Introducción

En la región templada-semiárida de Aguascalientes, México, la mayoría de la población rural subsiste de la agricultura de secano vinculada al sistema de producción familiar de leche. No obstante, la creciente degradación del suelo y las pocas opciones de cultivos en dicha región, con mayor adaptación al cambio climático que se manifiesta con períodos secos cada vez más largos (^{Núñez-López et al., 2007}), reducen la productividad y la rentabilidad de los sistemas de producción forraje-leche. Además, la siembra de cultivos forrajeros tradicionales, como maíz y sorgo, en surcos convencionales (76 a 80 cm) disminuye la acumulación de materia seca debido al número de plantas por m² (^{Bolaños-Aguilar & Emile, 2013}; ^{Reta-Sánchez et al., 2007}). Lo anterior obliga a buscar otras opciones de producción de forraje, con prácticas agronómicas innovadoras; es decir, implementar cambios (técnicos y culturales) en los procesos actuales que permitan eficientar los recursos hídricos y edáficos, así como aprovechar la energía solar para mantener o incrementar el rendimiento y la calidad del forraje producido (^{Cuevas-Reyes et al., 2013}; ^{Häubi-Segura & Gutiérrez-Lozano, 2015}; ^{Johannessen et al., 2001}; ^{Osuna-Ceja et al., 2015}).

El desarrollo sostenible de la agricultura en la zona de secano de Aguascalientes se refiere a la necesidad de minimizar la degradación de la tierra agrícola y disminuir los efectos del cambio climático, maximizando a su vez la producción de forraje. Esto considera un conjunto de prácticas agronómicas, como el manejo de suelo, agua, nutrición, cultivos y la conservación de la biodiversidad (^{Altieri & Nicholls, 2013}). Por tanto, este sistema busca la producción sostenible de forrajes de temporal para la alimentación del ganado lechero de traspatio (^{Häubi-Segura & Gutiérrez-Lozano, 2015}).

Los sistemas de producción de cultivos forrajeros se basan en la labranza intensiva, la siembra de surcos convencionales (de 76 u 80 cm) en favor de la pendiente, el suministro de productos externos como estrategia para aumentar la productividad del suelo y el rendimiento de los cultivos. Sin embargo, la práctica intensiva de laboreo genera la degradación y compactación del suelo, la pérdida de la biodiversidad, y el incremento de los escurrimientos y la erosión (^{Navarro-Bravo et al., 2008}). Por el contrario, las prácticas agrícolas que conservan el suelo, el agua y los nutrientes, como la labranza de conservación, el arreglo topológico de plantas, la cosecha de agua de lluvia, la conservación y manejo orgánico de suelos, los impulsores de suministro nutrimental en la semilla (biofertilizantes) y aquellos minerales naturales como la zeolita con gran atracción por el ion amonio, ayudan a mejorar la estructura y la fertilidad del suelo, lo cual permite potencializar la producción de forraje y de grano de los cultivos de secano (^{Osuna-Ceja et al., 2012}). Dichas tecnologías pueden contribuir a la solución de los problemas agroecológicos y ambientales, así como a la productividad del cultivo (^{Bolaños-Aguilar & Emile, 2013}; ^{Figueroa-Sandoval & Talavera-Magaña, 2012}; ^{Obregón-Portocarrero et al., 2016}).

La innovación de prácticas de manejo en los cultivos forrajeros de secano, como la siembra en camas a 160 cm con cuatro o seis hileras, contribuye significativamente en el rendimiento de forraje y de grano (^{Osuna-Ceja et al., 2015}; ^{Osuna-Ceja & Martínez-Gamiño, 2017}). En este caso, el arreglo topológico explora un mejor espaciamiento entre hileras y plantas, el cual admite un mejor desarrollo del cultivo y un manejo adecuado de la competencia por nutrientes y radiación solar. Además, con este sistema se aprovecha de manera eficiente la superficie del terreno y se incrementa la densidad de plantas por unidad de superficie (^{Osuna-Ceja & Martínez-Gamiño, 2017}; ^{Reta-Sánchez et al., 2007}). Las prácticas de conservación del suelo, y la cosecha de agua de lluvia y de fertilización, son fundamentales para el crecimiento y el desarrollo de los cultivos de secano, especialmente en suelos degradados con bajo contenido de nutrimentos y materia orgánica, factores limitantes para el crecimiento y la eficiencia productiva del cultivo (^{Arellano-Arciniega et al., 2015}).

La aplicación conjunta de dichas prácticas agronómicas mejora el aprovechamiento del agua de lluvia e incrementa la biomasa y algunos parámetros de calidad de los forrajes de secano (^{Osuna-Ceja et al., 2015}). No obstante, en maíz, a medida que incrementa la densidad de plantas disminuye la energía neta de lactancia por kilogramo de materia seca, esto debido a la reducción en la digestibilidad como resultado del menor contenido de grano y mayor contenido de fibra de las plantas (^{Peña-Ramos et al., 2010}). Por ello, es necesario evaluar el potencial de rendimiento del forraje de maíz y otros cultivos forrajeros alternativos para secano mediante el uso de prácticas agronómicas integrales. Considerando lo anterior, el objetivo del presente trabajo fue evaluar prácticas de fertilización química, orgánica y biológica, así como su relación con el rendimiento y la calidad de forraje del maíz, el girasol y el sorgo de secano sembrados en camas a cuatro y seis hileras con labranza mínima y captación de agua in situ.

