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Introducción
La erosión hídrica es un proceso que consiste en el desprendimiento, arrastre y deposición del suelo por la precipitación pluvial (Somoza y Vázquez, 2023). El fenómeno ocurre debido a la exposición de la capa fértil del suelo, originado por su mal manejo. Los impactos son múltiples, ya que no solamente arrastra el suelo, sino que también se deteriora el contenido nutrimental y la materia orgánica (Matías et al., 2020). En regiones tropicales con práctica de agricultura convencional, la erosión hídrica ha contribuido con la degradación sistemática de los suelos agrícolas (López et al., 2022). Se estima que en México el 45 % de los suelos se encuentran degradados, y destaca la erosión por las prácticas agrícolas, el sobrepastoreo y deforestación (Anglés et al., 2021). A su vez, Cotler et al. (2020) estiman que 16 % de las tierras agrícolas nacionales dedicadas a la agricultura de temporal están erosionadas.
Para reducir la erosión hídrica destacan los sistemas de labranza de conservación, cuyo objetivo es reducir la pérdida de suelo y restaurar progresivamente las características agronómicas (Martínez-Gamiño et al., 2019). Entre estos, sobresalen la cero y mínima labranza por el nulo o bajo movimiento de la capa superficial del suelo, que contribuyen a reducir la erosión hídrica, mejorar la capacidad de retención de agua, incrementar el contenido de materia orgánica, mejorar la porosidad, regular la temperatura e incrementar la actividad biótica (Gómez-Calderón y Estrada-León, 2020). En regiones tropicales su implementación en terrenos agrícolas con pendiente contribuye a reducir de manera significativa la pérdida de suelo y a mejorar sus propiedades físicas, químicas y biológicas (Leyva et al., 2020). La mínima labranza involucra suprimir el uso del arado de discos y realizar únicamente el rastreo; mientras que con la cero labranza se suprime el uso total de la mecanización (Borbón-Gracia et al., 2020).
Por otra parte, las asociaciones de cultivo son arreglos que involucran la siembra combinada de plantas en un mismo espacio y tiempo (Tamayo y Alegre, 2022). Las especies que se asocian presentan diferentes características fisiológicas. Las asociaciones, también conocidas como policultivos, tienen como principal propósito mejorar el uso equivalente de la tierra (UET) (Castillo et al., 2022); estos sistemas contribuyen con la conservación del suelo y del agua (Rivière et al., 2022), reducen la presencia de plagas y enfermedades (León et al., 2000), ayudan con el control de la flora arvense y mejoran el paisaje agrícola. La siembra del maíz asociado con calabaza constituye un sistema agrícola milenario de la cultura mesoamericana, el cual tiene efectos positivos sobre la fertilidad del suelo debido a las interacciones ecológicas que ocurren en el agroecosistema (Aguilar et al., 2020). La reducción de la pérdida de suelo es uno de los principales beneficios de los cultivos de cobertura (Capurro y Montico, 2020); en este caso, el cubrimiento foliar de la calabaza disminuye el impacto directo de las gotas de lluvia, lo que reduce la erosión.
Con el propósito de evaluar el efecto de los sistemas de labranza de conservación y la asociación maíz-calabaza para el control del escurrimiento superficial y la erosión hídrica, así como su impacto en la UET de los cultivos básicos, se desarrolló la presente investigación.
Materiales y métodos
Descripción del sitio experimental
La investigación se desarrolló durante el ciclo agrícola de temporal en Villaflores, estado de Chiapas (México), con coordenadas geográficas latitud 16o 15’ N y longitud 93º 14’ W, altitud de 610 m.s.n.m. Clima cálido subhúmedo, temperatura media de 22 °C y precipitación pluvial de 1200 mm anuales. Se acumularon durante el ciclo experimental (19 de junio al 30 de octubre), 817.3 mm, con temperatura media de 25.9 °C (Figura 1). La lluvia se distribuyó en 47 % de la siembra hasta el inicio de la antesis del maíz, y casi el 50 % en la etapa de llenado de grano. Los datos indican un ciclo de temporal atípico con lluvias limitadas, originado por el fenómeno de sequía intraestival, conocido regionalmente como canícula y que se caracteriza por un periodo de intensidad variable en la ausencia de lluvias durante el ciclo del temporal (Fonseca-Flores et al., 2023).
