Artículo Original

Eficiencia de uso del nitrógeno por el cultivo de papa (Solanum tuberosum L.) en suelos volcánicos de Chimborazo, Ecuador

Nitrogen use efficiency in potato crop (Solanum tuberosum L.) in volcanic soils of Chimborazo, Ecuador

Fátima Gaibor
Universidad Central del Ecuador, Ecuador
Instituto Superior Tecnológico Crecermás, Ecuador
Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Ecuador
Universidad de Sevilla, España
José Espinosa
Universidad Central del Ecuador, Ecuador
Yamil Cartagena
Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias INIAP, Ecuador
Rafael Parra
Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias INIAP., Ecuador
Cristhian Torres Carrera
Universidad de Córdova, España
Fundación Maquita Quito, Ecuador
Soraya Alvarado-Ochoa
Universidad Central del Ecuador, Ecuador

Eficiencia de uso del nitrógeno por el cultivo de papa (Solanum tuberosum L.) en suelos volcánicos de Chimborazo, Ecuador

Siembra, vol. 11, núm. 2, e2665, 2024

Universidad Central del Ecuador

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Recepción: 23 Octubre 2020

Revisado: 28 Septiembre 2021

Aprobación: 26 Agosto 2024

Financiamiento

Fuente: Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación-SENESCYT

Nº de contrato: PIC13IEE002 “INCIDENCIA DEL CAMBIO CLIMÁTICO Y NUTRICIÓN EN CULTIVOS DE ARROZ, MAÍZ DURO Y PAPA, CON MODELOS DE PREDICCIÓN DE COSECHAS MEDIANTE MÉTODOS ESPACIALES Y ESPECTRALES (Maíz Duro)”

Beneficiario: Departamento de Manejo de Suelos y Aguas de la Estación Experimental Santa Catalina del Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias – INIAP

Resumen: La provincia de Chimborazo es una de las zonas de mayor producción de papa (Solanum tuberosum L.) en el Ecuador y el manejo de la nutrición del cultivo es uno de los limitantes para alcanzar altos rendimientos. El objetivo de la presente investigación fue determinar la eficiencia de uso del nitrógeno (EU.) y las dosis de nitrógeno (N) necesarias para llegar a la meta de rendimiento de las variedades de papa Superchola e INIAP-Natividad. Los experimentos se implementaron bajo un Diseño de Parcela Dividida con tres repeticiones en dos localidades paperas (Cortijo Bajo y Chañag) de la provincia de Chimborazo-Ecuador, desde mayo a noviembre del año 2016. Las variables evaluadas fueron extracción de N y rendimiento total de tubérculos, con las cuales se calcularon la eficiencia agronómica de N (EA.) y las dosis de fertilización nitrogenada necesarias para las dos variedades de papa evaluadas. Los resultados indicaron que el aumento en rendimiento del cultivo de papa fue consistentemente menor a medida que se incrementaron las dosis de N con una clara respuesta cuadrática para las dos variedades. La EA. de la variedad Superchola varió entre 130 y 160, mientras que la EA. de la variedad INIAP-Natividad entre 120 y 150 kg de papa kg-1 de N aplicado; estos valores de EA. permitieron determinar la dosis de fertilización nitrogenada (120 kg-1 N ha-1 y 80 kg-1 N ha-1 para Superchola y 80 y 110 kg-1 N ha-1 para INIAP-Natividad en Cortijo Bajo y Chañag, respectivamente) que serán necesarias para lograr la meta de rendimiento en el siguiente ciclo de siembra de papa en el correspondiente dominio de recomendación de fertilización. Se concluye que el cálculo de la EA. permite ajustar efectivamente las recomendaciones de fertilización nitrogenada para el cultivo de papa bajo las condiciones edafo-climáticas estudiadas.

Palabras clave: recomendación de fertilización por dominio, dosis crecientes de N, eficiencia agronómica de nitrógeno, rendimiento de papa.

Abstract: Chimborazo province is one of Ecuador's main potato (Solanum tuberosum L.) production areas, where crop nutrition management is a key factor limiting yield. This study aimed to determine the Nitrogen Use Efficiency (UEN) and the Nitrogen (N) rates needed to achieve yield goals for the Superchola and INIAP-Natividad potato varieties. Field experiments were conducted using a split-plot design with three replicates in two potato growing areas (Cortijo Bajo and Chañag) of Chimborazo province in Ecuador, from May to November 2016. The variables evaluated were total plant N recovery and total tuber yields, which were used to calculate Nitrogen Agronomic Efficiency (AEN) and the N fertilizer rates needed to reach the yield goals for these potato varieties. Results indicated that the increase in potato yield consistently diminished as N fertilizer rates increased, with a clear quadratic function response for the two varieties. The AEN for the Superchola variety ranged from 130 to 160 kg of tuber kg-1 of applied N, while the AEN for the INIAP-Natividad variety ranged from 120 to 150 kg of tuber kg-1 of applied N. These values determined the N fertilizer rates required to achieve the yield goals in the following potato production cycle for the fertilizer recommendation domain: 120 kg-1 N ha-1 and 80 kg-1 N ha-1 for Superchola, and 80 and 110 kg-1 N ha-1 for INIAP-Natividad in Cortijo Bajo and Chañag, respectively. The study concluded that calculating the AENeffectively adjusts N fertilization recommendations for potato crops under the soil and climatic conditions studied.

