Sitio experimental

Se establecieron dos experimentos en Valles Altos del Estado de México en el ciclo agrícola primavera-verano (PV) 2017. El primer experimento se ubicó en Jocotitlán (JOC) (19° 43’ N, 99° 51’ O, 2700 msnm), con precipitación media anual de 669.0 mm, donde la temperatura oscila entre 3.0 y 24.0 °C; la siembra se realizó el 10 de abril. El segundo experimento se ubicó en Temascalcingo (TEM) (19° 55’ N, 100° 00’ O, 2350 msnm), precipitación media anual de 874.6 mm, temperatura entre 10.6 y 23.0 °C (^{NASA, 2022}). Para conocer las características químicas del suelo se colectaron muestras para su análisis, cuyos resultados se muestran en el Cuadro 1.

Tratamientos y diseño experimental

Se evaluaron los tratamientos resultantes de la combinación de dos híbridos de maíz (H-50 y H-49 AE) con las dosis de aplicación foliar que se describen en el Cuadro 2. Los híbridos se sembraron a una densidad de 75,000 plantas ha^-1 y los tratamientos foliares (F) con dosis de 2.5 kg ha^-1 se realizaron en dos etapas del cultivo: entre V₅-V₆ y V_T-R₁, respectivamente (suma de 5.0 kg ha^-1); las aplicaciones se realizaron entre 7:00 y 9:00 am, cuando la temperatura oscilaba entre 7.0 y 15.0 °C.

El diseño experimental fue en bloques completos al azar con cuatro repeticiones, con arreglo en parcelas divididas en dos ambientes, donde la parcela grande fueron las aplicaciones foliares y la pequeña los híbridos; la parcela experimental fue de cuatro surcos de 0.80 × 8 m de longitud y se consideró como parcela útil a los dos surcos centrales (4.8 m²).

Manejo de los experimentos

Previo a la siembra, las semillas fueron tratadas con Crusier^® (tiametoxam, 50 mL ha^-1) e insecticida Force^® (10 teflutrina, 15 kg ha^-1). La fertilización al suelo fue con dosis de 250-60-60 kg ha^-1 de N-P-K. La fertilización se realizó en tres aplicaciones; la primera en la siembra con 60 kg ha^-1 de N, P₂O₅ y K₂O, (urea, fosfato diamónico y cloruro de potasio), la segunda y tercera aplicación fueron con dosis de 120 kg ha^-1 de N entre las etapas V₄-V₆ y de 70 kg ha^-1 de N entre V₁₀-V₁₂, respectivamente.

El control de malezas se realizó de forma mecánica con escarda en la etapa vegetativa (V₄) y posteriormente se aplicó herbicida Lumax^® (S-metolaclor, atrazina y mesotrione, 4 L ha^-1). Para el control de plagas se utilizó Karate Zeón^® (Lambda cihalotrin, 250 mL ha^-1) y Denim^® (Emamectina, 100 mL ha^-1). Se aplicó Piori^® Xtra (Azoxistrobina, Ciproconazol, 350 mL ha^-1) al follaje para el control de enfermedades.

Variables respuesta

Para el rendimiento de grano (t ha^-1) se colectaron todas las mazorcas del área útil de las parcelas (4.8 m²), mismas que fueron trilladas y pesadas. Se determinó el contenido de humedad del grano con el medidor de humedad (Modelo G610i, Hegaka, Sao Paulo, Brasil); posteriormente, los valores obtenidos se ajustaron a 14 % de humedad y se extrapolaron a t ha^-1.

Al final del ciclo productivo (R6), se colectaron dos plantas para la determinación de materia seca (MS) y contenido de nutrientes. Las dos plantas fueron cortadas a ras del suelo al azar en las dos líneas centrales, y se separaron en dos componentes: parte aérea (hojas, tallo, totomoxtle, olote) y grano. Las muestras se secaron en una estufa de aire forzada a 65° C hasta alcanzar peso constante (4 % de humedad). Una vez pesadas las muestras, con una balanza electrónica digital, se procesaron hasta pasar un tamiz de 2 mm utilizando un molino Wiley (Modelo 4 Wiley Mill, Thomas Scientific, Swedesboro, New Jersey, EUA). Las muestras se enviaron a laboratorio para su análisis. La digestión de cada muestra se realizó con una mezcla diácida, relación 4:1 de ácido sulfúrico (H₂SO₄) y ácido perclórico (HClO₄). La determinación del contenido de calcio, magnesio, cobre, manganeso y zinc fue por espectrofotometría de absorción atómica, para fósforo y boro fue por colorimetría (molibdovanadato amarillo), para potasio por flamometría y el nitrógeno total fue determinado por el método Kjeldahl (^{Alcántar y Sandoval, 1999}).

