Ubicación del experimento

El experimento se estableció en el Campo Experimental Norman E. Borlaug del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), región Valle del Mayo, Navojoa, Sonora, ubicado geográficamente a 109° 30’ latitud N, 27° 00’ longitud O y 39 msnm. El tipo de suelo fue vertisol (> 50 % arcilla). La precipitación promedio anual es de 396 mm, donde el 83 % de ésta ocurre durante los meses de junio a octubre y 13 % se distribuye de noviembre a marzo. La temperatura media anual es de 22.7 °C, con media mínima anual de 14 ºC y máxima de 31.4 ºC (^{CONAGUA, 2020a}).

Tratamientos

El experimento involucró un arreglo factorial de los tratamientos, donde el sistema de labranza (SL) junto con el monocultivo y las rotaciones entre maíz, trigo y cártamo generaron 12 tratamientos (Cuadro 1). Los tratamientos fueron evaluados en los ciclos otoño-invierno, 2014-2015, 2015-2016 y 2016-2017.

Diseño experimental y manejo agronómico

Se utilizó un diseño completamente al azar con cinco repeticiones. La parcela experimental constó de ocho surcos de 100 m de longitud, con una distancia entre surcos de 0.8 m. La parcela útil fueron dos surcos centrales de 5 m de longitud (8 m²). Los tratamientos con monocultivo, tanto en LT como LC, permanecieron en la misma parcela. Las rotaciones en LC cambiaron de ubicación de acuerdo con el diseño establecido (Cuadro 1).

La LT se estableció en un terreno cuya preparación es convencional de manera permanente, donde se barbecha, rastrea e incorpora el rastrojo cada ciclo. Los nueve tratamientos evaluados bajo el sistema de LC fueron establecidos en un suelo en el cual, en los últimos seis años, la siembra se realizó sin previo laboreo y se dejó el total del rastrojo sobre la superficie. En los tratamientos de LT el laboreo en cada ciclo consistió en barbecho con arado de discos (John Deere^®, Moline, Illinois, EUA) a una profundidad de 40 cm, dos pasos de rastra con un equipo de 28 discos (John Deere^®) a 20 cm de profundidad, nivelación y surcado. En LC los tratamientos se establecieron sin mover las camas de siembra.

La siembra se realizó durante los ciclos otoño-invierno 2014-2015, 2015-2016 y 2016-2017, con descanso del terreno durante los meses de verano. Con el fin de mantener el terreno libre de maleza durante la época de descanso, se aplicaron 3 L ha^-1 del herbicida glifosato (Faena^® Fuerte 360), el cual se aplicó con un aspersor de 12 boquillas (Swissmex^®, México) propulsada por un tractor, con un gasto de agua de 250 L ha^-1 _.

La variedad de trigo cristalino que se utilizó fue CIRNO C2008 y de cártamo CIANO OL de aceite oleico, ambas liberadas por el INIFAP y de mayor uso en el sur de Sonora. En maíz se utilizó el híbrido comercial Garañón (Asgrow^®, Monsanto). La siembra se realizó después del riego de presiembra en húmedo, en surcos con 80 cm de separación; para el caso de trigo con una sembradora triguera convencional acondicionada con discos cortadores corrugados en la parte frontal, la semilla se depositó a doble hilera con separación de 30 cm. La siembra del maíz y cártamo fue en hilera sencilla con sembradora de precisión (Monosem^®, John Deere). La densidad de siembra en trigo fue de 100 kg ha^-1 de semilla, en maíz 100,000 semillas ha^-1 y en cártamo 175,000 semillas ha^-1.

Los riegos de auxilio en trigo fueron en la etapa de amacollamiento, embuche y en llenado de grano. En maíz, el primer riego de auxilio se aplicó en la etapa V6, el segundo en V10, el tercero en R1 y el cuarto y último en R3. En cártamo, el primer riego se suministró en la etapa de inicio de ramificación, el segundo cuando la planta estaba en formación de botones florales y el tercer riego al inicio de floración. El sistema de riego fue por gravedad, con sifones de aluminio de una pulgada. La fertilización en trigo fue con la dosis de 276N-52P-00K, en maíz 287N-52P-00K y en cártamo 149N-52P-00K kg ha^-1. En todos los casos se aplicó el total del P y la mitad del N en presiembra, el resto previo al primer riego de auxilio. El fertilizante se depositó en banda a un costado de la hilera de plantas, con sembradora triguera con discos cortadores para aplicar el fertilizante. La fuente de N fue Urea (46N-00P-00K) y de P fosfato monoamónico (11N-52P-00K).

