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Revista mexicana de ciencias pecuarias

versión On-line ISSN 2448-6698versión impresa ISSN 2007-1124

Rev. mex. de cienc. pecuarias vol.1 no.2 Mérida abr./jun. 2010

 

Notas de investigación

 

Uso de inoculante y fertilización nitrogenada en la producción de forraje de avena, ballico y trigo

 

Inoculation and nitrogen fertilization for forage production in annual ryegrass, oats and wheat

 

Regina Carrillo Romoa, Mario H. Esqueda Coronadoa, Alma Delia Báez Gonzálezb, Gerardo Reyes Lópezc, Mario H. Royo Márqueza, José Luis Ibave Gonzálezd

 

a) Sitio Exp. La Campana Chihuahua, CIRNOC–INIFAP–SAGARPA. Ave. Homero # 3744 Fracc. El Vergel. Chihuahua, Chih.Tel. y fax. 01(614) 4810257, 4810769. carrillo.regina@inifap.gob.mx. Correspondencia al primer autor.

b) Laboratorio de Nacional de Modelaje y Sensores Remotos, CIRNOC–INIFAP.

c) Facultad de Contaduría y Administración, UACH.

d) Facultad de Ciencias Agrotecnológicas, UACH.

 

Recibido el 1 de diciembre de 2008
Aceptado para su publicación el 11 de noviembre de 2009

 

RESUMEN

Los objetivos fueron evaluar el efecto combinado de diferentes dosis de inoculante (Rhodococcus fascians) y fertilización nitrogenada en la producción de forraje de gramíneas así como la relación costo/beneficio. Las gramíneas fueron: Avena sativa L, Lolium multiflorum Lam y Triticum durum L con los siguientes tratamientos: inoculación, fertilización nitrogenada (0, 30, 60 kg N ha–1), y la combinación de inoculante y fertilización. Las especies se establecieron en condiciones de riego en un suelo migajón franco arcilloso con pH de 6.7 y 0.34 % materia orgánica. El microorganismo se asperjó a la semilla y posteriormente a las plantas después de cada cosecha de forraje. Se evaluó producción de forraje en términos de toneladas de materia seca (MS) por hectárea. La evaluación económica se realizó utilizando un análisis marginal donde los indicadores fueron: costos variables, producción de forraje y beneficios netos. El experimento se estableció con un diseño completamente al azar con arreglo factorial 2x3x3 con cuatro repeticiones, donde el primer factor fue la inoculación, el segundo las especies y el tercero las dosis de fertilización nitrogenada. Los resultados muestran que el uso combinado de inoculante más 30 kg N ha–1 produjo 50 % más MS (aproximadamente 11 t más) que cuando se aplica sólo nitrógeno, especialmente en avena y ballico anual. El análisis económico mostró que el mejor tratamiento fue el de inoculación con 30 kg N ha–1 en Avena sativa L, con una tasa de retorno marginal por arriba del 60 %.

Palabras Clave: Inóculo, Fertilización, Avena sativa, Triticum durum, Lolium multiflorum, Producción de forraje, Rhodococcus fascians, Análisis económico, Costo/beneficio.

 

ABSTRACT

The objectives were evaluating the combined effects of different rates of both inoculum (Rhodococcus fascians) and nitrogen on forage production of grasses and to perform a cost – benefit economic analysis. The species analyzed were Avena sativa L, Lolium multiflorum Lam, and Triticum durum L through the following treatments: inoculation, nitrogen fertilization (0, 30, 60 kg N ha–1) and a combination of inoculation and fertilization. The species were established under irrigated conditions in a clay loam soil with 6.7 pH, and 0.34 % organic matter. The microorganism was sprayed on the seed and later, on the plants after each forage harvest. Forage production was evaluated in terms of metric tons (t) of dry matter (DM) ha–1. The economic study was performed using marginal analysis, where the indicators were cost variables, forage production and net benefits. The experiment was carried out using a completely randomized design with a 2x3x3 factorial arrangement with four replications, where the first factor was inoculation; the second factor, species; and the third factor, N rate. The results show that the combined use of an inoculum and 30 kg N ha–1 produces 50 % more DM (approximately 11 t) than when only N is used, especially in Avena sativa L. and Lolium multiflorum Lam. The economic analysis showed that the best treatment was inoculation plus 30 kg N ha–1 for Avena sativa L, presenting a marginal return rate of over 60 %.