Para determinar la acumulación de materia seca, extracción y remoción de nutrientes e índice de cosecha se siguió la metodología descrita por ^{Dobermann (2005)}. La materia seca total fue extrapolada a t ha^-1. La materia seca total de la planta entera se obtuvo con la sumatoria de los valores de la MS de los órganos (parte aérea + grano) de las plantas. El índice de cosecha (IC) se estimó con el peso de la MS del grano (órgano de interés económico) dividido por la MS total de planta entera.

Las concentraciones de macronutrientes (g kg^-1) y micronutrientes (mg kg^-1) en los tejidos y el peso seco (g) se convirtieron en kg ha^-1. Se utilizó algebraicamente para cálculo de extracción de nutrientes, la siguiente expresión: EN = (CN × MS)/1000. donde EN: extracción de nutrientes (kg ha^-1), CN: concentración de nutrientes en la materia seca del órgano de la planta (g kg^-1), MS: materia seca del órgano de la planta (kg ha^-1)/1000. La extracción total de cada nutriente por la planta entera fue la suma de la acumulación de nutriente en el rastrojo (hoja, tallo, totomoxtle, olote) y grano. Para la remoción de nutrientes se consideró la acumulación total de cada nutriente en el grano.

Análisis estadístico

Las variables fueron sometidas a análisis de varianza combinado a fin de constatar las significancias de ambientes (A), híbridos (H), foliares (F) y la existencia de interacciones entre los factores, con el programa estadístico SAS versión 9.4 (^{SAS Institute, 2022}). Se utilizó la prueba de separación de medias de Tukey (P ≤ 0.05) para comparación de medias de rendimiento, producción de biomasa, extracción y partición de nutrientes e índice de cosecha de cada nutriente al final del ciclo productivo (R6).

Materia seca y rendimiento de grano

Para la materia seca, el análisis de varianza combinado permitió identificar interacción H × F (P ≤ 0.05) (Cuadro 3). Esta interacción positiva permite observar respuestas diferenciales de los híbridos dentro de cada tratamiento foliar, sólo el híbrido H-49 AE no mostró diferencia en el T4 con respecto al testigo (Cuadro 3). En promedio, se produjeron 28.2 t ha^-1 de materia seca en R6. Se observa una respuesta positiva contundente de los tratamientos foliares que superó al testigo hasta en 3.9 t ha^-1, en virtud de la mejora de la nutrición en la fertilización foliar de aminoácidos. Así, esta tendencia de mayor capacidad de acumulación de materia seca es consistente con lo que se observa actualmente en los híbridos con alto potencial productivo.

En promedio de ambientes e híbridos, en términos porcentuales, la acumulación de materia seca en el grano fue del orden de 52, 50, 49 y 48 % en los foliares T4, T3, T2, y T1, respectivamente. Los datos confirman lo reportado por ^{Ciampitti y Vyn (2012)}, que observaron índice de cosecha (IC) de 48 y 50 % en genotipos antiguos y modernos, respectivamente. ^{Quezada et al. (2015)} observaron índice de cosecha de 52 % cuando aplicaron subproductos de biosíntesis de aminoácidos (TRP + LYS), contra 50 % en los tratamientos testigo (nitrato de amonio y sulfato de amonio). Si el aumento en el rendimiento de grano fuera proporcionalmente mayor que el aumento en la biomasa total, el IC podría mejorarse (^{Martínez et al., 2018}) debido a que el IC refleja la eficiencia de la remoción de nutrientes en el órgano de interés económico del cultivo (^{Bender et al., 2013}). Se juzga que la mejora observada de los IC se debió parcialmente a la aplicación de aminoácidos o a la genética de los materiales. De acuerdo con ^{Quezada et al. (2015)}, las concentraciones hormonales o metabolitos secundarios en los aminoácidos impulsan mayor producción de materia seca en el grano.

En promedio, los híbridos produjeron aproximadamente 12.3 t ha^-1 de grano, con un intervalo de 11.4 a 13.3 t ha^-1 entre los tratamientos foliares. El híbrido con mejor respuesta fue el H-50, con diferencia de hasta 2.3 t ha^-1 (T3) respecto al testigo; así mismo, en T3 se observó mayor acumulación de materia seca y mayor rendimiento de grano entre los tratamientos foliares, por lo que la fertilización foliar con aminoácidos garantiza el incremento de rendimiento de grano asociado con el aumento de la capacidad de producción de materia seca (^{Lorenz et al., 2010}); esta relación implica en mayores demandas de absorción y remoción de nutrientes en los genotipos mejorados (^{Bender et al., 2013}).

