Introducción
El girasol (Helianthus annuus L.), es uno de los cultivos oleaginosos más importantes para la producción de aceite, además es considerado como uno de los aceites con mayores beneficios para la salud, por su alto contenido de ácidos grasos poliinsaturados (Werteker et al., 2010). En México en los últimos años ha tomado importancia debido a que es una oleaginosa con gran potencial aceitera. Para el 2018 la producción nacional de girasol fue de 9,263 t en una superficie cosechada de 6,629 ha, con un rendimiento promedio de 1.39 t ha-1, donde los principales estados productores fueron Sonora, Zacatecas, Guanajuato, Jalisco y Estado de México (SIAP, 2018).
Con el uso de prácticas agrícolas adecuadas se provee a los cultivos una mayor expresión del rendimiento, dentro de dichas prácticas destacan la preparación del suelo, densidad de población y fertilización. El rendimiento de girasol es controlado por factores, como la selección de híbridos, una adecuada tecnología, el manejo de prácticas agrícolas especialmente en la densidad óptima de población y el uso de fertilizantes (nitrógeno) (Ishfaq, 2009). Investigaciones anteriores que se han desarrollado con girasol, han demostrado que con aplicaciones de fertilizante nitrogenado se han incrementado el rendimiento de semilla por unidad de superficie, la producción de materia seca, número de semillas m-2 y área del capítulo (Ahmed y El-Araby, 2012; Ali et al., 2012; Nasim et al., 2012). Un indicador importante respecto al uso del nitrógeno es su eficiencia agronómica, que indica el incremento en el rendimiento económico de un cultivo por unidad de nitrógeno aplicado (Ali et al., 2012).
Las características del suelo como su textura, mineralogía, estructura, materia orgánica son en gran medida responsables de como el suelo afecta el rendimiento en cultivos. Un problema que limita el crecimiento y desarrollo de las plantas es la salinidad del suelo, el origen de estos tipos de suelos pude ser muy diverso pudiendo ser de manera general o antrópico. La salinidad del suelo es un problema que se incrementa año con año en las regiones áridas y semiáridas del mundo como consecuencia de una baja precipitación y un mal manejo del agua de riego y los fertilizantes. La salinidad y la sequía son dos de los factores limitativos ambientales que afectan el establecimiento y desarrollo de las especies, así como la producción agrícola (Martínez et al., 2011).
Por otro lado, los fertilizantes microbiológicos son considerados una parte importante de las prácticas agrícolas sostenibles, con entradas de bajo costo; fijación de nitrógeno, solubilización de fosfato, potasa y de movilización de microorganismos en la planta (Mishra y Dadhich, 2010). Los biofertilizantes contienen microorganismos específicos en formas concentradas, derivados de la zona radicular del suelo, en donde establecen una simbiosis mutualista con las raíces de la mayoría de las plantas; los cuales ayudan a mejorar el crecimiento gracias al sistema de hifas que se desarrollan fuera de la raíz y que permiten una mayor exploración del suelo al incrementar la captación de nutrimentos poco móviles, resistencia y/o tolerancia de la planta a la sequía y salinidad (Tapia et al., 2010). Para lograr una producción sostenible de girasol es necesario complementar la fertilización química con formas biológicas, para obtener en lo posible un impacto en la producción y en la conservación del ambiente. Las bacterias y hongos son capaces de proveer a la planta diferentes nutrientes en forma asimilable. Esto puede ocurrir mediante diferentes procesos, por ejemplo, la inoculación de las plantas con micorrizas, que contribuye a incrementar la absorción de agua, solubilizar los minerales y transformar el fósforo que se encuentra en el suelo, formando compuestos estables, en formas disponibles para la planta (Madhurendra et al., 2009; Zarabi et al., 2011; Ahmed y El-Araby, 2012). Múltiples estudios han revelado que los biofertilizantes influyen en el crecimiento y producción de los cultivos. Al respecto, Sotelo et al. (2016) y Mena et al. (2018) observaron una mayor producción en la biomasa, rendimiento y diámetro del capítulo con el uso de biofertilizantes en el cultivo de girasol. Por lo cual el objetivo del presente estudio fue determinar la influencia del tipo de suelo, nitrógeno y biofertilizante sobre la fenología, biomasa total, rendimiento de grano y sus componentes (peso de 100 granos y área del capítulo) en el cultivo de girasol.