Keywords: fertilizer recommendation domain, increasing nitrogen rates, nitrogen agronomic efficiency, potatoes yield.

1. Introducción

La papa (S. tuberosum), con un consumo promedio de 26 kg persona-1 año-1, es uno de los cultivos más importantes de Ecuador (Ministerio de Agricultura y Ganadería [MAG], 2019). En el año 2018, la superficie sembrada fue de 22.107 ha con una producción total de 517.655 t. La provincia del Carchi concentra la mayor producción de papa en Ecuador con 38 % del total nacional, seguido por Chimborazo con 16,6 % y Tungurahua con 10,3 % (Instituto Nacional de Estadística y Censos [INEC], 2019). En el mismo año, el mayor rendimiento promedio se obtuvo también en Carchi que superó la media nacional (23,4 t ha-1) con 32,0 t ha-1; mientras que Cotopaxi es la provincia con menor rendimiento con 11,2 t ha-1 (MAG, 2019).

Los altos rendimientos del cultivo de papa están estrechamente relacionados con una precisa y adecuada fertilización a base de macro y micronutrientes (Yara, 2021), debido a su alta demanda en fertilizantes agrícolas por hectárea, siendo esto un factor clave para incrementar los rendimientos y obtener tubérculos de calidad (Nick y Borém, 2017). Esta demanda se debe a que este cultivo posee un sistema radicular relativamente poco profundo y con reducido desarrollo en relación con el rendimiento (Muleta y Aga, 2019).

Investigaciones sobre la nutrición y fertilización del cultivo de papa en los suelos de la Sierra Centro Norte de Ecuador indicaron que el N es el nutriente que más limita la producción (Arroyo Terán, 2015). El N realiza un papel fundamental en el crecimiento y desarrollo de las plantas; y constituye alrededor del 1 al 4 % de la materia seca de una planta. Las plantas absorben N en forma de nitrato (NO..) o amonio (NH..). Al interior de la planta, se combina con compuestos producidos por el metabolismo de los carbohidratos para la formación de moléculas orgánicas básicas como los aminoácidos y las proteínas (Bell, 2016). El N al constituirse como el componente principal de las proteínas, es parte de la mayoría de los procesos principales del desarrollo de las plantas e influye positivamente en el rendimiento de tubérculos. Adicionalmente, una cantidad idónea de N en la planta de papa ayuda en la absorción de otros nutrientes y maximiza la producción y productividad de la papa (Kahsay, 2019). De otra parte, el uso inadecuado de fuentes nitrogenadas puede ocasionar pérdidas importantes de este nutriente desde el suelo por procesos de nitrificación, lixiviación y volatilización. Adicionalmente, el exceso de N no absorbido por la planta provocaría contaminación del agua por lixiviación de nitratos (NO..) y contribuiría con el calentamiento global a causa de la emisión de óxidos de N (Fagodiya et al., 2020).

La eficiencia en el uso del nitrógeno [EUN] depende, en gran medida, de las propiedades del suelo, que entendidas y manejadas adecuadamente pueden evitar pérdidas de este nutriente, promueven la acumulación de biomasa y mantiene la vida del suelo. La EUN se puede estudiar a través de la evaluación de fuentes adecuadas, dosis, épocas y formas de aplicación de N (Instituto Internacional de Nutrición de Plantas [IPNI], 2012). Para generar una recomendación de fertilización nitrogenada para un sitio específico o para un dominio de recomendación (áreas con condición similar de suelo y clima) se debe considerar también la meta de rendimiento del cultivo (rendimiento más alto obtenible en el sitio con la menor cantidad de N); ya que se ha demostrado que la dosis recomendada de N está asociada con el potencial genético de rendimiento de la variedad, adaptación a las características del suelo y manejo agronómico (Camacho Gallardo, 2018).