Caracterización edáfica del sitio experimental
El suelo del sitio experimental fue luvisol, con pendiente media de 8 %, típico para el cultivo de maíz en la región Frailesca; para su caracterización se tomó una muestra compuesta (0-20 cm). El resultado representó un suelo típico con aparente degradación de interés agronómico (Tabla 1).
Diseño del experimento
Se utilizó diseño de bloques al azar con arreglo de parcelas divididas en parcelas grandes de 33 m de largo por 2.5 m de ancho, y se expusieron 2 sistemas de labranza (cero y mínima); a su vez, en las parcelas chicas, de 10 m de largo y 2.5 m de ancho, se ubicaron los 3 sistemas de cultivo (maíz, maíz- calabaza y calabaza), dejando calles de 2.5 m entre unidades experimentales. En total, el ensayo ocupó 891 m2. La combinación generó los tratamientos: labranza mínima maíz-calabaza (LMMC), labranza mínima maíz (LMM), labranza mínima calabaza (LMC), cero labranza maíz-calabaza (CLMC), cero labranza maíz (CLM) y cero labranza calabaza (CLC), los cuales estuvieron representados en tres réplicas, 18 unidades experimentales.
Lotes de escurrimiento
Para estimar el escurrimiento superficial y la pérdida de suelo se utilizaron lotes de escurrimiento de 2.5 m x 2.5 m (6.25 m2), los cuales se confinaron con espalderas de madera de 40 cm de altura. Aguas abajo se enterraron recipientes metálicos con capacidad de 200 l. El lote se conectó con el depósito con tubos PVC para conducir agua y sedimentos; en la entrada de cada recipiente se colocaron bolsas plásticas para capturar el sedimento grueso (grava), el cual se cuantificó al final del ciclo del cultivo. Después de cada evento de lluvia se removía el volumen de agua recibido y el sedimento captado; se medía el volumen de escurrimiento recolectado y se tomaba una muestra de 1 l de solución para llevar al laboratorio de suelos de la Facultad de Ciencias Agronómicas. Las muestras se depositaron en vasos de precipitado, agregando 50 gotas de ácido clorhídrico (0.6 N) para promover la precipitación de la muestra de suelo durante 24 horas. Después se decantó el suelo y se colocó en botes de aluminio para su secado en la estufa de circulación de aire a 120 oC durante 24 horas. Al final del ciclo agrícola se cuantificó el peso total de sedimento captado en cada tratamiento evaluado. El escurrimiento superficial por muestreo se obtuvo dividiendo el volumen captado en el tambo () entre la superficie del lote de escurrimiento (6.25 m2).
Preparación del terreno
La preparación del suelo consistió en 2 pasos de rastra para la labranza mínima, mientras que en la cero labranza únicamente se eliminaron las malezas de forma manual.
Siembra
La semilla de maíz fue una variedad nativa de la raza tuxpeño (Coutiño et al., 2021); de la calabaza (Cucurbita moschata Duch) se usó semilla criolla común de la región de estudio. La siembra del maíz se realizó en forma manual, 0.80 m entre filas y 0.40 m entre plantas, depositando 2 semillas por punto de siembra. La calabaza en monocultivo se sembró a 1.0 m entre filas y plantas, con 2 semillas por punto. Para la asociación maíz-calabaza, la siembra fue imbricada.
Manejo del cultivo
El maíz se fertilizó con la fórmula 160-60-00 usando nitrato de amonio y el fosfato diamónico; se aplicó todo el fósforo y la mitad del nitrógeno a los 10 días después de la siembra (DDS), el restante del nitrógeno se aplicó a los 45 DDS. El control de la flora arvense se realizó de forma manual durante 3 tiempos del ciclo; en este predominaron Cynodon dactilon (L.) Pers, Digitaria horizontalis Will, Melampodium divaricatum e Ipomoea sp. En maíz se presentaron los lepidópteros Spodoptera frugiperda Smit. y Mocis latipes (Guenée), por lo que se realizaron 2 aplicaciones de Clorpyrifos (0.36 l ha-1). La cosecha del maíz se realizó a los 134 DDS (14 % humedad) y la calabaza se cosechó cuando los frutos estuvieron maduros y secos (144 DDS).
