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DEPARTAMENTO DE FITOTECNIA DEPARTAMENTO DE SUELOS “NANOFERTILIZANTES” EN LA PRODUCCIÓN DE MAÍZ, EN CHAPINGO, MÉXICO Jacinto-Mata, Raúl Rodríguez-Neave, Francisco . 1
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INTRODUCCIÓN La nanotecnología consiste en la preparación y uso de cápsulas microscópicamente pequeñas, compuestas de fosfolípidos u otro material y estabilizadores especiales, capaces de transportar sustancias químicas y liberarlas de forma controlada para una mejor absorción por las membranas celulares. Estas cápsulas pueden tener una forma esférica con un diámetro que pueden variar entre 50 nanómetros y 20 micrómetros, donde el nanómetro equivale a 10-9 m. Según Monreal (2015), la nanotecnología hace posible una gran cantidad de usos en la agricultura, entre las cuales se tiene las siguientes: a) una alternativa para la aplicación de agroquímicos, con lo cual se logra una mayor eficiencia en el uso de dichas sustancias por la planta; b) una opción en la regeneración de los suelos dañados; c) una vía en el tratamiento de enfermedades de los cultivos; d) una opción en la degradación rápida de moléculas complejas de pesticidas. Con relación a mejorar la eficiencia en la utilización de los agroquímicos por la planta, Monreal (2015) plantea el caso de los fertilizantes químicos. Un nano-fertilizante es un producto que contiene los nutrimentos de los cultivos en alguna de estas formas: a) se encapsula dentro de nanotubos o materiales nano-porosos; b) es cubierto por una nano-película polimérica y c) como partículas o emulsiones a escala nanomérica. Según Naderi y Danesh (2013), los estudios realizados demuestran que los NANOFERTILIZANTES causan un incremento en la eficiencia en el uso de los nutrimentos, reducen su toxicidad en el suelo, minimizan el potencial efecto negativo asociado con las sobredosis de nutrimentos y reducen la frecuencia de la aplicación de los fertilizantes. Según Monreal (2015), los nutrimentos que se pueden manejar en los NANOFERTILIZANTES incluyen los macronutrimentos y los micronutrimentos. Entre los micronutrimentos se tienen el Zn, Fe, Mn, Cu. Con los NANOFERTILIZANTES se incrementa la eficiencia en la absorción de los nutrimentos por las plantas, lo cual da lugar a una reducción en el uso de los fertilizantes químicos tradicionales. Considerando lo anterior, se plantea el siguiente objetivo 1
Dpto. de Fitotecnia, UACh, Km. 38.5 Carretera México-‐Texcoco, Chapingo, México, C.P. 56230. Correo-‐e: rauljacintomata@yahoo.com.mx. 2 Dpto. de Suelos, UACh, Km. 38.5 Carretera México-‐Texcoco, Chapingo, México, C.P. 56230.Correo-‐ e: n eavef@yahoo.com.mx 1
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OBJETIVO Evaluar el efecto de los NANOFERTILIZANTES con micronutrimentos, en la producción de maíz (Zea mays) en plantaciones comerciales en Chapingo, Méx.
