La gestión precisa del agua de riego y del nitrógeno mejora la eficiencia en el uso del agua y el nitrógeno en la agricultura de conservación en el maíz

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 12060 (2023) Citar este artículo

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Se organizó un experimento de campo de tres años para abordar la amenaza del agotamiento de las aguas subterráneas y la sostenibilidad de los sistemas agroalimentarios. El sistema de riego por goteo subterráneo (SDI) combinado con el manejo del nitrógeno bajo el sistema de maíz-trigo (MWS) basado en la agricultura de conservación (CA) tiene efectos sobre el rendimiento de los cultivos, la productividad del agua de riego (WPi), la eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE) y la rentabilidad. Los rendimientos de granos de maíz, trigo y MWS en el IDE con el 100% de N recomendado fueron significativamente mayores en un 15,8%, 5,2% y 11,2%, respectivamente, que los del sistema convencional de riego por surcos/inundación (CT-FI). Los ahorros de agua del sistema de riego (~ 55%) y el WPi promedio fueron mayores en maíz, trigo y MWS bajo el sistema SDI que bajo el sistema CT-FI. Hubo un ahorro del 25% del N del fertilizante en maíz y MWS, mientras que no se observó ningún ahorro de N en el trigo. Los retornos netos de MWS fueron significativamente mayores (USD 265) bajo SDI con 100% N (sin subsidio) que el sistema CT-FI a pesar de tener un mayor costo de producción. Los rendimientos netos se incrementaron en un 47% al considerar un subsidio del 80% a la instalación del sistema SDI. Nuestros resultados mostraron un gran potencial para complementar la CA con la gestión de SDI y N para maximizar la productividad, NUE y WPi, lo que puede ser económicamente beneficioso y ambientalmente racional en MWS en Trans-IGP del sur de Asia.

El sistema maíz-trigo es el tercer sistema de cultivo más importante (~ 2,90 M ha) después de los sistemas arroz-trigo y algodón-trigo1 y tiene potencial en vista de una crisis hídrica emergente en las llanuras indogangéticas del sur de Asia. Con el riego convencional por inundación del arroz, una gran cantidad de agua de riego se pierde por evaporación y percolación del suelo2,3. En los últimos años, la superficie cultivada de maíz ha aumentado en el noroeste (NO) de la India, en gran medida debido a las políticas gubernamentales favorables para promover su cultivo con el fin de ahorrar valiosos costos de agua de riego y electricidad4. El cultivo de maíz y trigo convencionales en un campo llano requiere de 6 a 7 operaciones de labranza junto con riego por inundación, lo que implica un alto aporte de energía y un uso ineficiente del agua de riego y del fertilizante nitrógeno (N), y menores ganancias económicas5. Una técnica alternativa para ahorrar agua y aumentar la productividad del agua de riego (WPi) y la eficiencia en el uso de nitrógeno fertilizante (NUE) comprende un cambio a prácticas de agricultura de conservación (AC) basadas en camas elevadas permanentes (labranza cero y cobertura de paja), programación del riego y fertirrigación1. 6.

Existe un gran desafío para mejorar la productividad y disminuir los costos de cultivo en el sistema maíz-trigo. La adopción de camas elevadas permanentes irrigadas por surcos aumentó los rendimientos, la EUN, abordó los problemas laborales y hídricos y salvó el medio ambiente7,8,9,10. En un sistema de siembra permanente en camas elevadas, tanto el maíz como el trigo se plantan en la parte superior de camas de 37,5 cm de ancho con surcos de 30 cm de ancho y reteniendo los residuos de cultivos anteriores en la superficie del suelo11. Estudios anteriores demostraron que el maíz sembrado en camas elevadas permanentes con retención de residuos resultó en un ahorro del 11% en agua de riego y un WPi un 16% mayor en comparación con la siembra convencional8,12.

La agricultura de conservación, junto con una aplicación precisa de agua y nutrientes, brindará oportunidades para una intensificación de los sistemas de cereales para un cambio muy necesario hacia la transformación de los sistemas agroalimentarios en el sur de Asia. La estratificación de riego por goteo combinada con fertirrigación con N en el sistema de AC podría ser una opción económicamente viable para cultivos en hileras, como maíz13,14,15 y trigo15,16,17,18 para aumentar WPi y NUE. El riego por goteo superficial tiene una seria limitación debido al complejo proceso de anclar los laterales al inicio y retirarlos después de la cosecha de cada cultivo porque interfieren con las operaciones del campo durante el año. A diferencia del riego por goteo superficial, el sistema de riego por goteo subterráneo (SDI) reduce la evaporación del suelo, permite una mejor entrega de agua y fertilizantes directamente a la zona de las raíces de las plantas para satisfacer y sincronizar la demanda de las plantas, lo que resulta en mayores WPi y NUE, y también ahorra mano de obra. costo y permite prácticas normales de labranza13,18,19. La aplicación superficial convencional de N como urea fomenta las pérdidas por volatilización de N, particularmente cuando los residuos de cultivos se retienen como mantillo20,21. La fertirrigación precisa de N en varias divisiones a través de SDI podría reducir las pérdidas de N por lixiviación y volatilización, mejorando así la EUN en un sistema permanente de maíz y trigo en lecho elevado basado en CA19,22,23. Por lo tanto, la colocación precisa de N junto con el agua de riego en la zona activa de las raíces del cultivo a través de SDI mejorará la NUE y la WPi en un sistema permanente de maíz y trigo en lecho elevado basado en CA.

