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Introducción
El maíz (Zea mays L.) es el cultivo más importante en México, su grano se produce en primavera-verano y otoñoinvierno en temporal, punta de riego y riego (SIAP, 2007). Se siembran casi 7.5 millones de ha, que representan 33% de la superficie agrícola nacional; el estado de México contribuye con 7.1% de ésta y es una de las siete entidades principales que concentran 64.5% de la producción total. Se ha estimado que su potencial de producción es de 52 millones de t, de las cuales 28 millones serían factibles de lograr en el corto plazo con el uso de tecnología de producción, variedades y prácticas de cultivo adecuadas (Turrent, 2009).
La densidad de población (D) es el factor de manejo más importante para lograr mayores rendimientos en maíz (Tollenar y Lee, 2011); un aumento en D incrementa el rendimiento de grano cuadráticamente (Hashemi et al., 2005; Stanger y Lauer, 2006; Novacek et al., 2013; Novacek et al., 2014), pero más allá de la óptima éste disminuye debido a mayor esterilidad, menos granos por mazorca y menor peso de grano (Daynard y Muldoon, 1983; Tetio y Gardner, 1988; Hashemi y Herbert, 1992). El efecto de D sobre el rendimiento depende del potencial del material genético (Sarlangue et al., 2007). Se ha reportado que los híbridos de maíz en D alta producen más grano (Bavec y Bavec, 2002; Sangoi et al., 2002; Tollenaar y Lee, 2011). Por lo anterior, es deseable identificar materiales con características agronómicas sobresalientes en Valles Altos del Estado de México.
Materiales y métodos
Descripción del área de estudio
Este trabajo se estableció en primavera- verano de 2013 en El Cerrillo Piedras Blancas (L1), Mina México (L2) y Rancho Tiacaque (L3), pertenecientes a los municipios de Toluca, Almoloya de Juárez y Jocotitlán, respectivamente (Cuadro 1).
Material genético
Se evaluaron diez cultivares de maíz recomendables para siembra comercial en los Valles Altos del centro de México; ocho híbridos y dos criollos colectados en la región Toluca- Atlacomulco, en el estado de México. Sólo se conoce el origen genético de cuatro de los ocho híbridos y de ambos criollos (Cuadro 2).
Densidad de siembra
Se consideraron 104 167 (D1), 78 125 (D2) y 62 500 (D3) plantas ha-1, correspondientes a distanciamientos entre plantas de 12, 16 y 20 cm, respectivamente.
Diseño experimental y tamaño de la parcela
Se empleó una serie de experimentos en espacio en un diseño experimental de bloques completos al azar con tres repeticiones por ensayo en un arreglo de parcelas divididas;en la parcela grande se asignaron las densidades de población (D) y en la chica los cultivares (C); ésta última constó de tres hileras de 6 m de longitud, separadas a 0.8 m (14.4 m2).
Descripción del trabajo
La preparación mecánica del suelo consistió en barbecho y dos pasos de rastra. La siembra manual se realizó el 16,18 y 30 de abril de 2013 en El Cerrillo (L1), Mina México (L2) y Tiacaque (L3), respectivamente. En L1 y L2 se aplicaron dos riegos: 10 días antes de la siembra y el 13 de abril; en L3 se efectúo el 04 de mayo. En las tres localidades se utilizaron 140N-90P-50K. El fósforo y el potasio se siembra y 50% con la segunda escarda. Se utilizaron urea (46%), superfosfato de calcio triple (46%) y cloruro de potasio (60%).
La maleza se controló con Gesaprin C90 (Atrazina: 6-Cloro-N2-etil-N4-isopropil-1, 3, 5-triazina-2,4-diamina, 1.6 kg ha-1) y Hierbamina (2, 4-D: Sal dimetilamina del ácido 2,4-diclorofenoxiacético; 1.5 L ha-1), en L1 se aplicó el 22 de mayo y el 12 de junio, en L2 se asperjó el 12 de junio y en L3 se hizo el 2 de junio. La cosecha se realizó en el mes enero de 2014 (L1) y el 29 (L2) y 22(L3) de diciembre de 2013.