MATERIALES Y MÉTODOS Localización del experimento Esta evaluación se desarrolla en el campo agrícola experimental de la Universidad Autónoma Chapingo, específicamente en el lote intermedio de la tabla experimental “Xaltepa” (X-9), durante el ciclo de primavera-verano del año 2015. Este lote tiene las características anotadas en el Cuadro 1. Se trata de un terreno pobre en materia orgánica, con una baja cantidad de nitrógeno inorgánico (NO3 + NH4), muy alto contenido de fósforo aprovechable, con una ligeramente alta concentración de potasio y magnesio intercambiable, nivel medio de calcio intercambiable, contenido medio de hierro, cobre y boro asimilable, un nivel moderadamente bajo de zinc asimilable y ligeramente alto contenido de manganeso asimilable. Con base en lo anterior, los nutrimentos que más requieren atención es el macronutrimento nitrógeno y el micronutrimento zinc. En segundo término, se deberá atender los micronutrimentos hierro, cobre y boro, sobre todo cuando se tienen expectativas de altos rendimientos. Cuadro 1. Análisis físico-químico del suelo correspondiente al lote experimental X-9, según la NOM-021-SEMARNAT-2000 pH
MO (%)
N-inorg
P
K
Ca
Mg
(mg/kg)
(mg/kg)
(mg/kg)
(mg/kg)
(mg/kg)
6.73
0.94
14.2
104
584
1756
429
(neutro)
(pobre)
(bajo)
(muy alto)
(mod. alto)
(medio)
(mod. alto)
Fe
Cu
Zn
Mn
B
(mg/kg)
(mg/kg)
(mg/kg)
(mg/kg)
(mg/kg)
9.18
1.22
1.20
17.17
0.94
(medio)
(medio)
(mod. bajo)
(mod. alto)
(medio
TEXTURA Franco-arenosa
Materiales utilizados. La semilla de maíz utilizada corresponde al híbrido comercial denominado ALBATROS, de la empresa ASGROW. Se adicionó el NANOFERTILIZANTE a la semilla el 18 de abril, según se indica en la Figura 1, junto con el insecticida “Confidor”. La siembra se llevó a cabo el 20 de abril, colocando alrededor de 90,000 semillas/ha, adicionando 300 kg/ha del fertilizante triple 14 y el herbicida pre-emergente Gesaprim 2
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calibre 90. La densidad de población finalmente establecida fue de 82,000 plantas/ha. El 22 de mayo se realizó la segunda fertilización aplicando 250 kg de urea/ha. Se evaluó el producto denominado NANOFERTILIZANTE, elaborado por la empresa: “Soluciones y Servicios Pegassi, S.A. de C.V.”. Este agroquímico contiene encapsulados los micronutrimentos molibdeno, boro, cobre, manganeso y zinc, además del silicio
Figura 1. Preparación del tratamiento del NANOFERTILIZANTE a la semilla de maíz hibrido y, su aplicación, previo a la siembra Diseño experimental. Los factores de estudio fueron dos y corresponden a las vías de aplicación del NANOFERTILIZANTE, es decir vía semilla y vía follaje. Los niveles del factor vía semilla, son 0 y de 1 ml de NANOFERTLIZANTE por 1 kg de semilla. Para el factor fertilización foliar, se manejaron cuatro niveles, donde los primeros dos corresponden a las dos concentraciones de fertilizante foliar: a) baja concentración (1 L ha-1) y b) alta concentración (2 L ha-1). Los otros dos niveles se refieren a la frecuencia en la aplicación del fertilizante foliar y corresponden: a) en un solo evento de fertilización foliar y b) en 3 tres eventos de fertilizaciones foliares. Los niveles de los factores se combinaron dando lugar a 8 tratamientos, que sumados a un testigo absoluto, suman un total de 9 tratamientos, los cuales se describen a continuación: 3
