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Introducción
En México, el maíz (Zea mays L.) es el principal cereal por el volumen de producción y superficie cultivada (SIAP, 2020). En el estado de Guerrero se cultiva en diferentes condiciones edafoclimáticas y altitudes desde el nivel del mar hasta 2880 m de altitud, principalmente de temporal (95%), usando maíces nativos y mejorados (i. e. H-516, H-563; VS-535, VS-559, VS-235, H-516 y Tornado, DK-357) (González-Mateos et al., 2018), empleando densidades de 57 500 y 62 500 plantas ha-1. Sin embargo, los rendimientos son bajos (< 5 Mg ha-1) debido al ataque de plagas, enfermedades y malezas; así como, por condiciones climáticas adversas durante el ciclo del cultivo y problemas de fertilidad del suelo (Zamudio-González, Espinosa y Tadeo, 20121). De estas limitantes, la fertilidad del suelo tiene mayor influencia en el crecimiento y rendimiento, pues no siempre suministra los requerimientos nutrimentales del cultivo (Pérez-López, 2013); aunado a las dosis de fertilización inapropiadas aplicadas al suelo por los productores (Zamudio-González et al., 20121), quienes comúnmente solo aportan de uno a tres macronutrimentos primarios, escasamente adicionan macronutrimentos secundarios y rara vez micronutrimentos (González-Mateos et al., 2018). La deficiencia de estos dos últimos se ha resuelto con la fertilización foliar al cultivo o a través de enmiendas (cal, yeso y silicatos) al suelo.
Las enmiendas mejoran las propiedades químicas del suelo al actuar como correctores de problemas de acidez mediante el ajuste del pH o deficiencia de algún elemento, lo que contribuye en el estado nutrimental de las plantas (Araya, Camacho, Molina y Cabalceta, 2015; Damian-Suclupe, Gonzáles, Quiñones Terán, 2018). Aplicaciones de silicio al suelo incrementan la capacidad de intercambio catiónico y favorece la absorción de Calcio (Ca), Magnesio (Mg), Fósforo (P), Hierro (Fe), Zinc (Zn) y Molibdeno (Mo) (Araya et al., 2015), estimulando el desarrollo y rendimiento del cultivo. El silicio se convierte en ácido ortosilícico (H4SiO4) y desplaza los iones fosfato fijados por los óxidos e hidróxidos de Fe y Al, o bien, reemplaza a los fosfatos en los sitios de adsorción de las arcillas, lo que incrementa el fósforo disponible (Snyder, Matichenkov y Datnoff, 2006); Álvarez y Osorio, 2014). Estos efectos han permitido aumentar la producción en más de 10% en los cultivos de trigo (Triticum sp.), arroz (Oryza sativa L.), zanahoria (Daucus carota L.), chícharo (Paivum sativum L.) (Greger, Landberg y Vaculík, 2018), cebada (Hordeum vulgare L.), mijo (Setaria itálica L.), sorgo (Sorghum bicolor L.), caña de azúcar (Saccharum officinarum L.), algodón (Gossypium sp), soya (Glycine max L.) (Liang, Nikolic, Bélanger, Gong y Song, 2015), frijol (Phaseolus vulgaris L.), maíz (Zea mays L.) (Rohanipoor, Norouzi, Moezzi y Hassibi, 2013), pepino (Cucumis sativus L.) y jitomate (Solanum lycopersicum L.) (Cázares-Flores et al., 2022), los cuales extraen de 50 a 200 kg ha-1 de silicio (Snyder et al., 2006); destacando dos fertilizantes silicatados para uso agrícola; el silicato de calcio (CaSiO4) y el silicato de magnesio (MgSiO4) (Navarro y Navarro, 2013).
