ARTÍCULOS ORIGINALES

 

Incremento del rendimiento y calidad nutricional del arroz con fertilización NPK complementada con micronutrientes

Increase of yield and nutritional quality of rice with NPK fertilization complemented with micronutrients

 

Jairo Cedeño Dueñas¹; Galo Cedeño García^1,*; Johanna Alcívar Alcívar²; Jessica Cargua Chávez³; Frowen Cedeño Sacón¹; George Cedeño García⁴; Gonzalo Constante Tubay¹

1 Carrera de Ingeniería Agrícola, Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López, Campus Politécnico El Limón, sector El Gramal. Calceta, Manabí, Ecuador.

2 Escuela de Nutrición y Dietética, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Técnica de Manabí. Av. José María Urbina, Portoviejo, Manabí, Ecuador.

3 Carrera de Tecnología Superior en Producción Agrícola, Instituto Tecnológico Superior Calazacón, Av. Los Anturios y Calle B. Santo Domingo de los Tsáchilas, Ecuador.

4 Departamento de Agronomía, Facultad de Ingeniería Agronómica, Universidad Técnica de Manabí, km 13 ½ vía Portoviejo – Santa Ana. Santa Ana, Manabí, Ecuador.

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Resumen

El objetivo de la investigación fue evaluar el efecto de la fertilización NPK complementada con micronutrientes sobre el rendimiento y calidad nutricional del arroz. Se condujo un experimento en diez fincas arroceras de la zona de San Jacinto, Rocafuerte, Manabí. En cada finca se establecieron dos parcelas de 100 m2, donde una recibió fertilización NPK + micronutrientes y la otra solo fertilización convencional con NPK. En ambos casos la dosis de fertilización fue de 180, 70 y 60 kg ha -1 de N, P y K, respectivamente. En el primer caso se utilizaron fertilizantes compuestos que incluyeron micronutrientes y en el segundo caso fertilizantes convencionales. Los datos fueron analizados con prueba estadística de t de Student para observaciones pareadas. Las principales variables registradas fueron rendimiento y contenido nutricional del grano. Se evidenció un incremento en rendimiento del 36,85% con la fertilización NPK + micronutrientes en relación al tratamiento control con NPK. De forma similar el contenido proteico, Fe y Zn se incrementó en 18,33, 31,58 y 33,33%, respectivamente, con la aplicación de micronutrientes, en contraste a la fertilización tradicional con NPK. Los resultados mostraron que la aplicación de micronutrientes contribuyó significativamente al incremento del rendimiento y calidad del grano de arroz.

Palabras clave: nutrición del arroz; elementos menores; productividad; biofortificación; calidad nutraceútica.

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Abstract

The aim of this research was to evaluate effect of the NPK fertilization complemented with micronutrients on yield and nutritional quality of rice. An experiment was conducted in ten rice farms in the area of San Jacinto, Rocafuerte, Manabí. In each farm two plots of 100 m 2 were established, where one received NPK fertilization + micronutrients and the other only conventional fertilization with NPK. In both cases, the fertilization dose was 180, 70 and 60 kg ha -1 of N, P and K, respectively. In the first case, compound fertilizers were used that included micronutrients and in the second case, conventional fertilizers. The data were analyzed with the Student t test for paired observations. The main variables recorded were yield and nutritional content of the grain. There was an increase in yield of 36.85% with fertilization based on NPK and micronutrients, in relation to the control treatment with NPK. Similarly, the protein content, Fe and Zn increased by 18.33, 31.58 and 33.33%, respectively, with the application of micronutrients, in contrast to the traditional fertilization with NPK. The results showed that the application of micronutrients contributed significantly to the increase of the yield and quality of the rice grain.

Keywords: rice nutrition; minor elements; productivity; biofortification; nutraceutical quality.