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DEPARTAMENTO DE FITOTECNIA DEPARTAMENTO DE SUELOS 1. TESTIGO ABSOLUTO: fertilización edáfica normal con nitrógeno, fósforo y potasio (FEN) 2. FEN + SEMILLA SIN NANOFERTILIZANTE + NANOFERTILIZANTE FOLIAR a 1 L ha-1 (1 aplicación) 3. FEN + SEMILLA SIN NANOFERTILIZANTE + NANOFERTILIZANTE FOLIAR a 1 L ha-1 (3 aplicaciones, cada una de las cuales con 1 L ha-1) 4. FEN + SEMILLA SIN NANOFERTILIZANTE + NANOFERTILIZANTE FOLIAR a 2 L ha-1 (1 aplicación) 5. FEN + SEMILLA SIN NANOFERTILIZANTE + NANOFERTILIZANTE FOLIAR a 2 L ha-1 (3 aplicaciones, cada una de las cuales con 2 L ha-1) 6. FEN + SEMILLA CON NANOFERTILIZANTE + NANOFERTILIZANTE FOLIAR a 1 L ha-1 (1 aplicación) 7. FEN + SEMILLA CON NANOFERTILIZANTE + NANOFERTILIZANTE FOLIAR a 1 L ha-1 (3 aplicaciones, cada una de las cuales con 1 L ha-1) 8. FEN + SEMILLA CON NANOFERTILIZANTE + NANOFERTILIZANTE FOLIAR a 2 L ha-1 (1 aplicación) 9. FEN + SEMILLA CON NANOFERTILIZANTE + NANOFERTILIZANTE FOLIAR a 2 L ha-1 (3 aplicaciones, cada una de las cuales con 2 L ha-1)
Estos tratamientos se distribuyeron en el campo como se muestra en la Figura 2. El experimento tiene las siguientes características: 9 tratamientos, cada uno de los cuales tendrá 4 repeticiones, generando 36 unidades experimentales. Cada tratamiento se distribuyó en el campo en forma de parcelas divididas, siendo las parcelas grandes el NANOFERTILIZANTE a la semilla y en las parcelas chicas las variantes de fertilización foliar, según se observa en la Figura 2. Cada tratamiento consistió en 8 surcos de 95 m de largo a manera de parcelas demostrativas. Cada una de las concentraciones del fertilizante foliar se manejó de dos formas: a) en un solo evento de fertilización foliar y b) en 3 tres eventos de fertilizaciones foliares. Para el tratamiento con un solo evento, el momento en que se aplicó el fertilizante foliar a la planta de maíz, fue cuando esta tenía de 8-10 hojas. Para el tratamiento con 3 eventos de fertilización foliar, se realizaron tres aspersiones del fertilizante, cada una de las cuales se hizo en tres diferentes etapas de desarrollo de la planta: a) de 3-5 hojas; b) de 7-8 hojas y c) de 9-10 hojas. En la Figura 3 se muestran imágenes de la aplicación del fertilizante foliar. Los tratamientos que llevaron NANOFERTILIZANTE a la semilla, se prepararon de la siguiente manera: a) se utilizó una bomba aspersora según que se observa en la Figura 1: b) se adicionó agua a la bomba en la cantidad suficiente para “mojar” a la semilla; c) se midió y adiciono el NANOFERTILIZANTE con una jeringa de 10 ml, para 4
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una mayor precisión y d) se asperjó el NANOFERTILIZANTE a la semilla, procurando una distribución homogénea, removiendo la semilla y dando varias pasadas. Es conveniente anotar que el NANOFERTILIZANTE puede ser mezclado con diversos agroquímicos, por lo cual se mezcló con el insecticida confidor. Los tratamientos que llevaron NANOFERTILIZANTE al follaje, se prepararon de la siguiente manera: a) se utilizó una bomba aspersora, según que se observa en la Figura 3: b) se adicionó agua a la bomba en la cantidad suficiente para “mojar” al follaje de las plantas; c) se midió y adiciono el NANOFERTILIZANTE con una jeringa, para una mayor precisión; d) se midió y adiciono el SURFACTANTE con una jeringa, para una mayor precisión y d) se asperjó el NANOFERTILIZANTE a las plantas. Es conveniente anotar que el NANOFERTILIZANTE puede ser mezclado con diversos agroquímicos, de tal manera que se mezcló con el insecticida botánico BIODie.
Figura 2. Distribución de los tratamientos con NANOFERTILIZANTE en el lote X-9 en el campo experimental de la Universidad Autónoma Chapingo. Variables a evaluar
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En este informe se presentan las variables vegetativas altura de la planta de maíz y el diámetro del tallo. La altura se evaluó desde la base del tallo hasta la punta de la espiga. El diámetro del tallo corresponde al que se obtuvo con vernier en el primer entrenudo. Asimismo, se discuten las variables reproductivas rendimiento de grano, producción de paja y la biomasa total cosechada. Adicionalmente, se mencionan algunas variables cualitativas, tales como tolerancia de la planta a las granizadas.
