Escuela Agrícola Panamericana, Zamorano Maestría en Ciencias en Agricultura Tropical Sostenible Tesis de Grado de Maestría Manejo diferencial de los suelos mediante agricultura de precisión y convencional para la producción de semilla de frijol y sorgo Estudiante Diego Andrés Rosas Velásquez Asesores Gloria Elizabeth Arévalo Valderrama Renán Pineda Mejía Honduras, julio 2021 Autoridades TANYA MÜLLER GARCÍA Rectora ANA M. MAIER ACOSTA Vicepresidenta y Decana Académica ARIE SANDERS Decano Asociado de Posgrado HUGO ZAVALA MEMBREÑO Secretario General i ZAMORANO MAESTRÍA EN CIENCIAS EN AGRICULTURA TROPICAL SOSTENIBLE Manejo diferencial de los suelos mediante agricultura de precisión y convencional para la producción de semilla de frijol y sorgo Tesis de graduación presentada como requisito parcial para optar al título de Maestría en Ciencias en Agricultura Tropical Sostenible Presentada por Diego Andrés Rosas Velásquez Zamorano, Honduras Julio, 2021 ii La defensa oral y el documento de tesis de Diego Andrés Rosas Velásquez fue revisada y aprobada por el siguiente personal docente y autoridades de la Universidad Zamorano1. Gloria Elizabeth Arévalo Valderrama, Ph.D. Asesor principal Renán Pineda Mejía, Ph.D. Asesor Arie Sanders, Ph.D. Decano Asociado de Posgrado Juan Carlos Rosas, Ph.D. Director de Investigación de la MATS Ana Margarita Maier, Ph.D. Vicepresidenta y Decana Académica a.i. 1La hoja de remisión de Visto Bueno contiene las firmas y este documento se encuentra en custodia de la Oficina de Registro. iii AGRADECIMIENTOS A la Escuela Agrícola Panamericana y al Programa de Maestría en Agricultura Tropical Sostenible de la Universidad Zamorano, por haberme albergado en mis estudios y darme la oportunidad de adquirir nuevos conocimientos en el ámbito agrícola. A la Fundación Nippon por brindar el apoyo económico y la oportunidad de estudios mediante becas a los estudiantes del programa de maestría. Al personal del Laboratorio de Análisis de Suelo y Agua de Zamorano, por el importante apoyo en el proceso de análisis de laboratorio. A la Unidad de Producción de Granos y Semillas de Zamorano, por el apoyo en la ejecución de la investigación en la fase de campo. A mis asesores, Dra. Gloria Elizabeth Arévalo Valderrama y Dr. Renán Pineda Mejía, por todo el apoyo profesional y académico para el planteamiento, ejecución, desarrollo y finalización de esta investigación. A los ingenieros agrónomos Leonardo Andrés Mejía Rodríguez, Iveth Yassmin Rodríguez, Juan Pablo Sequeira Lezama, José Vicente Salgado, Juan Ramón Espinoza, Pablo Roberto Duarte Hernández y Carlos Javier Montaño Avalos por su apoyo a esta investigación. Y a mis compañeros del Programa de Maestría en Agricultura Tropical Sostenible de la promoción 2021, Marvin Joel Gómez Cerna, Erick Edgardo Osorto Pineda, Marco Antonio Molina Castro, Jean Pierre Enríquez Murcia, Fidel Enrique Jiménez Beitia, Andrés Tello Mendiola, Rodrigo Fernando Retes Calix, Danna Judith Vera Martínez, Noelia Victoria Bendeck Meléndez, Verónica Marcelina Tax Sapón, Elvia Guadalupe Melara Valladares, y Alexandra Espinoza Ayala, por todo el apoyo, amistad y compañerismo que compartieron conmigo durante mis estudios en Zamorano. A mis padres Rosa Liliana Velásquez Girón y Cesar Antulio Rosas Dardón, por todo el apoyo económico y moral brindado durante mi estancia en Zamorano. En la memoria de mi difunta abuela Maria Berta Girón Morales, tía Irma Elena Rosas Dardón, mi tío Eddy Roberto Velásquez Girón y Rafael Ranferi Villatoro Urizar que Dios la tenga en su gloria y su amor. Las actividades de investigación y desarrollo en las que se basa gran parte de este trabajo de tesis fueron posibles en parte gracias al apoyo de la Fundación Nippon. El contenido es responsabilidad del autor y no refleja necesariamente los puntos de vista de Fundación Nippon. iv Manejo diferencial de los suelos mediante el uso de prácticas de agricultura de precisión y convencional para la producción de semilla de frijol y sorgo Diego Andres Rosas Velásquez Resumen. La agricultura de precisión (AP) permite la optimización de la fertilización. La variabilidad de los suelos es un factor que se debe tomar en cuenta en la AP. El objetivo consistió en implementar la técnica de mapeo de fertilidad de los suelos, para optimizar el uso de fertilizantes y mediante un análisis económico determinar la viabilidad de la técnica. Se generaron mapas de fertilidad de suelos con muestreo intensivo. Se evaluaron tres programas de fertilización: comercial (171N-13P-92K), ajustada por análisis de suelos (128N-7P-85K-9Ca-12Mg) y la propuesta por la compañía de fertilizantes (49N-16P-59K-0Ca-6Mg) para el cultivo de frijol variedad “Tolupán Rojo”; y fertilización comercial (164N-23P-114K-4Ca-2Mg), ajustada por análisis (195N-9P-107K-0Ca-6Mg), y de la compañía de fertilizantes (182N-24P-34K-0Ca-5Mg) y sin fertilización en el cultivo de sorgo variedad “Sureño”, en tres tipos de suelos, franco-arenoso (SFA), franco (SF) y franco-arcilloso (SFAr). Los mapas de fertilidad mostraron una variabilidad espacial física y química de los suelos. Hubo diferencias (P<0.02) en la producción de semilla en frijol en SF (2,223 kg/ha) y SFAr (2,100 kg/ha), ambos superiores a SFA (1,333 kg/ha). Los planes de fertilización mostraron una alta dosificación de fósforo y potasio según las matrices de biodisponibilidad en ambos cultivos. Para una fertilización ajustada se debe tomar en cuenta la relación de bases en el suelo, foliar y la biodisponibilidad de nutrientes. En los SF y SFAr se tiene mejores condiciones físicas y químicas para la producción de frijol. El sorgo no se vio afectado por el nivel de fertilidad en estos suelos. Palabras clave: Análisis foliar, fertilidad de suelos, muestreo intensivo de suelos, programas de fertilización, rendimiento de semilla. Abstract. Precision agriculture (PA) allows the optimization of fertilization. The variability of the soils is a factor to be considered in PA. The objective was to implement the soil fertility mapping technique, optimize the use of fertilizers, and analyze the viability of the technique through an economic analysis. Soil fertility maps were generated, with intensive sampling. Three fertilization programs were evaluated: commercial (171N-13P-92K), adjusted by soil analysis (128N-7P-85K- 9Ca-12Mg), and one proposed by a fertilizer company (49N-16P-59K-0Ca-6Mg) for bean variety “Tolupán Rojo”; and commercial (164N-23P-114K-4Ca-2Mg), adjusted to soil analysis (195N-9P- 107K-0Ca-6Mg), fertilizer company (182N-24P-34K-0Ca-5Mg) and without fertilization for sorghum variety “Sureño” in three types of soils, sandy-loam (SFA), loam (SF) and clay-loam (SFAr). The fertility maps demonstrated physical and chemical spatial variability of soils. There were differences (P <0.02) in bean seed production on SF (2,223 kg/ha) and SFAr (2,100 kg/ha), both greater than SFA (1,333 kg/ha). Fertilization plans showed a high dosage of phosphorus and potassium according to the bioavailability matrices in both crops. For adjusted fertilization, the relationship of bases in the soil, foliar, and bioavailability of nutrients must be considered. The SF and SFAr soils have better physical and chemical conditions for bean production. Sorghum was not affected by the level of fertility in these soils. Keywords: Fertilization programs, foliar analysis, intensive soil sampling, seed yield, soil fertility. v CONTENIDO Portadilla ............................................................................................................................................ i Página de autorización de documento de tesis ................................................................................ ii Agradecimientos .............................................................................................................................. iii Resumen .......................................................................................................................................... iv Contenido ......................................................................................................................................... v Índice de Cuadros, Figuras y Anexos ............................................................................................... vi 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1 2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 3 3. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................................... 6 4. RESULTADOS ................................................................................................................... 24 5. DISCUSIÓN ...................................................................................................................... 49 6. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 60 7. LITERATURA CITADA ........................................................................................................ 61 8. ANEXOS ........................................................................................................................... 67 vi ÍNDICE DE CUADROS, FIGURAS Y ANEXOS Cuadros Página 1. Rangos de interpretación de la concentración de cada elemento en suelos establecidos en los mapas de fertilidad en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ..................10 2. Composición de los programas de fertilización comercial (Comercial 171N-92K), propuesta (Propuesta 128N-85K) y propuesta por compañía de fertilizantes (Empresa 49N-59K), para la producción del cultivo de frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ....................................................................................................................12 3. Composición de los programas de fertilización comercial (Comercial 164N-114K), propuesta (Propuesta 195N-107K) y propuesta por compañía de fertilizantes (Empresa 182N-34K), para la producción del cultivo de sorgo variedad “Sureño” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ....................................................................................................................13 4. Medias de la concentración de cada elemento por tipo de suelo para el área de experimentación en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras .................................28 5. Significancia de la relación de disponibilidad de elementos en suelo por medio de las relaciones Ca/Mg, Ca/K, Mg/K y (Ca+Mg)/K según los tipos de suelo de los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ....................................................................................................................30 6. Disponibilidad de nutrientes en el tejido vegetal por tipo de suelo y programas de fertilización en el frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras .......................................................................................................................32 7. Relación de programas de fertilización y tipos de suelo en la disponibilidad de nutrientes del tejido vegetal del cultivo de frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ...................................................................................................33 8. Disponibilidad de nutrientes en el tejido vegetal por tipo de suelo y programas de fertilización en el sorgo variedad “Sureño” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras .........................................................................................................................................34 9. Relación de tipo de suelo y programas de fertilización en la disponibilidad de nutrientes del tejido vegetal, del cultivo de sorgo variedad “Sureño” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ...................................................................................................35 