Key words: Inoculum, Fertilization, Avena sativa, Triticum durum, Lolium multiflorum, Forage production, Rodococcus fascians, Economic analysis, Cost – benefit.

 

En el estado de Chihuahua se siembran alrededor de 18,850 ha de praderas irrigadas(1), siendo las especies más utilizadas ballico anual, avena y trigo(2). Sin embargo, el uso de praderas irrigadas implica altos costos de producción por el uso de fertilizantes, que representan aproximadamente el 35 % del costo total de la pradera(3). Por este motivo se buscan opciones para disminuir la cantidad de fertilizante, como es el caso de algunos microorganismos que se pueden utilizar como fuente de reguladores de crecimiento (auxinas, giberelinas y citocininas), para hacer más eficiente la absorción de nutrientes, ayudando a las plantas en su crecimiento y desarrollo. A los microorganismos concentrados en un sustrato se le denomina inoculadores, los cuales al aplicarlos en combinación con fertilizante aumentan la eficiencia de las plantas en el uso de nitrógeno(4). En el caso de Rhodococcus fascians se ha reportado que produce sustancias con capacidad fitoreguladora. En los sobrenadantes de los medios de cultivo donde se ha multiplicado este microorganismo, se han encontrado sustancias del tipo de las citocininas al utilizar manitol como fuente de carbono(5,6). Esta bacteria es Gram positiva, aerobia, y se desarrolla en una escala de pH de 6 a 8 y crece a temperaturas desde 10 hasta 40 °C, donde su temperatura óptima de crecimiento es 26 °C(7).

Una cepa no virulenta de Rhodococcus sp aislada en Chihuahua(8) se usó en un estudio in vitro en cultivo de tejidos vegetales, en explantes de zanahoria, donde se comparó la respuesta a la aplicación de Rhodococcus contra fitoreguladores sintéticos a diferentes dosis. La mejor concentración de Rhodococcus fue 1x104 UFC ml–1, que produjo un mayor número de brotes y raíz(9). Los autores reportaron que a una mayor concentración de esta bacteria, el desarrollo de la planta se atrofia. En otro estudio(10) en el que se utilizó cromatografía de intercambio iónico, cromatografía de gases y espectrometría de masas, se aislaron compuestos que le dan esa capacidad fitoreguladora. Los compuestos aislados se identificaron como N6isopentenil 2metil tioadenosina y N6metil isopenteniladenosina.

En un estudio en campo, se aplicó la misma cepa de Rhodococcus fascians a plantas de chile jalapeño y se observó un incremento en el tamaño de la planta y de fruto sin alterar la calidad de este último(11). Otro autor reporta(12) que en experimentos realizados con pastos en condiciones de invernadero, al aplicar Rhodococcus fascians se observó que algunos zacates aumentaron la producción de forraje y contenido de proteína, lo que se atribuyó a que la producción de citocininas incrementa tanto la producción de brotes como la síntesis de proteínas. Lo anterior concuerda con estudios realizados en invernadero y campo en donde se observó un incremento del crecimiento de plantas inoculadas(12). El presente estudio tuvo como objetivos: evaluar el efecto combinado de diferentes dosis de fertilización nitrogenada e inóculo de una cepa no virulenta de Rhodococcus fascians en la producción de forraje seco de avena, ballico anual y trigo, así como realizar un análisis económico de los tratamientos.

El experimento se llevó a cabo durante el ciclo otoño–invierno 1997–1997 en el Rancho Experimental La Campana (RELC), localizado en la zona centro del estado de Chihuahua, a 29° 20’ N, 106° 20’ O y altitud de 1,540 m; temperatura media anual de 16 °C con un período libre de heladas de 199 días(13). El suelo es de textura migajón franco arcillosa con pH de 6.71 y 0.34 % materia orgánica.

Las especies forrajeras que se sembraron fueron: avena coker (Avena sativa L) variedad coker, ballico anual (Lolium multiflorum Lam) variedad tetrablen 444, trigo rojo (Triticum durum L) variedad mesa. La densidad de siembra para la avena y trigo, fue de 130 kg y para ballico anual 35 kg ha–1 semilla pura viable (SPV). El terreno se barbechó y se rastreó dos veces, y la siembra se realizó al voleo en parcelas de 4x4 m(14).

