Ubicación y clima de los sitios experimentales

Se condujeron dos experimentos en la zona de Tetla de la Solidaridad, Tlaxcala, y uno en la zona de Montecillo, Estado de México. Las coordenadas geográficas y las condiciones climáticas de los sitios experimentales se muestran en el Cuadro 1. De igual modo, la distribución de lluvia y la temperatura media registrados en los sitios experimentales se presentan en las Figuras 1 y 2.

Figura 1 Precipitación y temperatura media (T° med) mensuales durante el ciclo del cultivo en los sitios experimentales de Tetla 1 (T1) y Tetla 2 (T2), Tlaxcala de enero 2022 a enero 2023. VE: etapa de emergencia, V1-V(n): etapa vegetativa desde la primera hasta n hojas liguladas, VT: espiga totalmente abierta, R1-R6: desarrollo completo del grano hasta madurez fisiológica, Fert: fertilización única en la primera labor. 

Figura 2 Precipitación y temperatura media (T° med) mensuales registradas durante el ciclo del cultivo en el sitio experimental Montecillo (M), Estado de México en 2022. VE: etapa de emergencia, V1-V(n): etapa vegetativa desde la primera hasta n hojas liguladas, VT: espiga totalmente abierta, R1-R6: desarrollo completo del grano hasta madurez fisiológica. 

Material genético

El material genético empleado en el sitio T1 fue maíz nativo de grano color morado y en el sitio T2 maíz de grano multicolor (rojo, amarillo, morado y blanco), pertenecientes al productor de Tetla de la Solidaridad, Tlaxcala. En el sitio Montecillo (M) se usó el híbrido Promesa del Colegio de Postgraduados.

Tratamientos y diseño experimental

Los tratamientos de N se definieron con base en la recomendación regional y fueron complementados con fertilización fosfórica y potásica. Las dosis evaluadas fueron 0-0-0, 90-40-40 y 120-40-40 kg ha^-1 en el sitio T1 y 0-0-0, 70-40-40 y 100-40-40 kg ha^-1 en los sitios T2 y M ^{(María et al., 2003}; ^{Zamudio et al., 2017)}. El N se aplicó como sulfato de amonio (20.5 % N); el fósforo como fosfato diamónico (18 % N + 46 % P₂O₅) en el sitio T1 y como superfosfato de calcio triple (46 % P₂O₅) en los sitios T2 y M; el potasio se aplicó como cloruro de potasio (60 % K₂O). Los tratamientos de fertilización se aplicaron en su totalidad a los 21 días después de la siembra (dds) en el sitio T1, 22 dds, en el sitio T2 y 39 dds en el sitio M, distribuido en banda al fondo del surco. El diseño experimental fue bloques completos al azar con cuatro repeticiones en los sitios T1 y T2 y tres repeticiones en el sitio M. La unidad experimental consistió de cuatro surcos de 10 × 0.85 m. La parcela útil consideró los dos surcos centrales en cada repetición.

Establecimiento de los experimentos

La fecha de siembra de los experimentos estuvo supeditada al inicio de temporal: en el sitio T1 ésta fue el 9 de mayo, en el sitio T2 el 9 de junio, y en el sitio M el 22 de junio de 2022 (Figuras 1 y 2). En los sitios T1 y T2, la siembra fue mecanizada (sembradora) a una distancia de 22 cm entre plantas y 85 cm entre surcos, y manual en el sitio M con distancias de 85 cm entre surcos y 50 cm entre matas, depositando dos y tres semillas por mata. El control de malezas fue manual en los sitios T2 y M; mientras que, en el sitio T1 se realizó aplicación de Gesaprim (i.a., Atrazina 455, 2.5 L ha^-1) en pre-emergencia y Focus (i.a., Carfentrazone etil + 2,4-D, 1 L ha^-1) en post-emergencia. En el sitio M hubo presencia de gusano cogollero (Spodoptera frugiperda), que se controló con Spinoteram (100 mL ha¹) y tres aplicaciones vía drench de Diazinon (1.5 L ha^-1) contra gallina ciega (Phyllophaga spp.).

Análisis de suelo

El muestreo de suelo fue sistemático en rejilla a una profundidad de 20 cm ^{(Etchevers-Barra y Padilla-Cuevas, 2016)}, considerando una muestra compuesta de seis submuestras en cada bloque experimental (102 m²). Los parámetros analizados fueron: pH en agua, relación 1:2 (p/v); conductividad eléctrica (CE) en suspensión 1:5 (p/v); materia orgánica por Walkley y Black; fósforo Olsen; K, Ca, Mg y Na intercambiables, utilizando acetato de amonio 1N pH 7; textura por Bouyoucos; micronutrientes (Fe, Cu, Mn y Zn) extraídos con DTPA pH 7.30; y nitrógeno inorgánico, utilizando KCl 2N ^{(Etchevers-Barra, 1992)}. Los resultados del análisis de suelo de cada sitio experimental se muestran en los Cuadros 2 y 3.