Humedad del suelo
Cada 5 días se cuantificó la humedad del suelo con el método termogravimétrico; se obtuvieron en campo muestras (0-20 cm), posteriormente en laboratorio se determinó el peso de suelo húmedo (PSH, g), y se secaron durante 48 horas a 120 oC en una estufa de circulación de aire (GCA corporación modelo 17). Con el peso de suelo seco (PSS, g) se estimó el contenido de humedad (HA, %) mediante la Ecuación 1 .
Velocidad de infiltración de agua en el suelo
Mediante el método de doble cilindro se estimó la velocidad de infiltración (VI) e infiltración acumulada (Z) del agua en el suelo, en ambos sistemas de labranza antes de la siembra y después de la cosecha. La tasa de infiltración fue calculada mediante la Ecuación 2 .
Para la lámina de agua acumulada se utilizó la Ecuación 3 .
Donde I: infiltración (cm.h), K: infiltración inicial, t: tiempo, n: pendiente de la curva y Z: infiltración acumulada (cm.h).
Cobertura foliar
El porcentaje de cobertura foliar de la calabaza se calculó de forma directa (Rangel et al., 1997), con la ayuda de un cuadrado (1 m2) dividido en cuadrantes pequeños (10 x 10 cm); este se lanzó al azar cuantificando en cada caso el número de cuadrantes ocupados por la cobertura de la cucurbitácea.
Variables agronómicas en maíz y calabaza
En maíz se cuantificó el rendimiento del grano y en calabaza se midió el rendimiento de los frutos, para lo cual se realizaron análisis de varianza y pruebas de medias de Tukey (p ≥ 0.05), utilizando el paquete estadístico SPSS versión 24.
Uso equivalente de la tierra
Para conocer el uso equivalente de la tierra (UET) o la eficiencia del uso del suelo (Willey, 1979), se utilizó la Ecuación 4 .
Dónde: La y Lb = rendimientos relativos para los cultivos individuales. Ma y Mb = rendimientos de los cultivos en policultivos. Y Sa y Sb = rendimientos de los cultivos solos.
Resultados y discusión
Humedad del suelo
Se presentó un comportamiento irregular de los contenidos de humedad (Tabla 2), sin que se presentara un efecto en los sistemas de labranza y en los patrones de cultivo. Se destacó el mayor contenido medio de agua en cero labranza en cultivo de calabaza. Por otro lado, la cobertura que originó la calabaza en su crecimiento horizontal, además de los residuos vegetales, favorecieron la retención de humedad. Aguilar-Jiménez et al. (2020) señalan beneficios de la calabaza cuando se asocia al maíz, debido a que su cobertura foliar favorece la regulación de la temperatura y, como consecuencia, se reduce la evaporación, lo cual mejora la retención de la humedad en el suelo. Esto favorece a los agroecosistemas dependientes del temporal de lluvias cuando las condiciones meteorológicas son atípicas, como ocurrió en esta investigación.
Escurrimiento superficial
En labranza mínima escurrió un total de 3053.85 mm; y la cero labranza acumuló 2681.42 mm, esto señala un efecto positivo de la no remoción del suelo en la reducción del escurrimiento, lo cual disminuyó la erosión hídrica laminar (Tabla 3). Crespo et al. (2010) destacan el efecto protector de la cobertura vegetal en detener el impacto de la lluvia, ya que limita el escurrimiento y la pérdida de suelo. En la asociación maíz-calabaza el total escurrido fue de 1234.66 mm, para maíz 2308.91 mm y para calabaza 2191.17 mm; esto representa una reducción del escurrimiento superficial con la asociación en comparación a monocultivos; Huerta-Olague et al. (2018) reconocen el papel de la cobertura vegetal y las raíces de los cultivos para proveer protección a los terrenos agrícolas, al reducir el impacto de la precipitación y disminuir la fricción del escurrimiento superficial. En el sistema CLMC se produjo reducción del escurrimiento superficial, lo que evidenció que la siembra directa y la asociación disminuyen el volumen de escorrentía.