A pesar de los beneficios del Si al suelo descritos anteriormente, no se cuenta con suficientes estudios que permitan conocer los beneficios que generan en el crecimiento y rendimiento de los cultivos; asimismo, el uso intensivo de fertilizantes químicos basados en tres macronutrientes ha ocasionado que el rendimiento de maíz en el estado de Guerrero se vea afectado por la deficiencia de otros nutrientes, y que los costos de producción y daño ambiental aumenten. En este sentido, González-Mateos et al. (2018) reportaron que aplicaciones de 60 a 90 kg de N ha-1 con 65 000 plantas ha-1 en las regiones norte y centro del estado de Guerrero, se obtienen rendimientos de 8.8 a 9.7 Mg ha-1 de grano de maíz, respectivamente. Por otro lado, Turrent-Fernández et al. (2004)) registraron rendimientos de 9.4 a 10.5 Mg ha-1 con 60 a 65 kg N ha-1 en el municipio de Iguala, Guerrero. Por lo descrito anteriormente, en la presente investigación se planteó evaluar el efecto de la fertilización con nitrógeno y fósforo en combinación con silicio en los componentes de rendimiento del cultivo de maíz; bajo la hipótesis de que al menos una fórmula de fertilización y la aplicación de silicio al suelo generan un efecto en el tamaño de la mazorca y el rendimiento de grano de maíz.
Materiales y Métodos
Localización del experimento
La investigación se realizó en el ciclo otoño-invierno 2019-2020 (enero a mayo de 2020) en condiciones de riego, en el Campo Experimental Iguala del INIFAP en Guerrero, ubicado a una altitud de 740 m. El suelo en la profundidad de 0 a 20 cm presentó color gris rojizo en seco y café rojizo en húmedo, con un contenido de 27.0, 13.8, 547.2, 6640.0, 3120.0 kg ha-1 de N-inorgánico, P, K, Ca y Mg, respectivamente; textura migajón arcilloso limoso (8.3% arena, 31.7% arcilla y 60.0% limo); densidad aparente de 0.96 g cm-3; conductividad eléctrica de 0.45 dS m-1; 5.4% de materia orgánica y pH de 7.5. Durante el desarrollo del experimento en campo, el promedio de las temperaturas mínimas y máximas de enero a mayo fue de 28.5 y 34.3 °C, respectivamente; la temperatura media fue de 28.8 °C, y la humedad relativa osciló de 29 a 40%, y la precipitación fue nula durante el ciclo de evaluación.
Material vegetal
Se utilizó el maíz híbrido H-568, cuyo porte de planta es intermedio-alto (270 a 280 cm) y ciclo biológico de 125 a 130 días, tolerante al acame, con floración masculina a los 58 días y dos días después la femenina. La mazorca es cilíndrica de buena cobertura de las brácteas, tiene 15 a 20 cm de longitud con 14 a 18 hileras rectas y 31 a 40 granos por hilera de color blanco cremoso y textura dentada. Además, presenta buenas características y propiedades para la producción de elote y forraje, cumple con los parámetros comerciales e industriales para la elaboración de tortillas por el método tradicional, nixtamal-masa-tortilla. En siembras establecidas en condiciones de temporal el rendimiento de grano oscila de 5.6 a 9.5 Mg ha-1. El hibrido se adapta a la región tropical de los estados de Guerrero, Michoacán, Oaxaca, Chiapas, Nayarit, Morelos, Puebla, Veracruz y Tamaulipas, a altitudes menores de 1000 m, precipitación de 800 a 1000 mm, temperatura media de 24 a 27 °C y suelos de mediana y alta productividad (Gómez et al., 2017b).
Factores de estudio y diseño experimental
Se evaluó el efecto individual y combinado de la fertilización edáfica con dos niveles de nitrógeno (N) y fósforo (P), mediante las fórmulas de fertilización de N-P-K (90-60-00 y 60-40-00) y la fertilización con silicio (Si) usando dos fertilizantes silicatados: Fermiphos (50% Si, 25% Ca, 12% Mg) y Silifosca® (25% Si, 33% Ca) y el testigo sin Si, mediante un arreglo factorial completo 2 × 3. Cabe señalar que, ninguna fórmula de fertilización incluyó potasio, con base en la fertilización técnica (temporal: 90N-60P-00K y riego: 120N-60P-00K) recomendada para el estado de Guerrero (Gómez-Montiel y Cantú, 2017a), y del apoyo de fertilizante que entrega el Programa de Fertilizantes 2022 (96N-69P-00K) (Römheld y Kirkby, 2010). Se utilizó como fuente de N la urea (46% de N) y de P al fosfato diamónico o DAP (18% de N - 46% de P2O5). Los tratamientos se distribuyeron en un diseño experimental de bloques al azar con tres repeticiones. La unidad experimental fueron seis surcos de 20.0 m de longitud y 0.8 m de separación; la parcela útil consistió de los dos surcos centrales (la longitud de cada surco fue de 8 m) (Medina-Méndez, Alejo, Soto y Hernández, 2018).