Análisis de planta

El muestreo para análisis de planta (rastrojo) y grano fue en madurez fisiológica. Este consistió en tomar dos plantas completas (sin raíz) en competencia homogénea de cada surco central. Para grano, se eligieron ocho mazorcas de tamaño promedio de las mazorcas cosechadas. El grano y la planta fueron cortados en trozos pequeños, se colocaron en bolsas de papel de estraza y fueron secados por aire forzado a 70 °C en horno (Heraeus, Hanau, Alemania) hasta obtener peso seco constante. Las muestras se molieron en molino de canicas (Spex Mixer-Mill 8000, Metuchen, New Jersey, USA) con malla No. 30 (0.59 mm). Se analizó nitrógeno total en grano (Ng) y rastrojo (Nr) por el método semimicro-Kjeldahl modificado para incluir nitratos ^{(Bremner, 1965)}.

Variables de estudio

Las variables medidas fueron: rendimiento de grano al 14 % de humedad (Mg ha^-1) ^{(González-Mateos et al., 2018)} corregido por el grano dañado ^{(Aguilar-Ávila y ÁvalosGutiérrez, 2013)}, rendimiento de rastrojo seco (Mg ha^-1) y densidad de población observada (D) ^{(CIMMYT, 2012)}, concentración de nitrógeno en grano (Ng) y rastrojo (Nr); y con base en el rendimiento y los valores de Ng y Nr, la extracción de N por grano (Eg) y rastrojo (Er) (kg N ha^-1). El aporte de N por la materia orgánica del suelo se consideró como la extracción total (Eg + Er) realizada por el tratamiento sin N aplicado ^{(Meisinger et al., 2008)}. Para expresar el N aportado por cada punto porcentual de materia orgánica del suelo, la extracción total de N se dividió entre el porcentaje de MO observado en cada sitio experimental. La eficiencia de aprovechamiento del nitrógeno (EAN) se determinó por diferencia ^{(Sánchez, 2021)}:

Donde E (N): cantidad de N total extraído por la planta (rastrojo + grano) del tratamiento con N aplicado (kg ha^-1), E (T₀): cantidad de N absorbido por la planta (rastrojo + grano) del tratamiento sin N aplicado (kg ha^-1) y N_a: nitrógeno aplicado (kg ha^-1).

Análisis estadístico

La información se analizó por regresión con el programa SAS Ver. 9.4 (Statistical Analysis System, SAS Institute Inc.), a fin de estimar ecuaciones para las variables de estudio en función del N aplicado, y adicionalmente densidad de población y las variables auxiliares (de las repeticiones) si se observase variación en ellas. El procedimiento seguido fue el propuesto por ^{Volke-Haller (2008)}, enfocado a obtener un modelo con menor cuadrado medio del error.

Rendimiento de grano

En el sitio T1 el rendimiento de grano aumentó de 4.2 Mg ha^-1 para 0 kg N ha^-1 a 4.9 Mg ha^-1 (16.6 %) con 120 kg N ha^-1, y la densidad de población observada (D) aumentó el rendimiento de 4.2 a 5.2 Mg ha^-1 (23.8 %) en un rango de variación de 44,100 a 60,000 plantas ha^-1(Cuadro 4). El escaso efecto del N aplicado, en un suelo con 1.1 % de MO se puede relacionar con una elevada concentración de N-NO₃ del suelo en la siembra (36 mg kg^-1) ^{(Binford et al., 1992)}. En seis genotipos mejorados de maíz se ha observado que el rendimiento de grano aumenta de 4.2 a 6.1 Mg ha^-1 al pasar de 50,000 a 83,000 plantas ha^-1, respectivamente ^{(Sánchez-Hernández et al., 2019)}. En maíz de temporal, la sequía limita el aumento del rendimiento cuando la densidad de población se eleva de 65,000 a 75,000 y 90,000 plantas ha^{-1(Ramírez-Díaz et al., 2021)}.

En el sitio T2, el rendimiento de grano aumentó de 2.26 Mg ha^-1 para 0 kg N ha^-1 a 2.50 Mg ha^-1 (10.6 %) con 100 kg N ha^-1(Cuadro 4). El escaso efecto del N aplicado se relaciona con la baja precipitación durante el periodo crítico del maíz (prefloración hasta llenado de grano), que limita el rendimiento de grano ^{(Martínez-Gutiérrez et al., 2022)}, además de la concentración alta de N-NO₃ (31 mg kg^-1) del suelo en la siembra ^{(Binford et al., 1992)}.

