Diseño experimental

Se usó un diseño experimental de bloques al azar con tres repeticiones. Se probaron cuatro dosis de hidrogel: 0, 5, 10 y 15 kg ha^-1 y dos de vermicomposta: 0 y 40 t ha^-1 en base a peso seco, correspondiente a un factorial 4x2, con 8 tratamientos por repetición. La unidad experimental fue la microcuenca de 2 m² (2 m largo x 1 m ancho), construidas con maquinaria. Los 8 tratamientos de cada repetición fueron aleatorizados en sentido norte-sur, con tres hileras en las tres repeticiones (una por repetición) con una distancia de 4 m entre hileras y 4 m entre cada microcuenca dentro de cada hilera. En la parte central de cada microcuenca, se seleccionaron tres plantas que aleatoriamente fueron interceptadas por un transepto de 30 cm trazado a lo largo de la microcuenca. A partir de estas plantas, se obtuvieron las medidas de crecimiento y desarrollo.

La vermicomposta se obtuvo a partir de composteo por acción de lombriz roja californiana (Eisenia fétida) procesada en la Unidad Regional Universitaria de Zonas Áridas de la Universidad Autónoma Chapingo y con un contenido nutrimental predeterminado¹⁰. El hidrogel utilizado es un producto comercial granulado, el cual tiene un contenido de materia seca de 85 a 90 %, densidad aparente de 0.85 g ml^-1, peso específico de 1.10 g cm^-3, y pH de 8.1. El producto ofrece un máximo de absorción de 150 veces su propio volumen y una capacidad de retención de 980 ml de agua L^-1, con una disponibilidad de 95 % y una vida productiva de cinco años. Las dosis en que se recomienda son de 5 a 25 kg ha^-1, dependiendo del tipo de suelo, cultivo y clima⁷.

Una vez construidas las microcuencas, con uso de pico y pala se procedió a hacer una cama de suelo de 20 cm, en la cual se mezcló manualmente la vermicomposta en la dosis correspondiente por unidad experimental. Posteriormente se realizó la siembra del pasto de manera simultánea a la aplicación del hidrogel. La primera a una densidad de 150 semillas m^-2 y la segunda, según la dosis correspondiente: 0, 5, 10 o 15 kg ha^-1. Para esta práctica, se usó rastrillo para remover la capa superficial de suelo, haciendo la aplicación de la semilla e hidrogel al "voleo", procurando dejar la semilla y el hidrogel ligeramente cubiertos por una delgada capa de suelo húmedo no mayor a 5 cm mediante paso de rastrillo. El experimento se estableció el 21 de junio de 2012 y las evaluaciones se realizaron durante 2012 y 2013.

Variables

Contenido de humedad edáfica (%) a 20 cm de profundidad medida en diferentes fechas: 14 y 29 de agosto y 4 y 19 de diciembre de 2012, que correspondieron a 84, 99, 196 y 211 días después de la siembra (dds), tomando el promedio de las lecturas de tres sitios dentro de la microcuenca (dos extremos y un sitio medio a lo largo del rectángulo), mediante el uso de un determinador de humedad Marca Lutron Modelo PMS-714, digital con medición en tiempo real. Porcentaje de emergencia de plántulas del pasto, obtenido del conteo de plántulas de las semillas germinadas, dividiendo el valor entre el total de semillas sembradas por unidad de superficie (m²) 10 días después de la siembra, multiplicado por 100. Altura de planta (cm), medida en tres plantas en cada microcuenca, con uso de cinta métrica graduada en centímetros. Cobertura registrada mediante uso de malla de 1 m² graduada en decímetros cuadrados. Vigor, referido específicamente a la condición de turgidez de la planta, en una escala de O a 5, donde 0 correspondió a la planta casi en estado de marchitez y 5 a una planta túrgida y sus correspondientes valores intermedios. Estas últimas cuatro variables se midieron seis veces en el tiempo: 4 de septiembre, 10 de octubre y 25 de noviembre del 2012, correspondiente a 74, 110 y 156 dds y 29 de mayo, 11 de septiembre y 7 de octubre de 2013, correspondiente a 241, 346 y 372 dds, respectivamente; en tanto que la materia seca en g m^-2 secada al horno a peso constante, se midió una sola vez a los 241 dds. Adicionalmente en la primera semana del mes de noviembre de 2013 se midió la fotosíntesis en mmol m^-2 s^-1, conductancia en mol m^-2 s^-1 y transpiración en mmol H₂O m^-2 s^-1, mediante el uso del analizador de gases por rayos infrarrojos IRGA (por sus siglas en inglés) Modelo LI-6400. Para ello, se tomó la lectura de una hoja del tercio medio superior de cada planta, de tres, en cada microcuenca.