10. Evaluación de la disponibilidad de nutrientes para el cultivo de frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras .................................36 11. Evaluación de la disponibilidad de nutrientes para el cultivo de sorgo variedad “Sureño” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ...........................................37 12. Efectos simples e interacciones de los tipos de suelo y programas de fertilización en las variables de respuesta del frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ...................................................................................................39 13. Efectos simples e interacciones de los tipos de suelo y programas de fertilización en las variables de respuesta del sorgo variedad “Sureño” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ...................................................................................................41 14. Datos generales de regresión lineal múltiple para frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ....................................................42 15. . Coeficientes del modelo de regresión lineal para el rendimiento de semilla de frijol en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano .....................................................................43 vii 16. Prueba de normalidad de Durbin-Watson, autocorrelación de Shapiro-Wilk y colinealidad para la regresión lineal generada para el análisis de rendimiento del cultivo de frijol en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano .................................................................................43 17. Costos variables ($/ha) asociados a los programas de fertilización comercial, fertilización propuesta y fertilización de compañía de fertilizantes del cultivo de frijol en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ........................................................................................44 18. Rendimiento de semilla corregido para los suelos franco-arenoso, franco y franco-arcilloso del cultivo de frijol en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano .........................44 19. Análisis de dominancia del tipo de suelo franco-arenoso, franco y franco-arcilloso con relación a la fertilización comercial, fertilización propuesta y fertilización de la compañía de fertilizantes del cultivo del frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ........................................................................................................................................45 20. Análisis de residuos de fertilización comercial, fertilización propuesta y fertilización de compañía de fertilizantes, del cultivo de frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ........................................................................................46 21. Costos variables ($/ha) asociados a los programas de fertilización comercial, fertilización propuesta, fertilización de compañía de fertilizantes y testigo sin fertilización, del cultivo de sorgo en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ..................................................47 22. Rendimiento corregido de los programas de fertilización comercial, fertilización propuesta, fertilización de compañía de fertilizantes y testigo sin fertilización del cultivo de sorgo en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano .....................................................................47 23. Análisis de dominancia de la fertilización comercial, fertilización propuesta, fertilización de compañía de fertilizantes y testigo sin fertilización, del cultivo del sorgo variedad “Sureño” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano .............................................................48 24. Análisis de residuos de fertilización comercial, fertilización propuesta, fertilización de compañía de fertilizantes y testigo sin fertilización, del cultivo de sorgo variedad “Sureño” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano .............................................................48 25. Comparación del cultivo frijol y sorgo en relación de tipo de suelo y programas de fertilización en la disponibilidad de nutrientes del tejido vegetal en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ...................................................................................................52 Figuras Página 1. Ubicación y área de experimento en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ........................................................................................................................................................... 6 2. Cuadricula generada mediante herramienta de creación de vectores en QGIS® sobre el mapa de suelo en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ........................................... 8 3. Distribución de unidades experimentales según los tipos de suelo del área experimental, en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano .............................................................14 4. Distribución de programas de fertilización por tipo de suelo en repeticiones (R) y medidas de unidades experimentales para el cultivo de frijol variedad Tolupán ..............................................15 5. Distribución de programas de fertilización por tipo de suelo en repeticiones (R) y medidas de unidades experimentales para el cultivo de sorgo variedad Sureño ..............................................15 6. Medidor electrónico de clorofila marca PhotoSynQ® .................................................................18 7. Esquematización de la toma de datos en la unidad experimental para el cultivo de frijol y sorgo en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ..................................................21 viii 8. Mapa digital de la distribución del porcentaje de arcillas en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ...................................................................................................24 9. Mapa digital de la distribución espacial de densidad aparente en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ..................................................................................25 10. Mapa digital de la distribución espacial de niveles de pH de los suelos en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ......................................................................25 11. Mapa digital de la distribución espacial de fósforo (P) disponible en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ..................................................................................26 12. Mapa digital de la distribución espacial de magnesio (Mg) disponible en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ......................................................................26 13. Mapa digital de la distribución espacial de potasio (K) disponible en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ..................................................................................27 14. Prueba Q-Q plot para detección de heterocedasticidad de la regresión lineal múltiple generada para el análisis de rendimiento de semilla de frijol en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ....................................................................................................................43 15. Disponibilidad de elementos según los niveles de acidez (pH) del suelo .................................50 Anexos Página 1. Mapas de fertilidad de suelos en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano .........................................................................................................................................................67 2. Primeras versiones no utilizadas de mapas de fertilidad de suelos en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ....................................................................................................71 3. Matriz de biodisponibilidad para el tipo de suelo y programas de fertilización del cultivo de frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano..........74 4. Matriz de biodisponibilidad para el tipo de suelo y programas de fertilización del cultivo de sorgo variedad “Sureño” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano ...................76 5. Informe de resultados de perfil de suelo en el área clasificada como tipo de suelo franco arenoso (Área 1) en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ...................79 6. Informe de resultados de perfil de suelo en el área clasificada como tipo de suelo franco (Área 2) en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ............................80 7. Informe de resultados de perfil de suelo en el área clasificada como tipo de suelo franco arcillosa (Área 3) en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras ...................81 8. Costos variables programa de fertilización comercial del cultivo de frijol var. Tolupán Rojo ....82 9. Costos variables programa de fertilización propuesto del cultivo de frijol var. Tolupán Rojo ...83 10. Costos variables programa de fertilización propuesto por empresa productora de fertilizantes del cultivo de frijol var. Tolupán Rojo ..............................................................................................84 11. Costos variables programa de fertilización comercial del cultivo de sorgo var. Sureño ...........85 12. Costos variables programa de fertilización propuesto del cultivo de sorgo var. Sureño ..........88 13. Costos variables programa de fertilización propuesto por empresa productora de fertilizantes del cultivo de sorgo var. Sureño ......................................................................................................89 1 El uso de técnicas de agricultura de precisión (AP), ha permitido la tecnificación de las producciones agrícolas a nivel mundial, adoptadas por grandes y medianos productores en la búsqueda de mejores rendimientos en sus plantaciones, por medio de la óptima aplicación de fertilizantes, agroquímicos, y aplicaciones del riego en las cantidades y áreas correctas, y en el momento adecuado (Bongiovanni y Lowenberg-Deboer, 2004; Zamykal y Everingham, 2009). La baja adopción de las técnicas de AP en la producción agrícola se debe al desconocimiento sobre las ventajas que se pueden obtener al utilizarlas efectivamente, en comparación a los sistemas convencionales de la producción agrícola. La AP busca controlar factores externos y obtener datos más precisos que permitan que la producción real para que un cultivo se aproxime más a la de la producción potencial (García y Flego, 2008; Natu y Kulkarni, 2016). Entre los factores externos que tienen un alto impacto en la agricultura actual que se pueden estudiar mediante la AP, se encuentran la variabilidad de las propiedades fisicoquímica y espacial del suelo. La variabilidad de las propiedades del suelo es una condición inherente al mismo, debido a que en su formación influyen múltiples factores ambientales y climáticos como la precipitación, materiales depositados, microorganismos, relieve y tiempo, que pueden afectar el uso y distribución del suelo en la agricultura y depende de la naturaleza final de las variables físicas, químicas y biológicas del suelo para la agricultura (Jaramillo, 2012). La variabilidad espacial de los suelos es la que se presenta en un área agrícola o no agrícola donde las características físicas como textura y estructura, químicas como pH, conductividad eléctrica, proporciones de macronutrientes y micronutrientes, y biológicas como la presencia de microorganismos, se presentan en los suelos sobre una distribución espacial. Esta variabilidad ha sido ampliamente estudiada en la AP debido a la importancia agrícola y ambiental que conlleva para el recurso suelo y las metodologías utilizadas para su estudio por medio de mapas digitales de fertilidad de suelos (Jaramillo, 2012; Mieres y Campos, 2011). Parte del estudio consistió en tomar en cuenta investigaciones previas en las que se evaluaron técnicas AP y las ventajas de su uso en vez de la agricultura convencional. Pierce y Nowak (1999) muestran cómo en las décadas pasadas se empezaba a tener percepción del potencial de los beneficios económicos de la aplicación de técnicas de AP en el uso de macronutrientes como el nitrógeno, fósforo y potasio en los suelos y hacen énfasis en la falta de investigación para este tipo de tecnologías y su validación. 