Se dispone de información limitada sobre el efecto de los sistemas IDE sobre el rendimiento, la productividad del agua y la EUN en el sistema anual de maíz y trigo basado en AC. Pablo et al.24 y Douh y Boujelben25 informaron un WPi más alto bajo SDI en comparación con el riego por inundación en maíz. Jat et al.19 evaluaron el potencial del IDE bajo un sistema de maíz, trigo y frijol mungo (Vigna radiata) basado en AC utilizando plantaciones en camas planas en suelos parcialmente recuperados y reportaron aumentos significativos en WPi y NUE bajo el IDE en comparación con el riego convencional por inundación. sistemas. Sin embargo, su estudio carece de información sobre las respuestas de los cultivos de maíz y trigo a las diferentes dosis de N aplicadas a través del SDI bajo un sistema de lecho elevado permanente. Por lo tanto, se necesita urgentemente información científica detallada sobre el efecto del método SDI en la respuesta de N, WPi y NUE en las regiones de grave escasez de agua y uso imprudente de fertilizantes N en el sistema permanente de maíz y trigo en lecho elevado basado en AC en el noroeste de la India. . Nuestra hipótesis es que las prácticas basadas en AC (plantación en lechos elevados permanentemente y cobertura de paja) combinadas con el sistema SDI y fertirrigación con N en diferentes niveles aumentarán los rendimientos de los cultivos, WPi y NUE en el sistema maíz-trigo. El objetivo de nuestro estudio fue evaluar los efectos de los niveles de N en el rendimiento de los cultivos, el ahorro de agua de riego, WPi, NUE y la economía bajo SDI en un sistema de riego de maíz y trigo basado en CA en el noroeste de la India.

Las precipitaciones de los años 2015 (541 mm), 2016 (494 mm) y 2017 (444 mm) en las temporadas de maíz fueron inferiores al promedio de largo plazo (LTA) (junio-octubre) de 603 mm (Fig. 1). . Su distribución de patrón también fue bastante diferente durante las tres estaciones, con lluvias bajas en junio de 2015, julio de 2017, agosto de 2016 y 2017, y septiembre de 2017, mientras que se registraron lluvias bastante altas durante julio de 2017. Evaporación mensual en bandeja (E) durante tres temporadas de maíz fue en general comparable al LTA (Fig. 1). El total del sector E en junio-octubre de 2015 (785 mm), 2016 (784 mm) y 2017 (769 mm) fue comparable al de LTA (784 mm). La temperatura mínima mensual fue de 1 a 2 °C más alta que la LTA durante la temporada de crecimiento en 2015 y 2016 (Fig. 2). La temperatura máxima mensual fue normalmente la misma que la LTA, excepto por un valor más alto en julio de 2016.

Evaporación total media mensual y precipitaciones durante 2015–16, 2016–17, 2017–18 y los promedios a largo plazo (1970–2014).

Temperaturas máximas y mínimas medias mensuales durante 2015–16, 2016–17, 2017–18 y promedios a largo plazo (1970–2014).

La precipitación total durante las temporadas de trigo 2015-16 y 2016-17 (noviembre-abril) fue de 74 y 46 mm, respectivamente (Fig. 1), inferior a la LTA de 122 mm. Sin embargo, en 2017-18 la precipitación total (130 mm) coincidió con la LTA. El total de pan E durante la temporada de trigo fue de 600, 581 y 541 mm en 2015-16, 2016-17 y 2017-18, respectivamente, en comparación con el LTA (575 mm) (Fig. 1). La T máxima y mínima mensual media fue mayor que la LTA durante los 3 años de estudio, además de que se registró una T mínima más alta en marzo-abril de 2016 y una T máxima más baja en marzo de 2017 (Fig. 2).

Se observaron efectos de interacción significativos de los tratamientos año × en los rendimientos de granos de los cultivos de maíz y trigo, por lo que los datos de rendimiento anual se analizan en la siguiente sección.

El rendimiento del grano de maíz disminuyó a lo largo de los años independientemente de los tratamientos. Fue significativamente mayor en 2015 (7,73 t ha–1) en comparación con 2016 (6,95 t ha–1) y 2017 (6,53 t ha–1). El rendimiento del maíz aumentó significativamente al aumentar la dosis de N hasta el 100% de la dosis de N recomendada (T4) en el sistema SDI en los tres años del estudio. El rendimiento medio de grano (promediado de 3 años) con T4 fue mayor en un 132 % en comparación con el control sin N (T1) (Tabla 1). Con la dosis de N recomendada (100% N), los datos promedio de 3 años (promedio durante 3 años) indicaron que el rendimiento del maíz fue significativamente mayor (16,0%) en SDI (T4) en comparación con el sistema FI convencional (T5) (Tabla 1). El rendimiento de grano de maíz (media de 3 años) con 75% de la dosis de N recomendada en el sistema SDI (T3) fue similar al de 100% de N en el sistema FI convencional, lo que ayudó a ahorrar un 25% de fertilizante N. Curiosamente, los efectos de interacción (año por tratamiento) indicaron que el rendimiento del maíz no fue estadísticamente diferente entre T3 y T5 en el año 2015, pero en los años 2016 y 2017, el rendimiento del maíz fue superior en T4 que en T3 y T5. En 2017, incluso el rendimiento del maíz fue un 22 % mayor con 75 % de N con SDI (T3) que con 100 % N con riego por surcos (T5) y esto fue similar al 50 % de N con SDI (T2, Tabla 1).