Materiales y métodos

En 2018 se establecieron tres experimentos con maíz, girasol y sorgo para forraje de secano en San Luís de Letras, municipio de Pabellón de Arteaga, Aguascalientes, México (22° 13’ 82” latitud norte y 103° 30’ 75” longitud oeste, a 1 960 m s. n. m.). Las variedades sembradas fueron: maíz V-209 del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), girasol Victoria (también del INIFAP) y sorgo forrajero Triunfo de nervadura café, todas con buen potencial de rendimiento. V-209 y Victoria son de ciclo precoz y altura intermedia, mientras que el sorgo es de ciclo intermedio. Durante el ciclo de cultivo de 120 días (de julio a mediados de octubre) se registran, en promedio, 210 mm de precipitación y una temperatura media de 16.7 °C (^{Osuna-Ceja et al., 2015}). El suelo del área tenía textura franco-arenosa, con pH de 7.9 y menos de 1 % de materia orgánica.

El experimento se estableció en camas de 160 cm de ancho a cuatro hileras con 30 cm de separación en el caso del maíz y el girasol, y a seis hileras con 20 cm de separación en el sorgo. Se utilizó una densidad de 11 plantas·m^-2 en el maíz y el girasol, y de 25.2 plantas·m^-2 en el sorgo. La unidad experimental constó de tres camas de 10 m de longitud, y se consideró el mismo ancho de cama para los tres cultivos. Dentro de cada unidad experimental se utilizó la cama central de 8 m de longitud como parcela útil para la toma de datos de suelo y de plantas.

En cada cultivo se evaluaron cinco tratamientos de fertilización: T1) testigo absoluto (sin fertilizante), T2) fertilización química (40-40-00 kg·ha^-1 de N-P-K), T3) mezcla de nitrógeno, fósforo y zeolita (28-40-00 kg·ha^-1 de N-P-K más 26 kg·ha^-1 de zeolita), T4) abono orgánico (5 t·ha^-1 de estiércol bovino composteado) y T5) micorriza (inoculación de semillas con 350 g·ha^-1 de sustrato micorrícico). Como fuente de N y P, se utilizó urea y superfosfato de calcio triple, respectivamente. Las dosis de fertilización se definieron con base en la recomendación del INIFAP para esta región, las cuales se aplicaron en los tres experimentos. El diseño experimental empleado fue de bloques completos al azar con cuatro repeticiones.

El terreno se laboreó con labranza vertical mediante un paso con el subsolador integral biomimético a una profundidad de 0.20 m antes de la siembra (^{Osuna-Ceja et al., 2019}). La siembra se realizó en condiciones de secano y en suelo húmedo el día 3 de julio de 2018. Para el trazado de las camas, se utilizó una máquina diseñada para siembras en cama de 160 cm de ancho con sistema de pileteo integrado (^{Garibaldi-Márquez et al., 2020}). La siembra de los cultivos se hizo en forma manual, así como la aplicación de los tratamientos de fertilización. Después de la siembra, se establecieron espacios para la captación de agua de lluvia in situ mediante un sistema de corrugación en la superficie del suelo con “Aqueel” (método que crea microreservorios en la superficie de la cama de siembra de manera homogénea para la captación de agua) y “pileteo” (práctica que consiste en levantar montículos de tierra de 20 cm de alto en los costados de la cama de siembra a distancias regulares para almacenar agua y disminuir la erosión del suelo).

El manejo agronómico se hizo con el fin de alcanzar una alta productividad. En todos los cultivos, al momento de la siembra, se aplicó el 100 % del N y 100 % del P en los dos tratamientos de fertilización. La dosis de estiércol vacuno se aplicó en toda la superficie de la unidad experimental antes del laboreo del suelo. Para el T5, las semillas se inocularon con sustrato micorrícico un día antes de la siembra. A los 25 días después de la siembra (dds), se realizó una escarda mecánica en los cultivos de maíz y girasol, y a los 40 dds se realizó un deshierbe manual. En el caso del sorgo, se hicieron tres deshierbes manuales. Para el control del gusano cogollero (Spodoptera frugiperda) en maíz y sorgo, se aplicó el insecticida Palgus™ (ingrediente activo: Spinetoram J + Spinetoram L) en dosis de 0.075 L·ha^-1. En el girasol no se aplicaron insecticidas.