Variables registradas
En seis plantas elegidas con competencia completa en el surco central de la parcela útil se registró alturas de mazorca y planta (AM y AP, medidas en cm desde el suelo hasta la inserción de la mazorca principal o a la lígula de la hoja bandera), longitud de mazorca (LM, medida en cm de la base a su punta), diámetro de mazorca (DM, medida en cm, en su parte media), número de hileras (NH), pesos de olote y de grano por planta (PO y PGP, en g), granos por planta (NGP), peso volumétrico del grano (PVG, g L-1), índice de prolificidad (IP, cociente entre mazorcas y plantas registradas en la parcela) y rendimiento de grano (RG, t ha-1). Ambas floraciones (DFM y DFF) se determinaron con todas las plantas de la parcela útil. Los procedimientos y las unidades de medición empleadas en el registro de datos están descritos en CIMMYT (1995); González et al. (2008).
Análisis estadístico
Se realizaron los análisis de varianza, la comparación de medias con la prueba de Tukey (p= 0.05) y los análisis de correlación lineal simple, estos últimos como un prerrequisito para el uso de la técnica multivariada. Las salidas se obtuvieron con el sistema para análisis estadístico (SAS, versión para Windows 6.01).
Los procedimientos algebraicos fueron descritos por Martínez (1988). Con los 10 cultivares y con las 13 variables se hizo un análisis de componentes principales. Antes de obtener el biplot con SAS los datos fueron estandarizados y sometidos a la descomposición de valores singulares en la forma como lo sugirió Sánchez (1995). La gráfica del puntuaciones de los dos primeros componentes principales (González et al., 2010).
Resultados y discusión
Análisis de varianza
Las tres localidades causaron variabilidad fenotípica significativa (p= 0.01) en ambas floraciones (DFM y DFF), en ambas alturas (AP y AM), en la mayoría de las dimensiones de la mazorca (LM, NHM, PGP, NGP) y en rendimiento de grano (RG). En otros estudios se ha documentado que el Valle Toluca-Atlacomulco, en el Estado de México, es muy heterogéneo en suelos, temperaturas, precipitación e incidencia de heladas y granizo (Reynoso et al., 2014; Rodríguez et al., 2015; Franco et al., 2015).
Estas y otras componentes ambientales dificultan la identificación de cultivares y materiales experimentales sobresalientes, y causan confusión en los programas de generación, aplicación, validación y transferencia de tecnología en campos de productores. En este sentido es deseable explorar a través de años y localidades para la elección de sitios donde sea posible obtener mayores rendimientos de grano por unidad de superficie, ya que la mayoría de los ensayos se han efectuado en pocas localidades de un solo año y no ha sido posible identificar materiales que presenten mínima interacción genotipo*ambiente y que muestren estabilidad fenotípica (González et al., 2007; González et al., 2008; González et al., 2010).
La densidad de población (D) es uno de los factores tecnológicos que más ha contribuido al incremento de la productividad en maíz; para cada sistema de producción hay una que maximiza el rendimiento de grano (Sangoi et al., 2002; Tollenaar y Lee, 2011). En diversas investigaciones se ha estudiado la interrelación que existe entre ésta con PGP (Rossini et al., 2012; Van Roekel y Coulter, 2012; Manfield y Mumm, 2013; Antonieta et al., 2014), LM o PVG (Cervantes et al., 2015).
Actualmente en el centro del estado de México la D comercial para criollos e híbridos destinados a la producción de grano varía de 50 000 a 75 000 plantas ha-1. En el contexto anterior, la D causó variabilidad fenotípica significativa en LM, diámetro de mazorca (DM), peso de olote (PO), peso volumétrico del grano, PGP, NGP y RG (Cuadro 3). La búsqueda de D óptimas económicas es deseable para optimizar insumos y para disminuir los costos de producción en el cultivo de maíz pero en esta región mexiquense son escasos este tipo de trabajos (Rodríguez et al., 2015; Reynoso et al., 2014). En otras regiones se ha observado que el mayor rendimiento de grano se obtiene sembrando entre 30 000 y 90 000 plantas ha-1 (Sangoi et al., 2002; Tollenaar y Lee, 2002).