El rendimiento del grano de trigo, independientemente de los tratamientos, fue significativamente mayor en 2016-17 (5,12 t ha-1) en comparación con 2017-18 (4,80 t ha-1), pero disminuyó nuevamente en 2015-16 (4,26 t ha-1) (Cuadro 1 ). En los 3 años de estudio, el trigo respondió significativamente a la aplicación de N hasta 120 kg ha–1 (dosis de N recomendada del 100%) bajo SDI en el sistema maíz-trigo (Tabla 1). El aumento en el rendimiento del trigo (promediado durante 3 años) fue del 173% bajo T4 en comparación con ningún control de N (T1). No hubo ahorro de N usando SDI en trigo, pero los resultados medios de 3 años indican que el sistema SDI ayudó a lograr un rendimiento significativamente mayor en un 5,1 % en T4 en comparación con T5 (Tabla 1). En 2015-16 y 2016-17, el rendimiento del grano de trigo con T4 fue significativamente mayor en un 6,9 y 6,5 % en comparación con T5 con dosis similares de fertilizante N, respectivamente (Tabla 1), mientras que el rendimiento del trigo fue similar con T4 y T5 en 2017-18. . Los resultados de la interacción (año por tratamiento) mostraron que el mayor rendimiento de grano de trigo se registró bajo SDI con 100% N (T4) seguido del riego por surcos con 100% N (T5) en el año 2016-17. A diferencia del maíz, el SDI con 75 % de N (T3) tuvo un rendimiento inferior al del trigo que el T5, excepto en 2016-17, donde ambos se encontraron a la par.

En general, el rendimiento del sistema de maíz-trigo (MW) no difirió entre los años (Cuadro 1), a diferencia de los cultivos individuales, esto fue compensado por el rendimiento del maíz y el trigo. Los datos promedio de 3 años muestran que el rendimiento total del sistema MW difirió significativamente entre los tratamientos, excepto para T3 y T5. El mayor rendimiento de grano del sistema se produjo en el T4, que fue superior en un 2,0 % en comparación con el T3 y el T5 (Cuadro 1). Según el sistema, el rendimiento fue similar en T3 y T5, lo que resultó en un ahorro del 25% de N en fertilizante. No se observaron efectos de interacción en el rendimiento del sistema y el rendimiento del sistema osciló entre 5,69 y 14,98 Mg ha–1.

El agua total de riego aplicada en el maíz, independientemente de los tratamientos, fue significativamente mayor en 2017 (195 mm) en comparación con 2016 (111 mm) y 2015 (108 mm) (Tabla 1). Las dosis de N (T2-T4) mostraron una diferencia no significativa en la cantidad total de riego dada al maíz bajo el SDI (Cuadro 1). Esto se debió a que todos estos tratamientos recibieron la misma cantidad de agua en cada riego aplicado. El ahorro promedio de agua de riego bajo el sistema SDI fue de 141 mm en comparación con el sistema CT y esto fue un 56% menor en comparación con el posterior (Tabla 1).

De manera similar, el agua total de riego aplicada en el trigo, independientemente de los tratamientos, fue significativamente mayor en 2017-18 (230 mm) en comparación con 2016-17 (205 mm) y 2015-16 (201 mm) (Tabla 1). Las dosis de N (T3-T4) mostraron un efecto no significativo sobre la cantidad total de riego dado en trigo bajo SDI y fueron significativamente más altas que los tratamientos T1 y T2 (Tabla 1). El ahorro promedio de agua de riego en trigo bajo el sistema SDI fue de 196 mm en comparación con el sistema CT. La cantidad de agua de riego suministrada al trigo en T4 fue en promedio un 53,0% menor en comparación con T5 (Tabla 1).

Al igual que los cultivos de maíz y trigo, la mayor cantidad de agua de riego se aplicó (425 mm) durante 2017-18 y la menor fue en 2015-16 (309 mm). El ahorro en el aporte de agua de riego en el sistema maíz-trigo fue del 54% en el T4 respecto al T5 durante el periodo de estudio (Cuadro 1). El ahorro promedio de agua de riego en el sistema maíz-trigo bajo el sistema SDI fue de 337 mm en comparación con el sistema CT (Cuadro 1).

Los resultados de los efectos de la interacción del año por tratamientos mostraron que la mayor cantidad de agua de riego se aplicó en T5 durante 2017-18 tanto para los cultivos de maíz como de trigo y a nivel de sistema y fue la más baja en T1 durante 2015-16.

El WPI del maíz, independientemente de los tratamientos, fue significativamente mayor en 2015 (8,72 kg m–3) en comparación con 2016 (7,08 kg m–3) y volvió a disminuir en 2017 (3,53 kg m–3) (Cuadro 1). Los datos medios de 3 años muestran que el WPi del maíz fue 2,9 veces mayor en T4 en comparación con T5 (Tabla 1). En el tratamiento SDI, el WPi del maíz en T4 osciló entre 5,09 y 11,9 kg m–3 en comparación con 2,16 a 3,56 kg m–3 en T5 durante 3 años de experimentación (Cuadro 1). El WPi del maíz en T4 fue significativamente mayor en 3,3, 2,8 y 2,4 veces en comparación con T5 en 2015, 2016 y 2017, respectivamente (Tabla 1).

