DOSIS ÓPTIMA DE NITRÓGENO PARA LA VARIEDAD DE ARROZ IDIAP FL ALANJEÑA-22[1]
Luis A. Barahona-Amores[2]; Rubén D. Samaniego-Sánchez[3]; Rubén E. Rodríguez-Navarro[4]
RESUMEN
Para optimizar la eficiencia del uso de nitrógeno (N), hay que enfocar
su manejo en base a una sincronización adecuada de su balance en el suelo con
la demanda de la planta. Este estudio tuvo como objetivo determinar la dosis
optima de nitrógeno para la variedad de arroz IDIAP FL Alanjeña-22, para un
manejo eficiente de la fertilización nitrogenada. El ensayo se realizó en
Tonosí, Los Santos, Panamá, durante los meses de agosto a diciembre de los
ciclos agrícolas 2021 y 2022. Se evaluaron seis dosis que van de 0 a 250 kg
N/ha con P y K constante, utilizando un diseño de bloques completos al azar con
tres réplicas. Se evaluó altura de planta, acame, días a floración y
maduración, reacción a enfermedades, NDVI, clorofila, %N foliar, cobertura
vegetal y rendimiento de grano. Se realizaron análisis de varianza y separación
de medias con DMS, análisis de correlación y análisis de regresión no lineal
con los modelos Cuadrático (MC), Cuadrático Plateau (CP) y Lineal Plateau (LP).
Se encontró diferencia en las variables con respecto a las dosis de N,
exceptuando los días a floración y maduración. Las dosis de 100, 150, 200 y 250
kg N/ha mostraron mayor altura de planta, acame, piricularia, piricularia al
cuello, manchado de grano, NDVI, clorofila, %N y % cobertura, mientras que no
existió diferencia en rendimiento a partir de 100 kg N/ha. La dosis optima
encontrada difiere con el modelo de regresión utilizado, con valores de 101,
136 y 182 kg N/ha con el LP, CP y MC, respectivamente. El modelo CP tuvo una
mejor precisión para calcular la dosis optima de N, con datos más cercanos a
cero en la diferencia de los valores observados menos los esperados y un R2
de 0,97, con respecto a los otros modelos, indicando así que la dosis optima
económica de N para la variedad IDIAP FL Alanjeña-22 es de 126 kg N/ha.
Palabras clave: Clorofila, fertilización,
NDVI, regresión, rendimiento.
OPTIMAL NITROGEN DOSE FOR THE IDIAP FL-ALANJEÑA-22
RICE VARIETY
ABSTRACT
To optimize the efficiency of nitrogen (N) use, its
management must be focused on an adequate synchronization of its balance in the
soil with the demand of the plant. This study aimed to determine the optimal
nitrogen dose for the IDIAP FL Alanjeña-22 rice variety, for efficient
management of nitrogen fertilization. The trial was carried out in Tonosí, Los
Santos, Panama, during the months of August to December of the 2021 and 2022
agricultural cycles. Six doses ranging from 0 to 250 kg N/ha with constant P
and K were evaluated, using a randomized complete block design with three
replications. Plant height, lodging, days to flowering and maturation, reaction
to diseases, NDVI, chlorophyll, foliar %N, plant cover, and grain yield were
evaluated. Variance analysis and mean separation with DMS, correlation analysis
and nonlinear regression analysis were performed with the Quadratic (MC),
Quadratic Plateau (CP) and Linear Plateau (LP) models. Statistical differences
were found in the variables with respect to the N doses, except for the days to
flowering and ripening. The doses of 100, 150, 200 and 250 kg N/ha showed
greater plant height, lodging, blast, neck blast, grain spotting, NDVI,
chlorophyll, %N and % cover, while there was no difference in yields from 100
kg N/ha. The optimal dose found differs with the regression model used, with
values of 101, 136 and 182 kg N/ha with LP, CP and MC, respectively. The CP
model had a better accuracy in calculating the optimal N dose, with data closer
to zero in the difference between the observed values minus the expected values
and an R2 of 0.97, compared to the other models, thus indicating
that the optimal economic dose of N for the IDIAP FL Alanjeña-22 variety is 126
kg N/ha.
Keywords: Chlorophyll, fertilization, NDVI, regression,
yield.