El inóculo que se utilizó fue Rhodococcus fascians, cepa no virulenta nativa del suelo de Chihuahua, la cual fue aislada en la Facultad de Ciencias Agrotecnológicas de la UACH. La cepa se multiplicó en el medio extracto levadura–manitol(15) en agitación constante a 26 °C. En cada aplicación, la concentración de la bacteria se midió en un Nefelómetro de McFarland(16). La solución con el inóculo se disolvió en agua destilada estéril, para obtener una concentración del Rhodococcus de 1x104 UFC ml–1(9). Un día antes de la siembra, se asperjó el inóculo a la semilla, a la sombra: una vez seca se colocó la semilla en bolsas de papel. Posteriormente, se aplicó de nuevo el microorganismo después de cada corte, junto con la urea. Dicha aplicación se efectuó utilizando una aspersora de jardín, aplicando en la corona de las plantas, por ser considerada la parte más sensible a la acción de Rhodococcus(17).

Durante la siembra se aplicaron al voleo 60 kg ha1 de fósforo en forma de fosfato diamónico (18–4600), y la fertilización nitrogenada se realizó con tres niveles de nitrógeno: 0, 30, 60 kg N ha–1. Estos niveles se eligieron tomando en cuenta que en ese tipo de suelo las gramíneas en praderas utilizan 60 kg N ha–1 después de cada corte, y a partir de ésta, se eligieron dosis inferiores a la óptima(18). Para la fertilización nitrogenada se utilizó urea, la cual se aplicó después de cada corte de forraje e inmediatamente se procedió a la aplicación de riego rodado. Se consideró un tratamiento testigo al que no se le aplicó inoculante ni fertilizante alguno.

Como variable de respuesta se consideró la producción de materia seca, empleando para su medición el método de cortes(19). Para lo anterior se usó un cuadrante de 0.5 por 0.5 m y el zacate se cortó cuando alcanzó una altura entre 5.0 y 7.5 cm. Al inicio del experimento, los dos primeros cortes se espaciaron por 68 días, y los siguientes cinco cortes tuvieron una periodicidad de 21 a 28 días. El pasto cosechado se colocó en bolsas de papel, se secó a temperatura ambiente hasta obtener peso constante y el resultado se expresó en toneladas de materia seca por hectárea. Después de cada corte se procedió a cortar todo el pasto para emparejar la parcela y el forraje se retiró del área.

Los tratamientos se establecieron mediante un diseño completamente al azar; con un arreglo factorial 2x3x3, donde el primer factor fue la inoculación (inoculado, no inoculado), el segundo factor fue la especie (avena, ballico anual, trigo) y el tercer factor la fertilización (0, 30, 60 kg N ha–1), con cuatro repeticiones por tratamiento(20). Para el análisis de los datos, la producción de materia seca se transformó a logaritmo natural. El modelo ajustado incluyó los tres efectos principales: inóculo, fertilización y especie, así como todas sus posibles interacciones dobles y la triple. Se agregó al modelo un componente de covarianza en la repetición dentro de fertilización x inóculo. Lo anterior debido a que se aplicó después de cada corte, inóculo y fertilizante a cada parcela con las dosis seleccionadas desde el inicio del estudio. El modelo se corrió en el procedimiento Proc Mixed de SAS versión 8.2(21), y la comparación de medias se hizo utilizando pruebas de t(22).

La evaluación económica se realizó mediante un análisis marginal(23) donde se consideraron como indicadores los costos totales variables, producción de forraje y beneficios netos. Esto se calculó para obtener un análisis de dominancia con la finalidad de detectar los tratamientos más sobresalientes, basado en los beneficios económicos y no solo en rendimientos de forraje.

Los costos totales variables fueron: urea $5.05/kg; semilla de avena $7.37/g; ballico anual $8.11/kg; y trigo $5.38/kg. El costo del inóculo ($434.00) consideró el precio del medio de cultivo en el que se multiplicó el microorganismo.

A la producción total de forraje se le dio un valor considerando su precio de venta por kilo, para lo cual se tomó como referencia la estimación de costos de producción de alfalfa para el ciclo agrícola del año en que se efectuó el trabajo. Se utilizó alfalfa como referencia, porque no se tiene información del costo de forraje de praderas irrigadas de invierno en el mercado.