1. INTRODUCCIÓN 2 El manejo diferencial de los cultivos, según la variabilidad de la fertilidad de suelos como una de las prácticas dentro de la rama de la AP, se ejemplifica en la investigación realizada por C. Silva et al. (2007) en el estado de Mato Grosso do Sul en Brasil. Concluyen la viabilidad de la adopción de las técnicas de AP en un sistema convencional de maíz y soja y demostraron la mayor rentabilidad y viabilidad económica. Tozer (2009) analizó la viabilidad económica del uso de AP en Australia en cultivos de trigo y cebada. Concluyó que el uso de AP mostraba mejores rentabilidades y podía suplir los gastos adicionales del uso de prácticas y técnicas de AP, mediante el uso optimizado de insumos y manejo diferencial de las áreas, lo que generó la mejora de los rendimientos agrícolas en estos cultivos. Las investigaciones de Yost et al.; Yost et al. (2017; 2019), mostraron los beneficios de la adopción de prácticas y técnicas de AP, al incluir el manejo diferencial de la fertilidad de los suelos por áreas, y la utilización de la agricultura de conservación a largo plazo en las producciones agrícolas. La AP y la agricultura de conservación generaron mayores niveles de sostenibilidad y disminución del grado de incertidumbre económica por la variación de rendimientos, al mejorar así la rentabilidad en las producciones de maíz y soya en el estado de Missouri, Estados Unidos de América. El presente estudio se planteó debido a la falta de datos precisos de la variabilidad espacial en fertilidad en los suelos, la necesidad de crear manejos diferenciados en las áreas de producción, generar un ahorro en el costo de fertilizantes, hacer aplicaciones efectivas, prevenir la toxicidad de suelos y evitar generar una sobredosificación del cultivo, y además de la disminución de la calidad física, química y biológica de los suelos de las unidades de producción agrícola de la Universidad Zamorano. El propósito de la presente investigación fue generar información de la viabilidad y rentabilidad del uso de las tecnologías y técnicas de AP, específicamente en los sistemas de producción de granos y semillas de Zamorano, Honduras. Para ello, se analizaron aspectos que permiten obtener respuestas a la problemática de bajos rendimientos en los cultivos, aumentar las producciones, hacer uso inteligente de fertilizantes que permitan el ahorro y evitar la sobredosificación de los suelos para su cuidado y sostenibilidad como recurso agrícola. Se propuso evaluar un manejo diferencial en los suelos al usar técnicas de AP en cultivos de granos básicos para el mejoramiento sostenible de la producción en el área productiva asignada para la investigación. Los objetivos del presente trabajo consistieron en evaluar el efecto de implementar la técnica de mapeo de fertilidad de suelos como parte de la agricultura de precisión para la producción de semillas de frijol y sorgo, y determinar la viabilidad de implementar la técnica de mapeo de suelos en conjunto con la generación de programas de fertilización para optimizar el uso de fertilizantes. La hipótesis de la investigación consistió en encontrar diferencias significativas entre los programas de fertilización en interacción con los tipos de suelos, por medio de prácticas AP en relación con la agricultura convencional, que permitan la optimización de recursos en la producción de semilla de frijol y sorgo de la Universidad Zamorano. 3 2.1 Importancia del cultivo de frijol y sorgo para la región El cultivo de frijol es importante en los sistemas de producción agrícola y en la dieta de una gran parte de la población de Centro América. En términos nutricionales, esta leguminosa de grano es una importante fuente de proteína, rica en vitaminas del complejo B, hierro, calcio, potasio, fósforo, y es baja en sodio (Echeverría, 2009; Guacín, 2019). Además de formar parte de la cultura alimenticia de la mayoría de los países Centroamericanos, el frijol es un grano básico que su producción y consumo datan de la época precolombina (Escuela Para Todos, 2012; Wicab Camara y Martínez Castillo, 2011). El rendimiento promedio del cultivo de frijol para el año 2017 en Centroamérica y el Caribe, fue alrededor de 0.8 t/ha, sin embargo, tiene un potencial de producción con variedades mejoradas de 2 t/ha (CEPALSTAT, 2019a). La producción de frijol en Honduras ha mejorado a lo largo de años por medio de variedades mejoradas, produciéndose un cambio significativo en la producción de 0.5 t/ha desde 1961 hasta 0.8 t/ha en el año 2019. Lo que se ha avanzado muy poco es en la implementación de prácticas de mejora de la fertilidad de suelos, conservación de suelos, planeación del uso de la tierra y riego. La producción agrícola en Honduras se basa principalmente, en los cultivos de café, caña de azúcar, maíz, frijol, y palma africana. Únicamente el cultivo de maíz en conjunto con el frijol se consume de manera interna debido a que el modelo de producción agrícola de Honduras se basa en la exportación de la mayoría de sus productos. Para el año 2017 la superficie cosechada fue de 149.8 miles de hectáreas para el cultivo de frijol, que ha ido en aumento año a año con respecto a años anteriores (CEPALSTAT, 2019b). Para la región de Centroamérica y el Caribe el sorgo es un cultivo rústico que se adapta a diferentes tipos de suelo, debido a su menor requerimiento de humedad le otorgan características de resistencia a la sequía, al pasar períodos críticos por un estado casi latente y volver al crecimiento activo en cuanto las condiciones de humedad se vuelven favorables (Irigoyen y Perrachon, 2007). Debido a la eficiencia del uso del agua y adaptabilidad edafoclimática, se ha adoptado la producción de este cultivo ya sea por el grano para la fabricación de harinas para la alimentación de personas y animales, como la utilización del forraje para alimentación del ganado (Irigoyen y Perrachon, 2007; Salvador et al., 2007). El cultivo de sorgo hace un mejor uso del agua que el maíz debido a su particular sistema radicular. Además, el cultivo presenta ventajas interesantes respecto al cultivo de maíz, en lo que se refiere a su bajo costo de producción, versatilidad y menor riesgo de pérdidas económicas. El sorgo tiene la característica de disminuir la lignina de la fibra en las paredes celulares, por esta razón aumenta la digestibilidad de los nutrientes para el ganado rumiante y otros animales de importancia agrícola 2. MARCO TEÓRICO 4 al igualar al cultivo de maíz y compite con este en valor nutritivo (Clará, 2010; Irigoyen y Perrachon, 2007). En Centroamérica y el Caribe, el rendimiento de sorgo es alrededor de 2.1 t/hay tiene un potencial de producción con variedades mejoradas de 3.4 t/ha. El promedio de Honduras está alrededor de 1.2 t/ha el cual se ha mantenido desde el 2015. Esto muestra que en Honduras no ha habido cambios a lo largo de los años, lo que evidencia la falta de mejoras en los sistemas de producción, y no se han realizado trabajos efectivos para evitar la baja productividad que se ha dado debido a factores tecnológicos, culturales, políticos y socioeconómicos (CEPALSTAT, 2019a). 2.2 Importancia del manejo de la fertilidad en frijol y sorgo Cultivo de Frijol. La mayoría de los productores de frijol en el territorio Centroamericano y el Caribe, poseen unas cantidades limitadas de recursos por lo que no pueden hacer uso efectivo de muchos insumos externos como abonos, plaguicidas o semilla mejorada, y solamente algunos pueden pagar un análisis de suelos en laboratorios (Mejía, 2017). La presencia de suelos marginales y la falta de una adecuada fertilización por falta de recursos, ha generado que los productores de frijol obtengan bajos rendimientos. El rendimiento promedio de frijol en los países de Centroamérica es menor a 1,000 kg/ha (Echeverría, 2009). Es necesario el desarrollo de nuevas tecnologías y conocimientos que estén más acordes a las condiciones de los productores del cultivo de frijol, capaces de adaptarse a sus sistemas de producción, al tiempo que les resulten económicamente viables, socialmente aceptables, ecológicamente sanos y tecnológicamente adaptables (Mejía, 2017). El cultivo de sorgo. Es producido en su mayoría en suelos pobres en nutrientes y con calidades físicas bastante bajas, lo que genera en parte los problemas de bajos rendimientos en este cultivo. El sorgo es muy sensible ante la baja presencia de nutrientes como hierro, magnesio y zinc. Honduras tiene una alta presencia de suelos infértiles y de escasos nutrientes en donde se cultiva sorgo (Salvador et al., 2007). El cultivo de sorgo en Centroamérica y el Caribe es frecuentemente establecido en suelos pobres y con un limitado el uso de los fertilizantes. Con frecuencia en el cultivo de sorgo no se utilizan correctamente los fertilizantes minerales y foliares debido al desconocimiento de la correcta aplicación en los suelos por parte de los productores, pero principalmente a la falta de recursos para implementar un uso eficiente de fertilizantes, enmiendas y prácticas sostenibles de manejo de los suelos. Debido a esta situación se requieren de conocimientos básicos sobre el comportamiento de las fuentes de los fertilizantes, las etapas de crecimiento del cultivo, clima y propiedades del suelo (Pineda L, 2003; Vargas, 1992). 2.3 Aplicación de la agricultura de precisión en la fertilización Entre las principales ideas de la aplicación de la AP en la agricultura moderna es hacer manejos diferenciados en áreas donde se requiera hacer un mayor o menor uso de fertilizante para optimizar su uso, generar ahorro en los costos de producción y sostenibilidad en el recurso suelo (Ortega, 2001). La AP se diferencia de la agricultura tradicional, porque esta no internaliza las diferencias de variabilidad espacial y aplica un manejo homogéneo de los factores de producción como fertilización, riego, cantidad de semillas, agroquímicos y otros (Cruzat y Barrios, 2010). 5 La AP puede contribuir de muchas maneras a la sostenibilidad a largo plazo en la agricultura de producción intensiva, lo que confirma la idea intuitiva de que la AP debe reducir la carga ambiental al aplicar fertilizantes solo donde y en el tiempo que los cultivos lo necesiten. Los beneficios de la AP para el medio ambiente provienen de un uso más específico de insumos que reducen las pérdidas por exceso de aplicaciones y los desequilibrios de nutrientes en la fertilidad de los suelos (Bongiovanni y Lowenberg-Deboer, 2004). Por medio de las nuevas tecnologías y sensores se pueden medir las variables nutricionales del suelo en el campo de una manera más rápida y generar acciones inmediatas en la nutrición de los cultivos. 