En el sitio M, el rendimiento de grano tuvo un incremento de 2.4 Mg ha^-1 para 0 kg N ha^-1 a 2.7 Mg ha^-1 (12.5 %) con 100 kg N ha^-1(Cuadro 4). Altas concentraciones de N-NO₃ del suelo (72 mg kg^-1) en la siembra (Cuadro 2) conllevan a nula respuesta en el rendimiento de grano según la literatura ^{(Raza y Farmaha, 2022)}, como se observó en esta investigación con 70 kg N ha^-1; así mismo, suelos con porcentaje de MO mayor de 3.4 % nulifican la respuesta del cultivo al N aplicado ^{(Zingore y Njoroge, 2022)}; además, los bajos contenidos de micronutrientes en el suelo también limitan el rendimiento de los tratamientos con y sin N ^{(Kihara et al., 2016)}, tal como se observó en los niveles de Fe, Cu y Mn en este sitio experimental (Cuadro 3).

Rendimiento de rastrojo

En el sitio T1, el rendimiento de rastrojo disminuyó de 7.2 Mg ha^-1 para 0 kg N ha^-1 a 6.7 Mg ha^-1 (6.9 %) con 120 kg N ha^-1. Por su parte, la densidad de población incrementó el rendimiento de 7.2 a 10.1 Mg ha^-1 (40.3 %) para un incremento de 44,100 a 60,000 plantas ha^-1(Cuadro 4). La fertilización nitrogenada (0 a 280 kg N ha^-1) no incrementó el rendimiento de biomasa de maíz en el primer año de evaluación en Taojia, China ^{(Qiu et al., 2015)}; en cambio, la densidad de población incrementó el rendimiento de rastrojo en etapa fenológica R3, de 4.0 a 6.6 Mg ha^-1 al aumentar de 25,000 a 81,250 plantas ha^-1, respectivamente ^{(Duarte y Duarte, 2023)}.

En el sitio T2, el rendimiento de rastrojo aumentó de 3.49 Mg ha^-1 para 0 kg N ha^-1 a 4.24 Mg ha^-1 (21.5 %) con 55 kg N ha^-1 y disminuyó a 3.77 Mg ha^-1 con 100 kg N ha^-1. Así también, la densidad de población aumentó el rendimiento de 3.5 a 4.5 Mg ha^-1 (28.5 %) en un cambio de 36,200 a 46,800 plantas ha^-1(Cuadro 4). Se ha observado que cuando la concentración de N-NO₃ en suelo es alta (31 mg kg^-1), la respuesta productiva por altas dosis de fertilización nitrogenada se reduce ^{(Binford et al., 1992)}. Las densidades de población de 55,555 y 85,470 plantas ha^-1 incrementaron el rendimiento de rastrojo de 3.3 a 4.4 Mg ha^-1, respectivamente ^{(Dhital et al., 2022)}.

En el sitio Montecillo, el N aplicado no presentó efecto sobre el rendimiento de rastrojo, mientras que la densidad de población incrementó el rendimiento de 3.7 Mg ha^-1 con 36,500 plantas ha^-1 a 4.7 Mg ha^-1 (27 %) con 47,600 plantas ha^-1(Cuadro 4). En un suelo con 3.3 % de MO la respuesta en el rendimiento del rastrojo se reduce por la fertilización nitrogenada ^{(Halvorson et al., 2005)}; esto sugiere que la reserva de N inicial en el suelo proporcionó un buen suministro de N al cultivo y por ello, la respuesta del rendimiento de rastrojo al N aplicado fue negativa ^{(Zingore y Njoroge, 2022)}. Por otra parte, los híbridos se caracterizan por su capacidad de producir follaje y, dado que el sistema de siembra fue por mata, se genera mayor competencia interespecífica y, por tanto, el rendimiento de rastrojo disminuye ^{(Quiroz et al., 2017)}.

Aporte de N por el suelo y eficiencia de aprovechamiento del nitrógeno

El aporte de nitrógeno se relaciona directamente con la materia orgánica y suelo de textura gruesa, pero es inversamente proporcional a las texturas finas; entonces, al aumentar el contenido de la materia orgánica se elevaría el nivel de nitrógeno del suelo, pero por las diferencias texturales, en el sitio T1 (franco arenoso), T2 (franco arenoso) y M (franco arcilloso), los valores observados del aporte de nitrógeno fueron 117.0, 67.8 y 76.9 kg N ha^-1(Cuadro 5). La literatura indica aportes variables de N por el suelo derivado de la MO, valores medios de 30 kg N ha^-1 con 1 % de MO, pero en suelos de texturas gruesas éstos varían entre 30 y 40 kg N ha^-1 y en suelos de texturas finas de 20 a 30 kg N ha^{-1(Castellanos et al., 2000)}. En el sitio M, de textura franco arcillosa, el aporte de N concuerda con lo reportado por ^{Castellanos et al. (2000)} para suelos de textura fina. En los sitios T1 y T2, con suelos de textura gruesa, el aporte de N es superior a la señalada por ^{Castellanos et al. (2000)}, especialmente en el sitio T1. Dado que en el sitio T2 la siembra fue tardía, esta condición expuso al cultivo a una menor precipitación (estrés hídrico), entonces la menor productividad implicó una extracción menor del nutriente y, por lo tanto, menor aporte de nitrógeno del esperado.

