Introducción
El nitrógeno es un nutriente fundamental que influye significativamente en el crecimiento de los cultivos, la duración del área foliar y la fotosíntesis. Estas características son cruciales para que cultivos como el girasol (Helianthus annuus L.) aumenten su rendimiento de semilla por unidad de superficie.
En México, la producción de girasol se concentra en varios estados, con una superficie cultivada y una producción que, si bien existe, puede ser optimizada mediante la evaluación de cultivares en diferentes localidades y el manejo adecuado del fertilizante nitrogenado. Estas estrategias son clave para incrementar la producción de biomasa y el rendimiento de este cultivo.
El nitrógeno, siendo el factor de crecimiento más importante después del agua, impacta tanto la cantidad como la calidad de la producción vegetal. Favorece el crecimiento vegetativo, la expansión del área foliar y la tasa fotosintética. La urea es la principal fuente de nitrógeno utilizada como fertilizante a nivel mundial, y su aplicación al suelo es la práctica más común. Sin embargo, la persistencia de la urea en el terreno puede llevar a pérdidas de nitrógeno por volatilización de amonio (NH3), reduciendo su eficiencia nutricional. Estas pérdidas son una causa principal de la baja eficiencia de algunos fertilizantes amoniacales.
Para mitigar estas pérdidas, se han desarrollado fuentes de fertilización de liberación lenta que suministran nitrógeno de manera continua durante la estación de crecimiento del cultivo. Estas fuentes ofrecen ventajas significativas sobre las convencionales, incluyendo una liberación de nitrógeno prolongada, una menor lixiviación de nitratos en el agua del suelo y una reducción en las pérdidas de nitrógeno por volatilización y desnitrificación. Adicionalmente, los inhibidores de la ureasa retrasan la conversión de urea a amonio, disminuyendo la volatilización del amoníaco y resultando en fertilizantes estabilizados con resultados satisfactorios en diversos cultivos sin afectar negativamente las propiedades biológicas del suelo.
La tasa de asimilación neta (TAN) es un indicador de la eficiencia del follaje, que actúa como la principal fuente de fotoasimilados para la producción de materia seca. Este índice mide la velocidad de la fotosíntesis neta en un período determinado, y se calcula a partir de los cambios en el área foliar y el peso seco de la planta.
El rendimiento de un cultivo como el girasol es el resultado de la interacción de varios componentes, principalmente relacionados con su fase reproductiva. Estos incluyen el número de capítulos por unidad de superficie, el número de frutos desarrollados en el capítulo y el peso individual de los frutos. Dada la naturaleza de especie con un capítulo único, el número de capítulos por unidad de superficie depende de la capacidad de las plantas para desarrollar esta inflorescencia, mientras que el número de frutos llenos por capítulo está determinado por la fertilización de las flores y su posterior desarrollo en semilla, evitando el aborto.
Las aplicaciones de fertilizante nitrogenado en cultivares de girasol, especialmente en diferentes ambientes, han demostrado incrementar la producción de biomasa, el rendimiento de semilla por metro cuadrado, el número de semillas, el tamaño del capítulo, el peso de 100 semillas y el porcentaje de semillas llenas. Sin embargo, la información sobre la fertilización de esta oleaginosa con urea de liberación lenta, que potencialmente podría aumentar el rendimiento de semilla por unidad de superficie, es limitada.
Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar la tasa de asimilación neta, el rendimiento y sus principales componentes en dos cultivares de girasol, en respuesta a dos tipos de urea (común y de liberación lenta) y a tres dosis de nitrógeno, en tres localidades del Estado de México.
Materiales y Métodos
Condiciones Generales del Área de Estudio
La investigación se llevó a cabo durante el año 2012 en tres localidades del Estado de México: Toluca, Balderas y Chalco. Se detallan las características geográficas y climáticas de cada sitio:
- Toluca: Ubicada a 19° 24' N, 99° 54' O, y a una altitud de 2611 msnm. Presenta un clima templado subhúmedo con lluvias en verano y escasa precipitación invernal. La precipitación media anual es de 900 mm y la temperatura media anual es de 12.8 °C. La concentración inicial de nitrógeno inorgánico en el suelo fue de 51.3 kg ha-1.
- Balderas: Localizada a 18° 39' N, 99° 31' O, y a 2600 msnm. Su clima es templado subhúmedo con lluvias en verano, registrando 1205 mm de precipitación media anual y una temperatura promedio anual de 14.6 °C. La concentración inicial de nitrógeno inorgánico en el suelo fue de 50.7 kg ha-1.
- Chalco: La concentración inicial de nitrógeno inorgánico en el suelo fue de 47.8 kg ha-1.
En las tres localidades, la concentración inicial de nitrógeno inorgánico en el suelo se determinó mediante el método de Kjeldahl.