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1. Introducción

El arroz (Oriza sativa L.) es el cultivo de mayor importancia desde el punto de vista social y económico a nivel mundial, puesto que junto con el maíz y trigo abastecen alrededor del 50% de la alimentación global (Gnanamanickam, 2009). El arroz se cultiva en casi todas las regiones tropicales y subtropicales del mundo, siendo la región asiática la mayor contribuyente en térmicos productivos con alrededor del 90% de la producción mundial, seguidos por África y América Latina como importantes productores y consumidores (Mohanty, 2013; Muthayya et al., 2014). Según pronósticos, la población global se incrementará en 2300 millones de personas al 2050 y con ella la demanda de alimentos, se prevé que el mayor crecimiento se dará en países en desarrollo donde la desigualdad en términos de ingresos per cápita es amplia entre los estratos sociales, lo cual comprometería la seguridad alimentaria en poblaciones vulnerables (FAO, 2009). En este contexto el arroz al ser el cultivo más consumido por la población, se deberán implementar estrategias para incrementar el rendimiento y garantizar la seguridad alimentaria de la creciente población (FAO, 2014). Entre las estrategias para incrementar la producción del cultivo está la creación de cultivares más productivos, tolerantes al cambio climático y con un uso más eficiente de nutrientes y agua (Serraj et al., 2011; Zhu et al., 2016; Dutta et al., 2016). Así mismo, para garantizar la calidad nutritiva de los alimentos se deben implementar estrategias de biofortificación agronómica de los cultivos a través de técnicas de fertilización foliar y edáfica, con la finalidad de prevenir las deficiencias de vitaminas y minerales de manera segura y efectiva, más aún cuando actualmente se estima que más 2 mil millones de personas, entre estos niños y mujeres embarazadas carecen de estos nutrimentos (IFPRI, 2014; Alshaal y El-Ramady, 2017; Cakmak y Kutman, 2017). En este sentido, bio- fortificar el cultivo de arroz es de vital importancia debido al alto consumo que tiene a nivel global, donde países como china han logrado reducir el 28 y 48% de la deficiencia de Fe y Zn en la gran parte de la población a través del consumo de arroz biofortificado mediante aplicaciones foliares de Fe y Zn en el cultivo (Das et al., 2013; Bashir et al., 2013; Zhang et al., 2017). En la actualidad se ha estimado que más de 20 millones de personas rurales ya consumen alimentos biofortificados, sin embargo, se necesita de políticas públicas y privadas eficientes que masifiquen la producción y consumo de estos alimentos (Bouis y Saltzman, 2017). Según trabajos de investigación reciente, se ha demostrado que con la aplicación de micronutrientes a través de la fertilización edáfica y foliar, se ha logrado incrementar los rendimientos del cultivo (Shaygany et al., 2012; Alamdari y Mobasser, 2014; Siddika et al., 2016), así como también la calidad nutricional del grano de arroz, relacionada a una mayor concentración de proteína, Fe y Zn principalmente (Phattarakul et al., 2012; Yuan et al., 2012; Meena y Fathima, 2017). En Ecuador no se cuenta con una amplia información relacionada a la biofortificación del grano a través de la fertilización con micronutrientes, más aún en la provincia de Manabí que es una importante provincia productora de arroz. Por lo anteriormente expuesto, la investigación se justifica plenamente, cuyo objetivo principal fue evaluar el efecto de la fertilización NPK complementada con micronutrientes sobre el rendimiento y calidad nutricional del arroz.

2. Materiales y métodos

Localización

El experimento se desarrolló durante la época seca del 2017 en la zona arrocera de San Jacinto del cantón Rocafuerte, Manabí.

Material de siembra

El material genético utilizado fue el cultivar SFL-11 que es más difundido en zonas arroceras de Manabí, por su alto potencial de rendimiento y calidad comercial del grano.

Tratamientos de fertilización

Los tratamientos estudiados fueron: T1) fertilización edáfica con fertilizantes com puestos enriquecidos con micronutrientes, y T2) fertilización edáfica con fertilizantes convencionales a base de NPK. La dosis de fertilización edáfica fue decidida en base al reporte de análisis de suelo y la demanda nutricional del cultivo. Los resultados del análisis de suelo reportaron bajos contenidos de N, P, S, B, Zn, Fe y Mn; para K y Mg los niveles reportados fueron medios, y para Cu fueron altos. En base a lo anterior se decidió aplicar la dosis de 180, 70 y 60 kg ha-1 de N, P2O5 y K2O, respectivamente, en ambos tratamientos. En la Tabla 1, se detalla el plan de fertilización para ambos tratamientos.

