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Efecto de la Fertilización sobre el Consumo y la Eficiencia de Uso del Agua del Cultivo de Trigo Sergio Pergolini, Carlos Castillo y Gabriel Espósito Facultad de Agronomía y Veterinaria de la UNRC. Ruta Nac. 36 - Km. 601 / (CP X5804BYA) Río Cuarto - Córdoba, Argentina / Tel: (54)- 358-4676200 / Fax: (54)-358-4680280 spergolini@yahoo.com.ar Introducción El agua disponible es, generalmente, el principal factor que limita el crecimiento y rendimiento de los cultivos en condiciones de secano (Andrade et al, 1996). Por lo tanto, el factor clave para alcanzar mejores resultados en la agricultura de secano es tratar de maximizar el uso del agua por parte de los cultivos (Fraschina et al, 2003). En la región triguera semiárida, gran parte del ciclo del cultivo, incluyendo el período crítico de crecimiento de las espigas, depende principalmente del agua almacenada al momento de la siembra. En estas condiciones, las variedades y prácticas de manejo de cultivo que mejoren el aprovechamiento del agua almacenada en el perfil del suelo, mejorarán la producción de granos (Dardanelli, et al 2001). El cociente entre la producción, en materia seca ó rendimiento en grano, y la evapotranspiración del cultivo se denomina eficiencia de uso del agua (EUA) (Della Maggiorda et al, 2000). La EUA de los cultivos es modificada por diversas prácticas de manejo tales como la rotación, el sistema de labranza, el riego, la fertilización, las variedades o híbridos, la fecha de siembra y otras prácticas (Micucci et al, 2003). Antecedente e importancia del trabajo El consumo ó necesidad de agua real es el valor de evapotranspiración de cultivo (ETc) acumulada a lo largo de su ciclo de crecimiento y desarrollo en las condiciones ambientales imperantes. Los valores que se obtengan van a depender de la demanda atmosférica y del área foliar desarrollada por el cultivo (Andriani, 1997). Hay que distinguir dos componentes importantes en relación al agua que se mueve del suelo a la atmósfera; que son la evaporación y la transpiración. Desde el punto de vista del cultivo, éstos dos componentes que constituyen la evapotranspiración, no tienen la misma importancia. Las pérdidas de agua por evaporación desde la superficie del suelo no contribuyen al crecimiento del cultivo, pero producen una disminución en las reservas de agua del suelo. Las mayores pérdidas de agua por evaporación se producen en los primeros estadios de crecimiento del cultivo, cuando las plantas son pequeñas y gran parte de la superficie del suelo está expuesta a la radiación solar. Por otra parte, sí bien el agua transpirada es la parte de agua absorbida que no es retenida por la planta, es de gran utilidad para el crecimiento y la regulación de la temperatura de la misma (Andrade et al, 1996). mailto:spergolini@yahoo.com.ar maq2 * Artículo publicado en la web, 14 de Junio del 2004. A lo largo del ciclo del cultivo la evapotranspiración modifica su composición, variando la proporción correspondiente a la transpiración y la evaporación. A medida que el cultivo crece, el aumento de su área foliar hace que sea mayor la proporción de agua evaporada desde el follaje respecto de la del suelo (Andrade et al, 1996). La eficiencia de uso del agua (EUA) presenta los siguientes componentes: i) agua acumulada en el suelo; ii) agua transpirada por el cultivo y iii) conversión a biomasa y rendimiento. En general, la nutrición del cultivo presenta un impacto positivo sobre la EUA atribuido a una mejora en el crecimiento y en el rendimiento del cultivo a causa de la mayor eficiencia fotosintética, como así también por incrementar la transpiración del cultivo y disminuir la evaporación desde el suelo (Micucci