INTRODUCCIÓN
El arroz es uno de los alimentos indispensables en
la dieta del panameño, donde el consumo anual per cápita es de más de 70 kg/año. En
consecuencia, su producción tiene una gran importancia a nivel social,
político, económico y en especial en lo relacionado a la seguridad alimentaria
del país
Para el año 2024, se sembraron alrededor de 86 717
ha, de las cuales el 84% fue bajo el sistema de secano y solo un 16% bajo
riego. El rendimiento promedio fue de 4,4 t/ha, con una producción total de 374
443 toneladas. El costo de producción por hectárea para esta zafra estuvo en
B/. 2 700,00 donde el 21% corresponde al uso de fertilizantes
El nitrógeno (N) es el elemento mineral más
abundante en la mayoría de los cultivos y el principal factor limitante en la
producción de arroz (Gu & Yang, 2022). De los fertilizantes químicos
sintetizados de nitrógeno, el 16% se aplica al arroz (Ladha et al., 2016).
Las fuentes amoniacales son las más utilizadas en este cultivo, dentro de estas
la urea se destaca por ser más económica, accesible al agricultor y con alto
contenido de nitrógeno (Scivittaro et al., 2010), al igual que
han proporcionado respuestas agronómicas favorables en comparación a otras
fuentes de N (Ribeiro Barzan et al., 2022).
El ciclo del N en el campo de arroz es complejo y hay
muchos factores que influyen en las reacciones de oxidación/reducción (Coskun et
al., 2017). Para optimizar la eficiencia del uso de N en el
cultivo de arroz, hay que enfocar su manejo en base a una sincronización
adecuada del balance de N en el suelo con la demanda de N por la planta
El objetivo de este trabajo fue determinar la dosis
optima física y económica de nitrógeno en la variedad de arroz IDIAP FL
Alanjeña-22, en condiciones de secano, para un manejo eficiente de la
fertilización nitrogenada.
MATERIALES Y MÉTODOS
Localización geográfica
El estudio se realizó en el Instituto Profesional
Técnico Agropecuario de Tonosí (IPTAT), ubicado en el corregimiento de El
Cacao, distrito de Tonosí, provincia de Los Santos, entre los 7º26’03’’ de
latitud Norte y los 80º24’37’’ longitud Oeste (Figura 1). Los suelos fueron
clasificados como Typic Udifluvents, textura franca con régimen de humedad y
temperatura Údico, e Isohipertérmico (MIDA, 2015), y dentro de la zona de vida
correspondiente a Bosque Húmedo Tropical
Características edafoclimáticas
El contenido de nutrientes según los niveles
críticos establecidos por Name & Cordero (1987), presenta niveles altos de
calcio (Ca) y magnesio (Mg); niveles medios de potasio (K), fósforo (P),
manganeso (Mn), hierro (Fe) y de cobre (Cu); además unos niveles bajos de
aluminio (Al) y zinc (Zn). En cuanto a sus características físico-químicas,
presenta una textura franco arcillosa, con una coloración en seco pardo
amarillo claro, pH poco ácido, una capacidad de intercambio catiónico efectiva
(CICE) media, con una baja saturación de aluminio y una elevada saturación de
bases, la cual está dominada por la saturación de calcio (71,2%) y un nivel
bajo de materia orgánica (Cuadro 1).
Para el 2021, durante el
desarrollo del experimento, la precipitación acumulada
fue de 813 mm, donde se presentaron periodos de estrés hídrico debido a una
escasa precipitación en el mes de septiembre (83 mm), con una temperatura media
de 25,7° C, humedad relativa media de 58% y una radiación promedio de 147
watt/m2. Para el 2022 la precipitación acumulada fue de 1310 mm,
con una temperatura media de 26,1° C, humedad relativa media de 57% y una
radiación promedio de 155 watt/m2 (Cuadro 2).