Procesamiento de datos

Se usó el paquete SAS Versión 9.0, para realizar el análisis de varianza y prueba de rango múltiple de medias Tukey para determinar el efecto de tratamiento; así como el análisis de regresión para identificar la tasa de crecimiento de la planta. Adicionalmente se realizó un análisis de regresión y de varianza y prueba de rango múltiple de medias entre fechas de muestreo, mediante un arreglo de datos en parcelas divididas en el tiempo¹¹. Para ello, esta técnica promedia los valores de los primeros factores de variación planteados en el estudio (dosis de hidrogel y dosis de vermicomposta) y los clasifica por repetición y fecha de muestreos.

Contenido de humedad en el suelo

A los 241 dds (29 de mayo de 2013), el contenido de humedad fue significativamente mayor (P<0.05), para luego decrecer a los 346 dds (11 de septiembre) y 372 dds (7 de octubre), con valores promedios de 22.5, 16.8 y 8.2 %, respectivamente (Figura 1). Lo anterior relacionado a los eventos de precipitación durante los meses de mayo y junio, para posteriormente entrar al período de estiaje durante los meses de julio y agosto, el cual se acompaña de una ausencia significativa de precipitación pluvial¹⁴. Aun cuando no hay diferencia significativa de precipitación entre 2012 y 2013, el hecho de que ya estuviera establecido el pasto desde el año anterior, permitió una mayor expresión de los tratamientos aplicados en las microcuencas en el 2013. Aunque se registró una curva de abatimiento significativa en las tres fechas de muestreo, de acuerdo a lo identificado en la Figura 1, el contenido de humedad edáfica siempre fue mayor (P<0.05) cuando se aplicó el hidrogel, al menos en las dos primeras fechas de muestreo (241 y 346 dds), con valores en la primera fecha (241 dds) de 25, 23.2 y 23.4 % al aplicar 5, 10 y 15 kg ha^-1, respectivamente, vs 17.5 % en el testigo; un comportamiento similar de efecto fue observado en la segunda fecha de muestreo (346 dds); en tanto que a los 372 dds, el efecto de retención de humedad dejó de manifestarse, donde las diferentes dosis de hidrogel fueron iguales al testigo (P>0.05) (Figura 2). Lo anterior significa que después de transcurridos aproximadamente 5.23 meses (157 días después del primer muestreo) y de no haber ocurrido un evento significativo de lluvia, el efecto de retención de humedad edáfica del hidrogel se diluye, conforme se aproxima la humedad del suelo al punto de marchitez permanente. En base a lo anterior, se identificó el efecto del hidrogel, al menos en los dos primeros muestreos en cualquiera de las dosis probadas, lo cual indica que el producto tiene sus beneficios desde 5 a 10 kg ha^-1, sin tener que aplicar dosis mayores. Lo anterior es parcialmente coincidente con lo identificado por Idrobo et al¹⁵, quienes evaluaron dosis de 0, 20, 30 y 40 g de hidrogel en 130 g de arena en cada tratamiento, encontrando que a mayor dosis de hidrogel, se obtuvo un mejor efecto de retención de humedad, al menos en las dosis utilizadas en dicho estudio. No hubo un efecto consistente cuando se aplicó la vermicomposta.