y Álvarez, 2003). Diversos trabajos (Novello y Díaz, 1984; Caviglia y Sadras, 2001 y Ambrogio et al, 2000, estos dos últimos citados por Micucci y Álvarez, 2003), muestran diferencias en el uso del agua y la productividad del cultivo de trigo con y sin fertilización. Teniendo en cuenta la importancia de hacer un uso eficiente del agua, la cual es el recurso más escaso para la producción de los cultivos en nuestra región, la hipótesis de este trabajo fue que la fertilización modifica el aprovechamiento del agua por el cultivo de trigo. De esta manera, los objetivos del trabajo fueron evaluar y cuantificar los efectos de la fertilización sobre la producción, el consumo y la eficiencia de uso del agua del cultivo de trigo. Materiales y métodos El ensayo se realizó en la campaña 2001, en el Campo Experimental de la Facultad de Agronomía y Veterinaria, de la Universidad Nacional de Río Cuarto, situado sobre Ruta 36, Km 601, Río Cuarto - Córdoba. Su ubicación geográfica es 33° 07' S, 64° 14' W y a 421 m.s.n.m. El suelo sobre el cual se realizó el ensayo está clasificado como Hapludol típico, franco arenoso muy fino (Cantero et al, 1986). El cultivo fue sembrado el 18 de Junio y el cultivar empleado fue Buck Guapo. La siembra se realizó con un sistema de labranza convencional, a una densidad de 250 pl m-2. Al momento de la siembra se aplicaron 70 kg ha-1 de fosfato diamónico (18-46-0) y 100 kg ha-1 de urea (46-0-0) ubicándolos por debajo y al costado de la semilla, respectivamente. El diseño del experimento fue en franjas de 4.9 m de ancho por 60 m de largo, sin repeticiones. Los principales datos obtenidos y determinaciones realizadas fueron: 1.- Balance hídrico durante el ciclo del cultivo: las variables del balance hídrico fueron calculadas mediante la utilización del modelo Soil Water Balance. Dicho modelo, en nuestra zona, fue utilizado por Gesumaría et al, 2002 en el cultivo de maíz. Para el uso de este modelo fueron necesarios los datos de producción de biomasa aérea y de rendimiento en grano del cultivo con y sin fertilización. 2.- Contenido de agua edáfica: se determinó mediante la toma de diversas muestras con barreno hasta una profundidad de 60 cm en cada tratamiento. Con los datos obtenidos y mediante la utilización del modelo Soil Water Balance, se simuló la variación del contenido hídrico en el perfil del suelo hasta 1.3 m de profundidad a lo largo de toda la estación de crecimiento del cultivo en dos diferentes tratamientos. 3.- Consumo de agua del cultivo (ETc): fue calculado por el modelo Soil Water Balance mediante la siguiente fórmula: Consumo de agua (mm) = Precipitaciones - Escurrimiento - Drenaje +/- ∆ Almacenaje 4.- Fenología del cultivo: se siguió el código decimal de Zadoks (Zadoks et al, 1974), identificando cada estadio fenológico mediante la observación de la morfología externa de la planta, registrándose las fechas de ocurrencia de cada estadio. 5.- Materia seca aérea: en las fases de i) fin de macollaje (Z-2); ii) encañazón (Z-33 y 34); iii) grano lechoso (Z-7) y iv) madurez fisiológica (Z-9) se realizaron seis muestras de 0.1 m2 por franja, secándolas en estufa a 105 °C a peso constante. Los datos de las submuestras se promediaron y se expresaron en g m-2 ó kg ha-1. 6.- Rendimiento en grano (kg ha-1): se determinó mediante la cosecha manual de espigas en 3 muestras de 1 m2 por franja y su posterior trilla mecánica. 7.- Eficiencia de uso del agua (EUA): se calculó como el cociente entre la producción, en biomasa aérea total (EUAb) y rendimiento en grano (EUAg), y la evapotranspiración total acumulada en el ciclo del cultivo. Resultados y discusiones 1.