El análisis químico de N en el suelo no es necesariamente una buena herramienta de apoyo para determinar la cantidad de N biodisponible en el suelo para el cultivo como base para desarrollar una recomendación de fertilización; debido a que el contenido de las diversas formas químicas de este nutriente está influenciado por las condiciones de suelo y clima del sitio de recomendación. Por esta razón, se han desarrollado métodos alternativos de evaluación del estado nutricional del cultivo para realizar ajustes encaminados a alcanzar la meta de rendimiento (García y Espinosa, 2008). Entre estos métodos están la detección visual de síntomas de deficiencia en la planta (Havlin et al., 2014) y herramientas no destructivas como la medición de clorofila para estimar la concentración de N en las hojas (Cassman et al., 2002). Sin embargo, una alternativa efectiva para encontrar la dosis de nutrientes necesaria para lograr la meta de rendimiento es la metodología, que se basa en el comportamiento de la planta en un sitio específico y que busca satisfacer la brecha entre la cantidad de nutrientes que necesita el cultivo para acumular la meta de rendimiento y el aporte de nutrientes presentes en el suelo (Alvarado Ochoa et al., 2011; Witt et al., 2006).

2. Materiales y Métodos

La investigación se condujo en las localidades de Cortijo Bajo y Chañag, ubicadas en la parroquia Quimiag de la provincia de Chimborazo-Ecuador, entre los meses de mayo y noviembre de 2016. Los sitios están localizados a 3.149 y 3.273 m s.n.m., respectivamente, tienen una precipitación anual promedio de 618,1 mm y una temperatura promedio anual de 11,2 °C, según datos reportados de la estación meteorológica más cercana a las dos localidades (Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología .INAMHI], 2015). La ubicación es de 1º 42' 18,631" S de latitud y 78º 34' 20,495" W de longitud para Cortijo Bajo; mientras que Chañag está ubicado a 1º 37' 17,953" S de latitud y 78º 31' 38,28" W de longitud. El suelo de los dos sitios se clasifica como Hapludand, cuyas características físicas y químicas se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1
Características físicas y químicas de los suelos de Cortijo Bajo y Chañag, Chimborazo.
Propiedad del sueloLocalidades
Cortijo BajoChañag
Pendiente20 %25 %
TexturaAreno limo arcillosaAreno limo arcillosa
pH6,4 LA6,7 M
MO (%)8,4 A7,5 A
P (mg kg-1)19,5 A9,8 M
K (cmol+kg-1)0,5 A0,3 M
Ca (cmol+kg-1)20,1 A22,6 A
Mg (cmol+kg-1)4,7A1,7 M
S (mg kg-1)10,2 M9,3 B
Zn (mg kg-1)2,6 M1,7 B
Cu (mg kg-1)12,9 A8,4 A
Fe (mg kg-1)353,5 A228 A
Mn (mg kg-1)6,7 M4,6 M
B (mg kg-1)0,3 B0,5 B
A= Alto, M= Medio, B= Bajo, LA= Ligeramente ácido

Table 1. Physical and chemical characteristics of the soils in Cortijo Bajo and Chañag, Chimborazo.

(Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias [INIAP], 2016)

Se evaluó el efecto de dosis crecientes de N (0, 60, 120, 180 y 240 kg de N ha-1) en la absorción total de N, rendimiento de tubérculos y la EAN en dos variedades de papa, Superchola e INIAP-Natividad. El fertilizante nitrogenado que se utilizó fue urea (46 % N). Todos los tratamientos recibieron la aplicación homogénea de 300 kg de P.O. ha-1(super fosfato triple), 100 kg de K.O ha-1 (fosfato monopotásico) y 30 kg de S ha-1 (sulpomag) con base en el análisis de suelos. Cada unidad experimental tuvo una superficie de 35,7 m. (5,95 m x 6 m) con 5 surcos separados entre sí por 1,20 m y con una separación de 0,35 m entre plantas. Se utilizó un Diseño de Parcelas Divididas, siendo la variedad la parcela grande y las dosis de N las subparcelas. Cada tratamiento se replicó tres veces. Para evaluar la extracción total de N se tomaron tres plantas al azar de los tres surcos centrales de cada parcela neta a la madurez fisiológica. Las plantas se dividieron en follaje, raíz y tubérculos, se pesaron en fresco y luego se secaron a 65 .C hasta peso constante. La materia seca de cada órgano fue molida y tamizada por una malla No. 40; misma que luego fue analizada para N total mediante el método semi micro-Kjeldahl (Bremner, 1996).

Con los resultados de la concentración de N total y de la materia seca de cada órgano se calculó la extracción total de N por planta (kg ha-1). Para la determinación del rendimiento total de tubérculos se cosecharon y se pesaron los tubérculos de los tres surcos centrales de cada unidad experimental y se reportaron en t ha-1. Los resultados se analizaron estadísticamente con el programa estadístico Infostat versión profesional (Di Rienzo et al., 2018). La EAN se calculó mediante la ecuación [1].