Establecimiento y manejo del experimento
El suelo se preparó mecánicamente mediante un barbecho, rastreo y surcado. La siembra se realizó el 03 de enero de 2020, con una densidad de 150 000 plantas por hectárea (3 plantas por mata) cada 0.25 m. La fertilización al suelo fue en dos aplicaciones, la primera en la siembra incorporando todo el P y 650 kg ha-1 de Silifosca®/Fermiphos de acuerdo con el tratamiento; la segunda a los 35 días después de la emergencia (dde), aplicando todo el N. Las malezas se controlaron con Nicosulfuron (Sanson® 4 SC) a los 35 dde y manual mediante dos deshierbes. El gusano alambre (Agriotes lineatus L.) y la gallina ciega (Phyllophaga spp.) se controlaron con 7 kg ha-1 de Terbufos al 5% en la siembra. El gusano cogollero (Spodoptera frugiperda J.E. Smith) se controló con 0.750 y 0.100 L ha-1 de Clorpirifos etil y Deltametrina, respectivamente. La cosecha fue manual, después de la madurez fisiológica de la mazorca (130 días después de la siembra). El desgrane se hizo manualmente cuando el grano presentó 13% de humedad.
Variables evaluadas
Se registró el tamaño de la mazorca (longitud y diámetro) y el rendimiento de grano del cultivo. La longitud (cm) se midió con un flexómetro desde la base hasta la punta de la mazorca; el diámetro (mm), con un vernier digital Steren® (modelo HER-411) en la parte media de la mazorca; estas variables se registraron en 10 mazorcas sin brácteas (provenientes de los dos surcos centrales), y se obtuvo un promedio por repetición. El rendimiento de grano, se obtuvo mediante el peso del grano (13% de humedad) de las mazorcas, con una báscula digital RHINO® (modelo BAR-6) y se extrapoló a Mg ha-1. La información se sometió a un análisis de varianza (ANOVA) y prueba de medias (Tukey al 5%) con el programa Statistical Analysis System (SAS) versión 9.0 (SAS Institute, 2002).
Resultados y Discusión
Las variables analizadas mostraron efectos principales y simples. La fertilización con N-P-K (FF) afectó únicamente el diámetro de la mazorca; mientras que, la fertilización con silicio (FS) y su interacción FF × FS influyeron estadísticamente en las tres variables estudiadas (Cuadro 1).
Cuadro 1: Componentes del rendimiento del cultivo de maíz con su significancia estadística por efecto de la fórmula de fertilización y silicio aplicado al suelo.
Table 1: Maize crop yield components with their statistical significance due to the effect of the fertilization formula and silicon applied to soil.
| Fuente de variación | Longitud de mazorca | Diámetro de mazorca | Rendimiento de grano |
| FF | 0.5090ns | 0.0049* | 0.5260ns |
| FS | 0.0483* | 0.0001* | 0.0001* |
| FF × FS | 0.0031* | 0.0002* | 0.0011* |
| C. V. (%) | 5 | 2 | 8 |
FF = fórmula de fertilización. FS = fertilización con silicio. C.V. = coeficiente de variación. * = significativo, α ≤ 0.05. ns = no significativo, α ≥ 0.05.
FF = fertilization formula; FS = silicon fertilization; C.V. = coefficient of variation. * = significant, α ≤ 0.05; ns = not significant, α ≥ 0.05.