Al igual que el maíz, el WPi del trigo, independientemente de los tratamientos, fue significativamente mayor en 2016-17 (2,57 kg m-3) en comparación con 2015-16 (2,21 kg m-3) y 2017-18 (2,30 kg m-3) (Cuadro 1 ). Los datos medios de 3 años muestran que el WPi del trigo fue significativamente mayor en 2,2 veces en T4 en comparación con T5 (Tabla 1). El WPi del trigo en el sistema SDI (T4) osciló entre 3,21 y 3,56 kg m-3 en comparación con 1,32-1,90 kg m-3 en T5 en los tres años de experimentación (Tabla 1). El WPi del trigo en T4 fue significativamente mayor en 2,24, 1,87 y 2,48 veces en comparación con T5 en 2015-16, 2016-17 y 2017-18, respectivamente (Tabla 1). El WPi del sistema maíz-trigo, independientemente de los tratamientos, fue significativamente mayor en 2015 (4,30 kg m–3) en comparación con 2016 (4,05 kg m–3), pero disminuyó nuevamente en 2017 (2,89 kg m–3) (Cuadro 1). Los datos medios de 3 años muestran que el WPi del sistema maíz-trigo fue significativamente mayor en 2,4 veces en T4 en comparación con T5 (Tabla 1). El WPi basado en el sistema en T4 fue significativamente mayor en 2,56, 2,18 y 2,52 veces en comparación con T5 en 2015, 2016 y 2017, respectivamente (Tabla 1).

La absorción de N del grano de maíz fue similar en ambos años (Cuadro 2). Sin embargo, fue significativamente mayor (11,4%) en 2016-17 en comparación con 2017-18 en el trigo (Cuadro 2). La absorción de N del grano de maíz y trigo aumentó significativamente con la tasa creciente de N bajo el sistema SDI (Cuadro 2). En el tratamiento 100% N con SDI (T4), la absorción de N del grano fue significativamente mayor en 30,2 y 15,6% (media de 2 años) en maíz y trigo en comparación con el sistema FI convencional (T5), respectivamente (Tabla 2). El sistema SDI no mostró un efecto significativo sobre la eficiencia de absorción de N del grano (NupEG) en maíz y trigo a diferentes dosis de N en la media de los datos de dos años (Tabla 2). Con la misma dosis de N, NupEG en maíz fue significativamente (p < 0,05) mayor en un 44,0% en SDI (T4) que en T5 (Tabla 2). El aumento correspondiente en el grano de trigo NupEG en T4 en comparación con T5 fue del 22,0%. La absorción total de N del maíz y el trigo (2017-18) aumentó significativamente con la tasa creciente de N bajo el sistema SDI (Tabla 1). En el tratamiento con 100% de N con SDI (T4), la absorción total de N fue significativamente mayor en 44,0 y 17,2% en maíz y trigo en comparación con el sistema FI convencional (T5), respectivamente (Tabla 1s). El sistema SDI no mostró un efecto significativo sobre la EUN en maíz y trigo (2017-18) con diferentes dosis de N (Tabla 1). En el tratamiento 100% N con SDI (T4), la NUE fue significativamente mayor en 67,7 y 24,6% en maíz y trigo en comparación con el sistema FI convencional (T5), respectivamente (Tabla 1s).

La eficiencia agronómica del nitrógeno (AEN) del maíz y el trigo generalmente disminuyó significativamente (p <0,05) con el aumento de la dosis de N hasta el 75% de la dosis recomendada de N (T3). Los datos medios de 3 años mostraron que la AEN en maíz fue significativamente mayor (31,5%) en T4 en comparación con T5 (Tabla 2). La AEN en el trigo, independientemente de los tratamientos, fue significativamente mayor en 2015-16 en comparación con 2016-17 y 2017-18 (Tabla 2). Los datos medios de 3 años mostraron que la AEN en maíz fue significativamente mayor (8,4%) en T4 en comparación con T5 (Tabla 2).

Las relaciones entre las dosis de fertilizante N y el rendimiento de grano de maíz y trigo se describieron mejor mediante funciones cuadráticas (Fig. 1s). Las ecuaciones de regresión, coeficiente de regresión, dosis óptima (OD) de N y dosis económica óptima (EOD) de N se presentan en la (Tabla 3). La DO de N para obtener el máximo rendimiento y la EOD fueron 140 kg N ha–1 y 138 kg N ha–1 para el maíz, respectivamente (Cuadro 3). Los valores correspondientes para el trigo fueron 225 kg N ha–1 y 221 kg N ha–1, respectivamente (Cuadro 3).

Hubo una diferencia significativa en el contenido de N amoniacal entre los diferentes tratamientos en todas las profundidades del suelo (Fig. 3a). El contenido de NH4-N varió de 1,2 a 3,5 (0–7,5 cm), 1,2 a 3,7 (7,5–15 cm) y 1,2 a 2,3 mg kg–1 (15–30 y 30–45 cm) de profundidad del suelo, respectivamente (Fig. .3a). El contenido de NH4-N fue significativamente mayor en T4 que el de T5 en profundidades de suelo de 0 a 7,5 y de 7,5 a 15 cm, mientras que fue significativamente mayor en T5 en comparación con T4 a una profundidad de suelo de 15 a 30 cm. De manera similar, hubo una diferencia significativa en el contenido de nitrógeno nitrato entre los diferentes tratamientos en todas las profundidades del suelo (Fig. 3b). El contenido de NO3-N varió de 7,5 a 14,0 (0,7,5 cm), de 5,9 a 8,8 (7,5 a 15 cm), de 1,2 a 5,9 (15 a 30 cm) y de 1,2 a 4,7 mg kg–1 en 30 a 45 cm. profundidad del suelo (Fig. 3b). NO3-N fue significativamente mayor en T4 que en T5. De manera similar, se encontró un mayor contenido de N mineral (NH4 – N + NO3 – N) en T4 en comparación con T5 en todas las profundidades del suelo (Fig. 3c).