2.4 ¿Cómo mejorar la producción de granos básicos por medio de AP? De manera general la producción de granos básicos puede ser potencializada por las diferentes tecnologías disponibles en la AP, incluye el muestreo de suelos por medio de mapas de variabilidad espacial y nutricional al utilizar softwares de mapeos, tecnologías GPS para su delimitación y la instalación de sensores permanentes o móviles para monitorear las variables edafoclimáticas que puedan generar algún problema en el cultivo y realizar las acciones correctivas (Claret et al., 2006; Sena y Carvalho, 2014). Además, se pueden plantear diferentes programas de fertilización a partir del estado nutricional del suelo y en conjunto con los mapas de fertilidad de suelos, donde se delimitan áreas homogéneas y dar un manejo diferencial a los cultivos de granos básicos, que permita generar mayores producciones y mejorar la rentabilidad de los productores al optimizar los procesos de aplicaciones de fertilizantes y agroquímicos para el control fitosanitario (Ortega et al., 1999; Sherstobitov, 2019). Los procesos de investigación siempre han sido de ayuda para la mejora de la producción de cultivos en la agricultura, la AP ayuda a mejorar y potencializar las investigaciones de carácter agrícola en el desarrollo de nuevos materiales genéticos en campo o variedades criollas de importancia para la región. Por medio de la precisión de sensores y aparatos electrónicos que permiten mayor precisión en las mediciones y mejoran los criterios de análisis, y la observación de los cambios y respuestas de los cultivos en el campo (González et al., 2017; Marote, 2018; Ortega et al., 1999). Las tecnologías y conocimientos obtenidos por medio de la AP permiten a los productores disminuir los niveles de riesgos e incertidumbres de la producción de granos básicos y la variabilidad de la producción en áreas extensas donde es clave mantener un equilibrio en la producción para establecer de manera rápida los procesos de comercialización de la cosecha. Todo esto se logra por medio de la capacidad que tienen estas tecnologías para el monitoreo de variables edafoclimáticas en el campo en un lapso más corto, lo que beneficia al productor al dar la oportunidad de tomar decisiones correctivas en un menor espacio de tiempo antes de que se generen cambios irreversibles en las producciones de granos básicos (Resende y Coelho, 2014; Roel y Terra, 2006). 6 3.1 Ubicación y área del experimento El experimento se realizó en los lotes Vega 2 y 3 de Monte Redondo, área designada para la producción e investigación bajo agricultura de precisión (AP), de la Universidad Zamorano. Esta se encuentra ubicada en el Valle de Yegüare, municipio San Antonio de Oriente, departamento de Francisco Morazán, en una zona de vida de bosque seco subtropical (bs-ST) (Holdrige, 1962). Se presenta una temperatura media anual de 24 °C y una precipitación media anual de 944 mm. El área de estudio se encuentra en la latitud 13ᵒ59´48.10´´ N y longitud de 86°59´16.51´´ O (Figura 1). Figura 1. Ubicación y área de experimento en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. 3. MATERIALES Y MÉTODOS 7 El área de producción en los lotes Vega 2 y 3 para granos, semillas y forrajes es de 7 ha. El área de la presente investigación fue de una hectárea, ubicada en la segunda válvula de riego de norte a sur en el área de producción. 3.2 Generación de mapas de fertilidad de suelos Para el diseño y establecimiento del estudio se necesitó primero generar un mapeo de la fertilidad de suelos por medio de la toma de muestras de suelo en campo, para posteriormente generar los mapas de fertilidad del área, al crear mapas digitales de porcentaje de arcillas, densidad aparente (DAP), nivel de acidez (pH), materia orgánica (MO), fósforo (P), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), sodio (Na), cobre (Cu), hierro (Fe), manganeso (Mn) y zinc (Zn), con base en los resultados obtenidos en el Laboratorio de Análisis de Suelos. La elaboración de mapas y puntos de muestreo se realizó por medio del uso del software denominado “QGIS® versión 3.8.2.”, y la interpolación de Kriging para la creación de los rangos de disponibilidad espacial de nutrientes en los mapas (Resende y Coelho, 2014). Se establecieron 50 puntos de muestreo dentro del área productiva, sobre una cuadricula o grilla generada sobre el mapa del área productiva para el muestreo en campo (Araújo et al., 2017; Arévalo, 20201). Se generó una grilla o cuadricula del área de producción, con medidas de 100 m x 100 m para cada uno de los cuadros. Luego se establecieron cinco puntos de muestreo por cuadricula dentro del área de producción, los cuales fueron 10 cuadriculas las que quedaron dentro del área de los lotes Vega 2 y 3, para proseguir con las barrenaciones en campo a una profundidad de 0 a 30 cm, se siguió una ruta sistematizada en zig-zag hasta obtener 50 muestras de suelo para toda el área productiva en los lotes Vega 2 y 3 con un área total de 7 ha aproximadamente (Figura 2). Lo cual equivale a 5 muestras/ha, aunque la recomendación para AP es solo 3 muestra/ha. El muestreo se intensificó, para mejorar el nivel de detalle (Resende y Coelho, 2014). Los materiales utilizados para la toma de muestras de suelo fueron un barrenador de metal para suelos francos, un cilindro de metal de volumen 148. 6 cm3 para la toma de la muestra de suelo para el cálculo de densidad aparente (DAP), un GPS “Garmin® Etrex 10”, y bolsas para muestras de suelos. Se barrenaron los puntos de muestreo colocados sistemáticamente en los mapas digitales y por medio del GPS se ubicaron en el campo los puntos y se extrajeron las muestras de suelos para ser llevadas al Laboratorio de Suelos de Zamorano (LSZ) para sus análisis respectivos. Análisis de laboratorio de suelos. Se realizaron análisis de los parámetros químicos como pH, materia orgánica (MO), P, K, Ca, Mg, Na, Cu, Fe y Zn, de las 50 muestras de suelo obtenidas de los puntos de muestreo del mapa para la generación de los mapas de suelos. Los parámetros físicos analizados fueron textura de suelo por medio del método de Bouyoucos con densímetros para conocer las clases texturales (Bouyoucos, 1936), y la DAP por métodos de pesado de suelo en laboratorio (Blake y Hartge, 1986). 1 G. Arévalo, Profesora de Suelos, Universidad Zamorano (ggauggel@zamorano.edu), comunicación personal, 21 de febrero de 2020. 8 Figura 2. Cuadricula generada mediante herramienta de creación de vectores en QGIS® sobre el mapa de suelo en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. Las variables químicas K, Ca, Mg, Na, Cu, Fe y Zn fueron analizadas mediante un espectrofotómetro de absorción atómica tipo VarianAA240FS® , para cuantificar las cantidades de macronutrientes y micronutrientes de las muestras de suelo. El pH de suelos fue medido mediante el proceso “AOAC 994.16 Alternative 1” (Latimer, 2019). El contenido de materia orgánica se determinó mediante el método de digestión de Walkley y Black (1934), y la medición de P mediante el proceso de colorimetría de azul de molibdeno (Latimer, 2019). 3.3 Análisis de disponibilidad de elementos en el suelo y relaciones e interpretación de rangos de los mapas de fertilidad de suelos Se realizaron análisis de disponibilidad de pH y elementos en suelos para comprobar la disponibilidad para los cultivos de frijol y sorgo. Se realizaron análisis de las relaciones de los elementos en el suelo para comprobar la interacción entre macronutrientes hacia los cultivos de frijol y sorgo. Para estos análisis se tomaron en cuenta las muestras de suelo utilizadas en el LSZ para la elaboración de mapas de fertilidad de suelos. 9 Para la interpretación y establecimiento de los rangos nutricionales en los mapas de fertilidad de suelos para los elementos P, Cu, Fe, Mn y Zn se utilizaron los rangos bajos, normales y altos, utilizados en los análisis de suelos de LSZ según Landon (1991) y Sparks et al. (1996). En el caso del P se creó un primer mapa con los rangos mencionados, pero al no haber diferencias espaciales amplias, se establecieron nuevos rangos (bajo, medio, medio-alto y alto) para generar un segundo mapa en donde se observará a mayor detalle la distribución espacial de las distintas concentraciones de P (Figura 11). Para el establecimiento de los rangos para la interpretación de los elementos bases del suelo como K, Ca, Mg y Na en los mapas de fertilidad de suelos los resultados están dados en mg/kg de suelo, sin embargo, el análisis e interpretación de la información de las bases se hace en función de la saturación de bases (Molina, 2007). La saturación de bases consiste en la cantidad de iones cargados positivamente, con exclusión de iones de hidrógeno y aluminio, que son absorbidos en la superficie de las partículas del suelo y se miden y son expresados en porcentaje. Los rangos normales de saturación de bases para K son entre 3 a 5%, Ca entre 50-75%, Mg entre 15 a 20% y para Na, el PSI (porcentaje de sodio intercambiable) es menos del 15% (United States Department of Agriculture [USDA] y Natural Resources Conservation Service [NRCS], 2010). El contenido de mg/kg de suelo se analizó su correspondencia con los niveles de saturación al identificar los extremos altos y bajos. Los extremos más bajos se clasificaron como el nivel más bajo y el más bajo en función del elemento. Con base en los tres rangos establecidos para cada una de las bases se tomaron en cuenta su confluencia y no confluencia. Para establecer una relación entre la interpretación de las bases (K, Ca, Mg y Na) en relación con la saturación de cada una, se relacionó el porcentaje de saturación de bases (mg/kg) del suelo, para encontrar la variabilidad en los mapas de fertilidad de suelos. Para esto se calculó la saturación de cada elemento expresada en cmolc/kg y referida a la capacidad de intercambio catiónico efectiva (CICE). Se establecieron rangos “bajo”, “medio” y “alto” en todas las bases. Para el K se generó un primer mapa con ninguna variabilidad. Debido a los altos niveles, el mapa de variabilidad en el contenido de potasio se dividió en rangos alto, muy alto y extremadamente alto (Figura 13). En Na los niveles siempre fueron normales, ya que se consideró el valor de 4 PSI (porcentaje de saturación de sodio intercambiable) como límite de normalidad, que corresponde a 920 mg/kg que es el límite que soportan cultivos muy sensibles a la presencia de sodio en el suelo (Lamz y González, 2013). Después cada rango se revisó el contenido de mg/kg de suelo (Cuadro 1). Particularmente en el elemento K todas muestras presentaron niveles superiores por encima del nivel normal, y el sodio se encuentra en un nivel normal. El calcio estuvo en niveles normales y altos, y el Mg en niveles bajos y normales. Se evaluaron las relaciones Ca/Mg, Ca/K, Mg/K y (Ca+Mg)/K, según los niveles de concentración en el suelo en centimol carga por kg de suelo (cmolc/kg) para considerar la calidad nutricional del suelo del área de experimentación ubicada en La Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano (Molina, 2007). 