Efecto de la fórmula de fertilización (FF)
El diámetro de mazorca fue la única variable que mostró diferencias significativas por la fertilización N-P-K, siendo la fórmula 90-60-00 la que originó las mazorcas de mayor diámetro (Figura 1A), superiores en 2% a las cosechadas en plantas fertilizadas con 60-40-00 (37.09 mm). En el caso de la longitud (14.56 a 14.69 cm), (Figura 1B), el rendimiento de mazorca (6.43 a 6.83 Mg ha-1) y grano (5.26 a 5.56 Mg ha-1) no presentaron diferencias estadísticas (P ≥ 0.05), (Figura 1B-C1).
Figura 1: Efecto de la fórmula de fertilización edáfica en el diámetro de mazorca (A) y la longitud (B), y el rendimiento de mazorca y grano (B) de maíz H-568. Medias con la misma letra en cada variable son estadísticamente iguales, Tukey, 0.05. DMSLongitud = 0.73. DMSDiámetro = 0.81. DMSRend. mazorca = 0.66. DMSRend. grano = 0.44.
La nula respuesta del rendimiento a fertilización edáfica también ha sido reportada por Ruiz-González y Victorino-Ramírez (2015), con 60N-60P-60K y 120N-60P-60K (5.4 y 6.6 Mg ha-1), Martínez-Reyes et al. (2018) con 160N-46P-30K (5.97 Mg ha-1) y 80N-23P-15K (5.87 Mg ha-1), y por Domínguez, Studdert, Echeverría y Andrade (2001) y Cervantes-Ortiz et al. (2013) quienes no encontraron diferencias en el rendimiento, al fertilizar con diferentes niveles de nitrógeno (60 a 350 kg ha-1). En este sentido, los resultados de diversas investigaciones señalaron que la respuesta (en crecimiento y rendimiento) de las plantas a la fertilización se relaciona con la eficiencia del aprovechamiento de los nutrientes N-P-K, ya que depende del uso correcto del fertilizante en el momento de la fertilización, de la demanda nutrimental del cultivo, así como de la tecnología industrial de fabricación de los fertilizantes, para evitar pérdidas por volatilización, lixiviación, fijación, precipitación, entre otras reacciones en el suelo (Roberts, 2007; Shavit, Reiss y Shaviv, 2003; Zaman et al., 2013). Ya que una problemática es el uso inapropiado de los fertilizantes químicos, especialmente los nitrogenados que se pierden por volatilización y lixiviación (Wang et al., 2018) y en otros casos su aplicación constante (uso excesivo) afecta negativamente la absorción de otros nutrientes como Zn, Ca y K en el cultivo (Yu-kui, Shi-ling, Fu-suo y Jian-bo, 2009).
A pesar de que en la investigación no se presentaron resultados contrastantes, el efecto positivo de la fertilización al suelo en el rendimiento del cultivo de maíz ha sido documentado en diversas investigaciones (Sosa y García, 2018), donde el impacto se relaciona con las características genéticas del material vegetal, condiciones ambientales, calidad del suelo y su interacción de ambos (Turrent-Fernández y Cortez-Flores, 2005; Medina-Méndez et al., 2018). Por ejemplo, se reportó que la aplicación individual de N o P, y en forma combinada en suelos fértiles incrementó el rendimiento; sin embargo, en suelos con fertilidad media se requiere adicionar otros macronutrientes (K y Ca) y micronutrientes (Zn y B). Otra evidencia es que la fertilización estimula el desarrollo de la raíz, lo que le permite a la planta producir mayor biomasa (por la eficiencia del uso de los nutrientes), y resistir los efectos de la sequía (principalmente en la fase vegetativa) (González-Torres et al., 2016), estos resultados se han obtenido por el fraccionamiento de la fertilización en cantidad, lugar y momento (Zamudio-González et al., 2015). También, se ha indicado que existe una interacción significativa de fertilización × tipo de suelo, ya que se tienen beneficios en la disponibilidad de nutrientes (i. e. P) y en algunos casos el pH se modifica (Bautista-Cruz, Cruz y Rodríguez, 2015).