LM= longitud de mazorca; DM= diámetro de mazorca; NHM= número de hileras de la mazorca; PO= peso de olote; PVG= peso volumétrico del grano; PGP= peso de grano por planta; NGP= número de granos por planta; RG= rendimiento de grano; ns = no significativo; * y **= significativo al 0.05 y 0.01, respectivamente; L= localidad; R= repeticiones dentro de L; D= densidad de población, C= cultivares; FV= fuente de variación; GL= grados de libertad; CV= coeficiente de variación; DFM= floración masculina; DFF= floración femenina; AP= altura de planta; AM= altura de mazorca; IP= índice de prolificidad.
Cuadro 3 Cuadrados medios y significancia estadística de los valores de F.
Entre cultivares de maíz se detectaron diferencias altamente significativas (p= 0.01) en las 13 variables evaluadas. Este hecho subraya la existencia de amplia diversidad en el material genético considerado (Cuadro 3). En esta región de Valles Altos del Centro de México la diversidad y divergencia genética que existe en los maíces nativos e introducidos de otras regiones geográficas está relacionado principalmente con cinco razas: Amarillo Arrocillo, Cacahuacintle, Cónico, Chalqueño y Palomero Toluqueño, aunque de éstas sólo Cónico y Chalqueño predominan extensivamente.
La mayoría de los híbridos de las empresas privadas o de algunos centros de investigación nacional usan germoplasma del CIMMYT, particularmente de los grupos heteróticos A y B que incluyen otro tipo de razas, las cuales han contribuido al incremento de la variabilidad genética en maíz (González et al., 2007; González et al., 2008; Reynoso et al., 2014).
Con relación a las interacciones entre los tres factores en estudio la más importante fue localidades*cultivares (Cuadro 3), ya que ésta originó variabilidad fenotípica importante en 12 de las 13 variables analizadas. Este tipo de variabilidad está muy vinculada a la interacción genotipo*ambiente y a los estudios de estabilidad fenotípica. Rodríguez et al. (2005); González et al. (2010); Reynoso et al. (2014); Franco et al. (2015); Rodríguez et al. (2015), entre otros, comentaron que ésta interacción causa confusión en la estimación de parámetros genéticos, reduce la respuesta a la selección y dificulta la identificación de material biológico sobresaliente.
Cuando hay interacción localidades*cultivares significativa es deseable darle mayor importancia a los maíces con mejor adaptación a un ambiente específico con el propósito de incrementar la productividad (González et al., 2010; Rodríguez et al., 2015). Tollenaar y Lee (2011) comentaron que el incremento en la productividad de maíz en Estados Unidos de América fue de 1.5 a 9.5 t ha-1 desde 1930 hasta 2008.
Estos se atribuyen principalmente a las mejoras que se han logrado con el fitomejoramiento y en las prácticas agronómicas, la liberación de híbridos con mayor tolerancia al estrés, al incremento de la densidad de población, mayor uso de fertilizantes inorgánicos, mejoras prácticas para el control de malezas y fechas de siembra más tempranas, entre otros, han sido los principales factores que han causado una mayor ganancia genética.
Los hechos anteriores sugieren la réplica de este tipo de estudios en tiempo y en espacio, debido a que la heterogeneidad ambiental que afecta los ensayos de rendimiento es uno de los factores no tecnológicos que también originan variabilidad fenotípica importante en los maíces de los Valles Altos del Centro de México.
Efecto de las localidades
La producción de grano en las tres localidades fue estadísticamente similar: los promedios para Cerrillo (L1), Tiacaque (L2) y Mina México (L3) fueron de 8.91, 8.38 y 8.02 t ha-1 (media de 8.43 t ha-1). No obstante lo anterior, en L1 se registraron los mayores valores para ambas floraciones e índice de prolificidad, en L2 se registraron las mayores alturas de planta y mazorca, longitud de mazorca, número de hileras de la mazorca y peso de olote; en L3 se favoreció más la expresión fenotípica del diámetro de la mazorca, del peso volumétrico del grano, del peso de grano por planta y del número de granos por planta (Cuadro 4).
Las medias con la misma letra dentro de cada columna son estadísticamente iguales (Tukey, p= 0.05). DFM= floración masculina; DFF= floración femenina; AP= altura de planta AM= altura a la mazorca; IP= índice de prolificidad; LM= longitud de mazorca; DM= diámetro de mazorca; NHM= número de hileras por mazorca; PO= peso de olote; PVG= peso volumétrico del grano; PGP= peso de grano por planta; NGP= número de granos por planta; RG= rendimiento de grano.