En el sitio T1, la concentración de N en grano no fue afectada por el N aplicado, ésta varió entre 1.32 y 1.35 % N; en cambio, su concentración en el rastrojo aumentó de 0.57 % N para el tratamiento sin N a valores de 0.83 (45.6 %) y 1.00 % N (75.4 %) con 90 y 120 kg N ha^-1, respectivamente. Finalmente, la extracción total media obtenida por el grano y rastrojo fue de 117 kg N ha^-1 para el tratamiento sin N, lo que correspondería al aporte de N que hizo el suelo. Considerando este aporte de N por el suelo y la extracción de N por los tratamientos con 90 y 120 kg N ha^-1, la EAN para ambos tratamientos resultó del orden de 32.9 y 37.5 %, respectivamente (Cuadro 5). En general estas EAN resultan bajas para rendimiento, del orden de 5 Mg ha^-1. La causa de esta situación puede residir en la concentración alta de N-NO₃ del suelo en la siembra (36 mg kg^-1) ^{(Binford et al.,1992)}, esto aumentó el N extraído por el tratamiento sin N aplicado. En rendimientos de grano de 3.88 y 4.55 Mg ha^-1 obtenidos con 90 y 120 kg N ha^-1, la EAN fue 34.8 y 38.6 %, respectivamente ^{(Meena et al., 2020)}. En suelos arenosos con pH de 4.6 y contenido medio de MO (1.48 %), la EAN varió de 45 a 46 % en maíz de temporal con buena condición de humedad ^{(Tasistro et al., 2021)}.

En el sitio T2 con 1.2 % MO, la concentración de N en grano fue 1.36, 1.38 y 1.48 % N con 0, 70 y 100 kg N ha^-1, respectivamente. De manera similar, la concentración de N en el rastrojo no incrementó con aplicaciones de 0 y 100 kg N ha^-1, obteniéndose un valor medio de 0.87 % N (Cuadro 5); entonces, la extracción total por grano y rastrojo fue de 67.8 kg N ha^-1 con la dosis de 0 kg N ha^-1, lo que correspondería al aporte de N por el suelo, y la extracción de N por el tratamiento de 70 y 100 kg N ha^-1 fue de 70.9 y 75.2 kg N ha^-1, respectivamente. Con estos valores de extracción de N, las EAN resultaron bajas, de 4.6 y 7.5 % para ambos tratamientos de fertilización y rendimientos del orden de 2.5 Mg ha^-1(Cuadro 5); las causas probables son: i) concentración alta de N-NO₃ del suelo a la siembra (31 mg kg^-1) ^{(Binford et al.,1992)}, y ii) bajo rendimiento de grano de los tratamientos con N debido a condiciones limitativas de humedad durante todo el ciclo del cultivo (precipitación mal distribuida) y fecha de siembra tardía ^{(Martínez-Gutiérrez et al., 2022)}. En cinco suelos de Villaflores, Chiapas, México que contenían de 1.2 a 2.15 % de MO, para los cuales el rendimiento del tratamiento sin N fue entre 1.20 y 3.56 Mg ha^-1, su correspondiente extracción fue de 22 y 64 kg N ha^-1, y la EAN varió de 30 a 50 % ^{(Tasistro y Camas-Gómez, 2016)}.

En el sitio M con 3.3 % MO, la concentración de N en el grano no fue afectada por el N aplicado, obteniendo un valor medio de 1.39 % N; de igual manera, la concentración de N en el rastrojo tampoco fue afectada por el N aplicado, siendo del orden 1.02 % N. Para estos valores de concentración de N, la extracción de N fue de 76.9 kg N ha^-1. En este caso, la extracción de N por el tratamiento con 70 y 100 kg N ha^-1 resultó menor que lo extraído por el tratamiento sin N, por lo cual no se obtuvo una EAN; en este sitio se obtuvieron bajos rendimientos de los tratamientos con y sin N, aun cuando el suelo tenía 3.3 % de MO y 72 mg kg^-1 de N-NO₃ a la siembra ^{(Raza y Farmaha, 2022)}, debido a una infestación de gallina ciega (Phyllophaga spp.), siembra tardía que implica menor número de días para completar el ciclo ^{(Martínez-Gutiérrez et al., 2022)} y bajo contenido de micronutrientes en el suelo (Cuadro 3).