Erosión hídrica
El mayor volumen erosionado se registró en labranza mínima, ya que acumuló 21.01 y 1.87 t ha-1 año-1 de suelo y de grava respectivamente. En cero labranza se perdieron 11.43 y 2.63 t ha-1 año-1 (Tabla 4). Esto quiere decir que se redujo la erosión en casi 10 t ha-1 año-1 en siembra directa, por la no perturbación del suelo y de los residuos vegetales, que permiten mayor infiltración y reducen la erodabilidad. Turrent et al. (2017) argumentan que la erosión hídrica ha sido un factor central de degradación de los suelos agrícolas en tierras de ladera en México, por ello la labranza de conservación constituye una estrategia agronómica pertinente. En la asociación de maíz-calabaza se perdieron 7.71 t ha-1 año-1 de suelo y grava; en maíz 16.65 t ha-1 año-1 y en calabaza 13.58 t ha-1 año-1. Con la asociación de cultivos, los volúmenes erosionados disminuyeron en casi 100 %, lo que indica que la cobertura contribuye a reducir la erosión hídrica por salpicamiento. Castelán et al. (2017) reportaron menores volúmenes de sedimento en la asociación maíz-calabaza con respecto al monocultivo. Con el tratamiento CLC se acumuló la menor pérdida de suelo, lo cual evidenció que ambas prácticas contribuyen a reducir la erosión hídrica en la región Frailesca de Chiapas, donde se cultivan de forma anual aproximadamente 60 000 ha de maíz (Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera [SIAP], 2023).
Lámina erosionada y pérdida de macronutrientes
La mayor lámina se perdió en labranza mínima, debido a que la remoción incrementa la susceptibilidad del suelo a ser erosionado. El sistema cero labranza redujo la lámina erosionada, y fue el tratamiento CLMC el que menor capa de suelo perdió (Tabla 5), lo cual evidenció una reducción de erosión laminar por efecto de siembra directa. Las mayores pérdidas de materia orgánica sucedieron en labranza mínima en monocultivos, que se redujo en CLMC; además, la siembra directa con cultivo de cobertura redujo el detrimento. Las pérdidas de Nt (nitrógeno total), P2O5 (pentóxido de fósforo) y K2O (óxido de potasio) fueron mayores en los sistemas de labranza mínima en monocultivos, y menores con CLMC. Castelán et al. (2017) señalan que la asociación maíz-calabaza es eficiente para disminuir el arrastre de las partículas de suelo, pero no así para evitar la disolución de nutrientes como nitrógeno y fósforo en el agua de escorrentía. La pérdida anual y gradual de la fertilidad del suelo significa una fuerte inversión con respecto al precio comercial actual de las diversas fuentes de fertilizantes inorgánicos de N-NO3, P y K.
Velocidad de infiltración de agua en el suelo
Para cero labranza la velocidad de infiltración e infiltración acumulada de agua aumentó después de la cosecha (Figura 2), lo que fue promovido por los residuos orgánicos en siembra directa. Al evaluar el impacto acumulado de la agricultura de conservación Martínez-Gamiño et al. (2019) concluyeron que la infiltración inicial más siembra directa afecta favorablemente la porosidad y densidad aparente en comparación con labranza convencional. En labranza mínima la velocidad de infiltración e infiltración acumulada fueron mayores después de la cosecha (Figura 3); los sistemas de labranza de conservación favorecen la solución del suelo, así mismo, pueden contribuir a solucionar el problema generalizado de la compactación superficial y del subsuelo en la región de estudio, López Báez et al. (2018) reportan el efecto del “encostramiento” que reduce la emergencia de las plántulas y disminuye la infiltración del agua en el suelo, lo cual origina encharcamientos, escurrimientos y erosión, reduciendo la capacidad de conservación de humedad y provocando que el rendimiento del maíz se reduzca hasta 58 % en periodos críticos de sequía.