Efecto de la tasa de nitrógeno y la fertirrigación por goteo sobre (a) nitrógeno amoniacal (NH4 – N); (b) nitrógeno nitrato (NO3-N) y (c) N mineral a diferentes profundidades del suelo después del trigo 2017-18 en un sistema maíz-trigo basado en AC. Las barras verticales son el error estándar (SE) dentro de cada tratamiento. Consulte la Tabla 5 para obtener detalles del tratamiento.

La rentabilidad económica juega un papel fundamental al considerar las prácticas de manejo de cultivos. Considerando el Escenario 1 con subsidio a la electricidad así como un subsidio del 80% a un sistema de goteo, los costos variables de producción tanto en maíz como en trigo fueron menores en US$ 47 en las parcelas SDI basadas en CA (T4) que en el caso del maíz convencional. -sistema de trigo (T5) (Fig. 4a). En el marco del T5, el mayor costo variable en comparación con el SDI se debió a mayores costos de mano de obra y combustible para la preparación del semillero tanto de maíz como de trigo. En el Escenario 2, sin subsidio a la electricidad y al sistema de goteo, los costos variables de producción de maíz y trigo fueron US$ 18 y 12 mayores en el tratamiento SDI (T4) en comparación con T5, respectivamente (Fig. 4a). Los altos costos variables bajo T4 se debieron principalmente a los altos costos de goteo. Los rendimientos brutos del maíz, independientemente de los tratamientos, fueron significativamente mayores en un 8,2 y un 10,3% en 2015 en comparación con 2016 y 2017, respectivamente (Fig. 4b). Los datos medios de 3 años muestran que los rendimientos brutos del maíz fueron significativamente mayores (16,1%) en T4 en comparación con el FI convencional (T5) (Fig. 4b). Los rendimientos brutos del trigo, independientemente de los tratamientos, fueron significativamente mayores en un 24,8% en 2016-17 en comparación con 2015-16 (Fig. 4c). Los datos medios de 3 años muestran que los rendimientos brutos del trigo fueron significativamente mayores (3,4%) en T4 en comparación con T5 (Fig. 4c).

Costo variable de producción (a) y retorno bruto (en dólares estadounidenses) de maíz (b) y trigo (c) bajo diferentes prácticas de manejo en un sistema de riego por goteo subterráneo. Las barras verticales son el error estándar (SE) dentro de cada tratamiento. Consulte la Tabla 5 para obtener detalles del tratamiento.

Considerando el Escenario 1 con un subsidio a la electricidad así como un subsidio del 80% a un sistema de goteo, los retornos netos del sistema de maíz y de maíz-trigo no fueron significativamente diferentes en 3 años (Cuadro 4). Los rendimientos netos del trigo, independientemente de los tratamientos, fueron significativamente mayores, un 35,1% en 2016-17 que en 2015-16 (Cuadro 4). Similar fue la tendencia de los rendimientos netos en los sistemas de maíz, trigo y maíz-trigo para el Escenario 2 (Cuadro 4). En el Escenario 1, los datos medios de 3 años muestran que los rendimientos netos fueron significativamente mayores en un 27,9, 8,5 y 17,6% en el sistema de maíz, trigo y maíz-trigo, respectivamente, en el sistema T4 en comparación con el FI convencional (T5) (Tabla 4). En el Escenario 2, el aumento correspondiente fue del 22,6, 3,6 y 12,7% en el sistema maíz, trigo y maíz-trigo, respectivamente (Cuadro 4).

Considerando el Escenario 1 con subsidio a la electricidad así como un subsidio del 80% a un sistema de goteo, la relación beneficio-costo (B:C) para el sistema SDI fue de 3,47 en comparación con 2,64 para T5 (Tabla 4). En el Escenario 1, los datos medios de 3 años muestran que la relación B:C fue significativamente mayor en 42,3 y 23,8% en maíz y trigo, respectivamente, en T4 en comparación con FI convencional (T5) (Tabla 4). Considerando el Escenario 2 sin subsidio a la electricidad y sistema de goteo, la relación B:C para el sistema SDI fue de 2,38 en comparación con 2,20 para T5 (Tabla 4). En el Escenario 2, los datos combinados de 3 años muestran que la relación B:C fue significativamente mayor en un 18,1% en el maíz bajo T4 en comparación con el FI convencional (T5) (Tabla 4). Los rendimientos netos y la relación B:C del SDI seguirán siendo más uniformes cuando el subsidio se reduzca del 80% al 25%.