La cosecha de forraje se realizó cuando el grano mostró un estado masoso en los tres cultivos. Para determinar la altura de planta (AP) y el rendimiento de materia verde, en cada unidad experimental se midió la altura final en cinco plantas, se cosechó la cama central de 8 m de longitud y se pesó el total de plantas cosechadas para estimar el rendimiento de forraje verde. Adicionalmente, se evaluó la biomasa aérea (Ba) y de raíces (Br) de tres plantas de cada parcela tomadas al azar, las cuales se seccionaron en hojas, tallos, frutos y raíces, y cada fracción se secó en una estufa de aire forzado a 60 °C hasta peso constante. De la Ba se determinó el peso de materia seca (MS), y del sistema radical se obtuvo el peso total de raíces de 0 a 15 cm de profundidad. La biomasa total fue la suma de la masa de hojas, tallos y frutos. Al final se determinó la relación entre la Br y la biomasa total (Ba + Br), y se generó un índice de raíz (Ir): Br/(Ba + Br), el cual representó el peso relativo de la Br con respecto a la biomasa total.

Después del secado, se tomaron muestras de 0.5 kg de Ba de cada cultivo y cada tratamiento de fertilización, y se molieron en un molino (modelo TE-650/1, Tecnal®, Brasil) con criba de 1 mm de diámetro. Posteriormente, las muestras se enviaron al laboratorio para su análisis bromatológico y nutrimental para determinar la calidad del forraje en términos de proteína cruda (PC), fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente ácido (FDA) y energía neta para lactancia (ENL).

Las raíces para determinar la Br del maíz, el girasol y el sorgo se obtuvieron mediante la extracción de cubos de suelo de 20 x 20 x 15 cm en la línea de plantas. Las muestras se llevaron al área de trabajo en bolsas cerradas, se colocaron en cubetas y se dejaron remojando durante 24 h de acuerdo con la metodología descrita por ^{Barrios et al. (2014)}. Posteriormente, se lavó el material sobre un tamiz con malla de 500 µm, y con la ayuda de un pincel muy fino y una pinza se separaron las raíces del suelo. Las raíces se colocaron en una bandeja de aluminio y secaron en una estufa de aire forzado a 60 °C hasta peso constante. Los resultados se expresaron en kg de raíces por m², y la densidad de raíces en kg por m³.

La resistencia a la penetración del suelo (Rp, kg·cm^-2) se determinó con un texturómetro de impacto en cada punto de muestreo de raíz seleccionado. Para esta variable se cuantificó el número de impactos que se requirieron para alcanzar cada profundidad señalada, y posteriormente se utilizó la siguiente fórmula:

donde N es el número de impactos, M es el peso de la masa (kg), g es la aceleración de la gravedad (9.81 m·s^-2), SD es la distancia que se desliza (m), PD es la distancia de penetración (m) y A es el área de la superficie del cono (m²). Está última se calculó con la siguiente fórmula:

donde r es el radio del cono (m) y s es el largo del cono (m).

El contenido de humedad (ϴs) se midió durante el ciclo de cultivo y al final de la prueba con un reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) in situ por tratamiento y de 0 a 15 cm de profundidad. Dicho equipo permite medir en campo, de manera rápida, exacta y no destructiva el contenido de agua del suelo.

Con la información obtenida se hicieron algunos análisis de varianza y comparación de medias con la prueba de diferencia mínima significativa (DMS, P ≤ 0.05). Para ello, se utilizó el paquete estadístico SAS versión 9.1.3 (^{SAS Institute Inc., 2013}).

Resultados y discusión

Análisis de precipitación

Durante los primeros 31 días del desarrollo de los cultivos, las lluvias se presentaron con cierta irregularidad, acumulándose en esta etapa de prefloración el 24 % (56 mm desde el primer día de la siembra hasta 31 días después de ella) de la lluvia registrada durante todo el ciclo vegetativo. A partir del 13 de agosto, incrementaron notablemente las lluvias y su distribución fue más uniforme (Figura 1). Por la precipitación regular, existió mayor disponibilidad de agua en la fase final de la etapa reproductiva o llenado de grano de los tres cultivos. Por ello, el rendimiento de MS y la calidad de los forrajes no se vieron afectados. En relación con la temperatura, se observa que durante el desarrollo de los cultivos ésta fluctúo de 21 a 31 °C para Tmax, y de 8 a 15 °C para Tmin.

Figura 1 Precipitación, y temperatura máxima (Tmax) y mínima (Tmin) diarias registradas en el ciclo de cultivo del maíz, el girasol y el sorgo de temporal (San Luís de Letras, Pabellón de Arteaga, Aguascalientes, México, 2018). 

Conclusiones

La adición de fertilizantes, el mezclado de fertilizante con zeolita y el estiércol bovino incrementaron el rendimiento de materia seca y no afectaron la calidad de forraje que se obtiene con la siembra de maíz y girasol en camas a cuatro hileras, y sorgo a seis hileras con labranza vertical y captación in situ de agua de lluvia. La inoculación de semilla con micorriza no incrementó significativamente el rendimiento de MS ni la calidad de forraje respecto a los demás tratamientos.

Los resultados obtenidos sustentan la idea de que no hay limitaciones edáficas ni de competencia por nutrientes y agua, lo cual se puede observar por los efectos positivos en el rendimiento y sus componentes en los tres cultivos evaluados. Además, la labranza vertical no afecta el equilibrio funcional entre la biomasa de raíces y la biomasa total en los tres cultivos evaluados.