^abc Values with different letters are different (P<0.05).

Figura 1 Curva de abatimiento de humedad del suelo en diferentes fechas de muestreo en días después de la siembra (2013) 

dap = days after planting.

^abc Values with different letters in the same line, are different (P<0.05).

Figura 2 Contenido de humedad con diferentes dosis de hidrogel y diferentes fechas de muestreo en el suelo (2013) 

Emergencia de plántulas, crecimiento y desarrollo de la planta

La emergencia de plántulas fue de 47.7 % cuando se aplicaron 15 kg ha^-1 de hidrogel, comparado al 29 % en el testigo (P≤0.05), lo cual es superior en 18.7 %. Las dosis de 5 y 10 kg ha^-1, tuvieron valores intermedios, sin diferencia estadística con el testigo (Figura 3). Aunque desde la dosis menor (5 kg) tiende a manifestarse un efecto significativo, no logra diferenciarse del testigo, de tal manera que al aplicar 10 kg, se confirma la falta de efecto, ya que vuelve a aproximarse más al testigo. Lo anterior pudiera considerarse un tanto contradictorio, dado que al incrementarse la dosis de 5 a 10 kg de hidrogel, debería confirmarse el efecto de retención de humedad edáfica y ello repercutir en una mayor emergencia de plántulas; sin embargo, por el contrario, se identifica una disminución de efecto, lo cual podría interpretarse como una falta de consistencia en el efecto de respuesta, la que se manifiesta ya de manera definida al aplicar 15 kg, con un efecto significativamente mayor de emergencia de plántulas en base a la germinación de semilla, la cual en evaluación previa de laboratorio en promedio fue del 92.5 %. Los resultados anteriores son congruentes con lo reportado por Rojas et al¹⁶ respecto a que el uso de hidrogel como retenedor de humedad edáfica, tiene un efecto positivo en la capacidad de germinación de semillas de tomate (Lycopersicum esculentum Mill)¹⁶. Las dosis de 5 y 10 kg ha^-1 de hidrogel usadas en este estudio, fueron menos expresivas y poco consistentes en la emergencia de plántulas, lo que pudiera significar que, en esta etapa de germinación de la semilla del pasto buffel, se requiere un alto contenido de humedad en el suelo, el cual se expresa hasta una dosis de 15 kg. No hubo ningún efecto de la vermicomposta en la germinación de la semilla del pasto.

^ab Values with different letters between columns are different (P<0.05).

Figura 3 Efecto de la dosis de hidrogel en el porcentaje de germinación de pasto buffel en microcuencas captadoras de agua de lluvia, durante el periodo de agosto de 2012 

Aún con el bajo régimen pluvial del 2012 y la ausencia de efecto de tratamiento en el contenido de humedad en el suelo, se identificó que el crecimiento del pasto buffel se mantuvo constante, con un crecimiento significativo en cada fecha de evaluación, a una tasa exponencial de 1.7 unidades por unidad de tiempo (Figura 4A). Lo anterior es un indicador de la alta capacidad de adaptación de esta especie forrajera, aún en años de sequía^17,18. Un comportamiento similar de desarrollo del pasto se observó durante el 2013, a una tasa exponencial de crecimiento de 1.5 (Figura 4B).

^abc Values with different letter are different (P<0.05).

Figura 4 Crecimiento de buffel en microcuencas captadoras de agua de lluvia, en diferentes fechas de evaluación durante 2012 (A) y 2013 (B) 

Se identificó una altura de planta significativamente mayor (P<0.05) a los 241 dds en cualquiera de las dosis de hidrogel aplicada, sin diferencia estadística entre ellas, pero estadísticamente diferentes del testigo, con un promedio de 44.7 cm entre las primeras y 34.6 cm en el segundo; en consecuencia el peso de materia seca se comportó de manera muy similar, significativamente mayor en cualquiera de la dosis de hidrogel aplicada con un promedio de 108.2 g m^-2, en comparación a los 81.7 g m^-2 registrados en el testigo.