Cuadro 4 Comparación entre localidades.
Sin embargo, lo anterior no compensó la diferenciación en rendimiento de grano por ha porque los problemas de humedad fueron compensados con riegos de auxilio. En el año 2013 se registro 535, 827 y 455 mm de lluvia en L1, L2 y L3, respectivamente; 50, 39 y 34% ocurrió en pre-floración y el resto en post-floración.
Las temperaturas para L1, L2 y L3 (13.9, 13.3 y 13.8 °C) y sus máximas durante el ciclo del cultivo fueron similares (28.2, 27.7 y 27.6 °C) (Figura 1). Aun cuando los valores difieren significativamente de los mostrados en el Cuadro 1, las deficiencias en lluvia que hubo en dos de las tres localidades fueron compensadas con dos riegos de auxilio, por lo que no hubo problemas de humedad durante las etapas críticas del crecimiento y desarrollo de los maíces que contribuyeran a una diferenciación importante entre sitios de prueba.
Figura 1 Precipitación y temperaturas máximas y mínimas diarias durante el ciclo de crecimiento del cultivo en El Cerrillo, Mina México y Tiacaque. Las flechas representan las fechas de siembra, floración y cosecha.
En el Cuadro 1 también se muestra que las tres localidades difieren en su localización geográfica, en altitud, tipo de clima, pH, textura y contenido de materia orgánica, como fue confirmado por otros autores (Torres et al., 2011; Franco et al., 2015) pero su efecto sobre la producción de grano en los tres sitios no fue significativo.
En otros estudios conducidos en el Valle Toluca- Atlacomulco, en el Estado de México, se obtuvieron producciones de grano promedio para localidades de 6.36, 5.96 y 8.23 t ha-1 (González et al., 2008; Reynoso et al., 2014; Rodríguez et al., 2015).
Densidades de población (D)
El incremento de la D no originó variabilidad fenotípica significativa en las floraciones masculina y femenina, en las alturas de planta y mazorca, en índice de prolificidad y en número de hileras de mazorca, pero en el resto de las variables si hubo. Los rendimientos de grano a 62 500 (D1), 78 125 (D2), 104 161 (D3) plantas ha-1 fueron de 7.25, 8.03 y 10.03 t ha-1, las dos primeras (diferencia de 15 625) difirieron significativamente de la tercera. Oyervides et al. (1990); Cervantes et al. (2015) observaron que la densidad de plantas modifica la expresión fenotípica de la floración y la altura de planta en líneas de maíz.
Lashkari et al. (2011); Cervantes et al. (2015) encontraron que la longitud y el diámetro de mazorca disminuyen a medida que la densidad de población aumenta; también se reportaron diferencias en hileras de la mazorca (Hashemi et al., 2005).
Cervantes et al. (2015) no encontraron diferencias significativas a 90 000, 100 000 y 110 000 plantas ha-1. El número y el peso de grano por planta disminuyeron (Rossini et al., 2012; Sangoi et al., 2002; Hasemi y Herbert, 1992) y el rendimiento de grano fue mayor cuando aumentó la densidad de plantas (Van Roekel y Coulter, 2011; Antonietta et al., 2014; Cervantes et al. 2015). Lo anterior, explica que a través del tiempo, el mejoramiento genético en maíz ha logrado incrementar el rendimiento de grano por superficie a densidades altas sin cambios, en el NGP (Duvick, 1997). Los híbridos liberados recientemente son dependientes de la densidad de población y responden en forma parabólica cuando se aumenta más allá de la óptima (Echarte et al., 2000; Sangoi et al., 2002; Sarlangue et al., 2007; Tollenaar y Lee, 2011). El RG se incrementa un máximo probablemente en aumentos posteriores en el número de plantas pueden reducir marcadamente el rendimiento (Andrade et al., 1996).
Los mayores promedios en longitud, diámetro, hileras y peso de olote por mazorca, así como en pesos de grano por planta (PGP) y número de granos por planta se observaron en D1 y ésta difirió significativamente de D3, excepto en PGP. Sin embargo, esta superioridad no se reflejó en mayor producción de grano (Cuadro 5). La diferencia entre D1 y D3 (2.78 t ha-1) se explica por el mayor número de plantas (41 661).