Los fertilizantes nitrogenados fueron aplicados en tres fracciones, donde el 30% fue colocado al momento del trasplante, 40% al macollamiento y 30% a la diferenciación floral. El fertilizante fosfatado fue aplicado en su totalidad al momento del trasplante. El fertilizante potásico fue aplicado 50% al trasplante y 50% al macollamiento. En ambos tratamientos se realizaron tres aplicaciones foliares de un bioestimulante en dosis de 1.5 L ha-1. Las aplicaciones se realizaron al macollamiento, diferenciación floral y emergencia de panojas.

Diseño estadístico y unidad experimental

En el experimento se probaron dos tratamientos, donde cada uno se conformó por 10 parcelas o replicas, con un total de 20 unidades experimentales. Las unidades experimentales fueron conformadas por parcelas de 100 m2, aisladas unas de otras con muros de 20 cm de altura sobre el nivel máximo de agua. Las unidades experimentales fueron establecidas en 10 fincas de la zona de San Jacinto, una de cada tratamiento por finca. El registro de datos se realizó en 5 m2 del centro de la parcela experimental. Para comparar el efecto de los dos tratamientos se utilizó la distribución de "t de Student" para muestras pareadas, donde se probaron la hipótesis nula H0: T1 = T2 y alternativa H1: T1 ≠ T2, a un nivel de significancia del 5% (p ≤ 0,05). El cálculo del estadístico de t se realizó mediante la fórmula siguiente:

Variables respuesta

Se registraron variables de crecimiento y relacionadas al componente de rendimiento como: altura de planta (cm), macollos totales, productivos y esteriles por planta, peso de 1000 granos (g), peso de granos por planta (g), peso de granos por m2 (g) y rendimiento de grano en cáscara (kg ha-1).

El rendimiento se determinó por el peso de granos provenientes de la parcela útil, ajustada 20% de humedad y transformados a kg ha-1. Para uniformizar el peso se empleó la siguiente formula:

Donde PU = Peso uniformizado (kg); Pa = Peso actual (kg); Ha = Humedad actual (%); Hd = Humedad deseada. Para expresar el rendimiento en kg ha-1 se utilizó la formula siguiente:

Donde PU = Peso uniformizado (kg).

La determinación de la calidad nutricional del grano se realizó colectando una sub-muestra de grano por unidad experimental en cada tratamiento, hasta completar una muestra compuesta de 1 kg, que posterior- mente fue enviada para el respectivo análisis nutricional al laboratorio de bromatología. Las variables determinadas en laboratorio fueron porcentaje de proteína y fibra, concentración de Fe, Zn, B, y Mn en ppm. Estas variables no fueron sometidas a análisis estadístico de t pareada, sino que se describieron numéricamente según los datos entregados por el laboratorio.

Manejo específico del experimento

Las semillas fueron protegidas con la mezcla insecticida a base de Thiametoxam en dosis de 3 cc kg-1 de semillas + Thiodicar en dosis de 15 cc kg-1 de semilla, esto con la finalidad de proteger las plántulas durante la emergencia de insectos chupa- dores y cortadores. Para el establecimiento del cultivo se realizaron semilleros para la germinación y desarrollo inicial de plán- tulas, las que fueron trasplantadas a campo definitivo a los 25 días después de la siembra. El trasplante fue establecido a una distancia de 0,20 m entre sitios de siembra y 0,30 m entre hileras, con lo que se obtuvo una densidad de 16 sitios de siembra por m2. Se sembraron cinco plántulas por sitio de siembra. El control de malezas se realizó en pre-siembra con glifosato 2,5 L ha-1, en pre-emergencia con butaclor + pendimentalin para el control de malezas de hoja ancha y angosta en dosis de 3,5 y 2,5 L ha-1 de cada producto. En pos-emergencia se aplicó cihalofop y el co- formulado bentazon-MCPA en dosis de 2,5 y 1,5 L ha-1 de cada producto, para el control de gramíneas, hoja ancha y ciperáceas. Para el control de enfermedades fungosas se aplicó el fungicida Fegadazin en dosis de 250 cc ha-1 a los 8 y 21 días después del trasplante (DDT), y Kasugamicina en dosis de 1,5 L ha-1 a los 38 DDT. El control de insectos plaga fue asumido con aplicaciones de Metomilo en dosis de 400 g ha-1 a los 8 y 38 DDT, y Clorpirifos en dosis de 1,0 L ha-1 a los 21 DDT.