Figura 3. Primera y segunda fertilización foliar con NANOFERTILIZANTE en el lote X9 en el campo experimental de la Universidad Autónoma Chapingo.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Diámetro de tallo y altura de planta En el Cuadro 2 y Figura 4 y 5 se presentan los valores promedio del diámetro del tallo y altura de la planta de maíz. Con relación al diámetro del tallo, se observa que los 6
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mejores tratamientos son los que incluían la fertilización a la semilla más el fertilizante foliar, destacando los tratamientos 9 (NANOFERTILIZANTE a la semilla + 3 aplicaciones foliares, donde cada aplicación contenía 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE) y el 8 (NANOFERTILIZANTE a la semilla + 1 aplicación foliar de 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE), los cuales superaron al testigo por un 8.9 % y un 6.2 %, respectivamente. Esto se observa de manera evidente en la Figura 4. Cuadro 2. Efecto de los tratamientos ensayados sobre el diámetro del tallo y altura de planta de maíz, en Chapingo, Méx. TRATAMIENTOS
SEM + FOL-C2 3 SEM + FOL-C2 1 SEM + FOL-C1 1 SEM + FOL-C1 3 FOL-C2 3 FOL-C2 1 TESTIGO FOL-C1 3 FOL-C1 1
DIÁMETRO DE TALLO (cm) 2.82 a* 2.75 b 2.68 c 2.65 cd 2.64 cd 2.60 de 2.59 de 2.52 f 2.54 ef
ALTURA DE PLANTA (cm) 296.7 a 284.5 ab 280.5 bc 281.0 bc 275.3 bcd 272.4 cde 266.0 de 262.0 e 271.8 cde
*Medias con letra diferente son estadísticamente diferentes, según Tukey (α = 0.05)
Con relación a la altura de planta, en el Cuadro 2 se concluye que los mejores tratamientos son los que incluían la fertilización a la semilla más el fertilizante foliar, destacando los tratamientos 9 (NANOFERTILIZANTE a la semilla + 3 aplicaciones foliares, donde cada aplicación contenía 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE) y el 8 (NANOFERTILIZANTE a la semilla + 1 aplicación foliar de 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE), los cuales superaron al testigo por un 11.5 % y un 10.7 %, respectivamente. Esto se observa de manera evidente en la Figura 5.
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2.68
DIÁMETRO DE TALLO (cm)
2.59
2.82
2.75
2.65
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
TESTIGO
SEM + FOL-‐C1 SEM + FOL-‐C1 SEM + FOL-‐C2 SEM + FOL-‐C2 1 3 1 3 TRATAMIENTOS
Figura 4. Efecto de los NANOFERTILIZANTES adicionados a la semilla + la fertilización foliar sobre el diámetro del tallo de la planta de maíz, en Chapingo, Mex. 350
ALTURA DE PLANTA (cm)
300
266
280.5
281
284.5
296.7
250 200 150 100 50 0
TESTIGO
SEM + FOL-‐C1 SEM + FOL-‐C1 SEM + FOL-‐C2 SEM + FOL-‐C2 1 3 1 3
TRATAMIENTOS
Figura 5. Efecto de los NANOFERTILIZANTES adicionados a la semilla + la fertilización foliar sobre la altura de la planta de maíz, en Chapingo
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Rendimiento de grano En el Cuadro 3 se encuentran los resultados obtenidos para las variables rendimiento de grano y paja, así como la producción de biomasa aérea. Para el rendimiento de grano, según la prueba de medias presentada en el mismo cuadro, los mejores tratamientos fueron el 9 (NANOFERTILIZANTE a la semilla + 3 aplicaciones foliares, donde cada aplicación contenía 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE) y el 8 (NANOFERTILIZANTE a la semilla + 1 aplicación foliar de 