[1]

donde:

Adicionalmente, se utilizó el método gráfico para estimar la EA, donde se contrasta la curva de rendimiento con los valores de la eficiencia agronómica con las dosis evaluadas, por lo tanto, la EAN a utilizarse se localiza en el punto que esta empieza a decrecer. Este punto se localiza en la intercepción de la curva de la EA y la curva de rendimiento.

Una vez definido el cálculo de la EAN, con esta información se procedió a calcular la dosis de N a aplicar cambiando algebraicamente los términos de la fórmula original. A continuación, se describe la fórmula para el cálculo de la dosis de N (ecuación [2]).

[2]

donde:

Por otro lado, la dosis óptima fisiológica [DOF] se vincula con el nivel de nutrientes necesario para que la planta alcance un punto en el cual un elemento específico no se convierta en un factor que limite su crecimiento y desarrollo. Lograr o mantener este nivel no garantiza la obtención de rendimientos máximos, pero si los demás factores intervinientes en el sistema están en niveles óptimos, el factor nutricional en cuestión no será un obstáculo para alcanzar dichos rendimientos (Thompson y Troeh, 1982). Para la determinación de la DOF y la dosis óptima económica [DOE] se aplicó un modelo de regresión múltiple de segundo orden con ajuste cuadrático (Y= β0- β1X + β2X2) con la metodología descrita por Rebolledo (1999). A continuación, se describe las fórmulas para el cálculo de la DOF (ecuación [3]) y DOE (ecuación [4]).

[3]

[4]

donde:

Mientras que el método gráfico se realizó mediante el contraste del rendimiento en kg ha-1, la EAN y las dosis de N, donde la curva corta a la altura de un rendimiento superior a la media esperada, con una dosis intermedia de fertilización.

Finalmente, el análisis económico se realizó con el análisis del presupuesto parcial y la tasa de retorno marginal de los tratamientos; mismo que fue propuesto por el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (Perrin et al., 1983).

3. Resultados y Discusión

3.1. Extracción de nitrógeno por el cultivo

Los resultados de la extracción de N por el cultivo de papa a las dosis crecientes de N aplicadas al suelo en Cortijo Bajo y Chañag se presentan en las Figuras 1 y 2, respectivamente. Se observó que la extracción de N aumenta en forma lineal con el incremento en la dosis de N en las dos variedades; es decir, que la planta absorbió en proporción directa a las cantidades de N suministradas hasta la dosis más alta (240 kg N ha-1). Las plantas no pueden absorber nutrientes indefinidamente y la respuesta lineal en extracción de N hasta la dosis de 240 kg N ha-1 sugiere que la papa cultivada en estos suelos podría seguir absorbiendo N a dosis más altas hasta saturar su capacidad de absorción y mostrar una respuesta cuadrática. Mucho del N absorbido por la planta a altas dosis de aplicación del nutriente al suelo es consumo de lujo y no aporta al rendimiento (White, 2012).

Extracción total de nitrógeno de las variedades Superchola e INIAP-Natividad en Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo.
Figura 1
Extracción total de nitrógeno de las variedades Superchola e INIAP-Natividad en Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo.

Figure 1. Total nitrogen extraction of the Superchola and INIAP-Natividad varieties in Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo.

La extracción de nutrientes por el cultivo de papa depende de la variedad, estado de fertilidad del suelo, condiciones ambientales, rendimiento y manejo del cultivo. Estudios de absorción de nutrientes por el cultivo de papa en suelos volcánicos de Costa Rica reportados por Bertsch (2009), indican que este cultivo absorbe 230 kg N ha-1 para un rendimiento de 69 t ha-1; y que la máxima absorción ocurre a los 87 días después de la siembra. Por otro lado; Oyarzún et al. (2002), sostienen que el cultivo de papa de la Sierra de Ecuador puede extraer 70 kg N ha-1 cuando el rendimiento es de 17 t ha-1 y de 220 kg N ha-1 para un rendimiento de 50 t ha-1. Adicionalmente, la planta de papa absorbe la mayoría del N antes del período de máximo crecimiento y desarrollo del tubérculo; lo que sugiere que la planta asimila más del 50 % del total de N absorbido antes del llenado de tubérculo con una demanda diaria que varía entre 6 y 7 kg ha-1día-1 (Horneck y Rosen, 2008).

El encontrar una recomendación de la cantidad de N a aplicarse al suelo para llegar a la meta de rendimiento en un sitio específico o en un dominio de recomendación es una tarea difícil por la dinámica de este nutriente en el suelo. Se podría pensar entonces que la absorción total de N a la madurez fisiológica podría ser un parámetro que ayude a encontrar la dosis apropiada de N para llegar al rendimiento objetivo en busca de reponer los nutrientes que el cultivo ha extraído del suelo y que no han sido reciclados (Gómez Sánchez, 2014).