Efecto de la fertilización con silicio (FS)
La aplicación de silicio al suelo tuvo un efecto positivo en el tamaño de la mazorca (longitud y diámetro) y el rendimiento (mazorca y grano) (P ≤ 0.05). El aporte de silicio mediante Silifosca® y Fermiphos provocaron que las plantas fertilizadas con cualquier fórmula de fertilización N-P-K produjeran mazorcas con tamaños superiores en 12 a 17% en longitud, 6 a 8% en diámetro, 24 a 26% en rendimiento de mazorca y de 25 a 29% en grano, con respecto a los valores obtenidos en plantas sin fertilización con silicio (Figuras 2 A-C).
Figura 2: Efecto de la fertilización con silicio en el tamaño de la mazorca (diámetro y longitud) (A-B) y el rendimiento de mazorca y grano (C) de maíz H-568. Medias con la misma letra en cada variable son estadísticamente iguales, Tukey, 0.05. DMSLongitud = 0.73. DMSDiámetro = 0.81. DMSRend. mazorca = 0.66. DMSRend. grano = 0.44.
Los resultados favorables por la fertilización con silicio al suelo se atribuyen al incremento del intercambio de cationes, y la disponibilidad del fósforo y de otros nutrientes (K, Mg), lo que favorece el metabolismo y la fisiología de las plantas, cambios que conducen a un incremento del crecimiento y rendimiento de los cultivos (Alsar, Duskinova y Insepov, 2020).
En gramíneas, las respuestas pueden ser en términos de acumulación de compuestos fenólicos, lignina y fitoalexinas (Vieira, Araújo y da Silva, 2008); incremento de la síntesis de las enzimas peroxidasa, polifenoloxidasa, glucanasa y quitinasa; las cuales contribuyen a la lignificación de los tejidos y altura de la planta; mayor concentración de nutrientes, rendimiento y calidad nutricional (Walsh, Shafian, McClintick-Chess, Belmont y Blanscet, 2018) de los cultivos. Todos estos cambios se han reportado en condiciones ambientales favorables o situaciones de estrés de agua, salinidad y biótico (Khan et al., 2019).
En trigo, la aplicación de Si al suelo mejoró la absorción y el almacenamiento de K y Mg; asimismo, el crecimiento y rendimiento del cultivo en condiciones de salinidad (Javaid, Farooq, Akhtar, Saqib y Anwar-ul-Haq, 2019). También, Nayekova, Aubakirova, Aitlessov, Demidchik y Alikulov (2020) reportaron mayor biomasa de hojas y raíces en plántulas de cebada fertilizadas con silicio cultivadas en un suelo salino. En este sentido, la respuesta de la planta a la fertilización con silicio depende de la concentración de este elemento, de la especie vegetal y de la influencia de los factores bióticos y abióticos.
Efecto de la interacción FF × FS en los componentes del rendimiento
La fertilización conjunta con N-P-K y silicio incrementó el tamaño de mazorca y rendimiento de grano (Cuadro 1). Dicho efecto fue más evidente a medida que aumentó la fertilización con N-P-K. Las plantas fertilizadas con 90-60-00 + silicio (Silifosca® o Fermiphos) mejoraron la longitud (11 a 13%), el diámetro (8 a 10%) de mazorca N-P-K (Figura 3A, B3) y el rendimiento de grano (27 a 29%); mientras que la fertilización con 60-40-00 + silicio (Silifosca® o Fermiphos) aumentó en 12 a 24% la longitud; de 4 a 6% el diámetro y de 22 a 28% el rendimiento de grano, en comparación con plantas fertilizadas con ambas fórmulas sin silicio (Figura 3 y 4).
La limitada respuesta de las variables a la fórmula de fertilización también fue observada por Ruiz-González y Victorino-Ramírez (2015) y Martínez-Reyes et al. (2018), quienes no encontraron respuesta del rendimiento de grano a las fórmulas de fertilización N-P-K (60-60-60, 80-23-15, 120-60-60 y 160-46-30) aplicadas al suelo. Asimismo, Domínguez et al. (2001) y Cervantes-Ortiz et al. (2013) no encontraron diferencias en el rendimiento del cultivo de maíz, al fertilizar con diferentes niveles de nitrógeno (60 a 350 kg ha-1) en condiciones de campo. Por otro lado, la respuesta favorable a la aplicación de silicio se atribuye a la existencia de un doble efecto en el sistema suelo-planta.