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE), los cuales superaron al testigo por un 43% y un 26% respectivamente. Esto se observa de manera evidente en la Figura 6. Un análisis factorial, presentado en el Cuadro 4, indica que la fertilización a la semilla y la concentración del fertilizante foliar (2 L ha-1), fueron los factores que promovieron incrementos en el rendimiento de grano, del orden de 19% y 13.5% respectivamente, con relación a sus respectivos testigos. Lo anterior explica el hecho de que la combinación del NANOFERTILIZANTE a la semilla + 3 aplicaciones foliares, donde cada aplicación contenía 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE, es lo más recomendable si se considera que los incrementos logrados en el rendimiento de grano alcanza el 43% con relación al testigo. Cuadro 3. Efecto de los tratamientos ensayados sobre el rendimiento de grano y paja de maíz, así como la producción de biomasa aérea, en Chapingo, Méx. TRATAMIENTOS
SEM + FOL-C2 3 SEM + FOL-C2 1 SEM + FOL-C1 1 SEM + FOL-C1 3 FOL-C2 3 FOL-C2 1 TESTIGO FOL-C1 3 FOL-C1 1
RENDIMIENTO DE GRANO (t/ha) 14.58 a* 12.85 ab 11.84 bc 11.57 bc 11.27 bc 11.03 bc 10.22 c 10.21 c 10.19 c
RENDIMIENTO DE PAJA (t/ha) 19.32 a 17.02 ab 15.69 bc 15.33 bc 14.95 bc 14.62 bc 13.55 c 13.54 c 13.52 c
BIOMASA AÉREA TOTAL (t/ha) 33.90 a 29.87 ab 27.53 bc 26.90 bc 26.22 bc 25.65 bc 23.77 c 23.75 c 23.71 c
*Medias con letra diferente son estadísticamente diferentes, según Tukey (α = 0.05)
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Cuadro 4. Análisis factorial de los NANOFERTILIZANTES sobre el rendimiento de grano de maíz y la producción de biomasa aérea, en Chapingo, Méx. FERTILIZACIÓN SEMILA SIN CON
RENDIMIENTO GRANO (t/ha) 10.68 a* 12.71 b
BIOMASA AÉREA TOTAL (t/ha) 24.83 a 29.55 b
CONCENTRACIÓN FOLIAR 1 L/ha 2 L/ha
RENDIMIENTO GRANO (t/ha) 10.95 a 12.43 b
BIOMASA AÉREA TOTAL (t/ha) 25.47 a 28.91 b
*Medias con letra diferente son estadísticamente diferentes, según Tukey (α = 0.05)
Producción de biomasa aérea En el Cuadro 3 se encuentran los resultados obtenidos para la variable producción de biomasa aérea (grano y paja). Para biomasa aérea, según la prueba de medias presentada en el mismo cuadro, los mejores tratamientos fueron el 9 (NANOFERTILIZANTE a la semilla + 3 aplicaciones foliares, donde cada aplicación contenía 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE) y el 8 (NANOFERTILIZANTE a la semilla + 1 aplicación foliar de 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE), los cuales superaron al testigo por un 43% y un 26% respectivamente, de forma similar a lo encontrado con la producción de grano. Esto se observa de manera evidente en la Figura 7 y 8. Un análisis factorial, presentado en el Cuadro 4, indica que la fertilización a la semilla y la concentración del fertilizante foliar (2 L ha-1), fueron los factores que promovieron los incrementos en la producción de biomasa aérea, del orden de 19% y 13.5% respectivamente, de forma similar a la variable rendimiento de grano. Lo anterior explica el hecho de que la combinación del NANOFERTILIZANTE a la semilla + 3 aplicaciones foliares, donde cada aplicación contenía 2 L ha-1 de NANOFERTILIZANTE es lo más recomendable, si se considera que los incrementos logrados en la producción de biomasa aérea alcanza el 43%, con relación al testigo.