Los datos de la presente investigación demuestran que hubo una extracción alta de N en el tratamiento testigo (sin aplicación de N) sugiriendo que existe un aporte importante de N nativo del suelo en los dos sitios que, según el análisis correspondiente, tienen un alto contenido de materia orgánica (Tabla 1). El nivel alto de materia orgánica reportado en el análisis y la respuesta a la fertilización nitrogenada estaría explicado por la calidad de materia orgánica estable que caracteriza a los suelos desarrollados sobre cenizas volcánicas de la Sierra Norte de Ecuador en elevaciones superiores a 3.200 m s.n.m., cuya fracción arcillosa está dominada por complejos humus-aluminio (Zehetner et al., 2003). Por lo que, los compuestos orgánicos atrapados en estos complejos son inactivos, dejando de ser parte de la fracción orgánica activa del suelo que se mineraliza y es capaz de liberar N al suelo (Benavides y Gonzales, 1998; Inoue y Higashi, 1988; Takahashi y Dahlgren, 2016).

Extracción total de nitrógeno de las variedades Superchola e INIAPNatividad en Chañag Quimiag Chimborazo
Figura 2
Extracción total de nitrógeno de las variedades Superchola e INIAPNatividad en Chañag Quimiag Chimborazo

Figure 2. Total nitrogen extraction of the Superchola and INIAP-Natividad varieties in Chañag, Quimiag, Chimborazo.

3.2. Rendimiento de tubérculos

La respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N en el rendimiento de tubérculos de papa tuvo un comportamiento diferente al de la absorción total de N en los dos sitios y en las dos variedades evaluadas; ya que los incrementos en rendimiento fueron consistentemente menores a medida que se incrementaron las dosis de N en clara respuesta cuadrática; comportamiento que se conoce como rendimientos decrecientes a la aplicación de dosis de N (Figuras 3 y 4). Este comportamiento ha sido documentado en diversos sitios en el mundo; mostrando diferentes potenciales de rendimiento dependiendo de las variedades evaluadas y de las condiciones de fertilidad del suelo (Banerjee et al., 2016).

Con los valores de las curvas de rendimiento, se puede calcular la dosis óptima fisiológica [DOF] (el punto más alto de la curva) que indicaría la dosis de N necesaria para lograr ese rendimiento, valor que pasaría a ser la recomendación de N para el sitio. Sin embargo, estos valores son casi siempre muy altos al no considerar la EUN. En este estudio, los valores calculados de DOF para las variedades Superchola e INIAP-Natividad para Cortijo Bajo fueron de 227 y 538 kg de N ha-1; respectivamente. Los datos altos e irreales obtenidos para INIAP-Natividad se deben a que el cálculo debe encontrar el punto teórico más alto de la curva de respuesta que continúa creciendo luego de la última dosis de N evaluada en el experimento (240 kg N ha-1). Lo mismo sucede en la localidad de Chañag (Figuras 3 y 4). Como se observa, es difícil utilizar la DOF como el valor para la recomendación de fertilización de N para el cultivo de papa en el dominio de recomendación de los sitios estudiados. Oyarzún et al. (2002), consideran que el valor de la DOF para las zonas paperas de las provincias de Pichincha, Cotopaxi, Carchi y Cañar es de 160 kg de N ha-1, que quizá sea un valor más real, pero que incluye a todas las variedades y todos los dominios de recomendación de las zonas de producción de papa en la Sierra Norte de Ecuador.

Efecto de las dosis de nitrógeno en el rendimiento total de tubérculos de papa en Cortijo Bajo Quimiag Chimborazo
Figura 3
Efecto de las dosis de nitrógeno en el rendimiento total de tubérculos de papa en Cortijo Bajo Quimiag Chimborazo

Figure 3. Effects of nitrogen doses on the total tuber yield of potatoes in Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo.

Efecto de las dosis de nitrógeno en el rendimiento total de tubérculos de papa en Chañag, Quimiag, Chimborazo.
Figura 4
Efecto de las dosis de nitrógeno en el rendimiento total de tubérculos de papa en Chañag, Quimiag, Chimborazo.

Figure 4. Effects of nitrogen doses on the total tuber yield of potatoes in Chañag, Quimiag, Chimborazo.