10 Cuadro 1. Rangos de interpretación de la concentración de cada elemento en suelos establecidos en los mapas de fertilidad en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. Rangos de Interpretación P K Ca Mg Na Fe Mn Cu Zn -----------------------------------------------------mg/kg---------------------------------------------- Bajo <14 <126 <1,900 <200 - <56 <28 <1.7 <1.7 Normal 14-30 126-220 1,900-2,100 200-290 <920 56-112 28-112 1.7-6.5 1.7-3.4 Medio alto 31-47 - - - - - - - - Alto >48 220-373 >2,100 >290 >920 >112 >112 >6.5 >3.4 Muy alto - 373-554 - - - - - - - Extremadamente alto - > 554 - - - - - - - 3.4 Programas de fertilización El estudio consistió en medir la efectividad de tres programas de fertilización en tres suelos con condiciones variables, determinadas a partir de los mapas generados por el muestreo intensivo de suelos. Se analizó el programa de fertilización utilizado por la Unidad de Producción de Granos y Semillas (UPGS) de Zamorano, para la producción de semilla de los cultivos de frijol y sorgo. La metodología para plantear el programa de fertilización utilizado por esta unidad se basa en suplir los requerimientos nutricionales de cada cultivo por tonelada de producción (Bertsch, 2009), y multiplicado por el nivel de producción que se espera, obtenido de la experiencia de años anteriores de los cultivos de frijol y sorgo (Pineda, 2020)2, sin hacer ajustes por eficiencia de aplicación de cada nutriente, ni por presencia de elementos en el suelo. Cultivo de frijol. Se diseñó un programa de fertilización basado en los requerimientos nutricionales del cultivo de frijol al utilizar el requerimiento mostrado por Bertsch (2009) para N, P, y K, y para Ca y Mg de experiencias anteriores de producción de frijol; a su vez se tomó en cuenta el nivel de producción esperado, según la UPGS, pero ajustado con los resultados de los mapas de fertilidad de suelo. Si los niveles de cada elemento en el suelo son altos, se considera que están disponibles y serán absorbidos por la planta, por lo tanto, el nivel de fertilización por requerimiento del cultivo se debe reducir. Si los niveles son normales u óptimos se provee el nutriente en forma de fertilizante que el cultivo requiere para no agotar la reserva del suelo, y si los niveles en el suelo son bajos, se ajusta la fertilización al proveer lo que el cultivo requiere y un porcentaje mayor para evitar el agotamiento del suelo. Además, en el caso de nitrógeno, se debe tomar en cuenta las pérdidas que ocurren en las aplicaciones de nitrógeno (E. Arias et al., 2009) y el autoabastecimiento de este elemento por la fijación simbiótica en el frijol por ser leguminosa (Pereira et al., 1989). Basado en estas consideraciones, para el cultivo de frijol se redujo la oferta de N de su requerimiento en un 25%. En el caso del fósforo se disminuyó la fertilización al 40%, el potasio al 70% del requerimiento del cultivo, el calcio en 50% y el magnesio se aplicó según lo requerido. 2 R. Pineda, Profesor de Cultivos Agronómicos, encargado de la Unidad de Producción de Granos y Semillas de la Universidad Zamorano (repineda@zamorano.edu), comunicación personal, 5 de junio 2020. 11 Se incluyó un tercer programa comercial utilizado por una empresa agrícola guatemalteca de agro insumos y de servicios relacionados a AP para la producción de semillas y granos básicos; este programa de fertilización consistió en la utilización de fertilizantes especializados para las producciones del cultivo de frijol. Los tres programas de fertilización correspondieron a la aplicación de una fertilización completa basado en N, P, K, Ca y Mg. Con base en esta fertilización se asignaron códigos de identificación de formulación a cada uno de los programas de fertilización; el de UPGS fue “FC 171N-13P-92K-0Ca- 0Mg” (FC- Formulación comercial). El código asignado para el programa de fertilización basado en los mapas de fertilidad de suelo, la disponibilidad de elementos en el suelo en los mapas y al requerimiento nutricional del cultivo fue “PR 128N-7P-85K-9Ca-12Mg” (PR-Formulación propuesta en resultados de análisis de suelos), y al programa de fertilización basado en la utilización de fertilizantes especializados para las producciones del cultivo de frijol fue “CP 49N-16P-59K-0Ca- 6Mg” (CP-Fórmula propuesta por compañía de fertilizantes). Los fertilizantes utilizados en la formulación comercial fueron Urea (46% de N), fosfato diamónico (DAP, 18% de N y 46% de P2O5), y cloruro de potasio (KCl, 60% de K2O) (Cuadro 2). Los fertilizantes utilizados en la formulación propuesta fueron Urea, DAP, KCl, sulfato de magnesio hepta-hidratado (MgSO4, 16% de MgO y 12% de S) y nitrato de calcio [Ca(NO₃)₂.NH4NO3.H2O] (15% de Ca, 21% de N, 2% de H y 61% de O) (Cuadro 2). Los fertilizantes utilizados en la formulación propuesta por la compañía de fertilizantes fueron el fertilizante de inicio (20% de N, 19% de P2O5, 8% deK2O, 3% de MgO, 3% de S, 0.02% de B y 0.05% de Zn) y el fertilizante de refuerzo (20 % de N,33% de K2O, 4% MgO, 4% de S, 0.02% de B y 0.05% de Zn) (Cuadro 2). Los fertilizantes foliares para complementar las fertilizaciones que fueron utilizadas para el cultivo de frijol en los programas de fertilización comercial y propuesta fueron Bayfolan® Forte, fertilizante foliar quelatado a una dosis de 1 L en 200 L/ha de agua a los 32 y 53 DDS. Para el programa de fertilización propuesta por la compañía de fertilizantes se utilizó un fertilizante foliar inicial con una dosis de 0.7 L/ha en 200 L de agua a los 32 DDS, más un fertilizante foliar quelatado con polialdonatos con una dosis de 1.4 L/ha en 200 L de agua a los 32 y 53 DDS, y un fertilizante solido de aplicación foliar que contiene fitohormonas (Giberelinas) con una dosis de 1.43 kg/ha en 200 L de agua. Cultivo de sorgo. Se diseñó un programa de fertilización basado en los requerimientos nutricionales del cultivo de sorgo al utilizar el requerimiento mostrado Bertsch (2009) para N, P, y K, para Ca y Mg de experiencias anteriores de producción de sorgo a su vez se tomó en cuenta el nivel de producción esperado, como lo hace la UPGS, pero ajustado con los resultados de los mapas de fertilidad de suelo. Si los niveles de cada elemento en el suelo son altos, se consideraron que están disponibles y serán absorbidos por la planta, por lo tanto, el nivel de fertilización por requerimiento del cultivo se debe reducir. Si los niveles son normales u óptimos se provee el nutriente en forma de fertilizante que el cultivo requiere para no agotar la reserva del suelo y si los niveles en el suelo son bajos, se ajusta la fertilización al proveer lo que el cultivo requiere y un porcentaje mayor para evitar el agotamiento del suelo. Además, en el caso de nitrógeno, se debe tomar en cuenta las pérdidas que ocurren en las aplicaciones (E. Arias et al., 2009). En el programa de fertilización del cultivo de sorgo no se redujo la oferta ni se aumentó, se utilizó de manera completa el requerimiento nutricional del sorgo. 12 Cuadro 2. Composición de los programas de fertilización comercial (Comercial 171N-92K), propuesta (Propuesta 128N-85K) y propuesta por compañía de fertilizantes (Empresa 49N-59K), para la producción del cultivo de frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. Programa fertilización DDS Dosis (kg.ha-1) UREA DAP KCl Ca(NO₃)₂.NH4NO3.H2O MgSO₄ 20-19-8 20-0-23 Comercial 171N-92K 7 54 68 41 - - - - 20 140 - 68 - - - - 45 86 - 90 - - - - Total 280 68 199 - - - - Propuesta 128N-85K 7 54 36 36 - 50 - - 20 158 - 72 23 104 - - 45 54 72 23 - - - Total 266 36 180 46 154 - - Empresa 49N-59K 7 - - - - - 194 - 20 - - - - - - 194 45 - - - - - - 63 Total - - - - - 194 257 DDS = Días después de la siembra. Se incluyó un tercer programa comercial utilizado por una empresa agrícola guatemalteca de agro insumos y de servicios relacionados a AP para la producción de semillas y granos básicos; este programa de fertilización consistió en la utilización de fertilizantes especializados para las producciones del cultivo de sorgo. En el cultivo de sorgo se evaluó también un testigo absoluto sin fertilización (SF-0), para medir el efecto de la fertilización basado en las variables de respuesta. Los tres programas de fertilización correspondieron a la aplicación de una fertilización completa basado en N, P, K, Ca y Mg. En base a esta fertilización completa se asignaron los códigos de identificación de formulación a cada uno de los programas de fertilización; el de UPGS fue “FC 164N-23P-114K-4Ca-2Mg” (FC-Formulación comercial). El código asignado para el programa de fertilización basado en los mapas de fertilidad de suelo, la disponibilidad de elementos en el suelo en los mapas y al requerimiento nutricional del cultivo fue “PR 195N-9P-107K-4Ca-6Mg” (PR- Formulación propuesta en resultados de análisis de suelos). El código asignado programa de fertilización basado en la utilización de fertilizantes especializados para las producciones del cultivo de sorgo fue “CP 182N-24P-34K-0Ca-5Mg” (CP-Fórmula propuesta por compañía de fertilizantes). Por último, el código del testigo sin fertilización que no utilizó ningún programa de fertilización fue “SF-0” (Cuadro 3). Los fertilizantes utilizados para los programas de fertilización comercial y propuesta fueron Urea, DAP, KCl, sulfato de magnesio heptahidratado, y nitrato de calcio (Cuadro 3). Los fertilizantes utilizados en la formulación propuesta por compañía de fertilizantes son, un fertilizante de inicio (22% de N, 17% de P2O5, 5% de K2O, 2% de MgO, 2% de S, 0.02% de B y 0.05% de Zn), fertilizante de refuerzo (30% de N, 10% de K2O, 1% de MgO y 8% de S) y urea especializada (40% de N y 6% de S) (Cuadro 3). 13 Cuadro 3. Composición de los programas de fertilización comercial (Comercial 164N-114K), propuesta (Propuesta 195N-107K) y propuesta por compañía de fertilizantes (Empresa 182N-34K), para la producción del cultivo de sorgo variedad “Sureño” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. Programa fertilización DDS Dosis (kg.ha-1) UREA DAP KCl Ca(NO₃)₂.NH4NO3. H2O MgSO ₄ 22-17- 5 30-0- 10 40-0-0-5.7S Comercial 164N-114K 17 59 114 45 - - - - - 23 150 - 82 - - - - - 41 91 - 104 23 23 - - - Total 300 114 231 23 23 - - - Propuesta 195N-107K 17 91 68 - - - - - - 23 91 30 91 - 30 - - - 41 105 - 123 11 30 - - - 62 91 - 45 11 - - - - Total 378 98 259 22 60 - - - Empresa 182N-34K 17 - - - - - 195 - - 23 - - - - - 130 - - 41 - - - - - - 247 - 62 - - - - - - - 91 Total - - - - - 325 247 91 DDS = Días después de la siembra. Los fertilizantes foliares para complementar las fertilizaciones que fueron utilizadas para el cultivo de sorgo el programa de fertilización comercial y propuesta fueron Bayfolan® Forte, con una dosis de 1 L en 200 L/ha de agua en los días 31 DDS. El programa de fertilización propuesta por compañía de fertilizantes se utilizó un fertilizante foliar quelatado especializado para el cultivo de sorgo sintetizado por la misma empresa con una dosis de 1.5 L/ha en 200 L de agua a los 32 DDS. 3.5 Diseño y unidad experimental El diseño experimental fue un diseño de bloques completos al azar (BCA) con un arreglo factorial en parcelas divididas. Los factores analizados fueron tres tipos de suelo y tres programas de fertilización en frijol y cuatro en sorgo. Las parcelas principales se ubicaron en las áreas con tipos diferentes de suelo en cuanto a las variables porcentaje de arcilla, densidad aparente, fósforo y magnesio disponibles, tal como se muestran los mapas de fertilidad en el campo, con el fin de determinar los efectos en la producción de semilla de frijol y sorgo. Los experimentos quedaron distribuidos en tres niveles del factor tipo de suelo que se identificaron en campo, suelo franco arenoso (SFA), suelo franco (SF) y suelo franco arcilloso (SFAr) (Figura 3). Para el ensayo con frijol llevado a cabo en las fechas del 13 de junio al 26 de agosto del año 2020, cada factor de tipo de suelo consistió en tres subparcelas distribuidas según el tipo de suelo y en las que también se distribuyeron los programas de fertilización (Figura 4). En el ensayo de sorgo los tres programas de fertilización más un testigo sin fertilización estuvieron distribuidos en las parcelas (Figura 5). Ambos ensayos incluyeron cuatro repeticiones. 14 Figura 3. Distribución de unidades experimentales según los tipos de suelo del área experimental, en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. Para el cultivo de frijol la unidad experimental constó de tres hileras dobles de siembra, con una longitud de 10 m. Se utilizó una densidad de siembra de 8 cm entre plantas y 50 cm entre hileras y 1.5 m entre hileras dobles (surcos) (Figura 4). Para el cultivo de sorgo la unidad experimental constó de 2 hileras dobles, con una longitud de 10 m. Se utilizó una densidad de siembra de 7 cm entre plantas y 50 cm entre hileras y 1.5 m entre hileras dobles (surcos) (Figura 5). 