- Precipitaciones y disponibilidad de agua en el suelo En la figura 1 se observan las precipitaciones diarias y la evolución de la disponibilidad hídrica en el perfil del suelo hasta 1.3 m de profundidad en el ciclo del cultivo. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 30 60 90 120 150 180 Días desde la siembra A g u a ú ti l h as ta 1 .3 m ( m m ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Precip itació n d iaria (m m ) Precipitaciones Con Fertilización Sin Fertilización 50% Agua Util Expansión del área foliar PCE LLG Fig.1. Precipitaciones diarias y evolución del agua útil en el perfil del suelo hasta 1.3 m de profundidad para el cultivo de trigo, con y sin fertilización, en las diferentes etapas de definición de su rendimiento. Las precipitaciones en la estación de crecimiento del cultivo, desde la siembra hasta la madurez fisiológica, fueron de 276.6 mm. Durante el período siembra - fin de macollaje la cantidad de agua recibida por el cultivo fue de 30.6 mm. En el período fin de macollaje - encañazón recibió 156.6 mm, entre encañazón - grano lechoso 89 mm y en la fase grano lechoso - madurez fisiológica 0 mm. A la siembra, en ambas condiciones el perfil del suelo presentó un contenido de agua útil (AU) hasta 1.3 m de profundidad del 68% (155 mm). A madurez, en la condición con fertilización quedaron 8.5 mm (3.7% AU), mientras que en la condición sin fertilización quedaron 40.5 mm (17.7% AU). Como se puede ver, el cultivo con fertilización extrajo mayor cantidad de agua, lo cual se reflejó en la disponibilidad hídrica del suelo. La diferencia en el contenido hídrico del perfil se observó desde las etapas tempranas del cultivo, aproximadamente 60 días desde la siembra. El suelo presentó un contenido superior al 50% de agua útil en gran parte del ciclo del cultivo, dicho umbral se considera como valor crítico que limita la tasa de consumo (Villar, 2001 a). En una parte del período de expansión foliar y en el período de llenado de granos (LLG) el contenido de agua del suelo estuvo por debajo de ese umbral. Durante el crecimiento de las espigas (PCE), período crítico de definición del rendimiento, el cultivo dispuso de una buena disponibilidad de agua, a causa de las importantes precipitaciones que se registraron antes y durante este período, lo cual explica los altos rendimientos que se han obtenido. 2.- Consumo de agua ó evapotranspiración real del cultivo (ETc) El consumo total de agua del cultivo con y sin fertilización fue de 405.4 mm y 374.4 mm, respectivamente, por lo que existió una diferencia de 31 mm (8.2%) entre ambas situaciones. Valores similares fueron encontrados por Novello y Díaz (1984), quienes reportaron consumos de 402 a 420 mm sin fertilización y 424 a 440 con fertilización nitrogenada en dos sitios. La diferencia encontrada en el consumo de agua se debió a la producción de materia seca del cultivo, existiendo una relación directamente proporcional entre evapotranspiración acumulada y producción de materia seca (r = 0.88; n = 8). Es decir, ante la misma evapotranspiración potencia (ETP) el cultivo con fertilización evapotranspiró mayor cantidad de agua por el aumento en su producción de biomasa. El mayor consumo de agua del cultivo con fertilización, a causa de la mayor producción de materia seca, es lo que explica, en parte, el mayor rendimiento en grano. Los valores de ETc con y sin fertilización en cada período de desarrollo y en el ciclo del cultivo se presentan en la tabla 1. Del mismo modo, la evolución de la ETc en el tiempo, expresado como días desde la siembra, se observa en la figura 2. Tabla 1.