El rendimiento del grano de maíz se vio notablemente afectado por el patrón de distribución estacional de las precipitaciones. Por ejemplo, la alta reducción en el rendimiento del maíz observada en 2017 bajo T5 posiblemente se debió a lluvias más intensas (191 mm) recibidas en agosto en comparación con 166 y 89 mm en 2015 y 2016, respectivamente, que afectaron negativamente el crecimiento del maíz debido a inundaciones temporales. Muchos investigadores8,26,27 informaron un mayor rendimiento de maíz bajo la siembra permanente en camas elevadas con cobertura de residuos en comparación con el diseño de camas frescas CT sin cobertura en suelos franco arenosos y de textura fina porque el maíz bajo el sistema de camas frescas sufrió anegamiento debido a la formación de costras y suelos pobres. aireación. El mayor efecto negativo de la inundación sobre el rendimiento del maíz en T5 también puede atribuirse a la menor tasa de infiltración comúnmente observada en el sistema CT de camas frescas en comparación con el sistema maíz-trigo basado en CA19,28. En contraste, Jat et al.29 y Ram et al.30 observaron diferencias no significativas en el rendimiento de grano de maíz en camas elevadas permanentes y camas frescas debido a la alta tasa de infiltración del suelo franco-arenoso. En un estudio reciente, Jat et al.19 registraron un rendimiento de maíz similar bajo sistemas de riego por inundación y SDI, pero este último recibió un 25% menos de fertilizante N en un sistema basado en AC de maíz, trigo y frijol mungo (Vigna radiata Lamm) bajo condiciones climáticas casi similar al del presente estudio. El rendimiento del maíz también depende del tiempo estacional y de las variaciones climáticas; en años de lluvias bien distribuidas y normales, ambos sistemas funcionan de manera similar, pero bajo eventos de lluvias irregulares y fuertes y temporadas de sequía más prolongadas, los lechos permanentes funcionan mejor que los lechos frescos8,26,27 . Lamm y Trooien31 y Tarkalson et al.32 de regiones semiáridas de Nebraska, EE. UU., informaron un rendimiento de maíz similar o mayor con SDI en comparación con el riego por inundación debido al suministro preciso de agua y N para las necesidades del cultivo. El mayor peso del grano en 2015 en comparación con 2017 contribuyó a un mayor rendimiento de grano de maíz en el primer año (Cuadro 2s). Sin embargo, no hay información disponible sobre el rendimiento de grano con diferentes dosis de N con SDI. El mayor rendimiento del maíz con 100% de N bajo SDI podría atribuirse a que la aplicación de N en la zona de las raíces mediante fertirrigación y la colocación profunda también reduce las pérdidas de N, lo que también satisfizo la demanda de la planta de manera más sincronizada. El aumento del rendimiento del trigo en 2016-17 podría deberse a condiciones climáticas favorables en comparación con el primer año. Por ejemplo, las temperaturas máximas y mínimas en marzo de 2016-17 fueron entre 1,5 y 4,4 °C más bajas que en 2015-16 y 2017-18. Aryal et al.33 y Gupta et al.34 informaron que el clima es muy importante para determinar el rendimiento del grano de trigo en ecologías similares. Gupta et al.34 demostraron un aumento en el rendimiento del trigo cuando la temperatura diaria en un año en particular fue entre 2,2 y 3,3 °C más baja durante la etapa de llenado del grano en comparación con otros años de su estudio. La av. más alta. El peso del grano y los granos por espiga en 2016-17 en comparación con otros años contribuyeron a un mayor rendimiento del grano de trigo en el segundo año (Tabla 2). Nuestros hallazgos son consistentes con los investigadores anteriores16,17,18,19 que informaron rendimientos de trigo similares o mayores bajo SDI en comparación con el riego por inundación en suelos de textura media a fina. El mayor WEY total del sistema en el primer y segundo año en comparación con el tercer año se debió a un mayor rendimiento del grano de maíz o de trigo en el primer y segundo año. La mayor productividad total del sistema (WEY) bajo SDI podría deberse a los efectos beneficiosos de las prácticas de AC sobre el crecimiento de los cultivos y a la mejor sincronía entre la fertirrigación con N dividido y la demanda de N de los cultivos en varias etapas de crecimiento tanto en maíz como en trigo. Un mejor suministro de agua y N a través del SDI resultó en mayores rendimientos de maíz y trigo en comparación con el sistema FI convencional debido a la reducción de las pérdidas de N y a la mejora de la disponibilidad de agua de riego. Lu et al.15 también concluyeron observaciones similares; Li et al.35 y Yolcu y Cetin36 bajo IDE en cultivos de maíz y trigo.

El mayor ahorro de agua de riego con el sistema SDI en comparación con el sistema CT podría deberse a la distribución uniforme del agua de riego en la zona de las raíces en SDI, lo que minimiza las pérdidas por evaporación y percolación y otros beneficios adicionales aportados por el acolchado de residuos de cultivos en lechos permanentes. sistemas. Los investigadores23,37,38 informaron grandes ahorros en agua de riego en el tratamiento SDI tanto en cultivos de maíz como de trigo debido a las bajas pérdidas por drenaje y evaporación. Nuestros hallazgos respaldan los resultados de estudios anteriores19,23,31,39 que muestran una reducción del 23 al 55% en el uso de agua de riego y un aumento del WPi en comparación con la FI convencional. El aumento del WPi se atribuye tanto al aumento del rendimiento de los cultivos como al ahorro de agua de riego. Estudios anteriores19,23 también mostraron una reducción del 32 al 53 % en el uso de agua de riego en el trigo bajo el SDI en comparación con los sistemas de inundación convencionales. Nuestros resultados son consistentes con los hallazgos de Chen et al.16, Sidhu et al.18 y Jat et al.19 utilizando SDI en trigo bajo sistemas de cultivo arroz-trigo y maíz-trigo. La retención de residuos de cultivos en la superficie en trigo y maíz basados en AC bajo SDI (T4) también podría haber ayudado a conservar la humedad del suelo a través de una reducción en la pérdida por evaporación, reduciendo así los requisitos de agua de riego29,37,38,40.