15 Tipo de suelo Figura 4. Distribución de programas de fertilización por tipo de suelo en repeticiones (R) y medidas de unidades experimentales para el cultivo de frijol variedad Tolupán. Tipo de suelo Figura 5. Distribución de programas de fertilización por tipo de suelo en repeticiones (R) y medidas de unidades experimentales para el cultivo de sorgo variedad Sureño. R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 T1 T2 T3 T2 T3 T1 T3 T1 T2 T3 T2 T1 Unidad experimental (Tratamiento y Repetición) 6 Líneas de frijol (3 surcos de doble hilera) T3 T4 T2 T1 Unidad experimental (Tratamiento y Repetición) 4 Líneas de sorgo (2 surcos de doble hilera) T4 T2 T1 T3 T2 T1 T3 T4 T2 T3 T1 T4 15 m para el tipo de suelo franco- arenoso y franco-arcilloso; 10 m para el tipo de suelo franco 15 m para el tipo de suelo franco- arenoso y franco-arcilloso; 10 m para el tipo de suelo franco T1: Fertilización comercial T2: Fertilización propuesta T3: Fertilización propuesta por compañía de fertilizantes T1: Fertilización comercial T2: Fertilización propuesta T3: Fertilización propuesta por compañía de fertilizantes T4: Testigo sin fertilización 16 3.6 Manejo Agronómico El plan de manejo agronómico utilizado para el frijol variedad “Tolupán Rojo” y sorgo variedad “Sureño”, fue el que se utiliza la UPGS de la Zamorano, además de incluir las prácticas de control de presencia de plagas y enfermedades presentadas en cada uno de los cultivos. Se utilizaron fertilizaciones diferenciadas de acuerdo con los programas de fertilización en las subparcelas. El manejo del riego de ambos cultivos se hizo mediante el control de la humedad del suelo de manera cualitativa y cuantitativa. Manejo del riego. Para determinar de manera cuantitativa la humedad del suelo se usó de un medidor de humedad electrónico “TDR 150 Fieldscout® Spectrum® Technologies Inc.” Que detecta humedades en porcentajes. El criterio para manejar la humedad del suelo en los dos cultivos fue que no bajaran del 30% según la calibración para suelos francos, porque a ese límite se encuentra el punto de marchitez permanente. Las lecturas se hicieron a 30 cm de profundidad dos veces a la semana durante todo el ciclo de cultivo de frijol y el sorgo. Se monitoreó el estrés hídrico mediante un dron de vuelo era marca “Matrice 600 PRO®” con una cámara multiespectral marca “SlantRange® modelo 3p, para la toma de imágenes espectrales del índice de clorofila (CI), este permite conocer el estado fenológico de la vegetación, la presencia de algún tipo de enfermedad, o estrés hídrico (Matellanes, 2019). Los vuelos ser realizaron para el cultivo de frijol a los 27, 37, 48 y 66 DDS. El cultivo de sorgo se monitoreó a los 7, 26 y 68 DDS, todo esto se realizó con el fin de tener una mejor precisión en los turnos de riego. Cultivo de frijol. El proceso de preparación de suelo del área de experimentación en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, se hizo por medio de mecanización con dos pases de rastra para mullir el suelo seguido por una barra niveladora. La semilla fue proveída por la planta de UPGS y se aplicó 2 mL / kg de semilla Blindage® (imidiacloprid y thiodiocarb). Para el programa de control de malezas se hicieron aplicaciones antes de la siembra de los herbicidas Paraquat® 2.5 L en 200 L/ha de agua, y por medio de la chapeadora mecánica se eliminó la maleza alta y después se realizaron dos pases de rastra para incorporar los residuos vegetales de malezas de bajo porte, secas y en proceso de marchitez. Luego a los 21 y 45 DDS se aplicaron los herbicidas selectivos Flex® (fomesafen) en una dosis de 500 mL en 200 L/ha de agua y Fusilade® (fluazifop-p-butil) a una dosis de 1 L en 200 L/ha de agua, para el control de malezas de hoja ancha y gramíneas, respectivamente. El programa de control de plagas del cultivo de frijol consistió en controlar las plagas que se presentaron en las unidades experimentales como la mosca blanca (Bemisia tabaci) y lorito verde (Empoasca kraemeri), las que se controlaron con aplicaciones de Engeo® (tiametoxan + lambdacialotrina) a los 32 DDS y 53 DDS, con dosis de 130 mL en 200 L/ha de agua. Para el programa de control de enfermedades fúngicas se realizaron aplicaciones de Bellis® (boscalid + piraclostrobina) a los 53 y 62 DDS con dosis de 400 g por 200 L/ha de agua. Para el de control de enfermedades bacterianas se aplicó Agrimicin® (estreptomicina + oxitetraciclina) a los 62 DDS con dosis de 370 g en 200 L/ha de agua. Cultivo de Sorgo. El proceso de preparación de suelo del área de experimentación en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, se hizo por medio de mecanización con dos 17 pasos de rastra para mullir el suelo y un paso de aplanadora. La semilla fue proveída por la planta UPGS y se aplicó 10 mL/ kg de semilla Blindage® (imidiacloprid y thiodiocarb). Para el programa de control de malezas en sorgo se hicieron aplicaciones antes de la siembra y a los 21 DDS de los herbicidas Prowl® (pendimetalina) 2 L en 200 L/ha de agua y Atracina® a razón de 2 kg en 200 L/ha de agua. Se realizo un desmalezado mecánico adicional del sorgo a los 34 DDS. Además de mantener realizar desmalezados cada 8 días en la plantación con trabajadores desde los 67 DDS. Para el programa de control de plagas del cultivo de sorgo consistió en controlar las plagas que se presentaron en las unidades experimentales como el gusano cogollero (Spodoptera frugiperda) y el gusano elotero (Helicoverpa zea). Para su control se realizaron aplicaciones de Proclaim® (benzoato de emamectina) con dosis de 130 g en 200 L/ha de agua a los 31 DDS y Exalt® (Spinetoram) con dosis de 1,500 g en 200 L/ha de agua a los 31 DDS, 77 DDS y 94 DDS. Para el programa de control de enfermedades fúngicas se realizaron aplicaciones de Curaxil® (cymoxanil y mancozeb) con dosis de 200 L en 200 L/ha de agua a los 77 DDS y 94 DDS, en conjunto con el adherente coadyuvante y regulador de pH Mega Pega + pH® con dosis de 200 mL en 200 L/ha de agua. 3.7 Variables de respuesta en campo del frijol variedad “Tolupán Rojo” Concentración relativa de clorofila (número). La concentración relativa de clorofila es un indicador del contenido de clorofila en las hojas, que puede ser monitoreado durante de su crecimiento; también es ampliamente usado como un indicador del nivel de nitrógeno en las hojas, así como la aparición de enfermedades y otros tipos de estrés que se puedan presentar en el cultivo, es una versión del modificada del índice de desarrollo de planta y suelo (SPAD, por sus siglas en inglés) al tomar en cuenta los espectros de luz roja (650 nm) e infrarroja (940 nm) (Kuhlgert et al., 2016). Se midieron las concentraciones relativas de clorofila para analizar las diferencias por factor tipo de suelo y programa de fertilización a lo largo del crecimiento del cultivo de frijol. Para determinar la concentración relativa de clorofila en las hojas del cultivo de frijol se utilizó el medidor electrónico “MultispeQ V2.0 marca PhotosynQ®”. Estas mediciones se hicieron a los 33, 41 y 61 DDS, en cinco plantas por unidad experimental para determinar la cantidad de clorofila relativa en diferentes etapas de desarrollo (Figura 6). Biomasa (kg/ha). Se midió la cantidad de biomasa para para analizar las cantidades de materia producida por tipo de suelo y programa de fertilización en el cultivo de frijol. La cantidad de biomasa producida (kg/ha), se determinó mediante la materia seca (MS) de la biomasa de cuatro plantas por unidad experimental a los 70 DDS (etapa de madurez fisiológica). Las plantas fueron secadas hasta alcanzar peso constante, en un horno de convección a 70 °C por 72 h, para luego realizar el pesado. 18 a). b). Figura 6. Medidor electrónico de clorofila marca PhotoSynQ®. a) Aspecto del medidor de clorofila electrónico utilizado en la investigación. b) Sensor de clorofila en un extremo del equipo electrónico. Variables de cosecha Número de vainas por planta (Número). Se determinó mediante el conteo del número de vainas en 10 plantas cosechadas de cada unidad experimental y se expresó como (Vainas/planta). Número de semillas por vaina (Número). Se contaron las semillas de las 10 plantas cosechadas de cada unidad experimental y se expresó en (Semillas/vaina). Peso de 100 semillas (g). Se tomó una muestra al azar de 100 semillas de las 10 plantas cosechadas de cada unidad experimental, las que se pesaron en una balanza de laboratorio a una humedad del 12%. Índice de cosecha (IC). A la madurez de cosecha (80 DDS), se determinó el IC mediante el peso seco de las semillas (PSS) y de vainas (PSV) de 10 plantas por unidad experimental, según la (Ecuación 1). IC= PSS PSS+PSV [1] Dónde: IC = índice de cosecha; PSS= Peso seco de semilla de 10 plantas (g); PSV= Peso seco de vainas de 10 plantas (g). Rendimiento de producción de semilla (kg/ha). Se determinó el rendimiento de semilla por parcela de cada unidad experimental. Se pesaron los granos limpios después de la cosecha y se hizo un ajuste del rendimiento al 12 % de humedad (Ecuación 2). 19 R= (PC)(10,000) AC x (100-Hi) (100-Hf) [2] Dónde: R = Rendimiento (kg/ha); PC = Peso de las semillas (kg/10 pl); AC = 10.6 m2 para el tipo de suelo franco arenosos y franco arcilloso en el cultivo de frijol y 10.28 m2 para el tipo de suelo franco en el cultivo de frijol; Hi = Humedad Inicial y Hf= humedad final al 12 %. 3.8 Variables de respuesta en campo del sorgo variedad “Sureño” Concentración relativa de clorofila (número). Se utilizó el mismo equipo medidor usado en cultivo de frijol. Estas mediciones se hicieron a los 47, 67 y 77 DDS, en tres plantas por unidad experimental. Biomasa (kg/ha). La cantidad de biomasa producida (kg/ha). Se determinó la materia seca de la biomasa de 5 plantas cosechadas por unidad experimental a los 89 DDS (etapa de madurez fisiológica): Las plantas se secaron hasta alcanzar un peso constante en un horno de convección a 70 °C por 72 horas, para luego realizar el pesado y transformación a kg/ha. Variables de cosecha Peso de 100 semillas (g). Se tomó una muestra al azar de 100 semillas de las 10 plantas cosechadas las que se pesaron en una balanza de laboratorio a una humedad del 12%. Rendimiento de semilla (kg/ha). Se cosecharon 10 plantas de cada unidad experimental a los 120 DDS. Se pesaron los granos limpios después de la cosecha, se hizo un ajuste del rendimiento al 12 % de humedad. Se tomó en cuenta que el área cosechada (AC) es de 5.3 m2 para el tipo de suelo franco arenosos y franco arcilloso en el cultivo de sorgo y 4.24 m2 para el tipo de suelo franco en el cultivo de sorgo (Ecuación 2). 3.9 Análisis de tejido foliar de los cultivos de frijol y sorgo Luego de establecidos los factores tipo de suelo y programas de fertilización, para cada uno de los cultivos se realizaron análisis de muestras foliares en los cultivos de frijol y sorgo, para evaluar la calidad de absorción de los nutrientes. Los análisis foliares de N, P, K, Ca, Mg en el cultivo de frijol se realizaron en muestras a los 34 DDS y de sorgo a los 61 DDS, antes de la etapa de floración en ambos cultivos. El criterio de selección de hojas del cultivo de frijol fue seleccionar 2 a 3 hojas por planta en la parte superior de la planta que estén completamente desarrolladas, obtenemos un total de 30 hojas por muestra de diferentes plantas y el criterio de selección del cultivo de sorgo fue seleccionar la hoja inferior a la hoja bandera con un total de 15 a 25 hojas por muestra de diferentes plantas (Hue et al., 2000; Jones y Case, 1990). Los nutrientes a los cuales se midió su concentración foliar en N fueron extraídos a partir del proceso “AOAC 2001.11 K” (Latimer, 2019). Los elementos K, Ca, Mg, fueron extraídas y mediante el proceso de digestión húmeda con ácido sulfúrico (H2SO4) y agua oxigenada (H2O2) y determinados en un espectrofotómetro de absorción atómica de tipo “Varían AA240FS®”. La 20 extracción de P se realizó mediante el proceso de digestión húmeda (H2SO4 y H2O2), de colorimetría de azul de molibdeno (Latimer, 2019). 