Notas de investigación

 

Siembra en micro–cuencas para la producción de grano y forraje en condiciones de secano

 

Cropping systems for maize and beans in micro–watersheds under rainfed conditions

 

Juan Becerra Becerra^a, Ricardo Basurto Gutiérrez^a, Agustín Escamilla Martínez^b, Erika Ramírez Rodríguezª

 

ª Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Fisiología Animal. Km. 1 Carr. a Colón, 76280 Ajuchitlán, Colón, Querétaro, México. becerra.juan@inifap.gob.mx. Correspondencia al primer autor.

^b Centro Investigaciones Avanzadas del Estado de Querétaro.

 

Recibido el 21 de abril de 2010.
Aceptado el 9 de agosto de 2010.

 

Resumen

Siembras en micro–cuencas tipo "W" fueron evaluadas para la producción de maíz y frijol bajo condiciones de secano. En suelo de tipo fluvisol, se formaron micro–cuencas con pendiente cero, a 1.6 m de separación y 0.4 m de altura. Los tratamientos fueron: siembra convencional en surcos a 0.80 m (SC); siembra en micro–cuencas (SM), sembrando una hilera del cultivo al fondo de las micro–cuencas y otra hilera en el borde; SM con arreglo topológico (SMT), sembrando maíz en el fondo y frijol en el borde de las micro–cuencas y SM sembrando una hilera de maíz en cada pendiente de las micro–cuencas (SMP). Se empleó un diseño experimental de bloques al azar con cuatro réplicas. La precipitación pluvial fue 398, 676 y 397 mm distribuidos de junio a septiembre de 2006, 2007 y 2008, respectivamente. En 2006, la producción en SM fue superior a SC (P<0.05) para maíz (29 y 39 % grano y forraje respectivamente) y frijol (40 %). En 2007 y 2008 la producción de SM fue similar a SC (P>0.05) y SMT superó a SC en maíz grano y forraje con 38 y 46 % para 2007 y 34 y 39 % en 2008. SMP superó a SC (P<0.05) en 18 y 27 % para maíz forraje y grano respectivamente. Durante los tres ciclos de la investigación, el maíz presentó acame en SM. La siembra en SMT y SMP permite incrementar la producción de maíz y frijol mejorando la eficiencia del uso del agua de lluvia para la producción de grano y forraje.

Palabras clave: Zea mays, Phaseolus vulgaris, Arreglos topológicos.

 

Abstract

In the present study, rainfed cropping systems for maize and beans were evaluated in "W" type micro–watersheds. In a fluvisol soil, micro–watersheds with zero slopes were built at 1.6 m distance and 0.4 m high. Treatments were: conventional planting in furrows at 0.80 m (CP), planting in micro–watersheds (MW), with a row at one end and another at the edge, MW with a topological arrangement (MWT), with maize at the end and beans at the edge and MW planting maize in each slope (MWP). A completely randomized block experimental design with four replications was used. Rainfall at the experimental site was 398, 676 and 397 mm between July and September in 2006, 2007 and 2008, respectively. In 2006 MW output was greater than CP (P<0.05) for maize (29 and 39 % grain and forage, respectively) and beans (40 %). In 2007 and 2008 MW yield was similar to CP (P>0.05) and MWT maize yield improved on CP by 38 and 46 % in 2007 and by 34 and 39 % in 2008, in grain and forage, respectively, while MWP produced more maize forage (18 %) and grain (27 %) than CP (P<0.05). In the three research periods, lodging was observed in MW maize. MWT and MWP planting increases both maize and beans yield, improving water use efficiency in both grain and forage output.

Key words: Zea mays, Intercropping, Rainfall, Micro–watersheds.