No hubo diferencia significativa en la cobertura de la planta y el vigor, por dosis de hidrogel (Cuadro 1). Lo anterior significa que, bajo este sistema de captación de agua de lluvia, la humedad del suelo es retenida por el hidrogel, repercutiendo en una mayor altura de planta y peso de materia seca; aunque no se refleja tanto con respecto a la cobertura y el vigor de la planta. Lo anterior es acorde a lo reportado por Beltrán et al¹⁹ quienes indican que al aplicar prácticas de conservación de agua y suelo, se incrementó la infiltración y por lo tanto la productividad en sitios de agostadero.

Para esta misma fecha de muestreo y en relación al efecto de la vermicomposta, no se identificó diferencia estadística en cobertura, vigor y altura de planta, aunque sí en términos de materia seca, donde se obtuvieron 125.1 g m^-2 al aplicar la vermicomposta, con respecto a los 88.8 g m^-2 obtenidos en el testigo, 28.9 % más del primero, con respecto del segundo (Cuadro 2). El efecto de la vermicomposta fue menos consistente en relación al hidrogel, sobre todo en la respuesta de la planta, sin mostrar los beneficios que se le atribuyen a este componente²⁰.

De acuerdo a los resultados obtenidos, se confirma que el desarrollo del buffel depende en buena medida de la cantidad agua de alguna forma retenida en el suelo, esto último por la tasa de evaporación debido a las altas temperaturas²¹. De todo lo anterior, se desprende que el hidrogel y de alguna manera la vermicomposta, como retenedores de humedad en el suelo, el primero en cualquiera de sus dosis, mostraron tener efectos positivos, y ello repercute en un mejor desarrollo y crecimiento de la planta y por ende, en una mayor producción de biomasa, lo cual coincide con lo reportado en acelga (Beta vulgaris var. cycla)²² y en tomate (Lycopersicum esculentum Mill)²³.

Actividad fotosintética y de transpiración

La fotosíntesis fue significativamente mayor (P<0.05) en las dosis de 15 kg ha^-1 de hidrogel, con una tasa de asimilación de 6.67 mmol m^-2 s^-1 de CO₂, en comparación con la tasa de asimilación obtenida cuando se aplicó 10, 5 y 0 kg ha^-1, con valores de 4.05, 3.82 y 3.72, respectivamente. En forma similar: a mayor fotosíntesis, una mayor conductancia y una mayor transpiración, y a la inversa (Cuadro 3). De esta manera, la presencia de humedad en el suelo favorece la actividad fotosintética de la planta, en tanto que el déficit hídrico la disminuye²⁴. La actividad fotosintética del pasto se vio fuertemente influenciada por la condición de humedad del suelo, identificada el 6 de noviembre de 2013, cuando se tenía un porcentaje de humedad en el suelo promedio del 18.4 % cuando se aplicó el hidrogel, sin diferencia estadística entre las dosis, pero significativamente superior al testigo (16.4 %). Todo lo anterior, indica que el contenido de humedad en el suelo favorecido por el hidrogel, influencia la fisiología de la planta (Cuadro 4) y algunas variables de crecimiento y desarrollo, al menos en altura de planta y cobertura vegetal, con valores significativos de correlación de 0.5669 y 0.5452, respectivamente. De igual manera se obtuvo una correlación positiva significativa entre la altura de planta y cobertura vegetal con la materia seca producida (Cuadro 4). Para el caso del pasto buffel la actividad fisiológica como la fotosíntesis, conductancia y transpiración, así como el estado biológico de las plantas, dependen además de la luz y de otras condiciones ambientales, en particular la condición hídrica del suelo y de alguna manera de la temperatura²⁵.