Extracción y remoción de nutrientes

Se observaron efectos significativos (P ≤ 0.05) de ambientes para la extracción de nutrientes, con excepción de Ca, Cu y B (Cuadro 4). Los híbridos influyeron significativamente en la absorción de los nutrientes, excepto en boro, que presentó extracción similar entre genotipos (Cuadro 4). Para el factor foliar, los nutrientes presentaron diferencias significativas, con excepción del Cu (Cuadro 4). La extracción total (parte aérea + grano) de nutrientes para cada ambiente, híbrido y tratamiento foliar se presenta en el Cuadro 5.

La extracción de nutrientes aumenta a medida que aumenta la biomasa de la planta y el rendimiento de grano (^{Setiyono et al., 2010}); por lo tanto, para satisfacer los requerimientos nutricionales de maíz es necesario que se realicen prácticas adecuadas de manejo agronómico y en el suelo se suministren nutrientes en estas cantidades.

La absorción total de nutrientes en este estudio (Cuadro 5) se aproxima a los valores reportados en la literatura en híbridos modernos. ^{Resende et al. (2016)} observaron en promedio de seis híbridos experimentales en dos ambientes contrastantes de fertilización, extracción de macronutrientes (kg ha^-1) de 291 de N, 64 de P₂O₅, 181 de K₂O, 51 de Ca, 38 de Mg y 20 de S, y de micronutrientes (g ha^-1) 84 de Cu, 2232 de Fe, 646 de Mn y 466 de Zn para producción de 10 t ha^-1 de grano y su respectiva paja de maíz, que fue de 15 t ha^-1.

Los resultados de este estudio son acordes con los publicados por ^{Bender et al. (2013)} con híbridos, referidos a la absorción y removilización de nutrientes para rendimiento promedio de 12.0 t ha^-1 de grano y 23.0 t ha^-1 de materia seca. Las absorciones totales de macro (kg ha^-1) y micronutrientes (g ha^-1) por las plantas fueron 286 de N, 114 de P₂O₅, 202 de K₂O, 59 de Mg, 26 de S, 100 de Cu,1400 de Fe, 500 de Mn, 500 de Zn y 80 de B, respectivamente. Así, la demanda nutrimental aumenta a medida que se alcanzan niveles crecientes de productividad (^{Bender et al., 2013}; ^{Ciampitti y Vyn, 2014}; ^{Martínez et al., 2018}; ^{Resende et al., 2016}; ^{Setiyono et al., 2010}; ^{Silva et al., 2018}), lo que refuerza la necesidad de actualizar el requerimiento nutrimental de los nuevos genotipos de maíz de potencial productivo disponibles para las condiciones de los Valles Altos de México.

En Jocotitlán se puede visualizar mayor extracción de nitrógeno (Cuadro 5), debido al mayor porcentaje de materia orgánica (2.1 %), que favorece el nitrógeno orgánico o inorgánico en el suelo (^{Cao et al., 2021}). Otra premisa puede ser la influencia de temperaturas bajas del ambiente, que permitieron mayor eficiencia en la absorción y asimilación de los compuestos nitrogenados (aminoácidos), lo cual llevó a mayor acumulación de N en las plantas desarrolladas en este ambiente. Las mayores tasas de extracción observados en Temascalcingo para P, K, Mg y Zn se debieron al alto contenido de estos nutrientes en el suelo (Cuadro 1), aunado al aprovechamiento de los aminoácidos foliares por las plantas de maíz, para algunos elementos donde el testigo fue igual o mayor que el T4.

El híbrido H-50 absorbió mayores cantidades de nutrientes en todos los casos (Cuadro 5), excepto para B, lo cual está de acuerdo con los rendimientos mayores presentados para este híbrido (Cuadro 3), reflejado en la magnitud de extracción. El componente genético puede determinar las cantidades de nutrientes absorbidos por las plantas y translocados a los granos; no obstante, los híbridos dentro de la especie pueden diferir en la capacidad de absorber y utilizar los nutrientes presentes en el suelo. En otros estudios se reportaron valores diferenciales de extracción de nutrientes en híbridos diferentes (^{Bender et al., 2013}; ^{Martínez et al., 2018}; ^{Silva et al., 2018}).