 

En México el maíz (Zea mays L.) y el frijol (Phaseolus vulgaris L.) son la base de la alimentación de la mayoría de las familias. Cada año se cultivan de 7 a 8.5 millones de hectáreas de maíz y 1.8 a 2.1 millones de hectáreas de frijol^(1,2); de las cuales el 85 % son sembradas en áreas de temporal⁽³⁾. El potencial de rendimiento del cultivo de maíz para grano en riego es superior a las 20 t ha^–1(4). Sin embargo, en México el promedio nacional para riego es 5.2 t ha^–1 y 2 t ha^–1 para temporal⁽³⁾.

En las regiones de secano o temporal, la producción de los cultivos está limitada por la cantidad y la distribución de las lluvias, principalmente en localidades donde la precipitación pluvial es menor a 500 mm anuales y el 80 % se presenta en eventos irregulares durante tres a cuatro meses, favoreciendo la pérdida de agua por escorrentía; en estas condiciones es común que los cultivos presenten estrés hídrico que afecta su tasa fotosintética^(5,6) y con ello su productividad. En México, la importancia de la agricultura de temporal se debe a la superficie que comprende, la cual se estima en 6.5 millones de hectáreas, las cuales aportan el 65 % de la producción total de grano⁽²⁾.

Mediante algunas prácticas de labranza es posible mejorar la eficiencia en el uso del agua de lluvia y el rendimiento de los cultivos^(7,8). Reduciendo las pérdidas de agua de lluvia por escurrimiento, es posible obtener un periodo más largo de humedad del suelo, lo cual puede favorecer el desarrollo de los cultivos^(9,10).

Actualmente existen varios modelos para establecer sistemas de captación de agua en el área de cultivo^(11,12,13); la elección de alguno de ellos depende de varios factores, como son: tipo de suelo, topografía, cantidad y distribución de lluvias y longevidad del cultivo⁽¹⁴⁾. Todos los modelos se basan en la formación de surcos, camellones y superficies de escurrimiento. La formación de micro–cuencas es una de estas prácticas, que consiste en la modificación de la superficie natural del terreno mediante bordos y zanjas; esto permite inducir el flujo de la escorrentía del agua de lluvia hasta un área de captación o a la raíz de las plantas⁽¹²⁾.

Los efectos favorables en la producción con el uso de micro–cuencas para diferentes cultivos anuales y perennes han sido reportados por di versos investigadores^(15,16,17). Con un sistema de zanjas para la captación del agua de lluvia, se encontró un efecto favorable en la sobrevivencia de las plantaciones de Pinus radiata⁽¹⁵⁾. En alfalfa (Medicago sativa L.), con un sistema de bordos o micro–cuencas la producción de forraje se incrementó entre 12 a 43 %⁽¹⁶⁾. En el cultivo de papa (Solanum tuberosum L.), con un sistema de crestas y surcos se reportaron incrementos de 50 %⁽¹⁷⁾. En maíz con un sistema de bordos alternos, uno para la siembra y otro cubierto con plástico para la captación de lluvia, se encontraron incrementos de 108 a 143 % en la producción de grano y una eficiencia del uso del agua superior a 2.0 kg MS m^–3(18). Sin embargo, se ha observado que los mejores resultados se obtienen cuando la lluvia es escasa y con una intensidad tal que supera la tasa de infiltración del suelo, favoreciendo la escorrentía dentro del área de cultivo; de esta forma, en un sistema de micro–cuencas con cubiertas de plástico, se encontró un mayor incremento en la producción de maíz respecto al tratamiento testigo al reducir la lluvia artificial de 440 a 230 mm⁽¹⁹⁾. Cuando la precipitación pluvial tiende a decrecer por debajo del requerimiento hídrico de los cultivos, la producción tiende a reducirse, sin embargo, en las micro–cuencas este efecto es atenuado, incrementando la diferencia en producción respecto a la siembra convencional⁽¹⁹⁾. Este efecto fue reportado en sorgo para grano, donde las menores precipitaciones redujeron el rendimiento, principalmente en la siembra convencional y en menor medida con el uso de micro–cuencas, incrementando la diferencia en la producción en relación a la siembra tradicional⁽²⁰⁾.