Los beneficios netos de los tratamientos se utilizaron para obtener los beneficios netos marginales. Estos últimos, se calcularon mediante la diferencia entre el tratamiento superior e inferior. También se obtuvieron los costos marginales que se calcularon de la diferencia entre costos variables de los tratamientos superior e inferior. Los cálculos anteriores se realizaron para obtener la tasa de retorno marginal al dividir las cifras de beneficio neto marginal entre el costo marginal expresado en neto marginal entre el costo marginal expresado en porcentaje. El análisis de dominancia elimina los tratamientos cuyos beneficios netos sean más bajos con respecto a otro tratamiento inmediato superior.

En producción de forraje, la avena resultó ser el cereal con el mayor rendimiento, independientemente del tratamiento de inoculación, ya que mostró una producción similar a la reportada para las condiciones de la región central del estado de Chihuahua, con fluctuaciones de 10 a 15 t MS/ ha(24). Se observó que los rendimientos de avena se incrementaron conforme aumentó la dosis de fertilización (P<0.05), con valores que fluctuaron desde 4.90 t MS/ha en el tratamiento testigo (sin fertilización), hasta 15.37 t cuando se aplicaron 60 unidades de nitrógeno por hectárea (Cuadro 1), que es lo recomendado para praderas invernales de riego con cereales(14).

El ballico anual tuvo una producción menor a la avena, cuyo rendimiento de materia seca también se incrementó con relación a la dosis de fertilización (Cuadro 1). Sus rendimientos fueron de 3.5, 8.15 y 11.31 t de MS/ha para las dosis de 0, 30 y 60 kg de N, respectivamente. Estos resultados son similares a los obtenidos para esta misma gramínea en la región central del estado de Chihuahua(2).

El trigo fue el cereal que mostró la menor productividad, y además presentó una tendencia irregular con respecto a la fertilización, debido a que con la dosis de 30 kg de N se obtuvo el mayor rendimiento (8.46 t) en comparación con el tratamiento de 60 kg, con una producción de 7.1 t (P<0.05), posiblemente debido a que la variedad de trigo utilizada no es lo suficientemente resistente al frío, ya que por una disminución de temperaturas durante el mes de mayo las plantas murieron. La menor producción de forraje con la dosis de 60 kg de N pudo haberse debido principalmente a efectos de suelo, ya que dentro del mismo terreno se pueden presentar variaciones en fertilidad(25).

Con respecto a la respuesta a la inoculación con Rhodococcus fascians, se observó un incremento en la producción de forraje en los tres cereales. El análisis de la información mostró interacciones entre fertilizante x inóculo (P<0.07), y entre fertilizante x especie (P<0.01). Cuando se utilizó semilla inoculada, la producción de forraje fue similar con las dosis de 30 y 60 kg de N. Sin embargo, el aspecto más importante de la inoculación es que se logró obtener la mayor producción de forraje utilizando 30 kg e inóculo, al igual que con la dosis de 60 kg sin inóculo (Figura 1). Lo anterior indica que la inoculación con Rhodococcus permitió mantener la producción de forraje utilizando un 50 % menos de fertilizante nitrogenado. Cuando se utilizó la combinación de 30 kg N e inóculo, la producción promedio de forraje se incrementó en cerca de 3 t MS ha–1 con relación a la misma dosis de fertilización sin inóculo. La información obtenida coincide con los reportes de otros investigadores(11,12) donde se muestra que la inoculación incrementa la tasa de crecimiento de hoja y la producción de biomasa de la planta. En un estudio reciente(26) se observó que mediante la aplicación de cepas no virulentas de Rhodococcus fascians a plantas de chícharo, se incrementó la producción de citocininas en la planta por varios días después de la aplicación. Al modificarse la relación auxina–citocinina se incrementa el crecimiento de la parte aérea de la planta, lo que explica el porqué se activa el crecimiento de brotes de los pastos(27). La aplicación del inóculo con dosis de 60 kg N no incrementó en forma significativa la producción de materia seca, probablemente a causa de que el microorganismo muere con dosis mayores de fertilización, lo cual ha sido observado en otros microorganismos que actúan como bio–fertilizantes, como es el caso del Azospirillum(28).