Material genético
Se utilizó la variedad IDIAP FL Alanjeña-22, la
cual presenta la floración a los 82 días y maduración a los 109 días después de
germinado, por lo que se considera una variedad de ciclo precoz (Cuadro 3). Con
altura de planta de 99 cm, capacidad de producir 15 hijos productivos en
promedio; tiene un hábito de crecimiento intermedio. Presenta tolerancia a
Piricularia al follaje y Cuello de la panícula, Escaldado de la hoja,
Helmintosporiosis, Manchado del grano, Espiga erecta y Bacteriosis. Tolerante
al acaro Steneotarsonemus spinki. Tiene un potencial de rendimiento
medio de 5,4 t.ha-1 en condiciones de secano (Quiros McIntire et al., 2022).
Tratamientos
Se
evaluaron seis dosis de nitrógeno por hectárea, utilizando Urea (46% N) como
fuente, la cual se aplicó de manera fraccionada 20% a los 0 días (el abono de
fondo), 25% a los 20 días después de germinado (inicio de macollamiento), 30% a
los 40 días después de germinado (macollamiento activo) y 25% a los 50 días
después de germinado (inicio de primordio floral), como se muestra en el Cuadro
4.
Arreglo en campo y manejo
La unidad experimental fue una parcela de 10
hileras de 5 m de longitud, separada a 0.20 m una de la otra (10 m2),
con una separación de 0.5 m entre tratamientos. La parcela efectiva estuvo
constituida por las seis hileras centrales a las que se eliminaron 0,50 m de
borde en cada extremo (4,8 m2). La densidad de siembra fue 100 kg/ha
semilla. Se empleó una fertilización básica de 80 kg/ha de P2O5
utilizando la fórmula 0-40-0-30(Ca) y 80 kg/ha de K2O utilizando KCl
como fuente de K (0-0-60), en donde el total del P y K se aplicó en su
totalidad a la siembra. El manejo agronómico en cuanto a control de malezas,
insectos y enfermedades se realizó de acuerdo con las tecnologías generadas por
el IDIAP para el manejo integrado del cultivo de arroz (Camargo et al., 2014). El sistema utilizado
fue en secano (dependiente de las lluvias).
Diseño experimental
Se empleó un diseño de Bloques Completos al Azar,
con seis tratamientos y tres repeticiones, de acuerdo con el siguiente modelo
matemático:
Yij=
μ + Repi + Trati + εij
Dónde: Yij
es valor del carácter
estudiado; μ
es la media general;
Repi es el
efecto
de la repetición;
Tratj= efecto
de la dosis de N
y εij es el
error experimental.
Variables
de estudio
Se
midió cobertura vegetal en etapa de hoja bandera (V13)
con la aplicación canopeo; el índice diferencial de vegetación normalizado
(NDVI) en etapa V13, utilizando un drone con cámara multiespectral
(DJI phantom multiespectral); la concentración foliar de N en V13,
por el método Kjeldahl descrita por Villarreal y Name (1996); contenido de
clorofila en V13 (clorofilómetro Minolta SPAD 502®);
contenido de N en suelo (medidor portátil ZD tester); se midió altura de
planta, acame, piricularia (Bl), piricularia al cuello (NBl) y manchado de
grano (GID) según el sistema de evaluación estándar para arroz
Análisis estadístico
Para las
variables agronómicas y de reacción a enfermedades, se realizó un análisis de
varianza y de encontrar diferencias se aplicó la prueba de diferencia mínima
significativa (DMS), utilizando un alfa de 0,05. Los análisis estadísticos se
realizaron con el software InfoStat versión 2020 profesional (Balzarini et
al., 2008).
Se
determinó el nivel óptimo físico de N, utilizando los modelos de regresión
Lineal-Plateau, Cuadrático-Plateau y Cuadrático (Cuadro 5), tomando como
referencia los trabajos realizados por Gordón et al. (2004). Para la dosis
optima económica (DOE) se utilizó la metodología CNRT (Crop Nutrient Response
Tool), descrita por Ron (2013), tomando como referencia para este cálculo una
Tasa mínima de retorno de 15%, el valor por kg de arroz paddy B/.0,54 y el
costo por kg de N aplicado en campo de B/.1,72 lo que da una relación de
precios de B/.3,75. En el cálculo de la DOE para los modelos Cuadrático-Plateau
y Cuadrático se utilizó la ecuación DOE= (R-B)/(2C), en donde R es la relación
de precios; B es la pendiente inicial o coeficiente lineal (β1) y C es la curvatura o coeficiente
cuadrático (β2). Para el modelo Lineal-Plateau se calculó el
intervalo de confianza al 95%, utilizando el límite inferior como DOE según
Bachmaier (2012), ya que para este modelo el óptimo económico es igual a la
transición de la línea recta creciente a la horizontal (optimo físico), a menos
que la relación de precios sea mayor que el gradiente de la línea recta
creciente lo que, sin embargo, normalmente no se aplica.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Análisis
de varianza
Se encontró respuesta a la aplicación de dosis de nitrógeno en altura de
planta, vigor, acame, piricularia al cuello y follaje, manchado
de grano, contenido de clorofila, NDVI, contenido de nitrógeno en suelo y
follaje, cobertura vegetal, producción de biomasa y rendimiento de grano.