Materiales y métodos
El estudio se estableció en dos sitios del Colegio de Postgraduados, Montecillo, Estado de México (19° 29’ norte; 98° 54’ oeste y 2,250 msnm), bajo condiciones de temporal. El clima es de tipo BS1 que corresponde al menos seco de los áridos con lluvias en verano, una temperatura media anual de 14.6 °C y precipitación media anual de 500 mm (García, 2004). En el mes de mayo de 2012, se sembró el girasol cv. Victoria (aceitero) en una densidad de 80,000 plantas ha-1. Los tratamientos fueron: dos tipos de suelo, los cuales presentaron las siguientes características: suelo 1 (S1), textura franco arenoso, pH de 7.1 y CE de 0.49 dS m-1, suelo 2 (S2), textura franco arcilloso limoso, pH de 7.8, CE de 1.75 dS m-1; dos niveles de nitrógeno de 0 (N0) y 100 kg ha-1 (N100), los cuales se aplicaron de forma fraccionada, la mitad al momento de la siembra y el resto a los 30 días, como fuente de nitrógeno se utilizó urea (46 % de N); con y sin biofertilizantes, el cual consistió en la inoculación a la semilla de bacterias fijadoras de nitrógeno Azospirillum brasilense (0.4 kg) y hongos micorrízico Glomus intraradices (1 kg), las cuales fueron mezcladas con agua y adherente. El diseño experimental fue bloques completos al azar con arreglo de parcelas subdivididas y cuatro repeticiones. Durante el desarrollo del estudio se registró la temperatura máxima, mínima, evaporación y precipitación, los datos fueron proporcionados por la estación agrometeorológica del Colegio de Postgraduados. La evapotranspiración del cultivo (ETc, mm d-1) se calculó mediante la ecuación:
Donde: Ev = evaporación del tanque A; Ke = coeficiente para el evaporímetro (0.6); y Kc = coeficiente del cultivo (0.8 para girasol). Así mismo se calculó las unidades calor (UC, °C d), mediante el método residual de Flores et al. (1985) , el cual es descrito por la siguiente ecuación:
Dónde: Tmáx = Temperatura máxima diaria (°C), Tmín = Temperatura mínima diaria (°C) y TB = Temperatura base, considerada como 8 °C (Sadras y Hali, 1988). Las etapas fenológicas registradas fueron: días a emergencia (E), floración (R5) y madurez fisiológica (R9) (Schneiter y Miller, 1981). A la cosecha se registró la biomasa total (BT) (peso de receptáculo, tallo y hojas + peso del grano), índice de cosecha (IC), rendimiento de grano (RG) y sus componentes, como área del capítulo (AC) y peso de 100 semillas (P100S). A las variables en estudio se les aplicó un análisis de varianza y se aplicó la prueba de comparación de medias Tukey (P ≤ 0.05) con el paquete estadístico SAS versión 9.1 (SAS, 2004).
Para el análisis económico se estimaron los costos arrojados por cada tratamiento utilizando las siguientes ecuaciones (Bueno et al., 2005):
Costo total (CT), es la suma de los costos fijos (CF) y variables (CV).
Ingreso total (IT), se calculó con la siguiente fórmula:
Donde: Py= precio del producto ($20.00 para ese año); Y= producción ha-1.
Ingreso neto (IN), es la diferencia del costo total (CT) y el ingreso total (IT).
Ganancia por peso invertido (GPI), se obtuvo dividiendo el ingreso neto (IN) entre el costo total (CT).