En micro–cuencas compactadas, se ha encontrado que la precipitación mínima necesaria para producir la escorrentía fue de 4 mm y 8.5 mm h^–1 para las cuencas sin compactar⁽²¹⁾. Por esta razón, en un trabajo posterior, no se encontró efectos significativos en la producción de los cultivos en micro–cuencas sin compactar cuando los eventos de la precipitación fueron inferiores a 5 mm⁽²²⁾.

El objetivo de este estudio fue evaluar diferentes métodos de siembra, en un sistema de micro–cuencas en forma de crestas y zanjas tipo "W" para incrementar la producción de maíz (Zea mays L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.).

El estudio se realizó durante los ciclos primavera–verano de 2006, 2007 y 2008 en el municipio de Huimilpan, Querétaro, a 20° 25' 49'' N y 100° 08' 05'' O y a 2037 msnm. El clima es templado con temperatura media anual de 16.0 °C. La precipitación media anual es de 540 mm, y 80 al 90 % se presenta durante junio a septiembre⁽²³⁾.

Durante los tres años del proyecto se evaluaron diferentes métodos de siembra en micro–cuencas tipo "W" para la producción de maíz, y frijol. Los métodos de siembra fueron: SC= siembra en surcos a 0.80 m (tradicional); SM= siembra en micro–cuencas en monocultivo, colocando la semilla en hileras, una al fondo de la zanja y otra sobre el borde del surco; SMT= siembra en micro–cuencas con arreglo topológico maíz–frijol, colocando una hilera de semilla de maíz en el fondo de la zanja y otra hilera de frijol sobre el borde del surco y SMP= siembra en micro–cuencas con dos hileras de maíz, colocando una hilera a la mitad de cada borde, resultando una separación de 0.60 m entre hileras dentro de la micro–cuenca.

En los tres años de evaluación, se utilizó el mismo sitio experimental, empleando un diseño de bloques al azar con un arreglo en parcelas divididas con cuatro réplicas por tratamiento. La parcela grande se refiere a la preparación del suelo con 30 m de largo y 6.4 m de ancho, la parcela pequeña se refiere al cultivo sembrado en un área de 6.4 m de ancho y 7.0 m de largo. Entre parcelas pequeñas se formó un bordo de 30 cm de altura para impedir el flujo del agua de lluvia entre parcelas. La parcela útil consistió en todas las plantas de los cuatro surcos centrales de 5 m de largo.

Las variables de respuesta fueron rendimiento de grano en maíz y frijol y rendimiento de forraje seco para maíz. El forraje se muestreó cuando el grano se encontraba en estado mazoso y la muestra para grano fue colectada cuando éste alcanzó su madurez fisiológica.

Para determinar la producción de forraje seco, se cortaron de cada parcela dos hileras de plantas de 5 m de longitud a una altura de 0.1 m; para la determinación de materia seca se tomaron las dos plantas enteras de cada parcela y se secaron a 70 °C en estufa de aire forzado hasta obtener peso constante. Las evaluaciones se realizaron por separado para cada año y cultivo, los resultados se evaluaron con un análisis de varianza empleando el procedimiento GLM del programa 'Statistical Analysis System'⁽²⁴⁾. Las medias de los tratamientos se compararon mediante la prueba de Tukey con nivel de significancia de P<0.05.

Primer año (ciclo 2006). Los tratamientos evaluados fueron: SC y SM, para ellos se emplearon los cultivos de maíz y frijol. Los germoplasmas utilizados fueron: para maíz el híbrido Dekalb 2002 para grano y forraje, y para frijol la variedad flor de junio.

Segundo año (ciclo 2007). Los tratamientos evaluados fueron: SC, SM y SMT; este último tratamiento para evitar los problemas observados en SM durante el ciclo anterior, como acame en maíz con la siembra sobre el lomo de las micro–cuencas y el manchado de frijol para la siembra al fondo de las micro–cuencas; también se utilizaron variedades más precoces de maíz (criollo morado) y de frijol (Negro Querétaro).