Los tratamientos foliares influenciaron significativamente la extracción de los nutrientes (P ≤ 0.05), excepto para Cu (Cuadro 5). Con respecto al N absorbido, la extracción fue 25, 21 y 16 % más alta en los tratamientos T2, T3 y T4, respectivamente, en relación con el testigo; ésto se debió a la concentración de N orgánico y al porcentaje de aminoácidos libres en los tratamientos foliares (Cuadro 2). El nitrógeno está involucrado en el metabolismo vegetal, participando en la biosíntesis de proteínas y clorofilas (^{Andrade et al., 2003}), de modo que una mayor oferta del nutriente en forma de aminoácidos contribuye al aumento de la tasa fotosintética, llevando a una mayor acumulación de biomasa y, consecuentemente, mayor extracción de N por las plantas (Cuadro 5).

Las cantidades de macro y micronutrientes acumulados en el grano entre los tratamientos foliares se presentan en el Cuadro 6. Respecto al N acumulado en el grano, en términos porcentuales, el promedio fue de 58 % del total extraído en el grano por el cultivo, valores por debajo de lo observado por ^{Bender et al. (2013)}, quienes mencionan que cerca de 64 % del N extraído fue translocado para el grano. ^{Quezada et al. (2015)} reportaron índices de cosecha de N de 64-67 % cuando aplicaron subproductos de la biosíntesis comercial de los aminoácidos triptófano (TRP) y lisina (LYS) contra 61 % observado en los testigos (nitrato de amonio y sulfato de amonio), lo que confirma que los aminoácidos foliares favorecen una mayor acumulación de N en el grano de maíz.

Existió diferencia significativa (P ≤ 0.05) entre los factores estudiados para extracción de P (Cuadro 5); sin embargo, para el factor foliar la extracción de P presentó mejor respuesta en el testigo foliar, la extracción de P disminuyó cuando se aplicaron aminoácidos foliares; en contraste, ^{Bender et al. (2013)}, al evaluar híbridos mejorados, reportaron una extracción total de 114 kg ha^-1 de P₂O₅, con una productividad media de 12.0 t ha^-1, rendimientos similares a los de este trabajo. La acumulación de P en el grano no mostró diferencia significativa (Cuadro 6); en promedio, 64 kg ha^-1 de P son direccionados en el grano al final del ciclo, lo que representa el 74 % del total de P absorbido, por lo que es importante suministrar estas cantidades extraídas en el grano en los cultivos posteriores. Lo anterior permite deducir que el fósforo está ligado a la función del N; es decir, a mayor contenido de N en el grano, mayor acumulación de P (^{Zamudio-González et al., 2016}). El alto porcentaje de P en el grano explicaría la disminución de P en el tejido de la planta.

Con la aplicación de aminoácidos aumentó significativamente la extracción de K en plantas de maíz (Cuadro 5). Los mejores tratamientos foliares fueron T2 y T3. En promedio de los tratamientos foliares, la acumulación de K en el grano fue de 42 kg ha^-1 de K₂O (Cuadro 6); es decir, 18 % del total absorbido por la planta fue direccionado hacia el grano; en contraste, ^{Zamudio-González et al. (2015)} observaron remoción de 14.4 kg ha^-1 de K₂O en el grano, lo cual confirma la importancia de la aplicación foliar de aminoácidos, lo que garantiza mayor contenido de nutrientes en el grano de maíz.

Se observaron diferencias significativas entre los tratamientos foliares tanto para la extracción como para la acumulación de Ca en el grano del maíz (Cuadros 5 y 6). En ambos casos sobresalen los tratamientos foliares T2, T3 y T4; no obstante, el mayor valor de este nutriente acumulado en el grano fue observado en T4 (Eurodual) debido a la composición de 8 % de CaO, aminoácidos libres de bajo peso molecular y asimilables para la planta. Esta eficiencia de absorción foliar de los aminoácidos se correlaciona con la baja disponibilidad de Ca²⁺ en el suelo en los ambientes (Cuadro 1). Por otra parte, la alta disponibilidad de K⁺ (Cuadro 1) provoca inhibición competitiva entre cationes en el suelo (^{de Resende et al., 2006}), lo que posiblemente favoreció a T4, que contiene Ca y aminoácidos libres.

Al final del ciclo, en promedio, 1.9 % de Ca del total extraído por la planta fue direccionado hacia el grano de maíz. La poca movilidad que presenta Ca en el floema de la planta dificulta su redistribución en el grano. De acuerdo con ^{Ciampitti y Vyn (2014)} y ^{de Resende et al. (2016)}, las concentraciones de Ca en las mazorcas (olote y grano) son poco perceptibles en los análisis de estos componentes de la planta, acumulando mayores cantidades principalmente en las hojas (más del 50 %) y en los tallos de la planta; resultado semejante fue observado en este estudio.