Mientras que, para días a floración, días a maduración y la interacción entre
las dosis de N y los años, sin diferencia (Cuadro 6).
Las mayores alturas de
planta se encontraron con las dosis de 150, 200 y 250 kg N/ha, donde partir de
los 150 kg N/ha, esta altura sobrepasa el tamaño promedio reportado por Quirós
McIntire et al. (2022) para
esta variedad (99 cm). Estos resultados coinciden con los reportados por Pérez
& Dorta (2003) y los de Zamora & Díaz (2022), donde a medida que
aumentaban la dosis de N se incrementaba la altura de la planta de arroz, pero
difieren con Espinoza Larreta (2014), sin diferencia en alturas de planta en
arroz utilizando distintas dosis de N aplicadas.
Independientemente de
la cantidad de nitrógeno que se aplicó, el tiempo que tardó la planta en
completar su ciclo de desarrollo fue el mismo, con valores similares para días
a floración que van de 80 a 83 y días a maduración entre 110 y 113. Estos datos
coinciden con los reportados por Quirós McIntire et al. (2022), donde reporta
días a floración de 82 ± 4 y días a maduración de 109 ± 4 para la IDIAP FL
Alanjeña-22. Resultados similares reportan Gabrielli & Pintos (2013),
quienes no encontraron diferencia en los días a floración con diferentes dosis
de N aplicadas al cultivo de arroz.
En dosis de 0 hasta
150 kg N/ha, el acame estuvo ausente, mientras que dosis altas (200 y 250 kg
N/ha), mostraron plantas acamadas. Dobermann & Fairhust (2005) y Riveros
& Rodríguez (2010), indican que aplicaciones excesivas de N provocan
volcamiento causado por la producción de tallos largos y delgados, mientras que
Solís Vera (2024), menciona los excesos de N en arroz provoca un crecimiento
excesivo acarreando problemas de acame. Gutiérrez (2011), reporta que los
tratamientos con mayor dosis de N presentaron menor resistencia al acame en el
cultivo de arroz.
En cuanto la reacción
a Piricularia al follaje (Bl), los menores valores se presentaron en dosis de
100 a 150 kg N/ha, siendo diferente a los observados en dosis bajas (0 y 50 kg
N/ha) y altas (200 y 250 kg N/ha). Huichuan et al. (2017), mencionan que, en
condiciones de alta disponibilidad de nitrógeno, la severidad de Piricularia
aumenta, mientras que Martínez et al. (2022), indican que dentro de los
factores más determinantes en la incidencia y severidad de patógenos como la
Piricularia está el desbalance nutricional.
A partir de los 150
kg N/ha, los valores de Piricularia al cuello (NBl), fueron superior a los
presentados con las dosis más bajas. Estos resultados difieren con los
reportados por Gutiérrez (2011), quien encontró similitud en valores de Piricularia
al cuello utilizando distintos niveles de fertilización nitrogenada en arroz.
En manchado de grano
(GID), la utilización de altas dosis de nitrógeno (superior a 150 kg N/ha),
mostraron los valores más elevados. Pinciroli et al. (2004) y Gutiérrez (2011), encontraron que mayores
niveles de N implicaban mayor incidencia en el manchado de granos en arroz.
Córdoba (2024), reportan similitudes significativas por manchado de grano, pero
observaron los mayores valores del manchado en la dosis alta de nitrógeno.