Tercer año (ciclo 2008). Los tratamientos evaluados fueron: SC, SM_, SMT y SMP; este último con objeto de evaluar la posibilidad de utilizar el tractor para las labores de cultivo.

El suelo del sitio experimental es de tipo fluvisol eútrico⁽²⁵⁾, con una profundidad de 0.60 m, 1.2 % de materia orgánica, pH de 6.8 y una pendiente menor al 1%. Al inicio de cada ciclo agrícola (mayo), se efectuó un barbecho a 0.30 m de profundidad utilizando un arado de disco, posteriormente se dieron dos pasos con rastra. Para la formación de las micro–cuencas, se empleó una zanjadora agrícola para canales tipo ZA 51, la profundidad de las micro–cuencas fue a 0.40 m siguiendo las curvas a nivel y a una distancia de 1.60 m entre las crestas de los bordes, equivalente al ancho del tractor.

En los tres años de evaluación, la siembra se realizó durante la primera semana de junio, previo al inicio de la temporada de lluvias, el primer año fue en forma manual y en los dos siguientes ciclos en forma mecánica. La densidad de siembra aplicada para maíz y frijol fue de siete semillas m^–1 lineal. La fertilización se aplicó entre el día 20 al 40 postsiembra, empleando la fórmula (51–51–51) para el cultivo de frijol y (180–90–30) para el maíz. El control de maleza se realizó manualmente previo a la fertilización de las parcelas. La precipitación pluvial se registró diariamente con el uso de un pluviómetro tipo Hellman's de 120 mm.

En la Figura 1 se presenta la distribución de la precipitación pluvial durante los tres años de evaluación. La precipitación registrada fue de 517, 758 y 468 mm para 2006, 2007 y 2008, respectivamente. El promedio (581 mm) fue similar a la media regional (550 mm en los 10 años anteriores). Durante la etapa de crecimiento de los cultivos (junio a septiembre) ocurrió el mayor porcentaje de precipitación (77 al 89 %), pero distribuidas en forma diferente; en 2006 el 72 % de la precipitación ocurrió en agosto y septiembre durante la etapa de floración y llenado de grano del maíz, sin embargo, en 2008 el 77 % de la precipitación ocurrió en junio y julio, durante la etapa inicial de crecimiento. Durante 2007 la distribución de junio a septiembre fue equitativa, 45 y 55 % para los periodos de junio–julio y agosto–septiembre respectivamente. Durante los tres años de evaluación, entre el 70 y 83 % de la precipitación ocurrió en eventos superiores a los 10 mm, lo cual es favorable para inducir la escorrentía en un sistema de micro–cuencas^(21,22).

Primer año (ciclo PV 2006)

Los rendimientos obtenidos durante este ciclo se presentan en el Cuadro 1. La siembra en micro–cuencas (SM) incrementó (P<0.05) la producción de maíz en 39 y 29 % para forraje y grano respectivamente; Incrementos similares, en una escala de 19 a 36 % para la producción de grano de maíz, se encontraron con el uso de micro–cuencas con cobertura plástica, en una zona con precipitación de 302 a 340 mm durante el periodo de crecimiento⁽²⁶⁾. Por otro lado, en un sistema similar al anterior y con 340 mm de precipitación, se encontraron incrementos de 36 a 42 % en la producción de maíz grano respecto a la siembra convencional (19).

El mayor efecto observado para la SM fue para el cultivo de frijol, en el cual se encontró un 40 % de incremento en la producción de grano respecto a SC. Resultados similares con incrementos de 23 a 45 % en la producción de frijol se reportaron en un sistema de micro–cuencas con 256 mm de lluvia⁽²⁷⁾.