3.3. Eficiencia de uso del nitrógeno como base para la recomendación

Se requiere de un adecuado suplemento de N para obtener rendimientos altos y rentables de papa (Abdallah et al., 2016); sin embargo, es importante destacar que el uso excesivo de N en los sistemas de producción agrícola contribuye a la contaminación ambiental, sobre todo en suelos desgastados, donde la eficiencia de uso del N de los fertilizantes es baja, debido a que la tercera parte del fertilizante aplicado se pierde en la atmósfera o se filtra hacia aguas subterráneas en forma de amoniaco, óxido nitroso y nitratos (Vera Arteaga et al., 2019). Por otro lado, la deficiencia de N en la etapa de tuberización afecta significativamente el rendimiento del cultivo (Marouani y Harbeoui, 2016).

La relación entre el rendimiento de un cultivo y el suplemento de N se ajusta a una función de rendimientos decrecientes que hace difícil alcanzar rendimientos altos sin que se incrementen los problemas ambientales y de salud provocados por el uso ineficiente de N. La absorción de N y los rendimientos del cultivo medidos con experimentos de campo se incrementan con las dosis de N hasta que gradualmente alcanzan su máximo que está determinado por el potencial del rendimiento del sitio de evaluación. A las dosis bajas de N la respuesta en rendimiento es grande porque el N es el principal factor limitante del crecimiento y el rendimiento final del cultivo. A medida que se incrementan las dosis de N la respuesta en rendimiento es cada vez menor y en ocasiones negativa en una típica respuesta cuadrática (Banerjee et al., 2016).

La EUN es un índice que incorpora las contribuciones del N nativo del suelo (rendimiento del cultivo sin aplicación de N al suelo), la eficiencia de absorción y la eficiencia de incorporación del N a la acumulación de rendimiento (rendimiento potencial). Dobermann (2007) y Snyder (2009), describieron las formas útiles de definir la EUN que se presentan en la Tabla 2.

Tabla 2
Definiciones de la eficiencia de uso del nitrógeno.
Término EUNFórmula*
Factor parcial de productividad [FPPN]R/D
Eficiencia agronómica del N aplicado [EAN](R-R0) /D
Eficiencia fisiológica del N aplicado[EFN]Uc/D
Eficiencia aparente de recuperación del N[ERN](U-U0) /D

Table 2. Definitions of nitrogen use efficiency.

Adaptado de / Adapted from: Dobermann (2007) y Snyder (2009)* D = Cantidad de N aplicada (como fertilizante, residuos orgánicos y otros); R = Rendimiento de la porción cosechada del cultivo con la aplicación de N; R0 = Rendimiento del tratamiento control sin la aplicación de N; UC = Contenido de N de la porción cosechada del cultivo; U0 = Acumulación total de N en la biomasa aérea del cultivo sin aplicación de N. / D = Amount of N applied (as fertilizer, organic residues and others); R = Yield of the harvested portion of the crop with N application; R0 = Yield of the control treatment without N application; UC = N content of the harvested portion of the crop; U0 = Total N accumulation in the aboveground biomass of the crop without N application.

El Factor Parcial de Productividad de N [FPPN.], la forma más amplia de medir la EUN, es la relación entre el rendimiento y la cantidad de N aplicado. Este factor no toma en cuenta el N nativo del suelo y entrega valores altos de eficiencia que no son realistas, muchas veces se usa para desarrollar estadísticas de estimación de uso de nutrientes.

La EAN es la forma más práctica de calcular la EUN y se puede implementar fácilmente en el campo. Este índice relaciona la diferencia entre el rendimiento con aplicación de N y el rendimiento sin aplicación de N con la dosis de N aplicada. De esta forma se toma en cuenta en el cálculo la contribución del N nativo del suelo al rendimiento.

La Eficiencia Fisiológica del N [EFN] y la Eficiencia Aparente de Recuperación de N [ERN] siguen el mismo esquema de cálculo de las dos eficiencias anteriores, pero se calculan con la absorción total de N del cultivo. Son menos prácticas porque requieren el uso de laboratorio.

Como se mencionó anteriormente, la información de las curvas de rendimiento como respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N no son suficientes para definir la dosis de N necesaria para obtener la meta de rendimiento en un sitio particular o un dominio de recomendación de una zona de producción de papa. En la mayoría de los casos, la dinámica del N impide que el análisis de N en el suelo sea una herramienta que ayude a determinar la cantidad de N necesaria para lograr la meta de rendimiento (Cassman et al., 2002). Esta situación hizo necesario desarrollar métodos de diagnóstico basados en la planta antes que en el suelo (Witt et al., 2006). Las curvas de rendimiento en respuesta a la aplicación de N se pueden utilizar para calcular la EAN (cantidad de tubérculo de papa que se puede obtener con cada kg de N aplicado) según la siguiente relación: EAN = (R+N – R-N) /dosis N, este cálculo se presenta en la Tabla 3.Se observa que la EAN se reduce a medida que se incrementan las dosis de N, en consecuencia, es posible la utilización de un método gráfico para encontrar la EAN en el punto de la curva en la que esta empieza a decrecer de forma clara, este punto es la intercepción de la curva de rendimiento a las dosis de N con la curva de EAN. La representación gráfica de la asociación entre el rendimiento y la EAN para la variedad Superchola se presenta en las Figuras 5 y 6, y para la variedad INIAP Natividad en las Figuras 7 y 8.