Los mayores valores
de NDVI se presentaron con dosis desde 100 hasta 250 kg N/ha, siendo estos
valores distintos a los observados en las dosis bajas (0 y 50 kg N/ha) (Figura
2a). Se determinó que a mayores valores de NDVI se presentó mayor rendimiento
de grano (Figura 2b). Marchesi & Castillo (2016), reportan que el NDVI
tomado después del primordio floral es un buen indicador para determinar el
rendimiento en el cultivo de arroz, mientras que Barrero Mendoza & Castilla Lozano (2019), encontraron una alta
correlación entre el NDVI y la cantidad de N aplicado. Coincidiendo con Córdoba
(2024), quien reporta que a dosis altas de nitrógeno se observó valores mayores
NDVI siendo significativamente diferente a dosis medias y bajas aplicadas al
cultivo de arroz.
Los valores del
clorofilómetro fueron superiores en las dosis de 150 a 250 kg N/ha, con
lecturas entre 38 y 40 unidades SPAD, mostrando una correlación positiva con
los valores NDVI (r: 0,87), contenido foliar de N (r: 0,84) y con rendimiento
(r: 0,89). Trabajos realizados por Hernández & Luna (2014) y Pocojeski et al. (2015), encontraron una
correlación positiva entre el contenido de N en las hojas de arroz y la lectura
del clorofilómetro. Garcés & Castilla (2015), igualmente encontraron que a
mayor cantidad de N mayor valores SPAD, sin embargo, consideran que 35 es un
valor mínimo en el cual se debe planificar la fertilización nitrogenada (valor
obtenido en este estudio a dosis de 100 kg N/ha), y que valores por debajo del
mínimo (35 unidades SPAD) pueden llevar a la planta de arroz a un estado de
estrés afectando su potencial de producción.
El contenido de N
foliar fue mayor en las dosis desde 100 kg N/ha hasta 250 kg N/ha con valores
entre 2,7 y 2,9%, con respecto a las dosis de 0 a 50 kg N/ha (1,2 y 1,9%,
respectivamente). Villarreal-Núñez et
al. (2007), mencionan diferencia en el contenido foliar de N respecto a
dosis crecientes de N evaluadas. Molina & Rodríguez (2012), encontraron que
las dosis superiores a 80 kg N/ha presentaron valores por encima de 2,5%. El
rango óptimo de contenido de N en la etapa de hoja bandera esta entre 2,2 y
3,0%, con un nivel crítico para la deficiencia <2,0% de nitrógeno
La cobertura vegetal
a partir de los 150 kg N/ha fue mayor al 90%, siendo estadísticamente superior
a las dosis de 0 hasta 100 kg N/ha. Córdoba (2024), reporta que con dosis altas
y medias de nitrógeno se obtuvieron mayores porcentajes de cobertura vegetal
siendo diferente que a dosis bajas, similar a lo reportado por Castillo y Silva
(2020), donde a dosis media y alta (100 y 150 kg N/ha), presentaron mayor
cobertura vegetal en arroz, superior a las observadas con dosis bajas (0 y 50
kg N/ha). Elevadas dosis de N pueden producir un sombreado entre sus hojas por
el crecimiento vegetativo excesivo, lo cual puede incrementar el número de
hijos improductivos (Dobermann & Fairhurst, 2005).
La producción de
biomasa se incrementó con las dosis crecientes de nitrógeno, donde el testigo
(0 kg N/ha) obtuvo 4,5 t/ha y la mayor dosis evaluada (250 kg N/ha) produjo
20,4 t/ha, mostrando una correlación positiva (r: 0,82). Pérez & Dorta (2003) y Alfonzo et al. (2012), expresan
que a mayor dosis de nitrógeno aplicado aumentaba la produccion de biomasa en
distintas variedades de arroz, sin representar un aumento en el rendimiento.
Hubo respuesta
significativa en el rendimiento a la aplicación de nitrógeno, con un
rendimiento medio de 5,7 t/ha con 150 kg N/ha, siendo similar a los obtenidos
en las dosis de 100, 200 y 250 kg N/ha, indicando que a partir de los 100 kg
N/ha no se incrementaron los rendimientos con mayores aplicaciones de N.