3. Resultados y discusión

La altura de planta no fue afectada significativamente (p > 0,05) por la fertilización NPK complementada con micronutrientes (Tabla 2), lo que puede deberse a que la fertilización NPK fue similar en dosis y fracciones en ambos tratamientos. Por el contrario, el número de macollos totales, fértiles y estériles mostraron una respuesta significativa (p < 0,05) a la fertilización NPK complementada con micronutrientes (Tabla 2), donde se muestra una diferencia de medias (đ̿) de 5,00 y 7,32 macollos totales y fértiles con respecto a la fertilización convencional con NPK. Así mismo, la fertilización NPK complementada con micronutrientes mostró menor número de macollos estériles en contraste a la fertilización convencional con NPK (Tabla 2). Los resultados obtenidos para las variables de crecimiento son similares a los reportados por Ashrafi et al. (2014) quienes no reportaron un efecto significativo de los micronutrientes sobre la altura de planta, pero si sobre el número de macollos por planta. Resultados similares fueron obtenidos por Radhika et al. (2013) y Siddika et al. (2016) quienes obtuvieron mayor número de macollos productivos en arroz con la integración de micronutrientes dentro de los planes de fertilización con NPKS.

La fertilización NPK complementada con micronutrientes influenció significativamente (p < 0,05) los componentes de rendimiento (Tabla 3), donde se aprecia una diferencia de medias (đ̿̿) con respecto a la fertilización con NPK de 8,15 g para peso de 1000 granos, 24,01 g para peso de granos por planta, 384,21 para peso de granos por m2 y 3,84 para el rendimiento en t ha-1. Esto significó un incremento porcentual del 23,12% para peso de 1000 granos y 36,85 para peso de granos por planta, peso de granos por m2 y el rendimiento, con respecto a la fertilización con solo NPK. Los resultados demuestran que la inclusión de micronutrientes a los planes de fertilización convencional basados en NPK puede incrementar notablemente el rendimiento del cultivo de arroz. El rendimiento obtenido con la fertilización NPK + micronutrientes superó ampliamente al promedio nacional y provincial, que según datos del Ministerio de Agricultura y Ganadería son en promedio 4,80 y 6,87 t ha-1 para Ecuador y Manabí, respectivamente (MAG, 2016).