En trigo el combate químico de maleza de hoja ancha se realizó en postemergencia al cultivo, con la aplicación del herbicida Metsulfuron metil + thifensulfuron metil (30 g ha^-1). Para el control de maleza de hoja angosta no fue necesario el control químico. El control del pulgón de follaje (Schizaphis graminum) se realizó mediante la aplicación de 250 mL ha^-1 del insecticida Imidacloprid + betacyflutrin. La aplicación del herbicida y del insecticida fue a los 35 días después de la siembra (dds) en los cuatro tratamientos, con un gasto de agua de 250 L ha^-1. En maíz no fue necesaria la aplicación de herbicidas durante el desarrollo del cultivo. Para combatir el gusano cogollero (Spodoptera frugiperda) se realizó una aplicación de Permetrina 0.4 % (10 kg ha^-1). En el tratamiento de cártamo en LT el control de malezas se realizó mediante un cultivo mecánico, mientras que en los tratamientos de cártamo en LC no hubo necesidad de realizar control sobre malezas, plagas y enfermedades.

Variables evaluadas

En los tres cultivos se midió 1) altura de planta (cm) en cinco plantas, desde el nivel del suelo hasta la parte superior de la espiga; 2) días a floración, registrados cuando el 50 % de plantas presentaron el inicio de floración en cártamo y el inicio de espigamiento en maíz y trigo; 3) días a madurez fisiológica cuando el 50 % de las plantas presentaban, en maíz, granos con una capa de color negro o marrón en la parte donde se une con la mazorca, en trigo, cuando los pedúnculos presentaban coloración amarilla y las glumas iniciaban su cambio de color, y en cártamo, al momento de que la mayoría de las hojas cambiaron a color marrón y sólo las brácteas de los últimos capítulos permanecieron verdes; 4) peso de 1000 granos (g) se obtuvo con una báscula digital, dichos granos provenían de una muestra compuesta tomada al azar del grano cosechado, y 5) rendimiento de grano (kg ha^-1), el cual se obtuvo mediante la cosecha de plantas con competencia completa en 5 m de los dos surcos centrales (8 m²) de la unidad experimental; la trilla se realizó con cosechadora mecánica tipo Pullman; el rendimiento se ajustó al 12 % de humedad en el grano de trigo, al 8 % para el cártamo y al 14 % en maíz.

La relación beneficio-costo (b/c) para cada cultivo fue el promedio de los tres ciclos evaluados y se obtuvo mediante el cociente entre el ingreso total ($) y el costo directo de producción ($). El costo de producción promedio para cada cultivo se calculó con los precios oficiales de producción (^{FIRA, 2018}); se consideró sólo el costo directo aplicado en los tratamientos.

Análisis estadístico

Se realizó análisis de varianza para las variables medidas, donde los factores de variación fueron los ciclos y las rotaciones entre los cultivos en los sistemas de labranza, se incluyó la interacción entre estos dos factores; además, se aplicó la prueba de comparación múltiple de medias de Tukey (P ≤ 0.05). Se obtuvo el coeficiente de correlación de Pearson entre el rendimiento, peso de 1000 granos, altura de planta, días a floración y a madurez fisiológica en cada uno de los cultivos. Para los cálculos se usó el paquete estadístico SAS 9.3 (^{SAS Institute, 2011}).

Trigo y sus rotaciones

Únicamente las variables altura de planta, los días a floración y a madurez fisiológica del trigo presentaron valores medios similares entre las rotaciones de cultivo en ambos sistemas de labranza (Cuadro 2). El ciclo de producción tuvo efecto en todas las variables, la interacción ciclo por rotación/SL no presentó efecto en los días a madurez fisiológica y rendimiento.

El rendimiento de grano no presentó diferencias significativas (P > 0.05) entre tratamientos con rotación de cultivos en LC. Sólo la rotación de trigo después del cártamo en LC fue estadísticamente superior (P ≤ 0.05) a la siembra de trigo en LT (Cuadro 2), dicha respuesta coincide con lo obtenido por ^{Schlegel et al. (2018)}, quienes mencionaron que el rendimiento de trigo en cero labranza es 31 % mayor que en LT. También concuerda con la reducción de 32 % en rendimiento de trigo en monocultivo reportada por ^{Woźniak (2019)}; en el presente estudio la mayor reducción fue de 5.5 %. La magnitud de la reducción del rendimiento depende del tiempo acumulado con la condición de manejo; en el estudio de Woźniak (2019) el monocultivo fue por 29 años, y ^{Schlegel et al. (2018)} evaluaron dos variantes de sistemas de labranza por 23 años; situación similar reportaron ^{Jastrzębska et al. (2019)} en centeno, donde la reducción de rendimiento fue de 42 % en 50 años de monocultivo.