3.10 Análisis y determinación de biodisponibilidad de nutrientes de los cultivos de frijol y sorgo Según Arévalo y Gauggel (2019), la biodisponibilidad de los nutrientes es cualquier elemento que bajo ciertas condiciones físicas y químicas determinadas en el sistema suelo-planta está en capacidad de ser absorbido por la planta. Bajo esta premisa se realizaron análisis de biodisponibilidad de nutrientes para los cultivos de frijol y sorgo. Se generó una matriz de biodisponibilidad al tomar en cuenta los análisis de suelos utilizados en la generación de mapas de fertilidad de suelos en conjunto con los análisis de tejido vegetal ambos analizados en el LSZ, al tomar en cuenta para cada cultivo el factor tipo de suelo y programas de fertilización, en conjunto con sus interacciones. Con el fin de analizar el comportamiento del cultivo de frijol y sorgo, ante los efectos de las variables del factor tipo de suelo y del factor de los programas de fertilización, al tomar en cuenta sus interacciones entre ambos. La matriz de biodisponibilidad de nutrientes se realizó únicamente para los elementos de N, P, K, Ca y Mg, para los cultivos de frijol y sorgo (Arévalo y Gauggel, 2019). 3.11 Análisis del modelo estadístico del experimento Análisis de las variables de respuesta. Se utilizó un modelo estadístico adaptado al diseño experimental de bloques completos al azar (BCA), con arreglo factorial de dos factores (suelo y fertilización), en parcelas divididas. El modelo de análisis estadístico que se utilizó fue el modelo lineal de diseño de parcelas divididas en bloques completos al azar (Ecuación 3) (Zúñiga, 2010). Yij = U + Ti + Bj +(TB)ij + Eij [3] Dónde: Yij = Variable respuesta de la ij-ésima unidad; U = media general; Ti = Efecto del i-ésimo tratamiento; Bj = Efecto del j-ésimo bloque; Eij = Error experimental asociado a la ij-ésima unidad experimental; ‘i = 3 tratamientos en frijol; 4 tratamientos en sorgo; ‘j = 1, 2, 3, 4 bloques o repeticiones. Se utilizó el software de análisis estadístico “SAS versión 9.4”. La separación de medias, se realizó un análisis de varianza (ANDEVA) con las pruebas de Tukey para conocer la significancia entre los tipos de suelos y los programas de fertilización por variable de respuesta y un análisis de medias simples para las interacciones. Análisis estadístico en muestras de suelos y foliares. Se utilizó modelo estadístico adaptado al diseño experimental completamente al azar (DCA) sobre los resultados obtenidas en el LSZ. Para el análisis estadístico y pruebas ANDEVA, que permitió evaluar parámetro de fertilidad de suelo, al igual para el análisis de relaciones entre las bases Ca/Mg, Ca/K, Mg/K y (Ca+Mg)/K en suelos y concentración de elementos como N, P, K, Ca y Mg en el tejido vegetal de los cultivos de frijol y 21 sorgo. El modelo de análisis estadístico que se utilizó fue el modelo lineal bloques completos al azar (Ecuación 4) (C. G. Martínez, 2015). Yij =  + Ti + Eij [4] Dónde: Yij = Variable respuesta de la ij-ésima unidad. Debe explicar detallada la ij-ésima unidad;  = media general; Ti = Efecto del i-ésimo tratamiento y Eij = Error experimental asociado a la ij- ésima unidad experimental; ‘i = 3 tratamientos en frijol; 4 tratamientos en sorgo; ‘j = 1, 2, 3, 4 bloques o repeticiones. Se utilizó el software de análisis estadístico “SAS versión 9.4”, se realizaron análisis de varianza (ANDEVA) de los datos y comparación de medias al utilizar las pruebas de LSD de Fisher para conocer la significancia entre los tipos de suelos y los programas de fertilización por macroelemento. Correlaciones. Para explicar la relación entre los componentes de la fertilidad del suelo y el rendimiento en cada cultivo, se realizó la formulación de la ecuación de regresión lineal múltiple para análisis de correlación. Se generó una fórmula por regresión lineal múltiple para correlacionar la variable de respuesta de rendimiento de producción de semilla de cada cultivo, para los niveles de cada uno de los macronutrientes, micronutrientes y pH expresados en los mapas de fertilidad de suelos. La forma de analizar la correlación de los macronutrientes (N, P, K, Ca y Mg), micronutrientes (Cu, Fe, Mn y Zn) y pH con la variable de rendimiento de producción de semilla en los cultivos de frijol y sorgo, fue un punto en específico dentro de la unidad experimental y otra forma fue por medio de un valor promedio de su alrededor en cada unidad experimental ya establecida en el área de investigación en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano (Figura 7). Figura 7. Esquematización de la toma de datos en la unidad experimental para el cultivo de frijol y sorgo en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. Los principios en el cual se desarrolló la fórmula de regresión lineal cumplen las bases de una formula general de regresión lineal (Ecuación 5) (Amat, 2016). Polígono de la unidad experimental (dato promediado de todo el cuadro) Unidad experimental (coordenada, punto especifico) Parcela o Unidad experimental 22 Yij=β0+β1X1+β2X2 +… βnXn+ ∈ [5] Donde: Yij = Variable dependiente, βo = Intercepto en cero, βn = Intercepto de las variables, Xn = Variables independientes, y ∈ = Error aleatorio. El proceso de cálculo y selección de variables se realizó mediante el software llamado “JASP® versión 0.11.1” y para estimar las variables de normalidad como Durbin-Watson, Shapiro-Wilk y Q-Q plot se utilizó el software “Jamovi® versión 1.6.15”. 3.12 Análisis financiero para los cultivos de frijol y sorgo Para el análisis financiero, se utilizó la metodología del presupuesto parcial, el cual proporcionó información que repercutió en la determinación de la variación de los costos generados por los programas de fertilización, en la producción de semillas de frijol y sorgo (Centro International de Mejoramiento de Maíz y Trigo [CIMMYT], 1988). Para determinar el presupuesto parcial, se determinaron los costos variables por cada programa de fertilización y los ingresos producto de la venta de la semilla de frijol y sorgo, a la planta de procesamiento de UPGS de Zamorano, para luego determinar el beneficio neto. El rubro de costos de producción de cada programa de fertilización en esta investigación fueron los costos variables asociados directamente con su planeación y aplicación para este experimento referido a una hectárea. Los costos que se incurrieron en el manejo de la producción de semilla de frijol variedad “Tolupán Rojo” y la producción de semilla de sorgo variedad “Sureño” como: siembra, riego, aplicación de pesticidas entre otros, son costos fijos los cuales no se tomaron en cuenta para el análisis financiero de costos variables. Solo se presentan los costos variables. El procedimiento utilizado para realizar el análisis financiero individual para cada uno los cultivos de frijol variedad “Tolupán” y sorgo variedad “Sureño”. Presupuesto Parcial. Para determinar el presupuesto parcial, se determinan los costos variables entre los programas de fertilización como: costos de los fertilizantes, mano de obra, actividades para definir el programa de fertilización y aplicación de fertilización en los programas de fertilización comercial (FC) y la propuesta (CP). Para el programa de fertilización propuesto (PR) se tomaron en cuenta los costos de planificación de un técnico experto en la generación de mapas de fertilidad de suelo, mano de obra de un asistente, costo de transporte y el costo de los análisis de suelo en el LSZ, para la estimación de la variación espacial de las condiciones de textura, densidad aparente, pH, materia orgánica, fósforo, potasio, calcio, magnesio, sodio, cobre, hierro, manganeso y zinc. Como ingresos, se tomó en cuenta el producto de la venta de la semilla de frijol y sorgo en todos los programas de fertilización evaluados, para luego determinar el beneficio bruto y el beneficio neto. 23 Análisis de dominancia. Una vez determinados los beneficios netos para cada uno de los programas de fertilización, se efectuó el análisis de dominancia. Se clasificó los programas de fertilización, al ordenar los costos de menor a mayor y los respectivos beneficios netos. Análisis de la tasa marginal de retorno (TMR). Una vez eliminado el programa de fertilización dominado, se calcula la tasa marginal de retorno, la cual es una relación entre el beneficio neto y el costo variable de los insumos y mano de obra utilizados en el manejo de los programas de fertilización evaluados en este experimento para cada uno de los cultivos. 24 4.1 Generación de mapas de fertilidad de suelos Los mapas digitales de fertilidad de suelo generados fueron de porcentaje de arcillas, densidad aparente (DAP), nivel de acidez (pH), materia orgánica (MO), fósforo (P), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), sodio (Na), cobre (Cu), hierro (Fe), manganeso (Mn) y zinc (Zn), con base en los resultados obtenidos en el LSZ. Los mapas que mostraron diferencias en su distribución espacial y sirvieron para el establecimiento del ensayo en campo y fueron el porcentaje de arcillas, densidad aparente, niveles de pH, disponibilidad de P, Mg y K (Figura 8, 9, 10, 11, 12 y 13). Figura 8. Mapa digital de la distribución del porcentaje de arcillas en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras. 4. RESULTADOS 25 Figura 9. Mapa digital de la distribución espacial de densidad aparente en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras. Figura 10. Mapa digital de la distribución espacial de niveles de pH de los suelos en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras. 26 Figura 11. Mapa digital de la distribución espacial de fósforo (P) disponible en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras. Figura 12. Mapa digital de la distribución espacial de magnesio (Mg) disponible en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras. 27 Figura 13. Mapa digital de la distribución espacial de potasio (K) disponible en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras. 4.2 Disponibilidad de elementos por tipo de suelo Las muestras de suelo recolectadas en el área de la investigación en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, mismas utilizadas en la elaboración de mapas de disponibilidad de elementos, permitió analizar de manera estadística la variabilidad de la disponibilidad de elementos en suelo para los elementos como nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio, sodio, cobre, hierro, manganeso y zinc. Los coeficientes de variación están dentro del rango de normalidad (< 30%) para cada uno de ellos, esto indica una correcta toma y análisis de las muestras de suelos. Para el análisis de los datos se utilizó un diseño estadístico completamente al azar al tomar en cuenta cinco muestras tomadas por tipo de suelo en el diseño experimental en campo, se utilizó un arreglo de datos por raíz cuadrada para mejorar la diferencia en los grupos de medias en las variables con estadísticas significativas (Cuadro 4). Se encontraron diferencias significativas en la variabilidad de los elementos fósforo (P= 0.03), magnesio (P=0.0005) y cobre (P= 0.01) para los suelos en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. No se presentaron diferencias significativas en el modelo, ni el factor tipo de suelo para la variabilidad de los elementos nitrógeno, potasio, calcio, sodio, hierro, manganeso y zinc. Se presentó una diferencia en las medias de concentraciones de los elementos en suelo, al utilizar la escala de niveles adecuados de elementos utilizada por LSZ para cada uno de los factores tipo de suelo (Landon, 1991; Sparks et al., 1996) (Cuadro 4). En el factor tipo de suelo constó en tres tipos de suelo, suelo franco arenoso, suelo franco y suelo franco arcilloso. 