Tabla 3.
Rendimiento y eficiencia agronómica de nitrógeno de las variedades Superchola e INIAP-Natividad en las localidades de Cortijo Bajo y Chañag, Quimiag, Chimborazo, 2016.
Dosis de NCortijo BajoChañag
kg ha-1RendimientoEANRendimientoEAN
kg papa ha-1kg papa kg-1 Nkg papa ha-1kg papa kg-1 N
Superchola
038.61036.890
6047.43014747.270173
12054.60013353.390138
18055.7109557.200113
24058.2708259.54094
INIAP-Natividad
046.12032.150
6054.03013241.900163
12058.0209949.070141
18064.73010356.360135
24066.5508560.100116

Table 3. Yield and nitrogen agronomic efficiency of the Superchola and INIAP-Natividad varieties in the localities of Cortijo Bajo and Chañag, Quimiag, Chimborazo, 2016.

Rendimiento de tubérculos y eficiencia agronómica de N en respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N de la variedad Superchola en Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo.
Figura 5
Rendimiento de tubérculos y eficiencia agronómica de N en respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N de la variedad Superchola en Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo.

Figure 5. Tuber yield and N agronomic efficiency in response to increasing N doses of the Superchola variety in Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo.

Rendimiento de tubérculos y eficiencia agronómica de N en respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N de la variedad Superchola en Chañag, Quimiag, Chimborazo.
Figura 6
Rendimiento de tubérculos y eficiencia agronómica de N en respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N de la variedad Superchola en Chañag, Quimiag, Chimborazo.

Figure 6. Tuber yield and N agronomic efficiency in response to increasing N doses of the Superchola variety in Chañag, Quimiag, Chimborazo.

Rendimiento de tubérculos y eficiencia agronómica de N en respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N de la variedad INIAP Natividad en Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo
Figura 7
Rendimiento de tubérculos y eficiencia agronómica de N en respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N de la variedad INIAP Natividad en Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo

Figure 7. Tuber yield and N agronomic efficiency in response to the application of increasing N doses of the INIAP Natividad variety in Cortijo Bajo, Quimiag, Chimborazo.

Rendimiento de tubérculos y eficiencia agronómica de N en respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N de la variedad INIAP Natividad en Chañag, Quimiag, Chimborazo.
Figura 8
Rendimiento de tubérculos y eficiencia agronómica de N en respuesta a la aplicación de dosis crecientes de N de la variedad INIAP Natividad en Chañag, Quimiag, Chimborazo.

Figure 8. Tuber yield and N agronomic efficiency in response to the application of increasing N doses of the INIAP Natividad variety in Chañag, Quimiag, Chimborazo.

De la Figura 5 se puede observar que la meta de rendimiento de la variedad Superchola en Cortijo Bajo estaría alrededor de 55.000 kg ha-1, que la EAN sería de 130 kg de papa kg-1 de N y que la dosis de N recomendada para la siguiente siembra en el sitio sería de 120 kg N ha-1.

La meta de rendimiento de la variedad Superchola en Chañag (Figura 6) estaría alrededor de 50.000 kg ha-1, que la EAN sería de 160 kg de papa kg-1 de N y que la dosis de N recomendada para la siguiente siembra en el sitio sería de 80 kg N ha-1. En la Figura 7 se observa que la meta de rendimiento de la variedad INIAP-Natividad en Cortijo Bajo sería de alrededor de 55.000 kg ha-1, que la EAN sería de 120 kg de papa kg-1 de N y que la dosis de N recomendada para la siguiente siembra en el sitio sería de 80 kg N ha-1. En la Figura 8 se observa que la meta de rendimiento de la variedad INIAP-Natividad en Chañag es de alrededor de 50.000 kg ha-1, que la EAN es de 150 kg de papa kg-1 de N y que la dosis de N recomendada para la siguiente siembra en el sitio sería de 110 kg N ha-1.

Estos resultados concuerdan con Gutiérrez et al. (2018), quienes, para cultivos de avena, obtuvieron la mejor EAN con dosis de 70 y 140 kg N ha-1; no obstante, con dosis mayores de kg N ha-1 la EAN disminuye. Por otro lado, Marouani y Harbeoui (2016) reportaron mayores rendimientos y N extraído por los tubérculos con las dosis más elevadas de N (200 kg ha-1).