- Consumo de agua del cultivo de trigo (ETc) por período y del ciclo, con y sin fertilización. Consumo de agua (ETc) (mm) Condición Siembra - Fin macollaje Fin macollaje – Encañazón Encañazón – Grano lechoso Grano lechoso - Madurez Total Con Fertilización 83.7 104.7 157.5 59.4 405.4 Sin Fertilización 70.2 94.6 155.4 54.2 374.4 Diferencia 13.5 (19.2%) 10.1 (10.7%) 2.1 (1.3%) 5.2 (9.5%) 31 (8.2%) Tal como se muestra, las mayores diferencias en el consumo de agua por el cultivo se presentaron en las etapas tempranas del desarrollo. Este resultado se atribuyó a que la fertilización en las etapas mencionadas disminuyó en poca cantidad la evaporación desde el suelo (7 mm en el período siembra - fin macollaje y 18.7 mm entre fin de macollaje - encañazón) y aumentó en mayor medida la transpiración del cultivo (20 mm y 28.8 mm, respectivamente). En las etapas de desarrollo más avanzadas las diferencias prácticamente desaparecen porque la menor transpiración del cultivo sin fertilización se complementa con una alta evaporación directa desde el suelo, lo cual hace que la ETc sea similar a la observada con fertilización (ver tabla 4). 0 100 200 300 400 500 0 30 60 90 120 150 180 Días desde la siembra E T c (m m ) Con fertilización Sin Fertilización Encañazón Fin macollaje Grano lechoso Madurez Fig. 2. Consumo de agua acumulado en el tiempo, expresado como días desde la siembra, para el cultivo de trigo, con y sin fertilización. Los datos pertenecen al cultivar Buck Guapo. En la tabla 2 se muestran los valores de tasa de consumo de agua (mm día-1) del cultivo con y sin fertilización en sus diferentes estadios de desarrollo. En las etapas iniciales (hasta el fin del macollaje) se presentaron los menores consumos de agua, lo cual se debería a la poca biomasa aérea desarrollada y a la baja demanda atmosférica (ETP). A medida que avanzó el ciclo, los requerimientos hídricos del cultivo fueron aumentando, por el aumento de su biomasa y de la ETP. El consumo de agua fue máximo en la etapa encañazón - grano lechoso, momento en que el cultivo presentó la mayor tasa de crecimiento de su ciclo. Luego de esta fase, los requerimientos volvieron a descender, lo cual se debería a la senescencia foliar. Tabla 2.- Consumo de agua diario del cultivo de trigo en sus distintos estadios de desarrollo, con y sin fertilización. Consumo de agua (ETc) (mm día-1) Estadios del cultivo Con Fertilización Sin Fertilización Siembra - Fin macollaje 1.0 0.8 Fin macollaje – Encañazón 3.0 2.7 Encañazón – Grano lechoso 4.8 4.7 Grano lechoso - Madurez fisiológica 3.7 3.4 3.- Evaporación y transpiración La figura 3 muestra la evolución de la transpiración y evaporación en el tiempo, expresado como días desde la siembra del cultivo. Por otra parte, la tabla 3 muestra los valores obtenidos de transpiración, evaporación y evapotranspiración real total acumulada del cultivo de trigo, con y sin fertilización. Además, muestra la proporción de la ETc representada por la transpiración y por la evaporación desde el suelo. Tabla 3.- Transpiración, evaporación y evapotranspiración total acumulada del cultivo de trigo, con y sin fertilización. Transpiración Evaporación Evapotranspiración Condición mm % ET mm % ET mm Con Fertilización 337.9 83.4 67.5 16.6 405.4 Sin Fertilización 248.8 66.4 125.6 33.6 374.4 El cultivo con fertilización presentó una mayor proporción de la ETc representada por la transpiración e, inversamente, una menor proporción representada por la evaporación directa del suelo. Este resultado se debería a una mayor y más rápida cobertura del suelo y a una mayor permanencia del área foliar del cultivo por efecto de la fertilización. 