Estructura del Experimento de Campo y Material Genético
En cada localidad, el área experimental se organizó en parcelas de cuatro surcos, con un ancho de 0.80 m y una longitud de 5 m. La parcela útil experimental se delimitó a los dos surcos centrales, excluyendo 0.5 m de cada extremo de los surcos para minimizar efectos de borde.
Los 36 tratamientos resultaron de la combinación de cuatro factores:
- Factor A (Localidades - L): Los tres sitios experimentales (Toluca, Balderas y Chalco).
- Factor B (Cultivares - C): Dos cultivares de girasol: Victoria (material genéticamente mejorado) y Periquero (material criollo).
- Factor C (Urea - U): Dos tipos de urea: urea común y urea de liberación lenta.
- Factor D (Dosis de Urea - D): Tres niveles de nitrógeno: 40, 80 y 120 kg N ha-1.
El diseño experimental empleado fue de bloques completos al azar con tres repeticiones para cada sitio experimental.
Conducción del Experimento
La investigación se realizó bajo condiciones de secano. En cada localidad, se efectuaron labores de barbecho, rastreo y surcado. La siembra fue manual, depositando tres semillas por mata. Tras la germinación, se realizó un aclareo para dejar una sola planta por mata, manteniendo una distancia de 0.3 m entre plantas, lo que resultó en una densidad de 41,667 plantas ha-1.
La siembra se realizó en fechas próximas: 28, 29 y 30 de mayo de 2012 en Toluca, Balderas y Chalco, respectivamente.
La fertilización nitrogenada se aplicó según los tratamientos establecidos. La urea común se suministró en dos partes: la mitad al momento de la siembra y la otra mitad durante la escarda. La urea de liberación lenta se aplicó completamente al momento de la siembra.
Adicionalmente, en todas las unidades experimentales se incorporaron 90 kg P2O5 ha-1 mediante la aplicación de superfosfato de calcio triple (46 % P2O5).
El control de malezas se realizó manualmente y con azadón. No se aplicaron insecticidas ni fungicidas durante el ciclo del cultivo.
Variables de Estudio
Las variables evaluadas se dividieron en dos etapas:
Al inicio de floración:
- Número de hojas verdes (NHV): Se seleccionaron cinco plantas por tratamiento de la parcela útil, se contó el número de hojas verdes completamente expandidas y se calculó el promedio.
- Área foliar (AF): Las hojas de las plantas muestreadas se midieron utilizando un integrador de área foliar Li-Cor 3100. Se determinó el promedio y se expresó en decímetros cuadrados (dm²).
- Índice de área foliar (IAF): Esta variable se calculó a partir del área foliar y el número de plantas por metro cuadrado, utilizando la siguiente relación:
IAF = AF / (DP * AS)
donde DP es la densidad de plantas y AS es el área sembrada. - Tasa de asimilación neta (TAN): Se determinó con base en el área foliar y el peso seco de la planta, mediante la siguiente fórmula:
TAN = ( (PS2 - PS1) / (log(AF2) - log(AF1)) ) * (1 / (t2 - t1))
donde PS2 y PS1 son los pesos secos (final e inicial), AF2 y AF1 son las áreas foliares (final e inicial), log representa el logaritmo natural del área foliar, y t2 y t1 son los tiempos correspondientes (valor final e inicial). Esta variable se expresó en g dm⁻² d⁻¹ (gramos por decímetro cuadrado por día).
A la cosecha:
- Área de capítulo (AC): Se midió el diámetro de la inflorescencia en dos sentidos (vertical y horizontal) con una regla, se promedió y se expresó en cm. Con este dato, el área del capítulo se calculó mediante la fórmula: AC = Π * r², donde Π = 3.1416 y r es el radio del capítulo.
- Biomasa (BIO): Se determinó sumando la materia seca de tallo, hojas e inflorescencia. Las muestras se secaron en una estufa de aire forzado a 60 °C hasta peso constante y se expresaron en gramos (g).
- Peso de cien semillas (PCS): Se contaron y pesaron 100 semillas, expresando el valor en gramos (g).
- Rendimiento de semilla (REN): Se pesó la semilla (excluyendo la vana) de los cinco capítulos muestreados, se promedió y se expresó como rendimiento de semilla en g m⁻² (gramos por metro cuadrado).
- Índice de cosecha (IC): Se calculó como la relación entre el rendimiento de grano y la biomasa total (sin considerar la raíz), expresándose en forma decimal.
Análisis Estadístico
Se realizó un Análisis de Varianza (ANDEVA) combinado, integrando los cuatro factores de estudio (localidades, cultivares, tipo de urea y dosis de nitrógeno). Las medias de los tratamientos se compararon utilizando la prueba DSH (Diferencia Significativa Honesta) con un nivel de significancia de p≤0.05, según Steel y Torrie (1992), empleando el software SAS (SAS Institute, 2004).