En los tratamientos en que no se utilizó fertilizante, se observó una mayor producción de forraje cuando no hubo inoculación; sin embargo, no se encontraron diferencias (P>0.05) entre los tratamientos, pero se consideró de importancia mencionarlo. La menor producción en el tratamiento sin fertilizar se debe a que la deficiencia de nitrógeno evita la circulación de las citocininas en la planta provocando un retraso en el crecimiento y pudiendo llegar a causar toxicidad(8,12,29).

En el Cuadro 2 se presenta la producción de forraje de avena bajo diferentes tratamientos de fertilización nitrogenada e inoculación. Cuando se comparan las producciones promedio se puede observar que la avena mostró su máxima producción de forraje (16.6 t MS ha–1) con el tratamiento de 60 kg más inóculo (P<0.05); mientras que la menor producción de forraje se obtuvo en ausencia del fertilizante nitrogenado, con sólo 4.6 t.

Con referencia al efecto de la inoculación sobre la producción de forraje durante el ciclo productivo en las tres gramíneas, se observó que la inoculación en la avena mostró un incremento en 2.49 t MS/ ha en comparación con el testigo (Cuadro 3). Lo anterior muestra que la inoculación permitió incrementar la producción de forraje de avena en poco más de un 20 %. Al analizar por fecha de corte, se observó una mayor producción (P<0.05) en las parcelas inoculadas en los muestreos de febrero 4, marzo 25, abril 15, mayo 7, junio 4 y abril 15. Resultados similares fueron obtenidos en otro estudio en campo(12), con Bouteloua gracilis, Chloris gayana y Panicum coloratum inoculadas con Rhodococcus fascians. Estas especies presentaron un incremento de cerca del 20 % en la producción de materia seca. Además, un estudio reciente(26) muestra que después de la aplicación de R. fascians continúa la producción de citocininas por varios días. En condiciones de campo, al aplicar citocininas a pastos perennes después de dos semanas, las plantas tratadas aumentaron su crecimiento de un 20 a 30 % más que el testigo(27). Cuando se cosecharon estos pastos, la productividad fue mayor, debido a que se aumentó la actividad de las reacciones primarias de la fotosíntesis(30). Otro estudio(31) mostró que al aplicar citocininas a la avena se retardó la senescencia y activó las enzimas fotosintéticas, lo que ocurrió en este experimento.

La respuesta del ballico anual a la aplicación de Rodoccoccus fascians con diferentes dosis de fertilización nitrogenada se presenta en el Cuadro 2. La mayor producción de forraje (11 t MS ha–1) se obtuvo cuando se aplicó inóculo y fertilizante (60 kg N). El rendimiento de forraje seco más bajo se reportó al aplicar solamente el inóculo, con 3.3 t. Por otro lado, se observó que el tratamiento combinado de inoculación y 30 kg N produjo 10 t MS. Esta misma dosis de nitrógeno pero sin inóculo sólo produjo 6 t; es decir, se redujeron 4 t de forraje al no inocular el ballico anual, lo que equivale a un 38 % más de forraje por efecto de la inoculación.

La producción de forraje de ballico anual en las parcelas inoculadas y no inoculadas se muestra en el Cuadro 3. Al final del experimento, la diferencia en la producción de forraje de ballico anual entre inoculado y no inoculado fue de 1.56 t MS ha–1 (Cuadro 2), lo que equivale a una producción superior en un 19 % por efecto de la inoculación. Los mayores efectos de la inoculación se encontraron en las fechas de cosecha de febrero 4, marzo 4, mayo 7 y junio 4.

La respuesta del trigo a los tratamientos de inoculación y fertilización nitrogenada se muestran en el Cuadro 2. Se observa que la máxima producción de forraje fue en las parcelas inoculadas y con dosis de fertilización de 30 y 60 kg N, con una producción de 8 t MS. Sin embargo, esta producción fue similar a la reportada en las parcelas no inoculadas y con fertilización de 30 kg (8 t MS). Lo anterior muestra que hubo una mayor influencia de la fertilización que de la inoculación, y que 30 kg fueron suficientes para obtener la mayor producción, aún sin utilizar el inóculo.