28 Cuadro 4. Medias de la concentración de cada elemento por tipo de suelo para el área de experimentación en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras. Tipo de suelo pH Nitrógeno Fósforo Potasio Calcio Magnesio Sodio Cobre Hierro Manganeso Zinc (g /100g) ---------------------------------------------------------------------(mg/kg)------------------------------------------------------------------- Franco- arenoso 5.79 0.08 27 b 473 1,893 256 a 21 1.16 b 304 178 1.14 Franco 5.96 0.09 45 ab 653 1,809 214 b 25 1.08 b 338 197 0.96 Franco- arcilloso 5.83 0.10 54 a 605 1,876 202 b 29 1.42 a 334 178 0.96 Valor P 0.50 0.30 0.03* 0.09 0.17 0.0005** 0.09 0.01* 0.55 0.07 0.33 CV% 1.94 7.13 16.50 10.46 1.82 3.55 10.18 6.15 9.42 3.75 11.15 Niveles adecuados 6.00 -6.50 0.20 a 0.50 13 a 30 126 a 220 1,900 a 2,100 200 a 290 < 51 1.70 a 6.50 56 a 112 28 a 112 1.70 a 3.40 CV= Coeficiente de variación, Escala de valores adecuados para pH, fósforo, cobre, hierro, manganeso y zinc tomados de Landon (1991) y Sparks et al. (1996), Escala de valores adecuados para potasio, calcio, magnesio, y sodios tomados de los rangos medios de los mapas de fertilidad de suelos generados en esta investigación. El nitrógeno no mostró diferencias estadísticas significativas entre los tipos de suelo, hubo concentraciones bajas (<0.1 g/100 g) en los tres tipos de suelo. El fósforo si presentó diferencias significativas (P=0.03) separándose en tres grupos según el tipo de suelo, el suelo franco arenoso presentó una concentración media (27 mg/kg), el suelo franco una concentración alta (45 mg/kg) y el suelo franco arcilloso una concentración alta (54 mg/kg) (Cuadro 4). 29 Para el potasio no se presentó diferencias estadísticas significativas y concentraciones altas (<654 mg/kg) en los tres tipos de suelo. El calcio no hubo diferencias estadísticas significativas entre los tipos de suelo y en concentraciones bajas (<1,893 mg/kg) en los tres tipos de suelo. El magnesio presentó diferencias significativas (P=0.0005) separándose dos grupos para los tipos de suelo, el franco arenoso tuvo una concentración media (256 mg/kg), y el franco y franco arcilloso mostraron una concentración media (<214 mg/kg). (Cuadro 4). El sodio no presentó diferencias estadísticas significativas y mostró concentraciones medias (<29 mg/kg) en los tres tipos de suelo. El cobre presentó diferencias significativas (P=0.01) separadas en dos grupos para los tipos de suelo, el franco arenoso y franco mostraron una concentración baja (<1.16 mg/kg),y el franco arcilloso una concentración media (1.42 mg/kg). (Cuadro 4). El hierro no presentó diferencias estadísticas significativas y concentraciones altas (< 338 mg/kg) en los tres tipos de suelo. El manganeso no hubo diferencias estadísticas significativas entre los tipos de suelo, y presentó concentraciones altas (<197 mg/kg) en los tres tipos de suelo. El zinc no presentó diferencias estadísticas significativas entre los tipos de suelo, y mostró concentraciones bajas (<1.14 mg/kg) en los tres tipos de suelo. 4.3 Relaciones de disponibilidad de elementos por tipo de suelo En el análisis estadístico de relaciones de disponibilidad de elementos en suelo, las relaciones Ca/Mg, Mg/K y (Ca+Mg)/K mostraron diferencias significativas en el modelo para los tipos de suelos y en las relaciones adecuadas de los elementos en suelos de los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. La variable de relación Ca/K no mostró diferencias significativas en el modelo, según el tipo de suelo y presentó una relación balanceada de los elementos dentro del rango adecuado (Cuadro 5). La relación Ca/Mg si presentó diferencias significativas (P=0.02) y presentó dos grupos para los tipos de suelo, el franco arenoso tuvo una relación adecuada (4.4), el franco y franco arcilloso mostraron una relación alta (>5.2). (Cuadro 5). La relación Ca/K no mostró diferencias estadísticas significativas y presentó relaciones adecuadas (5.4 a 8.0) en los tres tipos de suelo. La relación Mg/K si obtuvo diferencias significativas (P=0.01), en dos grupos de medias para los tipos de suelo, el franco arenoso presentó una relación baja (1.8), el franco y franco arcilloso mostraron una relación baja (<1.2). Por último, la relación (Ca+Mg/K) si tuvo diferencias significativas (P=0.03), las medias se clasificaron en tres grupos para los tipos de suelo, el franco arenoso presentó una relación baja (9.8), el franco arcilloso una relación baja (7.6). (Cuadro 5). 30 Cuadro 5. Significancia de la relación de disponibilidad de elementos en suelo por medio de las relaciones Ca/Mg, Ca/K, Mg/K y (Ca+Mg)/K según los tipos de suelo de los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano. Tipo de suelo -----------------------------Relaciones de elementos (cmolc/kg) --------------------- Ca/Mg Ca/K Mg/K (Ca+Mg)/K Franco-arenoso 4.40 b 8.00 1.80 a 9.80 a Franco 5.20 a 6.60 1.00 b 6.60 b Franco-arcilloso 5.40 a 5.40 1.20 b 7.60 ab Valor P 0.02* 0.07 0.01* 0.03* Coeficiente de variación (%) 10.30 23.87 27.30 22.00 Relaciones adecuadas (LSZ, 2021; Molina, 2007) 3 a 5 5 a 17 3 a 5 15 a 30 LSZ = Laboratorio de suelos de Zamorano, rangos adecuados utilizados por el laboratorio para el año 2021. 4.4 Disponibilidad de nutrientes en muestras foliares. Se determinó las concentraciones de los nutrientes nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio en el tejido vegetal para el cultivo de frijol y sorgo. En el cultivo de frijol se encontraron diferencias significativas en el modelo para los tipos de suelo, únicamente para el calcio (P=0.02) y se encontraron diferencias significativas en el modelo para los programas de fertilización, únicamente para el fósforo (P=0.009). Los coeficientes de variación están dentro del rango de normalidad, (< 30%) para cada uno de los nutrientes en los modelos por tipo de suelo y programas de fertilización, esto indica una correcta toma y análisis de las muestras del tejido vegetal. Para el análisis de los datos se utilizó un diseño estadístico completamente al azar y se utilizó una muestra de tejido vegetal por programa de fertilización en cada tipo de suelo, en los cultivos de frijol y sorgo. Para los factores en los tipos de suelo y programas de fertilización se encontraron diferencias a nivel de rangos de nutrientes adecuados según Mills y Jones (1996) y Osorio (2012), para el cultivo de frijol; y para el cultivo de sorgo los rangos adecuados según Mills y Jones (1996) y Correndo y García (2012). Cultivo de frijol. El nitrógeno no mostró diferencias estadísticas significativas entre los tipos de suelos, debido a una disponibilidad alta en el suelo franco arenoso (5.1 g/100 g) y óptimas para los suelos franco (4.48 g/110 g) y franco arcilloso (4.30 g/100 g). Los programas de fertilización no mostraron diferencias significativas y presentaron una disponibilidad óptima de nitrógeno (4.26 a 4.86 g/100 g). (Cuadro 6). 31 El fósforo no presentó diferencias estadísticas significativas debido a una disponibilidad alta (>0.40 g/100 g) en los tres tipos de suelo. Los programas de fertilización si mostraron diferencias significativas (P=0.009), , el programa comercial presentó una disponibilidad alta (0.37 g/100 g), y los programas de fertilización propuesta y el de la compañía de fertilizantes una disponibilidad alta (>0.42 g/100 g). (Cuadro 6). El potasio no obtuvo diferencias estadísticas significativas y presentó una disponibilidad óptima (2.16 g/100 g) en el suelo franco arenoso y bajas para el suelo franco (1.95 g/100 g) y franco arcilloso (1.70 g/100 g). Los programas de fertilización no mostraron diferencias significativas, y presentaron una disponibilidad baja en los programas de fertilización comercial (1.67 g/100 g) y propuesta (1.93 g/100 g), y una disponibilidad óptima (2.22 g/100 g) para el programa propuesto por la compañía de fertilizantes. El calcio si presentó diferencias significativas (P=0.02), el tipo de suelo franco arenoso (1.91 g/100 g) y franco (1.96 g/100 g) mostraron una disponibilidad alta, y el suelo franco arcilloso una disponibilidad alta (1.6 g/100 g). Los programas de fertilización no mostraron diferencias significativas, con una disponibilidad alta (>1.78 g/100 g) para todos los programas de fertilización (Cuadro 6). El magnesio no obtuvo diferencias estadísticas significativas entre los tipos de suelo, y presentó una disponibilidad baja (<0.30 g/100 g) en los tres tipos de suelo. Los programas de fertilización no mostraron diferencias significativas, y presentaron una disponibilidad baja (<0.29 g/100 g). (Cuadro 6). Entre las relaciones de los programas de fertilización y los tipos de suelo, para el programa de fertilización comercial con relación a los tres tipos de suelo, la disponibilidad de nitrógeno fue óptima (3.91 a 4.92 g/100 g), el potasio baja (<1.83 g/100 g), el fósforo alto (>0.36 g/100 g), el calcio alta (>1.56 g/100 g), y el magnesio baja (<0.30 g/100 g) (Cuadro 7). Los programas de fertilización en relación a los tipos de suelo, en el programa de fertilización comercial con relación a los tipos de suelo, la disponibilidad de nitrógeno en suelo franco arenoso fue alta (5.14 g/100 g), y en los suelos franco y franco arcilloso fue óptima (4.40 a 4.74 g/100 g). La disponibilidad de potasio para el suelo franco arenoso fue óptima (2.18 g/100 g), en los suelos franco y franco arcilloso fue baja (<1.92 g/100 g). Para el fósforo la disponibilidad fue alta (>0.41 g/100 g), el calcio alto (>1.82 g/100 g), y el magnesio bajo (<0.30 g/100 g) (Cuadro 7). En el programa de fertilización propuesto por la compañía de fertilizantes con relación a los tipos de suelo, el nitrógeno en el suelo franco arenoso presentó una disponibilidad alta (5.25 g/100 g), y en los suelos franco y franco arcilloso óptima (4.55 a 4.79 g/100 g). El potasio fue óptimo (2.03 a 2.51 g/100 g), fósforo alto (>0.42 g/100 g), el calcio alto (>1.41 g/100 g), y el magnesio bajo (<0.33 g/100 g). (Cuadro 7). 32 Cuadro 6. Disponibilidad de nutrientes en el tejido vegetal por tipo de suelo y programas de fertilización en el frijol variedad “Tolupán Rojo” en los lotes Vega 2 y 3, Monte Redondo, Universidad Zamorano, Honduras. Factor Nitrógeno Fósforo Potasio Calcio Magnesio -----------------------------------------------(g/100 g)--------------------------------------- Nivel foliar adecuado (Mills y Jones, 1996; Osorio, 2012) 3.0 a 5.0 0.20 a 0.30 2.0 a 2.5 0.15 a 0.20 0.38 a 0.42 Tipo de suelo Franco-arenoso 5.10 0.42 2.16 1.91 a 0.30 Franco 4.48 0.40 1.95 1.96 a 0.28 Franco-arcilloso 4.30 0.41 1.70 1.60 b 0.25 Valor P 0.06 0.90 0.23 0.02* 0.11 Coeficiente de variación (%) 7.55 8.86 15.07 7.00 9.56 Programas de fertilización Comercial 171N-92K 4.26 0.37 b 1.67 1.78 0.25 Propuesta 128N-85K 4.76 0.42 a 1.93 1.91 0.29 Empresa 49N-59K 4.86 0.44 a 2.22 1.78 0.29 Valor p 0.28 0.009** 0.09 0.74 0.20 Coeficiente de variación (%) 9.56 4.14 12.92 12.30 10.44 Cultivo de sorgo. El nitrógeno no presentó diferencias estadísticas significativas entre los tipos de suelos, y mostró una disponibilidad óptima (2.73 a 2.81 g/100 g). Los programas de fertilización si mostraron diferencias significativas (P=0.0023), los programas de fertilización (2.80 a 2.97 g/100 g) y el testigo sin fertilización (2.4g/100 g) presentaron una disponibilidad óptima (Cuadro 8). El fósforo no presentó diferencias estadísticas significativas entre los tipos de suelo y mostró una disponibilidad alta (>0.38 g/100 g). Los programas de fertilización si mostraron diferencias significativas (P=0.04) y una disponibilidad alta (>0.42 g/100 g), y el testigo sin fertilización una disponibilidad óptima (0.35 g/100 g). (Cuadro 8). 33 Cuadro 7. Relación de programas de fertilización y tipos de suelo en la disponibilidad de nutrientes del tejido veg