En la Tabla 4 se presenta una comparación entre los datos de la evaluación agronómica encontrados en este experimento y los datos del análisis económico. Se observa que las dosis obtenidas por el método gráfico son muy cercanas a las que produjeron el mejor rédito económico a través del método de Perrin et al. (1983), conducido con los datos de respuesta a la aplicación de dosis de N en las dos variedades y los dos sitios de evaluación.

Tabla 4
Comparación de la eficiencia agronómica y la correspondiente dosis de aplicación de nitrógeno obtenidas por el método gráfico y las dosis de nitrógeno que produjeron la mejor respuesta económica de las variedades Superchola e INIAP Natividad en Cortijo Bajo y Chañag, Quimiag, Chimborazo, 2016.
SitioEvaluación agronómicaEvaluación económica
Meta de rendimientoDosisEANBeneficio netoDosis
Superchola
kg ha-1kg ha-1kg papa kg-1 NUS $ ha-1kg ha-1
Cortijo Bajo55.00012013012.294120
Chañag50.0008016012.83160
INIAP-Natividad
Cortijo Bajo55.000801208.630120
Chañag50.00011015010.268120

Table 4. Comparison of agronomic efficiency and the corresponding nitrogen application doses obtained by the graphical method and the nitrogen doses that produced the best economic response of the Superchola and INIAP Natividad varieties in Cortijo Bajo and Chañag, Quimiag, Chimborazo, 2016.

Las EAN obtenidas en este experimento se pueden usar para calcular la dosis de N necesaria para lograr la meta de rendimiento del cultivo de papa en el dominio de recomendación (zona en la que son iguales las condiciones de clima y suelo) de producción de papa en Quimiag. La meta de rendimiento (rendimiento de papa que el ambiente permite con el mejor manejo agronómico conocido y con la dosis más eficiente de N), es decir (R+N), necesario también para el cálculo, fue establecida por el experimento. De esta forma se determina la dosis de N para cada ciclo de producción. Una vez obtenida y probada la dosis, se puede mejorar la EAN, es decir, más rendimiento con la misma dosis de N, mediante el manejo agronómico (mejores formas de localizar el N en el suelo, diferentes fuentes de N, fraccionamiento cuidadoso de la dosis, mejor manejo de plagas y riego, entre otros.). Los datos de este experimento indican que el ambiente permitiría producir 70.000 kg ha-1 de tubérculos y que con mejor manejo agronómico esta podría ser la nueva meta de rendimiento para el dominio de recomendación. Con este método, la planta es la que finalmente permite determinar la dosis de N necesaria para lograr la meta de rendimiento y hacer eficiente el uso de N. Esta estrategia es fácil de implementar y manejar por los agricultores.

4. Conclusiones

Los experimentos conducidos en Cortijo Bajo y Chañag en Quimiag, Chimborazo, permitieron determinar que la EAN de la variedad Superchola varió entre 130 y 160 kg de papa kg-1 de N aplicado, mientras que la EAN de la variedad INIAP-Natividad varió entre 120 y 150 kg de papa kg-1 de N aplicado. Estos valores permitieron determinar la dosis de N que sería necesario aplicar en el siguiente ciclo de siembra de papa Superchola e INIAP Natividad en el correspondiente dominio de recomendación. Con eso se logra mejorar la EUN en el cultivo de las dos variedades de papa. Las recomendaciones de las dosis de aplicación de N obtenidas con la evaluación agronómica (120 y 80 kg ha-1 para Superchola e INIAP Natividad en Cortijo; mientras que 80 y 110 kg ha-1 para las mismas variedades en Chañag) se comparan con las dosis que lograron el mejor rédito en la evaluación económica de los rendimientos (120 kg ha-1 para las dos variedades en Cortijo Bajo; mientras que 60 y 120 kg ha-1 para Superchola e INIAP Natividad; respectivamente en Chañag). Por otro lado, es evidente que la extracción de N no puede servir de única guía para futuras recomendaciones de fertilización; ya que su análisis llevaría a sobrefertilización para alcanzar la meta de rendimiento del cultivo.

Contribuciones de los autores

Agradecimientos

Nuestro reconocimiento y sentida gratitud al Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias – INIAP y todo el personal que estuvo involucrado en el proceso investigativo; a quienes hacen la Facultad de Ciencias Agrícolas de la Universidad Central del Ecuador por su gran aporte en la formación profesional del estudiantado del país; y de manera especial a los agricultores, Sr. Olmedo Camuana y Sr. Francisco Dávalos, por su generosidad al haber posibilitado la instalación de los experimentos en sus fincas y el valioso espacio brindado para el intercambio de aprendizajes logrados a través de la ejecución de este estudio.

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