Diversos autores han encontrado respuestas a los rendimientos máximos en arroz
con dosis de N que varían desde 60 kg/ha
Análisis de Regresión
La dosis optima de
nitrógeno obtenidas variaron según el modelo de regresión utilizado, las cuales
estuvieron en 101 kg N/ha con el modelo Lineal Plateau, 136 kg N/ha con el
modelo Cuadrático Plateau y 182 kg N/ha con el modelo Cuadrático. Resultados
similares fueron reportados en maíz por Gordon et al. (2004) y Pagani et al. (2008), donde obtuvieron dosis optimas
de nitrógeno menores, medias y mayores utilizando los modelos Lineal Plateau,
Cuadratico Plateau y Cuadratico respectivamente.
Los
coeficientes de determinación (R2), fueron similares en los tres
modelos evaluados, presentando un buen ajuste que explica más del 95% de la
variancion del rendimiento en funcion de las dosis de nitrógeno (Figura 3),
indicando que bajo este parámetro cualquiera de los tres modelos podrian ser
empleados para calcular la dosis de nitrogeno. Esto sugiere que utilizar el
coeficiente de determinación como criterio de selección para elegir el mejor
modelo es limitado, tal como lo mencionan Rebolledo Robles (1998) y Martin et al. (2016).
A
fin de evaluar la aptitud de los tres modelos para describir los conjuntos de
datos, se realizó un análisis de residuales (diferencia entre los valores
predichos y observados), para cada uno de ellos (Cuadro 7), tal como lo
describe Gordon et al. (2004) y
Pagani et al. (2008),
observando que el modelo Cuadratico Plateau presenta los valores cercanos a
cero (-3,6) en relación a los otros modelos, lo que indica que bajo este
parámetro es el modelo con mayor precisión, como lo describen Cerrato &
Blackmer (1990).
Por otro lado, a cada modelo de regresión se le estimó su varianza
(Cuadro 7), observando que al contrario de lo que ocurre con los valores de los
R2, las varianzas muestran notables diferencias, donde al igual con
lo ocurrido con el parámetro de los residuos, el modelo Cuadrático Plateau
mostró una varianza menor, respecto al modelo Lineal Plateau y Cuadrático.
Según lo indica Rebolledo Robles (1998), es lógico concluir que mientras más pequeño
es el valor de la varianza de un determinado modelo de regresión, mejor es el
ajuste del modelo a los datos experimentales, menor es el sesgo y mejor es la
explicación que dicho modelo hace del fenómeno que se está estudiando. Balzarini et
al. (2008), indican que la comparación de modelos alternativos de
regresión no lineal se basa en varios criterios y que en general se busca que
el valor de la varianza sea lo menor posible.
Bajo los criterios de
análisis de residuos y estimación de la varianza, se selecciona el modelo
Cuadrático Plateau para las dosis optimas, por ser el de mayor precisión, el
cual determinó la dosis optima física en 136 kg N/ha con un rendimiento máximo
de 5716 kg/ha de grano y una dosis optima económica de 126 kg N/ha con un
rendimiento máximo de 5380 kg/ha de grano (Cuadro 7). Cerrato & Blackmer
(1990), Gordón et al. (2004) y
Pagani et al. (2008),
identificaron que el modelo Cuadrático Plateau tenían mejor precisión y
representaron mejor la relación entre las dosis de nitrógeno y el rendimiento.
Contrario a esto Salvagiotti et al.
(2011), prefieren el modelo Cuadrático sobre el Cuadrático Plateau para estimar
la respuesta del rendimiento a la fertilización nitrogenada, mientras que
Martín et al. (2016), indican
que el modelo discontinuo Lineal Plateau resulta más adecuado en el sistema de
recomendación de dosis óptimas de fertilizantes nitrogenados, por ser
conservador.
CONCLUSIONES
·
Las altas dosis de nitrógeno aplicadas
tuvieron un efecto negativo en el cultivo del arroz en lo referente a la
incidencia de enfermedades y el acame.
·
Los modelos de regresión utilizados difieren
en determinar las dosis optimas, siendo el modelo Cuadrático Plateau el que
presentó una mejor precisión.
·
La dosis optima económica de nitrógeno para la
variedad de arroz IDIAP FL Alanjeña-22 para un suelo entisol, en condiciones de
secano es de 26 Kg N/ha, estimada con el modelo Cuadrático Plateau.
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