Los resultados hallados para los componentes de rendimiento guardan similitud con los obtenidos por Shaygany et al. (2012) quienes obtuvieron un rendimiento de grano de hasta 6,17 t ha-1 para fertilización con micronutrientes en contraste a las 4,51 t ha-1 obtenidas en el tratamiento control. Del mismo modo, Alamdari y Mobasser (2014) reportaron rendimientos promedios de hasta 4,3 t ha-1 con la aplicación de microelementos en comparación a las 2,8 t ha-1 para el tratamiento testigo. En este mismo contexto, Siddika et al. (2016) registraron incrementos significativos en el peso de 1000 granos y el rendimiento del cultivo con respecto al tratamiento control, cuando se incluyó micronutrientes a la fertilización con NPKS. El efecto de los micronutrientes sobre un mayor macollamiento y rendimiento del arroz con respecto al tratamiento control, puede deberse a las funciones fisiológicas que estos desempañan en los procesos de división y elongación celular, formación de estructuras celulares, reacciones redoxivas y enzimáticas del metabolismo vegetal (Hansch y Mendel, 2009; Kumar, 2014; Kumar et al., 2015). En este sentido, es bien conocida la participación del Fe y el Cu en reacciones redox tanto en la fotofosforilación como en la fosforilación oxidativa a través de la conformación de metalproteínas y activación de complejos enzimáticos (Yruela, 2005; Yamasaki et al., 2008; Rout y Sahoo, 2015). El Zn participa activamente en la biosíntesis de auxinas, desarrollo de hojas y raíces, activación de enzimas de importancia para la estabilidad de las membranas y limpieza de radicales ROS (Hafeez et al., 2013). El B desempeña importante función en el fortalecimiento de estructuras celulares como la pared celular, la reproducción de las plantas y el metabolismo de los fenoles (Ahmad et al., 2009). Por su parte, el Mn cumple funciones importantes en la fotosíntesis tales como la transferencia de electrones en el PSII a través de la fotólisis del agua, activa alrededor de 35 enzimas involucradas en el metabolismo vegetal (Roholla et al., 2011). Se observa, en comparación al tratamiento control, la fertilización NPK + micronutrientes incrementó el contenido proteico y fibra en 18,33 y 25,64%, respectivamente. Del mismo modo, la concentración de Fe, Zn, B y Mn se incrementó en un 31,58; 33,33; 43,02 y 23,81%, respectivamente, con la fertilización a base de NPK + micro-nutrientes en comparación a la fertilización convencional con NPK (Tabla 4), lo cual resulta importante si se considera la esencialidad de estos nutracéuticos en la salud humana. Los resultados guardan similitud con Jin et al. (2008), quienes para granos de arroz que recibieron fertilización foliar a base de Fe y B durante el desarrollo del cultivo, reportaron un incremento porcentual de 18,90; 26,70 y 30,90% para Fe, Zn y proteína, respectivamente. Así mismo, los resultados se asemejan a los descritos por Phattarakul et al. (2012) quienes obtuvieron incrementos de Zn en el grano en cáscara de hasta el 25% cuando se asperjó Zn al follaje durante el llenado del grano. Similares resultados fueron reportados por Yuan et al. (2012) quienes incrementaron la concentración de Fe, Zn y proteína en granos de varios cultivares de arroz, con la aplicación foliar de Fe complejado con aminoácidos (Fe-AA) y Zn en forma de SO4Zn. Meena y Fathima (2017) demostraron que el tratamiento de semillas y aplicaciones foliares con SO4Zn y SO4Fe durante la etapa vegetativa y emergencia de la panícula, incrementó significativamente la concentración de Zn y Fe en el grano de arroz. En trabajos similares llevados a cabo por Saha et al. (2017) alcanzaron una biofortificación más efectiva del grano de arroz con Zn y Fe con una aplicación al suelo y dos aplicaciones foliares con fertilizantes a base de Zn y Fe. Los resultados logrados en la investigación, demuestran que la fertilización con micronutrientes no solo mejora notablemente el rendimiento del cultivo, sino que también puede incrementar la calidad nutricional del grano, lo cual desde el punto de vista de salud humana es importante y atractivo para los consumidores adquirir un producto biofortificado que sería de gran importancia para contrarrestar problemas de desnutrición.

En este contexto, las investigaciones relacionadas a la biofortificación agronómica del grano de arroz a través de técnicas eficientes de fertilización mineral y biológica, así como también mediante programas de mejora genética con técnicas biotecnológicas, se siguen desarrollando con mayor intensidad considerando que el arroz es uno de los cultivos más consumidos por la población y que la desnutrición sigue afectando a millones de niños y mujeres cada año en todo el mundo, más aun en países en desarrollo (Bashir et at., 2013; IFPRI, 2014; Zaman et al., 2017; Jena et al., 2018).

4. Conclusiones

El uso de fertilizantes compuestos a base de NPK complementados con micronutrientes incrementa de manera notable los componentes del rendimiento y el rendimiento del cultivo de arroz. La inclusión de micronutrientes a los programas de fertilización convencional a base de NPK es imprescindible para incrementar la calidad nutraceutica del grano de arroz. Es necesario seguir desarrollando investigaciones relacionadas a la biofortificación del arroz mediante técnicas de fertilización, más aún cuando la baja productividad del cultivo y la desnutrición de gran parte de la población es un problema común de países en vía de desarrollo.

 

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* Corresponding author

E-mail: alex.musaespam@gmail.com (G. Cedeño).

 

Received May 29, 2018.

Accepted November 12, 2018.