El peso de 1000 granos presentó una asociación negativa con los días a madurez (r = -0.61, P ≤ 0.01), lo cual coincide con los resultados de ^{Parihar et al. (2018)}, quienes señalaron que en trigo los días a floración y madurez se relacionan de manera negativa con el peso del grano. La asociación entre el rendimiento y los días a madurez fue positiva (r = 0.79, P ≤ 0.01), pero no concuerda con la nula relación entre estas variables reportada por los autores antes mencionados.

La altura de la planta de trigo mostró relación negativa con el peso de 1000 granos (r = -0.56, P ≤ 0.01) y una asociación positiva con el rendimiento de grano (r = 0.84, P ≤ 0.01), mientras que entre el peso de mil granos y el rendimiento de grano la correlación fue negativa (r = -0.40, P ≤ 0.01), lo cual coincide con lo señalado por ^{Aminifar et al. (2017)}, quienes indicaron que existe una asociación negativa entre la altura de planta y el peso de 1000 granos de trigo, y que la relación de este último con el rendimiento también es negativa, además señalaron que en trigo la rotación de cultivos afecta los componentes del rendimiento, pero difiere con la correlación positiva entre el rendimiento de trigo con la altura de planta (r = 0.23) y con el peso de 100 granos (r = 0.64) reportada por ^{Woźniak (2019)}, quien mencionó que dicha relación explica el mayor rendimiento de trigo en rotación de cultivos e indica que el menor rendimiento de trigo en monocultivo se debe a la reducción del tamaño y número de espigas m^-2, componentes importantes del rendimiento.

Maíz y sus rotaciones

Todas las variables mostraron diferencias entre tratamientos. El ciclo de producción tuvo efecto en todas las variables, mientras que la interacción ciclo por rotación/ SL sólo tuvo efecto sobre los días a madurez fisiológica.

En maíz, los días a floración y a madurez fisiológica fueron diferentes (P ≤ 0.05) entre tratamientos. En días a floración, maíz después de maíz en LC fue el más tardío con 105 d. En días a madurez fisiológica, el maíz después de maíz en LT fue el más tardío con 149 d, pero sin diferencia con maíz después de maíz en LC (Cuadro 3). La altura de planta fue mayor en el tratamiento de maíz después de maíz en LT (P ≤ 0.05), resultado que concuerda con el de ^{Nyambo et al. (2020)}, quienes reportaron que la altura de la planta de maíz es superior en LT. La altura de planta de maíz en LC con rotación de cultivo fue mayor que en LC con monocultivo (Cuadro 3), lo cual coincide con ^{Anjum et al. (2019)} y ^{De Souza et al. (2016)}, quienes determinaron que la altura de planta de maíz es menor en LC con monocultivo de maíz.

En peso de 1000 granos, los tratamientos en maíz después de maíz en LT y maíz después de trigo en LC fueron mayores (P ≤ 0.05). El mayor rendimiento (P ≤ 0.05) lo presentaron el monocultivo de maíz bajo LT y el de la rotación maíz después de trigo en LC; en segundo lugar, estuvieron la rotación maíz después de cártamo y monocultivo maíz en LC (Cuadro 3). Resultados similares reportaron ^{De Souza et al. (2016)} y ^{Anjum et al. (2019)}, quienes observaron menor peso de grano y rendimiento con el monocultivo de maíz en LC. Dichos resultados también coincidieron con los de ^{Vaca et al. (2014)}, quienes obtuvieron menor rendimiento en maíz bajo LC con respecto a LT durante tres ciclos de producción, pero difiere con el nulo efecto de la rotación de cultivos y el sistema de labranza sobre el rendimiento de maíz indicado por ^{Nyambo et al. (2020)}, aunque los autores registraron mayor peso de 1000 granos en labranza convencional.

El mayor rendimiento en LT puede atribuirse a la aplicación de agua al cultivo mediante el riego, ya que de acuerdo con ^{Demuner-Molina et al. (2014)} el uso de la LC permite disminuir erosión y conservar humedad, pero la disponibilidad de agua para la planta no implica en forma directa un mayor rendimiento, incluso en monocultivo (^{Inzunza-Ibarra et al., 2018}); en cambio, si la humedad es limitante la LC permite incrementar el rendimiento debido a la mayor retención de humedad.