Aunque en esta investigación no se determinaron parámetros anatómicos y fisiológicos, se tiene evidencias de que el Si refuerza la capacidad de almacenamiento y distribución de los carbohidratos en la planta para su crecimiento y producción (Adress et al., 2015; Yang et al., 2017). Así como, la autoprotección contra el ataque de plagas y enfermedades, y de las condiciones climáticas desfavorables; al estimular el desarrollo y la actividad de estructuras poliméricas en cutículas, tricomas y fitolitos en la superficie de las hojas, ya que el silicio participa como ácido monosilícico en la savia del xilema, y forma gel de sílice en las paredes celulares (Taiz y Zieger, 2006).
En el suelo, el Si mejora la retención y disponibilidad del agua, además de mantener los nutrimentos disponibles para la planta (Rivera et al., 2010). En este sentido, el efecto positivo de la aplicación de Si en el rendimiento del cultivo de maíz, se ha relacionado con el sinergismo del Si con otros nutrientes en el suelo (P y K) y las dosis altas y medias de fertilización N-P-K; facilitando su absorción (200 a 350 kg ha-1 de Si) por la planta; además, incrementa la tasa fotosintética (Pilon, Soratto y Moreno, 2013; Wang, Wang y Gao, 2015; Gao et al., 2018). Al respecto, Detmann et al. (2012) reportaron que la aplicación de silicio aumentó la eficiencia de la fertilización al suelo, principalmente el uso del nitrógeno por la planta. Sin embargo, esta respuesta es más visible en cultivos (i. e. caña de azúcar, arroz) que son fertilizados con altas dosis de N (Moreno-Seceña et al., 2016). Los principales aspectos que se favorecen en los cultivos son la formación de una capa de sílice (sílice amorfo hidratado, SiO2 NH2O) en células epidérmicas, estomas y tricomas, plantas más altas con mayor número de tallos, follaje (materia fresca y seca) y tasa fotosintética, y presencia de hojas más erectas (Legarda-López, Benavidez y Ruiz, 2015); así como, disminución de daños por plagas y agentes patógenos, y el acame del tallo de la planta (Castellanos-González, de Mello y Silva, 2015). Es importante mencionar que los beneficios del Si en la planta pueden ser nulos por la deficiencia de uno o más nutrientes (i. e. N, P, K, Ca, S, B, Fe, Mn), (Guntzer, Keller y Meunier, 2012), que solos o en conjunto disminuyen de 10 a 30% el rendimiento del cultivo (Silva, Moraes y Melo, 2010).
Conclusión
Los resultados de esta investigación permiten concluir que el incremento de la fórmula de fertilización con N-P-K tuvo impactos mínimos y no constantes en el tamaño de la mazorca de maíz, únicamente modificó el diámetro de mazorca. Pero, la aplicación de Si mediante Silifosca® o Fermiphos combinada con la fertilización N-P-K favoreció el aumento en el tamaño (longitud y diámetro) de la mazorca, así como, en el rendimiento de grano, obteniendo los mejores resultados (longitud 11%; diámetro 10%; rendimiento 29%) con el mayor nivel (90-60-00) de fertilización N-P-K y la adición de Silifosca®. La fertilización con N-P-K complementada con la adición de Si al suelo, mejora el rendimiento del cultivo de maíz en las condiciones edafoclimáticas de Iguala, Guerrero, México.
Disponibilidad de Datos
Los conjuntos de datos utilizados o analizados durante este estudio están disponibles a través del autor correspondiente previa solicitud razonable.
Contribución de los Autores
Conceptualización: J.E.S.L. Metodología: O.M.A.O. Validación, J.E.S.L., y C.A.H.G. Análisis formal: O.M.A.O., y J.E.S.L. Investigación: O.M.A.O., y C.A.H.G. Escritura, preparación del borrador original: O.M.A.O., y C.A.H.G. Escritura, revisión y edición: J.E.S.L., C.A.H.G., y M.E.R. Análisis estadístico: O.M.A.O., y J.E.S.L. Supervisión: J.E.S.L., C.A.H.G., y M.E.R.