El trigo fue la especie que presentó la menor respuesta a la inoculación, pues a lo largo del experimento, las parcelas inoculadas produjeron 0.43 t más que las no inoculadas (Cuadro 3), lo que representa únicamente un 7 % más de incremento en la producción por efecto de la inoculación. En el caso del trigo, sólo en la primera cosecha de forraje (diciembre 1) se pudo apreciar un mayor rendimiento. Posiblemente el inóculo no sobrevivió en esta planta, o bien, esta menor respuesta del trigo a la inoculación se explica en otro estudio, en donde se menciona que el trigo es menos sensible a la aplicación de citocininas que otros cereales(31) en lo que se refiere a activación de enzimas fotosintéticas.

Se observó en las tres especies, que a partir de la tercera cosecha (marzo 4) disminuyó la producción de forraje de las plantas inoculadas donde no se fertilizó con nitrógeno (Cuadro 3). Lo anterior se explica debido a que la producción y transporte de citocininas están influenciados por la forma en que se aplica el nitrógeno a las plantas(30). En este caso, las citocininas pudieron haber causado toxicidad al haberse acumulado en la planta por falta de nitrógeno; por lo que se considera que la presencia de NH4 (por la aplicación de urea) facilita el transporte de las citocininas en las plantas, lo cual no ocurrió al existir deficiencias de nitrógeno(30,31).

También es importante mencionar que las disminuciones en la producción de forraje de las tres especies en las cosechas de marzo 4 y abril 15 coincidieron con fuertes disminuciones en la temperatura.

El análisis económico mostró que los costos totales marginales de producción fluctuaron desde los 284 pesos hasta 3,213 pesos por hectárea. La producción de forraje varió de 2 a 16 t MS/ha. Los mejores rendimientos económicos estuvieron cercanos a los 10 mil pesos por hectárea. Los beneficios netos presentaron gran variación con cifras desde los 34 hasta los 6 mil pesos por hectárea. El análisis de dominancia excluyó 10 de 18 tratamientos. De los seleccionados, sólo en dos se usó inóculo. Los ocho tratamientos seleccionados por el análisis de dominancia fueron: ballico anual, con las dosis 0, 30, 60 sin inóculo; y 30 con inóculo; avena, con dosis de 0 sin inóculo, 30 y 60 con inóculo; trigo, 30 sin inóculo (Cuadro 4). Los tratamientos que dominaron en el análisis marginal están representados principalmente por la avena y el ballico anual, y sólo un tratamiento en trigo. El tratamiento de trigo con 30 kg N sin inóculo, obtuvo la mayor tasa de retorno con 4,415.8 %; en tanto que el tratamiento de ballico anual con 30 kg N e inóculo registró la menor, con 21.3 % (Cuadro 5).

En el análisis económico se observó que solamente el tratamiento de avena con inóculo y 30 kg N mostró posibilidades para ser utilizado debido a su relación costo beneficio. Este tratamiento obtuvo una tasa de retorno marginal ligeramente superior al 60 %, que se considera bastante aceptable(23). Sin embargo, una forma de disminuir el costo del inóculo sería el utilizar fuentes de carbono de menor costo para multiplicar el microorganismo(5,6), lo cual es una de las cualidades necesarias en un inóculo(32).

Se concluye que, la inoculación en forma combinada con la fertilización, favoreció la producción de forraje, específicamente en avena y ballico anual. Además, la aplicación del inóculo permitió obtener una producción similar de forraje, utilizando dosis de 30 y 60kg de N por ha, con lo cual se puede suponer que es factible reducir la dosis de fertilización nitrogenada en un 50 %. En el caso del trigo, los efectos de la inoculación fueron marginales, ya que solo se pudo obtener menos de un 5 % en incremento en la productividad. Con relación al análisis económico de los tratamientos inoculados, la avena con 30 kg N ha–1 fue la que mostró una tasa de retorno marginal por arriba del 60 %. De acuerdo a los resultados obtenidos, la inoculación favoreció el incremento en la productividad; sin embargo, aún se desconocen muchos efectos fisiológicos sobre las plantas, por lo que se sugiere realizar investigación básica que permita explicar en una forma más precisa los efectos y las interacciones entre dosis de fertilización e inoculación así como la respuesta individual de cada una de las especies.

 

LITERATURA CITADA

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NOTA

Origen de apoyo recibido: Fundación Produce Chihuahua, A. C.

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