0 50 100 150 200 250 300 350 0 30 60 90 120 150 180 Días desde la siembra m m Transp. F Transp. SF Evap. F Evap. SF Fig. 3. Transpiración y evaporación acumulada en el tiempo, expresado como días desde la siembra, para el cultivo de trigo, con (F) y sin (SF) fertilización. Los datos pertenecen al cultivar Buck Guapo. A continuación, en la tabla 4 se muestran los valores de evaporación y transpiración en cada período de desarrollo del cultivo. Por otra parte, en la figura 4 se muestra el % de la ETc representada por la evaporación y la transpiración en cada estadio del cultivo. Tal como se observa, en la etapa inicial del desarrollo (hasta fin del macollaje) la evaporación directa del suelo representó alrededor del 50% de la ETc con el cultivo fertilizado, mientras que sin fertilización representó una mayor proporción (alrededor del 70%). En este primer estadio de crecimiento del cultivo fue el momento en que se produjeron las mayores pérdidas de agua por evaporación, lo cual se debería a que las plantas eran pequeñas y gran parte de la superficie del suelo estuvo expuesta ala radiación solar. A medida que avanzó el ciclo del cultivo el % de ETc representado por la evaporación fue disminuyendo y aumentó la proporción representada por la transpiración. El mayor % de la ETc representada por la transpiración se presentó en el estadio encañazón – grano lechoso, momento en que el cultivo logra la mayor cobertura. Tabla 4.- Evaporación directa del suelo y transpiración en diferentes estadios de desarrollo del cultivo de trigo y diferencias con y sin fertilización. Evaporación directa del suelo (mm) Transpiración por el cultivo (mm) Estadios del cultivo Con fertilización Sin fertilización Con fertilización Sin fertilización Siembra - Fin macollaje 40.5 47.5 42.7 22.7 Fin macollaje - Encañazón 10.5 29.3 94.2 65.4 Encañazón - Grano lechoso 10.2 43.6 147.3 111.8 Grano lechoso - Madurez 6.2 5.2 53.2 48.9 Total del ciclo 67.5 125.6 337.4 248.8 Diferencias -58.1 mm (-46%) 88.6 mm (36%) En el ciclo del cultivo, la fertilización disminuyó en un 46% la evaporación directa del suelo y aumentó en un 36% la transpiración. Caviglia y Paparotti (citado por Micucci y Álvarez, 2003) reportaron una reducción del 45% de la evaporación desde el suelo por efectos de la fertilización en Paraná. 0 20 40 60 80 100 S-FM FM-Enc Enc-GL GL-MF % d e la E T c Evap. F Evap. SF Transp. F Transp. SF Fig. 4. Proporción de la ETc representada por la evaporación directa desde el suelo y por la transpiración en diferentes estadios de desarrollo del cultivo de trigo. Los datos pertenecen al cultivar Buck Guapo. 4.- Eficiencia de uso del agua (EUA) La regresión lineal entre la producción de materia seca aérea y la ETc, para el cultivo con y sin fertilización, se observa en la figura 5. Analizando esta figura, observamos que, ante un mismo consumo de agua, el cultivo con fertilización produjo mayor cantidad de materia seca que sin fertilización (líneas azules). Dicho de otra manera, el cultivo con fertilización necesitó menor cantidad de agua para producir una misma cantidad de materia seca que sin fertilización (líneas rojas). Este resultado se debería a que con fertilización la mayor proporción de la ETc perteneció a la transpiración. Además, el cultivo con fertilización fue más eficiente en el uso del agua porque produjo mayor cantidad de materia seca por unidad de agua transpirada (fig. 6). Ello se debería a que las plantas presentaron una mayor eficiencia fotosintética, es decir, captaron mayor cantidad de CO2 por unidad de agua transpirada. y = 3.8x R2 = 0.99 y = 2.1x R2 = 0.97 0 300 600 900 1200 1500 1800 0 100 200 300 400 500 Consumo acumulado de agua (mm) M at er ia s ec a (g m -2 ) Con Fertilización Sin Fertilización Fig. 5. Consumo acumulado de agua (ETc) y producción de materia seca aérea del cultivo de trigo. Los datos pertenecen al cultivar Buck Guapo. y = 4.68x R2 = 0.99 y = 3.45x R2 = 0.92 0 300 600 900 1200 1500 1800 0 100 200 300 400 Transpiración acumulada del cultivo (mm) M at er ia s ec a (g m -2 ) Con Fertilización Sin Fertilización Fig. 6.