Resultados y discusión
Elementos del clima y fenología
En la Figura 1, se presentan los datos de temperatura máxima (Tmax), mínima (Tmin) promedio decenal y la precipitación suma decenal, durante el ciclo del cultivo se observó que el promedio decenal durante la estación de crecimiento de Tmax fluctuó entre 34 y 22 °C y la Tmin de 12 a -2 °C. Las condiciones climáticas de temperaturas fueron apropiadas para el desarrollo del cultivo del girasol (Escalante et al., 2015). La temperatura más alta ocurrió en la etapa vegetativa del cultivo en los meses de mayo y junio, posteriormente, disminuyó conforme el ciclo de cultivo avanzó, debido principalmente al incremento en la precipitación (386 mm), donde la más alta se observó en el mes de agosto a inicios de la floración, sin embargo, se redujo en etapa de llenado de grano, lo cual indica que al final del ciclo el cultivo presentó un déficit hídrico, que pudo afectar el rendimiento (Escalante y Rodríguez, 2010).
La ocurrencia de las etapas fenológicas fue similar para todos los tratamientos. Esto, se pudo deber a que la nutrición en el suelo fue suficiente para que el cultivo no modificara la ocurrencia de las etapas fenológicas durante el desarrollo del estudio. Así, para ambos suelos la E se presentó a los 8 dds, el periodo de R5 ocurrió a los 68 dds y la madurez fisiológica se presentó a los 120 días (Figura 1). Estos resultados concuerdan parcialmente con los reportados por Escalante y Rodríguez (2010) al evaluar la fenología de girasol en tres niveles de salinidad del suelo y en agrosistemas (girasol-frijol), en donde la E se presentó a los 8 dds, el periodo de R5 ocurrió a los 80 dds y R9 a los 130 dds.
Unidades Calor y evapotranspiración
La acumulación de unidades calor (UC) en relación con la ocurrencia de las etapas fenológicas del cultivo se presentan en la Figura 2. El requerimiento térmico del girasol fue similar entre tratamientos. De esta manera, la acumulación de UC fue de 125 °C, 705 °C y 1,551 °C durante las etapas E, R٥ y MF, respectivamente, datos similares fueron reportados por Morales et al. (2006) al evaluar girasol en cultivo asociado con frijol (Phaseolus vulgaris. L). El modelo para estimar las UC para el genotipo y condiciones del presente estudio fue UC = 22.9 dds, R2 = 0.99**. La ETc del girasol también fue similar entre tratamientos. En la Figura 2 se muestra que la ETc acumulada para las etapas E, R5 y MF fue de 18 mm, 139 mm y 377 mm, respectivamente.
En la Figura 2, que relaciona la evapotranspiración acumulada del cultivo (ETc), se observa que el periodo de siembra a emergencia, la ETc fue de 18 mm, en el periodo de emergencia a antesis la ETc fue de 121 mm y de antesis a madurez fisiológica fue de 256 mm. La ETc acumulada durante todo el ciclo del cultivo fue de 377 mm. Así mismo Morales et al. (2006) , al evaluar el girasol cv. Victoria en un clima templado encontraron que de la siembra a emergencia la ETc fue de 15 mm, de emergencia a antesis fue de 185 mm y de antesis a madurez fisiológica fue de 80 mm. Teniendo una ETc acumulada durante todo el ciclo del cultivo de 280 mm.
En el Tabla 1, se presenta el análisis de varianza de los factores de estudio y sus interacciones, en el cual muestra que la biomasa total (BT) y rendimiento de grano (RG) presentaron diferencias significativas para el suelo (S), nitrógeno (N), biofertilizante (BIO), S x N, S x BIO y N x BIO; mientras que en el IC se observó una nula significancia en las interacciones S x BIO y N x BIO. Con respecto al P100S la significancia se registró en el factor N, BIO y la interacción S x BIO, finalmente para AC no presentaron diferencias significativas las interacciones S x N, S x BIO y N x BIO.
Suelo
La producción de BT y RG más alta (Tabla 2) se observó en el suelo con una CE de 0.49 dS m-1 (S1), donde la producción se incrementó en 17 y 21 % respecto a S2, el cual presenta una CE de 1.75 dS m-1; tendencias similares se observó en el IC, P100S y el AC donde los mayores datos se encontraron en S1 por registrar una conductividad eléctrica más baja en comparación a S2. Dos-Santos et al. (2017) señalan que la reducción en la producción de las plantas en estrés salino se explica por exceso de acumulación de ciertos iones en los tejidos vegetales, disminución en el potencial osmótico de la solución del suelo, posible toxicidad iónica e inestabilidad nutricional. Al respecto Escalante y Rodríguez (2010) , al evaluar girasol en suelos con diferentes grados de salinidad, encontraron que la producción de BT y RG se vio afectada en suelos con mayor salinidad.