Para la extracción de Mg destacan T2 y T3 con 50 y 51 kg ha^-1 (Cuadro 5). Los tratamientos foliares no difirieron en la partición de Mg en el grano (Cuadro 6). En promedio, del total de Mg absorbido, cerca del 26 % fue dirigido al grano, lo que representa 12 kg ha^-1, el 74 % restante se acumuló en la parte aérea de la planta. ^{Cakmak y Yazici (2010}) mencionan que en la nutrición de las plantas el Mg favorece la translocación de fotoasimilados y carbohidratos en la planta. La aplicación foliar de aminoácidos con presencia de Mg presenta un efecto favorable en la tasa fotosintética asociado con aumento en el contenido de clorofila de la hoja (^{Andrade et al., 2003}), lo que puede llevar a una mayor acumulación de MS y rendimiento de grano.

El factor foliar alteró significativamente la extracción de los microelementos, excepto para Cu, donde no se detectó diferencia significativa (P > 0.05) (Cuadro 5). El Cu tiene fuerte afinidad con el átomo de N del grupo amino y los compuestos nitrogenados solubles, como los aminoácidos, y actúa como transportador de ese nutriente en xilema y floema (^{Printz et al., 2016}), lo que llevó a una mayor acumulación de Cu en el grano de maíz en T2 y T3 (Cuadro 6). En promedio, 21 % de Cu del total extraído fue translocado hacia el grano, lo que corresponde a 43 g ha^-1. ^{Martínez et al. (2018)} observaron acumulación de 14 % de Cu en el grano de maíz, 48 % en las hojas y 33% en los tallos de la planta; entonces, es evidente que las concentraciones de Cu predominan en la parte aérea de la planta, particularmente en las hojas de maíz.

La extracción de Mn presentó mejores respuestas en los tratamientos T4, T2 y T3 con relación al testigo (T1) (Cuadro 5). La acumulación de Mn en el grano no fue afectada por los tratamientos foliares (Cuadro 6). En promedio, 45 g ha^-1, equivalentes a una proporción de 9 % se direcciona hacia el grano de maíz. Lo anterior puede deberse que este elemento se acumula en mayor cantidad en el tallo como órgano de reserva (^{Bender et al. 2013}). ^{Martínez et al. (2018)} reportaron que el 50 % de Mn se acumuló en el tallo de la planta y apenas el 8 % de Mn fue acumulado en el grano de maíz.

La extracción de Zn y B aumentó significativamente en los tratamientos T2, T3 y T4 (Cuadro 5). El T3 incluyó en su composición 1 % de Zn (Cuadro 2) y fue este tratamiento foliar el que presentó mayor concentración de Zn en el grano; esta respuesta positiva en el cultivo del maíz se debe a la función del Zn en la producción de triptófano, precursor del ácido indol acético en la planta (^{Suman et al., 2017}).

El porcentaje de Zn direccionado al grano fue de 54 % del total extraído por la planta. El resultado ocurrió en menor magnitud que el 62 % reportado por ^{Bender et al. (2013)} y mayores a lo reportado por ^{Martínez et al. (2018)} con 45 % de Zn translocados al grano de maíz. Según ^{Heckman et al. (2003)}, la redistribución del Zn acumulado puede variar de acuerdo con las prácticas de manejo agronómico, la productividad y la concentración de nutrientes en los granos de maíz. En los tratamientos foliares las plantas fueron capaces de mantener proporciones más elevadas de Zn en los granos, que constituyen un órgano de mayor demanda de este micronutriente en la etapa de maduración.

Para extracción de B, T2 fue 53 % más eficiente que T1 (testigo). De lo anterior, se deduce que el 3 % adicional de B contenido en T2 (Cuadro 2) permitió mejoras en la absorción del tratamiento foliar. En la acumulación de B en el grano se observó respuesta diferencial entre los tratamientos foliares. En promedio, el 22 % del B total extraído por la planta fue acumulado en el grano (Cuadro 6). Estos porcentajes bajos se deben a que el B es un elemento que tiene poca movilidad en el floema y es translocado principalmente a través del xilema de la planta.

La aplicación foliar con B es más efectiva en los periodos de mayor demanda, específicamente entre VT (panojamiento) y R1 (floración/polinización), lo que mejora la translocación del B en el grano. La exigencia de B en la germinación del polen y el crecimiento del tubo polínico en maíz (^{Alimuddin et al., 2020}) reduce la acumulación del boro en el grano; sin embargo, mejora las características agronómicas de las mazorcas, incrementando la productividad del cultivo.