Nuestros datos mostraron valores notablemente más altos de NupEG en maíz (67–75%) y trigo (76–88%) en camas elevadas permanentes usando SDI en comparación con el sistema de riego por inundación CT, como 45–50% informado por Ladha et al.41. De manera similar, se observó una mayor NUE en maíz (108 %) y trigo (87 %) en camas elevadas permanentes utilizando SDI en comparación con el sistema de riego por inundación CT (64–69 %) en 2017–18. Bar-Yosef42 informó que la EUN bajo el SDI podría llegar al 90% en comparación con el 40-60% con los métodos convencionales de aplicación de fertilizantes. Nuestros datos mostraron que hubo un ahorro del 25% de fertilizante N en maíz y sistema WEY debido a que el N se aplicó en 5 divisiones iguales en el sistema SDI en la zona de raíces en comparación con la aplicación al voleo en 2 divisiones iguales en el sistema FI convencional. sistema. El sistema SDI posiblemente redujo las pérdidas de N mediante lixiviación, volatilización de amoníaco y desnitrificación porque se aplicaron pequeñas dosis de N en varias divisiones cerca de la zona de las raíces junto con pequeñas cantidades de agua de riego19,36. Según Majeed et al.10 y Sandhu et al.23, las menores pérdidas de N en maíz y trigo bajo camas elevadas permanentes pueden conducir a una alta eficiencia de recuperación del N aplicado en comparación con la siembra plana convencional. Los mayores rendimientos de grano de maíz y trigo bajo SDI dieron como resultado una AEN significativamente mayor bajo T4 en comparación con T5. La mayor absorción de N bajo el sistema SDI se asoció con una mayor producción de biomasa y una menor pérdida de fertilizante aplicado en comparación con los sistemas FI convencionales. Jat et al.19 y Sandhu et al.23 informaron un aumento significativo en AEN y NUE bajo riego por goteo en comparación con los sistemas FI convencionales en sistemas de maíz-trigo. Yadvinder-Singh et al.21 sugirieron que tanto el momento como el método de aplicación de N son importantes para aumentar la EUN en condiciones de cobertura de paja. Li et al.43 informaron que el SDI aumentó el rendimiento del grano de maíz mediante una mayor absorción de nutrientes por parte de las plantas y una reducción de la volatilización del amoníaco. La reducción del uso de fertilizantes nitrogenados mediante un aumento de la EUN conduciría a una reducción sustancial del N2O emitido por la producción y aplicación de fertilizantes nitrogenados44. La DO del N fertilizante para maíz en SDI fue de 140 kg ha–1 en comparación con el N recomendado en el sistema FI convencional (150 kg ha–1). Por lo tanto, el sistema SDI ahorró ~ 7% de N fertilizante con mayor potencial de rendimiento en maíz. El valor de EOD para el sistema SDI no cambió significativamente en comparación con el OD debido al bajo precio subsidiado de la urea N. Los valores de OD y EOD para el trigo son más altos en comparación con los del maíz. Los valores de OD y EOD para el trigo están fuera del rango de los límites experimentales y, por lo tanto, será erróneo discutirlos aquí. El efecto de la fertirrigación en el riego por goteo en NupEG puede subestimarse cuando el agua de riego contiene una cantidad significativa de NO3-N debido a la reducción significativa en el uso de agua de riego bajo SDI en comparación con FI convencional. Estudios anteriores45,46,47 informaron una amplia gama de concentraciones de NO3-N (0 a 40 mg NL–1) en las aguas subterráneas del noroeste de la India. Sin embargo, el agua de riego utilizada en nuestro estudio aportó una pequeña cantidad de N (datos no informados). El mayor NO3-N en T4 que en T5 puede atribuirse a que el agua no se filtra en las profundidades más bajas bajo el método SDI debido a la luz y los riegos frecuentes. De acuerdo con los resultados de nuestro estudio, Yuvarajan y Mahendran48 informaron mayores nutrientes disponibles (NPK) en el tratamiento con fertilizante 100% recomendado en las muestras de suelo poscosecha bajo SDI en comparación con el sistema de riego por inundación en bananos.

Los mayores rendimientos de los cultivos, junto con el bajo costo de la labranza y la mano de obra, dieron como resultado los mayores retornos netos en el sistema SDI (T4) en comparación con el sistema convencional (T5) de maíz y trigo. Considerando el Escenario 1 con un subsidio a la electricidad así como un subsidio del 80% a un sistema de goteo, los mayores retornos brutos y netos en el maíz de 2015 en comparación con otros años se debieron a un mayor rendimiento del grano de maíz en 2015. De manera similar, los mayores retornos brutos y netos en El trigo de 2016-17 en comparación con el trigo de 2015-16 se debió a un mayor rendimiento del grano de trigo en 2016-17. Los menores rendimientos netos en el control sin N (T1) en el trigo de 2015-16 se debieron al bajo rendimiento del grano de trigo (Cuadro 1), junto con un menor MSP del trigo de 2015-16 (Sección “Análisis económico”). En el sistema arroz-trigo, Sidhu et al.18 informaron una ganancia neta un 29,8% mayor para el sistema SDI con un subsidio del 80% sobre los ingresos del sistema convencional (riego por inundación). De manera similar, Jat et al.19 informaron que el SDI en un sistema de maíz y trigo basado en AC proporcionó una rentabilidad un 5,4% mayor que el sistema convencional (riego por inundación).

Este estudio demostró que el SDI puede lograr rendimientos de cultivos similares o superiores a los del riego convencional por inundación y las prácticas recomendadas de manejo del N en las regiones subtropicales. Con la dosis de N recomendada del 100%, los rendimientos de maíz y trigo (promedio durante tres años) fueron 15,7 y 5,2% más altos bajo el sistema SDI que con el tratamiento FI convencional, respectivamente. La respuesta del rendimiento de grano de maíz y trigo a la aplicación de fertilizante N se describió mejor mediante funciones de respuesta cuadráticas en el sistema SDI. La WP de riego bajo SDI fue 183 y 120% mayor para el maíz y el trigo que la del tratamiento FI convencional, respectivamente. De manera similar, la NUE en el sistema maíz-trigo mejoró significativamente bajo SDI en comparación con los sistemas FI convencionales con un ahorro del 25% de fertilizante N en maíz. Los retornos netos del sistema de maíz y trigo basado en CA combinado con IDE proporcionaron retornos netos 17,6% (con un subsidio del 80% al IDE) más altos que los del sistema FI convencional. En general, combinar AC con SDI en un sistema de maíz y trigo resultó en un mayor rendimiento, WPi, NUE y retornos netos que el FI convencional, y puede adoptarse en otras partes del sur de Asia. Se deben realizar investigaciones futuras para comprender las transformaciones de N en el suelo y cuantificar los mecanismos de pérdida de N bajo SDI para diseñar estrategias de fertirrigación efectivas para aumentar aún más la NUE. Es necesario explorar el potencial de utilizar la IDE para otros nutrientes (por ejemplo, P, K y micronutrientes) para lograr una alta productividad y eficiencia en el uso de nutrientes en los sistemas de maíz y trigo en diferentes zonas agroclimáticas.