FACTOR | BT g m-2 | IC % | RG g m-2 | P100S g | AC cm2 |
S1 | 1286 a | 30 a | 387 a | 7.5 a | 327 a |
S2 | 1063 b | 26 b | 306 b | 7.0 a | 316 b |
DMS | 57.8 | 1.3 | 18.3 | 0.7 | 2.0 |
N0 | 967 b | 30 a | 304 b | 6.6 b | 289 b |
N100 | 1381 a | 26 b | 390 a | 7.9 a | 354 a |
DMS | 89.2 | 1.0 | 18.0 | 0.1 | 24.8 |
BIO | 1305 a | 27 b | 373 a | 7.8 a | 352 a |
SBIO | 1044 b | 29 a | 321 b | 6.7 b | 290 b |
DMS | 75.9 | 0.9 | 37.6 | 0.5 | 4.8 |
CV | 3.7 | 1.7 | 5.02 | 3.2 | 3.5 |
¶Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, según Tukey = 0.05. Suelo 1 (S1), pH de 7.1 y CE de 0.49 dS m-1, suelo 2 (S2), pH de 7.8, CE de 1.75 dS m-1. SBIO = Sin Biofertilizante, BIO = Con biofertilizante; N0 y N100 = 0 y 100 kg de N ha-1.
Nitrógeno
En respuesta al N, la BT y RG se incrementó en un 42 y 28 % respecto a la cero fertilización. Cabe señalar, que con la aplicación N también se logró aumentar el P100S y AC, lo que está relacionado con un mayor rendimiento de grano. En estudios realizados por Ali et al. (2012) y Nasim et al. (2012) al evaluar diferentes niveles de nitrógeno en girasol, encontraron que conforme la fertilización fue aumentando también lo hacia la BT y el RG. Lo anterior, indica que la generación de materia seca está directamente relacionada con la disponibilidad y aprovechamiento de los nutrimentos en el suelo (nitrógeno). El nitrógeno es el elemento más requerido por las plantas, ya que representa de 1 a 5 % de la biomasa total y es constituyente integral de proteínas, ácidos nucleicos, clorofilas, coenzimas fitohormonas y metabolitos secundarios (Hawkesford et al., 2012).
Biofertilizante
La inoculación del biofertilizante en el cultivo de girasol generó un incremento en la BT y RG del 25 y 16 % respecto al testigo sin aplicar, respectivamente, el cual está relacionado con el aumento en el AC y P100S. Dicho aumento en la BT, RG y sus componentes puede deberse a una mayor área radical e incremento en actividad de esta, como la liberación de exudados hormonales provocados por la aplicación de Azospirillum sp. y Glomus sp. (Aguilar et al., 2015; Espinosa et al., 2019; Venegas et al., 2019). Ali et al. (2012) , observaron que al suministrar biofertilizante (Azotobacter sp. y Azospirillum sp.) en el cultivo de girasol se logró incrementar la biomasa total y rendimiento de grano en 10 % respecto a la nula biofertilización. Esto resultados corroboran el hecho de que el uso de microorganismos (biofertilizante) estimula a la planta para promover una mayor producción en el cultivo de girasol.
Interacción Suelo x Nitrógeno
En general los dos tipos de suelo presentaron los valores de BT y RG más alta con la aplicación de 100 kg ha-1 de nitrógeno en comparación a 0 kg de ha-1 de nitrógeno, siendo este último donde se obtuvo la producción más baja (Figura 3). Al respecto Rasool et al. (2013) , al evaluar diferentes niveles de nitrógeno lograron aumentar la BT y RG, tendencias similares al presente estudio. El suelo que presentó la mayor producción de BT y RG fue S1 (pH de 7.1 y CE de 0.49 dS m-1) con la aplicación de 100 kg ha-1 de nitrógeno, donde el incremento fue de 71 y 60 %, respecto a la nula aplicación de nitrógeno y suelo con mayor salinidad como el de S2 (pH de 7.8 y CE de 1.75 dS m-1), el cual registró la menor BT y RG. Lo anterior, se debió a que los niveles altos de salinidad disminuyen los parámetros de crecimiento y producción agrícola, debido a la disminución de la actividad fotosintética, modificaciones morfológicas, estructurales y metabólicas en las plantas (Conus et al., 2009; Dos-Santos et al., 2017).