En el caso de las interacciones, la prueba DSH se aplicó siguiendo las metodologías de Gomez y Gomez (1984), considerando N como el número total de observaciones, t el número de niveles del factor, n el tamaño de la muestra de cada nivel del factor, CME el cuadrado medio del error, qt,Nt la distribución del rango estudentizado en los parámetros t grupos y N-t grados de libertad, y α como el nivel de significancia.
Adicionalmente, se calculó la regresión lineal simple para determinar la relación entre el rendimiento de semilla y la tasa de asimilación neta.
Resultados y Discusión
Análisis de Varianza
El análisis de varianza, presentado en el Cuadro 1 (no incluido en el texto proporcionado), reveló diferencias significativas entre las localidades, los cultivares, los tipos de urea y las dosis de nitrógeno para varias de las variables estudiadas. Se observaron efectos significativos en la mayoría de las variables analizadas, con algunas excepciones notables:
- Variables sin efecto significativo en cultivares y urea: NHV (Número de hojas verdes), IAF (Índice de área foliar), TAN (Tasa de asimilación neta), BIO (Biomasa), AC (Área de capítulo) y PCS (Peso de cien semillas).
- Variables sin efecto significativo en dosis: NHV, AC y PCS.
Las interacciones dobles mostraron significancia estadística en diversas combinaciones de factores:
- Localidad por Cultivar (L×C): Significativa para IAF, TAN, BIO e IC.
- Localidad por Urea (L×U): Significativa para NHV, BIO e IC.
- Localidad por Dosis (L×D): Significativa para NHV, IAF, TAN y BIO.
- Cultivar por Urea (C×U): Significativa para IAF y TAN.
- Cultivar por Dosis (C×D): Significativa para AC, PCS y REN.
- Urea por Dosis (U×D): Significativa para IAF, TAN y REN.
Las interacciones triples y la cuádruple no resultaron significativas para ninguna de las variables evaluadas.
Los coeficientes de variación (CV) obtenidos en el estudio fueron bajos, oscilando entre 8.8 % (para PCS) y 22.1 % (para AC), lo que indica una buena precisión y confiabilidad en los datos experimentales.
Comparación de Medias
El análisis de medias reveló diferencias importantes entre las localidades en cuanto al rendimiento del girasol:
- En Chalco, el girasol presentó un rendimiento superior, alcanzando 732.0 g m⁻².
- En Toluca, el rendimiento fue considerablemente menor, registrando 285.9 g m⁻².
- En Balderas, el rendimiento se situó en 467.0 g m⁻².
Esta diferencia en rendimiento entre localidades se atribuye, en gran medida, a la mayor tasa de asimilación neta (TAN) observada en Chalco, que fue de 0.89 g dm⁻² d⁻¹.
En cuanto a los cultivares, Victoria demostró ser superior a Periquero:
- El cultivar Victoria obtuvo un rendimiento promedio de 508.2 g m⁻².
- El cultivar Victoria presentó un índice de cosecha de 0.33.
- Victoria superó a Periquero en rendimiento en un 5.1 % y en índice de cosecha en un 11.76 %.
Respecto al tipo de urea, la urea común resultó ligeramente más efectiva en términos de producción de grano:
- Con urea común se alcanzó una producción promedio de grano de 508 g m⁻².
- Esta cifra fue un 5.2 % superior a la obtenida con urea de liberación lenta.
La dosis de nitrógeno que proporcionó los mejores resultados fue la más alta evaluada:
- La dosis de 120 kg N ha⁻¹ fue la más favorable en este estudio.
- Esta dosis resultó en un rendimiento promedio de 541.5 g m⁻².
Relación entre Tasa de Asimilación Neta y Rendimiento
Se concluye que la tasa de asimilación neta (TAN) tuvo un impacto positivo y significativo en el rendimiento de semilla de girasol. El análisis de regresión lineal simple confirmó esta relación:
y = 217.8 + 308.2 (x)
donde:
- y representa el rendimiento de semilla (g m⁻²).
- x representa la tasa de asimilación neta (g dm⁻² d⁻¹).
- El coeficiente de determinación (r²) fue de 0.69**, indicando un ajuste significativo del modelo.
La ecuación significa que por cada unidad de incremento en la tasa de asimilación neta, el rendimiento de semilla aumenta en 308.2 g m⁻². Esto subraya la importancia de optimizar las condiciones que favorecen una alta eficiencia fotosintética y asimilación de nutrientes para maximizar la producción de girasol.
Palabras Clave
Helianthus annuus L., fertilización nitrogenada, urea con polímero, índice de cosecha, tasa de asimilación neta, rendimiento de semilla.
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