Las medias con la misma letra dentro de cada columna son estadísticamente iguales (Tukey, p= 0.05). DFM= floración masculina; DFF= floración femenina; AP= altura de planta AM= altura a la mazorca; IP= índice de prolificidad; LM= longitud de mazorca; DM= diámetro de mazorca; NHM= número de hileras por mazorca; PO= peso de olote; PVG= peso volumétrico del grano; PGP= peso de grano por planta; NGP= número de granos por planta; RG= rendimiento de grano.
Cuadro 5 Comparación entre densidades de población.
Este valor compensó la disminución que hubo en los componentes primarios del rendimiento causada por mayor competencia de luz, agua, espacio y nutrientes que se manifestó a 104 161 plantas ha-1. El uso de altas densidades de plantas causa disminución en el rendimiento de grano y en el tamaño de la mazorca, debido que estimula la dominancia apical, induce esterilidad femenina y disminuye el número de granos por mazorca y de mazorcas ha-1 (Sangoi et al., 2002).
Rodríguez et al. (2015) evaluaron los efectos que causaron cinco densidades de población en ocho cultivares de maíz sembrados en tres localidades del Valle de Toluca, en el Estado de México y observaron que hubo un incremento de 1.06 t ha-1 cuando se varió de 52 083 a 104 167 plantas ha-1. La respuesta al incremento en la densidad de población depende del tipo de cultivar, de los sitios de evaluación y de su interacción, entre otros (Sangoi, 2002; Tollenaar y Lee, 2011).
Rodríguez et al. (2015) eligieron como sitios de evaluación El Cerillo, San Andrés y San Mateo y el único material común fue H-40. En otros estudios se concluyó que la densidad de población óptima varió de 10.3 a 13.7 plantas m-2 (Sangoi et al., 2002), valores superiores a los evaluados en el presente estudio.
Cultivares de maíz
IC 2010 fue el más tardío (106 y 108 días) y HIT-9 el más precoz (91 y 93 días). El intervalo promedio de sincronía floral para híbridos y criollos fue de cuatro días. En otros estudios se ha concluido que el mejoramiento genético ha contribuido a una mejora en la sincronía floral de los nuevos materiales de maíz, lo cual tiene fuertes implicaciones en mayor tolerancia a altas densidades de población (Andrade et al., 1996); un corto intervalo en éste en altas densidades podría ser un indicador confiable que los híbridos presentarán tolerancia a varios tipos de estrés (Anaus et al., 2011).
Tollenaar (1992) registraron un incremento en la prolificidad de los híbridos por el mejoramiento genético, a partir de un aumento en la tasa de acumulación de materia seca por planta en etapa de floración y mayor tasa de crecimiento por planta. Para PO y PVG los híbridos tuvieron mayores valores en comparación con los criollos, HID-15 tuvo mayor peso de olote (22.32 g) y P204 W más peso volumétrico del grano (802.39 g).
Tlacotepec y HID-15 sobresalieron en peso de grano por planta (147.5 y 140.66 g). El NGP fue mayor en HIT 9 (449) y HID-15 (446) y ambos difirieron de los otros cultivares. La respuesta de los híbridos evaluados en este estudio con relación al rendimiento de grano, va acorde con la tendencia de que los híbridos superan en rendimiento de grano a los criollos, como Amarillo Lomas y Tlacotepec (Vafias et al., 2006; González et al., 2008).
Los 10 cultivares se agruparon en dos niveles de productividad: P204W fue el más sobresaliente (10 t ha-1), H-40, AS-723, ASMJ9082, P804W, HID-15 y IC-2010 tuvieron rendimientos de grano similares (entre 8.4 y 9.66 t ha-1). Amarillo Lomas, Tlacotepec y HIT-9 tuvieron producciones de grano inferiores estadísticamente a las del grupo anterior (Cuadro 6, Figura 2). Los resultados anteriores están relacionados con el origen genético y geográfico del material biológico. H-40, HID- 15, HIT-9 y IC-2010 están formados por líneas del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y otras de la raza Cónico pertenecientes a instituciones de investigación de México, como el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) y el Instituto de Investigación y Capacitación Agropecuaria, Acuícola y Forestal del Estado de México (ICAMEX).