Interacción Suelo x Biofertilizante
En la interacción S x BIO (Figura 4), se puede observar que con el uso del biofertilizante se logró aumentar la producción de biomasa total y rendimiento de grano, siendo más evidente en S1, en donde el incremento fue del 25 (BT) y 20 (RG) % respecto a S2. El uso de biofertilizante posiblemente estimuló la producción de sustancias promotoras del crecimiento (hormonas y enzimas), lo cual generó un incremento en la biomasa de la planta de girasol como lo indica Ahmed y El-Araby (2012). Cabe señalar, que S1 presenta un suelo con pH neutro (pH de 7.1) y CE de 0.49 dS m-1, condiciones posiblemente óptimas para el desarrollo de la planta, ya que el aumento en la salinidad produce una reducción en la BT y RG, como se pudo observar al comparar S1 contra S2. Por lo que, la reducción del crecimiento de las plantas está relacionada con el exceso de acumulación de ciertos iones en los tejidos vegetales, causado por una posible toxicidad iónica (salinidad) e inestabilidad nutricional en el suelo (Dos-Santos et al., 2017).
Interacción Nitrógeno x biofertilizante
Para la combinación de N x BIO (Figura 5), se observó que al aplicar de 100 kg ha-1 de nitrógeno la producción de biomasa total y rendimiento de grano se incrementó en un 57 y 28 % respecto a la nula fertilización, al incorporar el biofertilizante en los tratamientos con nitrógeno, se logró que la biomasa total y rendimiento de grano aumentara en un 21 y 26 % más, respecto a la fertilización de 100 kg ha-1de nitrógeno, valores semejantes registraron Jalilian et al. (2012) , donde indican que con la aplicación del biofertilizante se promueve el crecimiento de la planta de girasol, lo que genera una mayor biomasa total y rendimiento de grano. Por su parte Madhurendra et al. (2009) , mencionan que con la aplicación de 100 kg de N ha1 + Azospirillum y Azotobacter se eleva el rendimiento de grano en comparación a solo la fertilización nitrogenada.
Interacción Suelo x Nitrógeno x Biofertilizante
En la interacción S x N x BIO (Tabla 3), se percibió que la mayor BT y RG se registró con la aplicación de N (100 Kg ha-1) y biofertilizante, siendo más evidente en el Suelo 1, ya que la producción fue 20 y 26 % mayor a la del Suelo 2. El RG más alto está relacionado con el P100S y AC, componentes que mostraron un efecto positivo con el uso del biofertilizante en condiciones menos salinas (Prabhaharan et al., 2019). Cabe indicar, que el biofertilizante se vio favorecido por las condiciones del suelo en las que se desarrolló el cultivo. Esto señala, el hecho de que suelos con una mayor salinidad limitan el crecimiento de las plantas, incluso podría causar la muerte de está. Los efectos estimulantes de los microorganismos están relacionados con la producción de fitohormonas, que pudieran estimular la absorción de nutrientes y agua, lo que conduce a un mayor crecimiento y rendimiento de las plantas (Madhurendra et al., 2009; Jalilian et al., 2012). En lo que respecta al IC, tanto el Suelo 1 como en el Suelo 2, la aplicación de solo el nitrógeno (100 kg ha-1) generó una mayor eficiencia en la acumulación de materia seca hacia el grano, ya que presentó los mayores porcentajes. Tendencias similares obtuvieron Aguilar et al. (2017) en el cultivo de maíz y encontraron que donde se aplicó nitrógeno el IC era más alto en comparación a las asociaciones entre nitrógeno y biofertilizantes.