Durante este ciclo 2006, se presentaron varios factores que favorecieron a los cultivos en las micro–cuencas, uno de ellos fue la cantidad de lluvia registrada durante el año (517 mm); los mejores efectos de las micro–cuencas se han observado en áreas con precipitación pluvial anual alrededor de 500 mm⁽²⁸⁾. Otro efecto favorable fue la distribución de las lluvias, el 77 % de ellas ocurrieron de junio a septiembre (398 mm) y el 75 % de esta cantidad ocurrió durante el bimestre agosto y septiembre, 60 días después de la emergencia del cultivo, etapa en la cual se presentan las mayores necesidades de agua para el maíz⁽²⁹⁾; por otro lado, el 82 % de la precipitación ocurrió en eventos mayores a 10 mm lo cual propicia el escurrimiento y la cosecha de agua en las micro–cuencas^21,22), favoreciendo con ello la producción de biomasa de los cultivos^(5,6,19). Durante este ciclo, ocurrieron siete eventos de precipitación mayores a 20 mm, tres de los cuales fueron de 30 a 37 mm. Estos eventos favorecieron la concentración de la lluvia al fondo de las micro–cuencas; sin embargo, erosionaron el borde o cresta, ocasionando el acame del maíz sembrado en este lugar. Por otro lado, el exceso de humedad en el fondo de las micro–cuencas, ocasionó daño de manchado y germinación del grano en frijol.

Segundo año (ciclo PV 2007)

Los rendimientos se presentan en el Cuadro 2. La SM no incrementó la producción de grano y forraje de maíz respecto a la SC (P>0.05). Por el contrario, la producción de grano de frijol resultó menor en 33 % comparada a la producción en SC (P<0.05). De la misma forma, con el tratamiento SMT se encontró menor producción de maíz y frijol respecto a SC (P<0.05). Sin embargo, para una comparación más equitativa entre SMT y SC, fue necesario ajustar la producción por área sembrada, de esta forma, los rendimientos en SMT resultaron superiores (P<0.05) a SC en 38, 46 y 64 % para forraje y grano de maíz y para grano de frijol respectivamente.

Durante este ciclo, el efecto no significativo observado para SM en relación a SC, probablemente está relacionado con la mayor cantidad de lluvia y su mejor distribución. Este año, la precipitación pluvial fue atípica, con 758 mm anuales, 38 % superior a la media de la localidad en 10 años; el 89 % ocurrió durante el periodo de junio a septiembre en la etapa de crecimiento para el cultivo de maíz (Figura 1), esta cantidad de precipitación se encuentra en el rango de las necesidades del maíz para un buen desarrollo⁽³⁰⁾; sin embargo, con el incremento en la precipitación, el efecto favorable de las micro–cuencas tiende a diluirse⁽¹⁹⁾. Este efecto fue observado en maíz, al aumentar la lluvia artificial de 230 a 440 mm, el incremento en el rendimiento de maíz en micro–cuencas se redujo de 83 a 11 % respecto al testigo y no se encontraron diferencias estadísticas con la mayor precipitación⁽¹⁹⁾. Otro evento desfavorable para la SM fueron los ocho eventos de precipitación mayores a 20 mm, cinco de los cuales fueron mayores de 30 mm dia^–1 ; nuevamente estos eventos favorecieron la erosión de los bordes o crestas de las micro–cuencas, ocasionando "acame" del maíz sembrado en este lugar afectando su rendimiento. Por otro lado, el exceso de humedad en el fondo de las micro–cuencas, puede ocasionar estrés en las plantas al reducir la aireación del suelo⁽²⁰⁾; este efecto fue observado en el frijol sembrado en ese lugar para SM, los daños observados fueron manchado y germinación del grano en la vaina, así como la muerte del 40 al 80 % de las plantas, que dio como resultado una menor producción del cultivo en SM.

Con el tratamiento SMT, se lograron evitar los problemas de acame de maíz y manchado de la semilla de frijol observados en SM, obteniendo un mayor rendimiento (P<0.05) en forma proporcional a la superficie sembrada con respecto a SC y SM. Los efectos favorables en los rendimientos con la inter–siembra de cultivos o arreglos topológicos han sido reportados por varios investigadores^(31–34), los cuales atribuyen los efectos a un mejor uso de los recursos ambiental es (radiación fotosintética, nutrientes y humedad del suelo entre otros) en relación a un monocultivo.

