua del 37%. En este trabajo, la diferencia en lámina fue de 42.5 mm lo que representó un ahorro del 6.4% de agua al aplicar tecnificación. Flores-Gallardo et al. (2014) encontraron diferencia cuando aplicaron riego por gravedad tecnificado en maíz con respecto al riego por gravedad tradicional, en este caso, se aplicaron variantes de manejo como el riego mediante surcos alternos, lo que mejoró los indicadores de eficiencia parcelaria. La relevancia de estos resultados para los Valles Altos permite tomar decisiones informadas sobre la tecnificación del riego de uno de los principales cultivos de la región.
Las medias entre genotipos presentaron diferencias estadísticas como efecto simple en algunas variables. La AP fue mayor en la variedad Cedillo con 2.2 m, en cambio, el híbrido ATZIRI PUMA presentó la altura menor con 1.85 m. El número mayor de granos por hilera lo presentó el híbrido H-50 (34 granos) (Cuadro 2).
El rendimiento de grano y uso del agua se comportaron de forma similar al ser variables con relación directa. Las medias mayores las presentaron los híbridos IXIM PUMA y H-50, ambos con 9.9 t ha-1 y 1.7 kg m-3, en cambio, la variedad Cedillo, presentó 5.8 t ha-1 y 1 kg m-3. La mayor productividad que se presentó en el estudio fue superior al valor óptimo que reportaron Inzunza-Ibarra et al. (2018) y se relaciona con el potencial productivo de los híbridos IXIM PUMA y H-50 en los Valles Altos como lo reportaron Espinosa-Calderón et al. (2022).
Algunas variables como el número de granos por hilera se correlacionan de forma positiva con el rendimiento y por lo tanto con el uso del agua. Las diferencias que se presentaron entre los híbridos se deben a su conformación genética y a las condiciones que prevalecieron en el experimento como una expresión genotipo-ambiente (Fernández-Ortiz et al., 2022).
La interacción significativa híbrido por manejo de humedad la presentó la mayor altura de mazorca (1.4 m) con la variedad Cedillo bajo secano, característica sobresaliente de esta variedad para condiciones de baja disponibilidad de agua, en cambio, el híbrido ATZIRI PUMA presentó la menor altura de mazorca (72 cm) bajo condiciones de riego tecnificado, lo que representa una ventaja, pues en condiciones de riego, si las plantas son altas, presentan mayor susceptibilidad al acame cuando el suelo se humedece como también lo reportaron Alonso-Sánchez et al. (2022).
El número de hileras por mazorca fue superior (18 hileras) para el híbrido trilineal experimental (246 x 242) x MIA46 bajo riego tradicional, en cambio, fue menor para el mismo híbrido en riego tecnificado (12 hileras). Esta respuesta indica un comportamiento diferencial para este híbrido según la disponibilidad de humedad. El diámetro de mazorca fue superior (4.9 cm) para el H-50 bajo secano y el menor fue (4 cm) para el híbrido trilineal experimental con riego tecnificado, esta respuesta contraviene los diámetros mayores en condiciones de riego que reportaron Castellanos et al. (2019) para híbridos de maíz del Bajío.
Las interacciones de las variables del Cuadro 3 se relacionan con la cantidad total de agua que ingresó en cada tratamiento y su determinación al interactuar con los genotipos (Alonso-Sánchez et al., 2023). Las interacciones no presentaron significancia en el rendimiento y uso del agua de los híbridos, lo que indicó su estabilidad en la producción cuando se someten a gradientes de disponibilidad de humedad en el mismo ambiente como también lo reportaron Mendoza-Pérez et al. (2016); sin embargo, los diferenciales de manejo del agua representan una oportunidad para reducir la cantidad de agua en el caso de los híbridos bajo riego, lo cual se debe verificar con más investigaciones relacionadas al riego deficitario empleando los mismos genotipos, de ser posible.
La producción de híbridos en condiciones de secano representa una oportunidad para la producción sustentable de alimentos (Alonso-Sánchez et al., 2022) debido a que el uso de presas o pozos es nulo.
[i] AM= altura de mazorca; HM= hileras por mazorca; DM= diámetro de mazorca; HM= hileras por mazorca; DSH= diferencia significativa honesta; RC= riego convencional; RT= riego tecnificado y SEC= secano. Las medias con la misma letra dentro de las columnas de cada variable respuesta son iguales estadísticamente (Tukey, p< 0.05).
Los resultados de esta investigación podrían ser referencia para otros trabajos encaminados a contribuir a la seguridad hídrica y alimentaria de la producción de maíz, con la finalidad de identificar genotipos tolerantes a condiciones de déficit hídrico en un escenario de resiliencia a la variabilidad climática.
Los híbridos evaluados mostraron estabilidad en el rendimiento ya que algunos comparten progenitores en su estructura genética, a excepción de la variedad Cedillo que presentó el rendimiento más bajo. El cultivo de maíz bajo secano sigue siendo la opción con la cual se obtiene buena productividad, siempre que se tengan genotipos tolerantes a condiciones hídricas adversas.
En condiciones similares a las de este trabajo, resulta ser una alternativa para reducir los consumos de agua por riego y emplearla para otros usos, como el agua para consumo humano. Los híbridos no presentaron reducción en rendimiento respecto al riego convencional, en este experimento, teniendo en cuenta las condiciones edáficas, climáticas y de los genotipos.
Este trabajo fue financiado por el programa de apoyo a proyectos de investigación e innovación tecnológica (PAPIIT) clave: IA105122 y PAPIIT IT200122, de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGPA)-UNAM.
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