SUELO | N Kg ha-1 | Bio fertilizante | BT g m-2 | IC % | RG g m-2 | P100S G | AC cm2 |
1 | 0 | BIO | 1215 b | 28 b | 339 a | 7 a | 310 c |
SBIO | 869 bc | 29 ab | 287 a | 6 a | 271 e | ||
100 | BIO | 1611 a | 23 c | 482 a | 9 a | 398 a | |
SBIO | 1368 ab | 25 c | 411 a | 8 a | 318 c | ||
2 | 0 | BIO | 1029 bc | 30 a | 284 a | 6 a | 308 d |
SBIO | 756 c | 32 a | 255 a | 6 a | 257 f | ||
100 | BIO | 1285 ab | 28 b | 357 a | 8 a | 385 b | |
SBIO | 1181 abc | 30 a | 311 a | 7 a | 315 cd |
¶Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, según Tukey = 0.05. Suelo 1: pH de 7.1 y CE de 0.49 dS m-1, suelo 2: pH de 7.8, CE de 1.75 dS m-1. SBIO = Sin Biofertilizante, BIO = Con biofertilizante.
Rentabilidad económica
En el Tabla 4, se presenta el análisis económico sobre la comercialización para el rendimiento de grano en el cultivo de girasol. Tanto en el suelo 1, como en el suelo 2 se observó que con la aplicación de 100 kg ha-1 de nitrógeno en mezcla con el biofertilizante se obtuvo el costo total más alto, mismo que se amortizó con el ingreso total; de tal manera que generó el mayor ingreso neto y GPI, ya que por cada peso invertido en la producción de girasol se recuperó $ 5.80 y $ 4.00, en el suelo 1 y 2, respectivamente. La ganancia por peso invertido más baja se obtuvo en el suelo 2 con la aplicación de 100 kg de N ha-1 y sin biofertilizante que fue de $ 3.50, sin embargo, al realizar la aplicación del biofertilizante, se logra incrementar la GPI en el suelo 2 donde presenta una mayor salinidad en comparación al suelo 1. Al respecto, Escalante et al. (2007) al evaluar diferentes niveles de nitrógeno en girasol observaron una tendencia a incrementar la GPI, a medida que se aumentaba la fertilización. Por lo que, se recomienda la aplicación de nitrógeno en asociación con biofertilizante, alternativa que genera un mayor ingreso neto en el cultivo de girasol.
SUELO | N kg ha-1 | BIO | RG Kg ha-1 | IT $ | CF $ | CV $ | CT $ | IN $ | GPI $ |
1 | 0 | BIO | 3690 | 73800 | 9600 | 2000 | 11600 | 62200 | 5.30 |
1 | 0 | SBIO | 2870 | 57400 | 9600 | 1600 | 11200 | 46200 | 4.10 |
1 | 100 | BIO | 4820 | 96400 | 9600 | 4560 | 14160 | 82240 | 5.80 |
1 | 100 | SBIO | 4110 | 82200 | 9600 | 4160 | 13760 | 68440 | 4.90 |
2 | 0 | BIO | 2840 | 56800 | 9600 | 2000 | 11600 | 45200 | 3.80 |
2 | 0 | SBIO | 2750 | 55000 | 9600 | 1600 | 11200 | 43800 | 3.90 |
2 | 100 | BIO | 3570 | 71400 | 9600 | 4560 | 14160 | 57240 | 4.00 |
2 | 100 | SBIO | 3110 | 62200 | 9600 | 4160 | 13760 | 48440 | 3.50 |
IT = RG x precio por kg de girasol ($ 20.00). CF = incluye costo de preparación del terreno, siembra, riego, manejo de maleza y plagas. CV = incluye el costo del biofertilizante y fertilizante inorgánico.
Conclusiones
Para los suelos en estudio se encontró que la fertilización nitrogenada y el biofertilizante no modificaron el tiempo a ocurrencia de las etapas fenológicas, pero sí se observó un cambio en la biomasa total y rendimiento de grano, donde la mayor producción se registró con la aplicación de nitrógeno a 100 kg ha-1 y la inoculación del biofertilizante, principalmente en las condiciones con menor salinidad. El mayor ingreso neto se logró con la aplicación de 100 kg ha-1 de nitrógeno y biofertilizante, en el suelo con la salinidad más baja.