Durante este ciclo, los ocho eventos de precipitación registrados con más de 20 mm, provocaron la erosión del borde de la micro–cuenca, sin embargo, favorecieron el escurrimiento al área sembrada del maíz en SMT, mejorando con ello la humedad disponible para el maíz sembrado en este lugar respecto a SC. Aunado a esto, la separación de las hieras de maíz a 1.6 m en SMT, permite una mayor producción por surco; esto fue observado en una inter–siembra soja/maíz, donde los surcos de maíz colindantes con soja rindieron 20 a 27 % más que el tratamiento en monocultivo⁽³⁵⁾. En otro estudio, la siembra en franjas de maíz con 1 y 2 surcos, separados por 1 y 2 surcos de soya, se encontró un incremento de 35 % en la producción relativa de maíz respecto a la siembra convencional⁽³⁶⁾. Otros investigadores⁽³²⁾ han reportado las ventajas de la asociación maíz–frijol como una manera de asegurar la producción de la leguminosa.

Tercer año (ciclo PV 2008)

Los rendimientos obtenidos se presentan en el Cuadro 3. En SMP la producción de maíz se incrementó en 18 y 27 % para forraje y grano respectivamente con relación a SC (P<0.05). En SMT cuando el rendimiento se ajustó por superficie sembrada, la producción fue superior a SC en 34 y 30 % para forraje y grano, respectivamente (P<0.05). En SM el rendimiento de maíz grano y forraje no fue diferente a SC (P>0.05). En relación al cultivo de frijol, durante este ciclo ocurrió la presencia de roya o chahuixtle (Uromyces phaseoli) que causó daños considerables en los diferentes tratamientos, por lo cual, el rendimiento de este cultivo no fue considerado en la evaluación.

Durante este ciclo, la cantidad y distribución de lluvia ocurrida de junio a septiembre fue de 397 mm, el 77 % se distribuyó en junio y julio, durante la etapa inicial de crecimiento (Figura 1). Durante estos dos meses, el 70 % de la cantidad de lluvia se presentó en 12 eventos >10 mm; que resultaron favorables para la concentración de la lluvia al fondo de las micro–cuencas por efecto de la escorrentía^(16,17). Sin embargo, también ocasionaron erosión en el borde o cresta de las micro–cuencas y el acame del maíz sembrado en este lugar para SM afectando su rendimiento, esto podría estar relacionado con el efecto no significativo en la producción para SM en relación a SC.

Durante el segundo bimestre (agosto–septiembre), sólo se registraron 90 mm de precipitación y sólo dos eventos superaron los 10 mm, limitando la concentración de humedad al fondo de las micro–cuencas^(21,22). Sin embargo, es probable que la humedad residual en las micro–cuencas permaneciera por mayor tiempo, dando como resultado los mayores rendimientos observados en maíz grano y forraje en SMT y SMP. En el SMP no se observó el acame del maíz y fue posible utilizar el tractor para las labores de cultivo, lo cual constituye una ventaja respecto a SM.

Se concluye que el uso de micro–cuencas tipo "W" es una opción que permite incrementar la producción de los cultivos, su respuesta favorable está relacionada con el método de siembra en las micro–cuencas. El método de siembra en arreglos topológicos maíz–frijol en micro–cuencas permite una mayor producción de ambos cultivos cuando se ajusta por el área sembrada.

La siembra de frijol en el fondo de las micro–cuencas presenta daños en la planta y su vaina por exceso de humedad. La siembra de maíz en el borde o cresta de las micro–cuencas presentó problemas de acame. La siembra de maíz en micro–cuencas colocando una hilera sobre cada pendiente o área de escurrimiento, permite mejorar la producción, evita el acame observado en SM y adicionalmente es posible el uso de maquinaria para la escarda y aplicación de agroquímicos.

 

LITERATURA CITADA

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