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RENDIMIENTO GRANO (t/ha)
16
14.58
14
12.85 11.84
12
11.57
10.22
10 8 6 4 2 0
TESTIGO
SEM + FOL-‐C1 SEM + FOL-‐C1 SEM + FOL-‐C2 SEM + FOL-‐C2 1 3 1 3 TRATAMIENTOS
Figura 6. Efecto de los NANOFERTILIZANTES adicionados a la semilla + la fertilización foliar sobre el rendimiento de grano de maíz, en Chapingo, Méx.
PRODUCCIÓN DE PAJA (t/ha)
21
19.32
14
15.69
17.02 15.33
13.55
7
0
TESTIGO SEM + FOL-‐ SEM + FOL-‐ SEM + FOL-‐ SEM + FOL-‐ C1 1 C1 3 C2 1 C2 3 TRATAMIENTOS
Figura 7. Efecto de los NANOFERTILIZANTES adicionados a la semilla + la fertilización foliar sobre el rendimiento de paja de maíz, en Chapingo, Méx 11
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35
33.9
BIOMASA AEREA (t/ha)
30
27.5
25
29.9 26.9
23.8
20 15 10 5 0
TESTIGO SEM + FOL-‐ SEM + FOL-‐ SEM + FOL-‐ SEM + FOL-‐ C1 1 C1 3 C2 1 C2 3 TRATAMIENTOS
Figura 8. Efecto de los NANOFERTILIZANTES adicionados a la semilla + la fertilización foliar sobre la producción de biomasa aérea de maíz, en Chapingo, Méx
Variables cualitativas En los tratamientos que llevaron NANOFERTILIZANTE a la semilla, no se observaron efectos negativos en la germinación, ya que la emergencia de las plántulas fue similar a la observada en los tratamientos que no contenían el NANOFERTILIZANTE a la semilla. De forma similar, cuando el NANOFERTILIZANTES fue adicionado al follaje no se observaron quemaduras ni malformaciones en las hojas y en la planta en general. Lo anterior lleva a concluir que este producto no es nocivo para el desarrollo de cultivos. Por otro lado, es conveniente resaltar que se observó un menor impacto de las granizadas, en el follaje de las plantas a las cuales se les adicionó el NANOFERTILIZANTE.
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CONCLUSIONES Con base en los resultados presentados, se tiene las siguientes conclusiones El NANOFERTILIZANTE, adicionado a la semilla en la dosis de 1 ml kg-1, sumado al asperjado al follaje en la concentración de 2 L ha-1, promovieron incrementos estadísticamente significativos en la producción de grano de maíz, paja y biomasa aérea, así como en el diámetro del tallo y altura de planta de maíz. El NANOFERTILIZANTE, adicionado al follaje en la concentración de 1 L ha-1, no influyó significativamente en la producción de grano de maíz, paja y biomasa aérea. RECOMENDACIONES Con base en los efectos estadísticamente significativos de los NANOFERTILIZANTES, se tiene que: 1. Una recomendación óptima será: adicionar NANOFERTILIZANTE a la semilla, en la dosis de 1ml por cada kg de semilla, más tres aplicaciones foliares de NANOFERTILIZANTE en la dosis de 2 L ha-1 por aplicación, en las siguientes etapas del desarrollo del maíz: a) de 3-5 hojas; b) de 7-8 hojas y c) de 9-10 hojas 2. Una recomendación mínima será: adicionar NANOFERTILIZANTE a la semilla, en la dosis de 1ml por cada kg de semilla, más una aplicación foliar de NANOFERTILIZANTE en la dosis de 2 L ha-1 por aplicación, cuando la planta de maíz tiene de 8 a10 hojas
BIBLIOGRAFÍA Naderi, M. R. and Danesh-Shahraki. 2013. Nanofertilizers and their roles in sustaintable agriculture. IJACS Monreal, C. M. 2015. Perspectivas del uso de los nano fertilizantes inteligentes en el futuro. En: 4º Congreso Internacional de Nutrición y Fisiología Vegetal Aplicada. Guadalajara, Jalisco.
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