Los días a madurez fisiológica mostraron correlación negativa con el peso de 1000 granos (r = -0.66, P ≤ 0.01) y con el rendimiento (r= -0.69, P ≤ 0.01). Este resultado difiere del de ^{Trachsel et al. (2017)} quienes detectaron asociación positiva entre el tiempo a madurez fisiológica y el rendimiento de maíz (r = 0.33, P ≤ 0.001). Esta diferencia es atribuible al efecto de bajas temperaturas ocurridas durante el ciclo 2015-2016. La temperatura mínima que se presentó en diciembre de 2015 y enero de 2016 estuvo por debajo de los 5 °C (^{CONAGUA, 2020b}), esta condición atrasó el espigamiento y provocó una relación inversa debido a un menor período de llenado de grano.

La altura de planta mostró correlación positiva con el peso de 1000 granos (r = 0.81, P ≤ 0.01) y con el rendimiento de grano (r = 0.85, P ≤ 0.01). Este nivel de asociación es superior al informado por ^{De Souza et al. (2016)}, quienes, en un estudio de maíz en rotación con soya (Glycine max) en LC, demostraron que la altura de planta tiene correlación positiva con el peso de 1000 granos (r = 0.35, P ≤ 0.05) y con el rendimiento de grano (r = 0.41, P ≤ 0.01).

Entre rendimiento y peso de 1000 granos hubo correlación positiva (r = 0.92, P ≤ 0.01), la cual fue superior a la obtenida por ^{Mason et al., (2018)} y ^{De Souza et al. (2016)}, quienes reportaron una correlación positiva de r = 0.45 (P ≤ 0.01) y de r = 0.72 (P ≤ 0.01) entre el peso del grano y el rendimiento en maíz. El peso del grano es el componente de rendimiento más importante en maíz establecido en LT y LC (^{Anjum et al.,2019}; ^{De Souza et al., 2016}; ^{Mason et al., 2018})

Cártamo y sus rotaciones

En cártamo hubo diferencias (P ≤ 0.05) entre tratamientos en la altura de planta, días a floración, días a madurez fisiológica, peso de 1000 granos y rendimiento de grano (Cuadro 4). El ciclo de producción y su interacción con rotación/SL también tuvo efecto en todas las variables.

Los tratamientos de rotación en LC presentaron diferencias en rendimiento de grano. El mayor rendimiento se obtuvo en LC con la rotación cártamo después de trigo, mientras que la siembra de cártamo después de cártamo en LC fue la de menor rendimiento (Cuadro 4). Resultado similar fue reportado por ^{Yau et al. (2010)}, quienes mencionaron que el rendimiento de cártamo fue mayor en LC que en mínima labranza y LT; por otro lado ^{Küçük y Akbolat (2018)} indicaron que los sistemas de labranza no presentan efecto en la altura de planta, ni en el rendimiento de grano en cártamo.

El peso de 1000 granos de cártamo correlacionó con los días a floración (r = 0.80, P ≤ 0.01) y con los días a madurez fisiológica (r = 0.81, P ≤ 0.01). El rendimiento de grano también se asoció con los días a floración (r = 0.67, P ≤ 0.01), resultados que se asemejan con la relación positiva de estas variables obtenidas en cártamo por ^{Omidi et al. (2012)}. El rendimiento correlacionó con días a madurez fisiológica (r = 0.58, P ≤ 0.01), lo que difiere de lo señalado por ^{Omidi et al. (2012)}, quienes no encontraron asociación entre estas variables.

El peso de 1000 granos mostró relación positiva con el rendimiento (r = 0.78, P ≤ 0.01), contrario a lo reportado por ^{Singh et al. (2016)}, quienes afirmaron que la asociación entre estas variables es inexistente y que el componente de rendimiento más importante es el número de capítulos o granos por planta.

Relación beneficio-costo

En LC los costos de producción se reducen por el menor paso de maquinaria para preparar el suelo (Cuadro 5); además, puede aumentar la producción (^{Hlatywayo et al., 2016}), como sucedió en las rotaciones entre trigo y cártamo en LC, lo que impacta positivamente en la relación beneficio-costo (^{Aryal et al., 2015}).

En trigo la mejor relación b/c se obtuvo con la rotación trigo después de cártamo en LC con 2.6, esto significa que por cada peso invertido la ganancia fue de 1.6 pesos. En maíz, los tratamientos de maíz después de maíz en LT y maíz después de trigo en LC no difirieron estadísticamente en rendimiento, pero este último presentó mejor relación b/c con 2.4 (Cuadro 5). En los tratamientos de cártamo, la mayor relación b/c se obtuvo con la siembra de cártamo después de trigo en LC, con una relación beneficio costo de 2.4. En los tres cultivos evaluados la mayor relación b/c se obtiene cuando se establece en LC y en rotación con otro cultivo.