- Transpiración acumulada y producción de materia seca aérea del cultivo de trigo. Los datos pertenecen al cultivar Buck Guapo. En la tabla 6 se presentan los valores de ETc, producción de materia seca, rendimiento en grano y eficiencia de uso del agua (EUA) en materia seca y en grano del cultivo de trigo, con y sin fertilización, y las diferencias entre variables. Tabla 5.- ETc, producción de materia seca aérea total, rendimiento en grano y eficiencia de uso del agua (EUA) del cultivo de trigo, con y sin fertilización. ETc Materia seca Rendimiento EUA Condición mm kg ha-1 kg ha-1 kg MS mm-1 kg grano mm-1 Con Fertilización 405.4 15733 4959 38.8 12.2 Sin Fertilización 374.4 7889 2952 21.0 7.9 Diferencia 31 (8.2%) 7844 (99.4%) 2007 (67.9%) 17.8 (84.7%) 4.3 (54.4%) Los valores encontrados de EUA en materia seca con fertilización son similares a los indicados por Villar (2001 a y b). Este autor muestra valores de 36.4 kg MS mm-1 para cultivares de ciclo largo en fechas de siembras tempranas en secano y 38.6 kg MS mm-1 para un cultivo de trigo en siembra directa, en secano, ambos ensayos con nutrientes no limitantes. Por otra parte, los valores de EUA en grano con y sin fertilización son muy similares a los encontrados por Caviglia y Sadras (12.4 y 7.6, con y sin fertilización, respectivamente) (citado por Micucci y Álvarez, 2003). Estos últimos autores también citan a Ambrogio et al (2000), quienes han encontrado valores de EUAg de 10.4 y 13.4 en la condición testigo y con fertilización, respectivamente. Por último, con fertilización el cultivo produjo un 99.4% más de materia seca y un 67.9% más de rendimiento, incrementando un 8.2% el consumo de agua. Esto permite decir que la mayor producción de materia seca y de grano del cultivo con fertilización no se debería, en su mayor parte, al incremento del consumo de agua, sino que sería a causa del incremento de la proporción de la ETc representada por la transpiración y al aumento de la eficiencia fotosintética, es decir a una mayor EUA. Conclusiones Si bien no se realizaron análisis estadísticos, se observó que la disponibilidad hídrica en el suelo, el consumo de agua del cultivo (ETc), la proporción de la ETc representada por la transpiración y por la evaporación del suelo y también la EUA fueron modificadas por los efectos de la fertilización. Durante el crecimiento de las espigas, el cultivo dispuso de una buena disponibilidad de agua en el suelo, lo cual explica los altos rendimientos obtenidos. El contenido de agua en el suelo, desde etapas tempranas del desarrollo, fue menor para la condición con fertilización, lo cual se explicaría por el mayor consumo del cultivo. El consumo de agua se incrementó levemente por efectos de la fertilización, lo cual se debería al aumento de la producción de materia seca. Este incremento del consumo de agua explica, en parte, el mayor rendimiento del cultivo. La proporción de la ETc representada por la evaporación directa del suelo disminuyó y la representada por la transpiración del cultivo aumentó a causa de la fertilización, lo cual explicaría en mayor medida el incremento de rendimiento. El mayor crecimiento y rendimiento del cultivo, a causa del aumento de la transpiración y de la eficiencia fotosintética, y el bajo incremento del consumo de agua, probablemente es lo que explica la mayor EUA del cultivo con fertilización. Agradecimientos Al Ing. Agr. Ricardo Balboa quien realizó el trabajo de campo y al Ing. Agr. Jorge Gesumaría por sus sugerencias. Bibliografía Andrade, F., Cirilo, A., Uhart, S. y Otegui, M. 1996. Ecofisiología del cultivo de maíz. 1° Ed. Editorial la Barrosa. 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