Figura 2 Velocidad de infiltración e infiltración acumulada en cero labranza, Villaflores, Estado de Chiapas (México).
Cobertura foliar y pérdida de suelo
La LMMC a 20 DDS con cobertura foliar de 10 % y precipitación de 160 mm provocó mayor pérdida de suelo. A los 60 DDS, con una cobertura foliar de 90 %, y mayor precipitación, la pérdida de suelo fue menor (0.2 t ha-1) (Figura 4) y se redujo la erosión conforme se incrementó la cobertura de la calabaza; esto es un efecto positivo de la imbricación que representa el agroecosistema denominado milpa (Mariaca, 2023).
Figura 4 Cobertura foliar y pérdida de suelo en labranza mínima, Villaflores, Estado de Chiapas (México).
La cobertura vegetal originada por las asociaciones de cultivo y el laboreo mínimo contribuyen a reducir los niveles de pérdida de suelo en terrenos montañosos (Blanco et al., 2023). La CLMC a 40 DDS con cobertura foliar de 40 % y precipitación de 40 mm, provocó menor pérdida de suelo (0.05 t ha-1). A los 60 DDS, con 70 % de cobertura y precipitación de 280 mm, se tuvo una pérdida de suelo (0.15 t ha-1). A los 80 DDS el maíz se encontraba en R1, con cobertura foliar de 90 % y precipitación de 110 mm, se tuvo una pérdida de suelo de 0.8 t ha-1 (Figura 5). El incremento de la cobertura en 20 % redujo la pérdida de suelo en 50 %. En CLC el cubrimiento foliar fue más rápido: a los 40 DDS hubo 85 % y a los 70 DDS alcanzó el 100 %, lo que muestra la menor pérdida de suelo. De tal manera, el efecto combinado de la cobertura foliar con la siembra directa es viable en los procesos de manejo ecológico del suelo (Ramírez-Cruz y Oropeza-Mota, 2001).
Rendimientos y uso equivalente de la tierra (UET)
Los tratamientos de monocultivo de maíz fueron superiores estadísticamente en ambos sistemas de labranza. En calabaza no se presentaron diferencias estadísticas entre los tratamientos (Tabla 6). El UET en LMMC produjo 196 % más por unidad de superficie en comparación con los monocultivos.
Tabla 6 Rendimientos y uso equivalente de la tierra en los sistemas asociados
*Letras diferentes en la misma columna señalan diferencias estadísticas entre tratamientos. * Diferencia significativa (Tukey 0.05), ns: no significativo. LMMC: labranza mínima maíz-calabaza; LMM: labranza mínima maíz; LMC: labranza mínima calabaza; CLMC: cero labranza maíz- calabaza; CLM: cero labranza maíz; y CLC: cero labranza calabaza.
Una mayor eficiencia del uso del suelo al realizar la asociación favorece también la conservación del suelo, debido a la cobertura que reduce la erosión hídrica. La asociación maíz-calabaza es un sistema que contribuye con la conservación del suelo, aun cuando los rendimientos relativos sean inferiores a los monocultivos. La mayor producción combinada de los policultivos básicos Mesoamericanos se atribuye a efectos de selección en los que prospera la especie dominante y a la complementariedad de nicho de las asociaciones (Ebel et al., 2017).
Igualmente, las arquitecturas del maíz y la calabaza benefician las condiciones ecológicas del sistema de cultivos (Postma y Lynch, 2012).
Conclusiones
Se cuantificó menor escurrimiento superficial en cero labranza con respecto a labranza mínima. La menor pérdida de suelo y grava por erosión hídrica se cuantificó en la asociación cero labranza maíz-calabaza.
En el sistema cero labranza maíz-calabaza las pérdidas de materia orgánica, nitrógeno, fósforo y potasio fueron menores. Las mayores láminas de suelo erosionadas ocurrieron en labranza mínima de maíz y calabaza.