Las medias con la misma letra dentro de cada columna son estadísticamente iguales (Tukey, p= 0.05). DFM= floración masculina; DFF= floración femenina; AP= altura de planta AM= altura a la mazorca; IP= índice de prolificidad; LM= longitud de mazorca; DM= diámetro de mazorca; NHM= número de hileras por mazorca; PO= peso de olote; PVG= peso volumétrico del grano; PGP= peso de grano por planta; NGP= número de granos por planta; RG= rendimiento de grano.
Cuadro 6 Promedios aritméticos para 10 cultivares de maíz.
En otros estudios conducidos en la región central de México se ha observado mejora en el incremento del rendimiento de grano y en otras características de planta y mazorca de los nuevos híbridos, lo cual ha contribuido a mejorar su adaptabilidad, particularmente cuando se cruzan líneas del CIMMYT con líneas de Cónico o Chalqueño (González et al., 2008; Torres et al., 2011; Reynoso et al., 2014; Rodríguez et al., 2015).
Aun cuando se desconoce el origen genético y geográfico de AS-MJ9082, AS-723, P804W y P204W se infiere que éstos podrían estar formados por líneas del CIMMYT, debido a que se agruparon con el otro subconjunto de híbridos que tienen en común al menos a uno de sus progenitores (Figura 2).
Amarillo Lomas y Tlacotepec, colectados en la región Toluca-Atlacomulco, en el estado de México, fueron evaluados como materiales forrajeros por Franco et al. (2015), ambos fueron clasificados como Cónico o Cónico- Chalqueño, respectivamente. Los rendimientos de grano en algunos criollos de ambas razas, sembrados en el centro mexiquense, varían de 6.55 a 7.5 t ha-1 (González et al., 2008) o de 7.77 9.25 t ha-1 (Rodríguez et al., 2015).
Wellhausen et al. (1951) destacaron que en la región Toluca-Atlacomulco existen cultivares que pertenecen a Cacahuacintle, Cónico, Chalqueño y Palomero Toluqueño, pero que la segunda y la tercera son las que predominan en más de 85% de su superficie sembrada.
La superioridad de los híbridos que pertenecen al grupo 1 se atribuye principalmente a la correlación positiva y significativa que éstos presentaron con ambas floraciones, con hileras y longitud de mazorca, con pesos volumétrico del grano y del olote, con número de granos por planta, índice de prolificidad y rendimiento de grano. Por el contrario, ambos criollos sólo presentaron superioridad en ambas alturas y en peso de grano por planta y diámetro de mazorca (Figura 2).
La alta correlación que hubo entre rendimiento de grano y número de granos por planta (NGP), índice de prolificidad (IP), número de hileras (NH) y peso de olote (PO) ha sido reportada en otros trabajos (Sangoi et al., 2002; Maddonni et al., 2006; Van Roekel y Coulter, 2011; Antonieta et al., 2014).
En otros estudios realizados en el centro del estado de México se observó que H-40 produjo 7.78 y 8.59 t ha-1 (González et al., 2008; Rodríguez et al., 2015), promedios inferiores al registrado en el presente estudio (9.19 t ha-1). Velázquez et al. (2005) registraron rendimientos entre 3.6 y 11.1 t ha-1 en varias localidades del centro de México, con una media de 7.17 t ha-1; ellos también comentaron que H-40 es recomendable para siembra comercial en riego y buen temporal en los estados de Hidalgo, Puebla, Querétaro, Tlaxcala y Estado de México (entre 2 200 y 2 500 msnm).
Conclusiones
En las tres localidades se registraron producciones de grano estadísticamente iguales. La diferencia entre la mayor y la menor de las tres densidades de población, con la misma fórmula de fertilización, fue de 2.78 t ha-1 en 104 161 plantas ha-1 se registró 10.03 t ha-1. Con P204W se obtuvo 10 t ha-1, pero éste no difirió estadísticamente de IC 2010, AS-MJ9082, H-40 y AS-723. El análisis de componentes principales explicó 65.94% de la variación total original; la mayor producción de grano por unidad de superficie en el material genético anterior se explica por la alta correlación que hubo entre RG, IP, PO y NGP. Este trabajo puede ser considerado como base para caracterizar otros híbridos en altas densidades de población.