El sitio experimental en el Instituto Borlaug para el Sur de Asia (BISA), Ladhowal (30,99°N de latitud, 75,44°E de longitud, 229 m ASL), Punjab, India, que tiene un clima subtropical semiárido. Al verano caluroso y seco de marzo a junio le sigue la temporada de monzones desde finales de junio a mediados de septiembre y el invierno de octubre a febrero; El 80% de las precipitaciones anuales (una media de 734 mm) cae durante la temporada de los monzones. La textura del suelo (capa de 0 a 15 cm) es Typic Haplustept con franca (34% arena y 46% limo). La pendiente del área es de 0,2 a 0,4%. Los valores de pH (1:2 suelo: agua), conductividad eléctrica, C orgánico Walkley-Black, P extraíble con NaHCO3 y K extraíble con NH4OAc fueron 8,4, 0,53 dS m–1, 7,5 g kg-1, 21,8 mg kg. –1 y 191 mg kg–1, respectivamente. Los valores de Zn, Fe, Mn y Cu fueron 1,35, 13,0, 2,25 y 1,52 mg kg–1, respectivamente. Los contenidos de Ca, Mg y S fueron 80,0, 24,0 y 74,6 mg kg–1, respectivamente. La tasa de infiltración y la capacidad de retención de agua fueron de 6,75 mm h–1 y 23,3% (en peso seco), respectivamente. Al inicio del experimento, la densidad aparente de la capa de suelo de 0 a 10 cm era de 1,47 Mg m-3. El experimento se llevó a cabo durante 3 años (2015–16, 2016–17 y 2017–18), y antes de este experimento, el sitio estuvo bajo el sistema de maíz-trigo durante los últimos tres años.

La precipitación diaria, la temperatura máxima (Max T) y la temperatura mínima (Min T) se midieron diariamente utilizando una estación meteorológica Davis (Davis Vantage Pro 2 Weather Station) instalada en el sitio experimental (Manual de producto Davis Instrument Corp.).

Se estableció un sistema de siembra en camas elevadas con camas de 0,675 m de ancho (de medio surco a medio surco) y los cultivos se sembraron en una parte superior de 0,375 m de ancho. Después de la cosecha de trigo en abril de 2014, el sistema SDI se estableció en mayo de 2014. Para anular los efectos residuales anteriores de los tratamientos de maíz y trigo en parcelas experimentales, las cosechas generales de maíz (2014) y trigo (2014-15) se aumentaron a Estabilizar los lechos elevados permanentes antes del inicio del experimento en junio de 2015.

En este estudio se incluyeron cinco tratamientos y los detalles se dan en la Tabla 5. Se utilizó un diseño de bloques completos al azar con 3 repeticiones en cada temporada. El tamaño de cada parcela fue de 81 m2 (2,70 m × 30 m).

En junio de 2013, se preparó un semillero de maíz utilizando un arado de discos seguido de dos pasadas del cultivador y una niveladora asistida por láser para nivelar el campo. En la primera semana de junio de 2013, se prepararon camas elevadas frescas usando una sembradora de camas impulsada por un tractor de 4 ruedas (National Agro Industries, Ludhiana, Punjab, India) y se sembró maíz en la parte superior de las camas usando la dosis recomendada de fertilizantes (120 kg N como urea + 26 kg P como fosfato diamónico + 50 kg K como muriato de potasa ha–1) en la última semana de junio y cosechados en la segunda semana de octubre de 2013. Los lechos frescos se mantuvieron como tales en áreas designadas. parcelas para los tratamientos T1 a T4 y denominadas camas elevadas permanentes para la próxima cosecha de trigo. En T5 se prepararon camas frescas en cada temporada las cuales fueron desmanteladas después de la cosecha antes de sembrar la siguiente cosecha de trigo. Se sembró una hilera de maíz en el centro de la parte superior de la cama a una distancia de 20 cm entre plantas, mientras que en cada cama se sembraron 2 hileras de trigo con una separación de 20 cm. En T5, las camas, después de que se desmanteló la cosecha de maíz y se sembró trigo de labranza convencional con un espacio entre hileras de 22,5 cm en camas planas. Los lechos elevados permanentes nunca fueron alterados, pero los surcos se remodelaron ligeramente una vez al año (antes de sembrar el cultivo de maíz) sin alterar la forma del lecho. Para todas las operaciones se utilizó un tractor de 4 ruedas con llantas estrechas para restringir el movimiento solo en los surcos.

En los tratamientos T1 a T4, el maíz maduro se cosechó manualmente por encima de la altura de la mazorca y se retiró de las parcelas, mientras que se retuvo la porción restante del ~ 50% de los rastrojos inferiores, lo que promedió 2,5, 4,6, 5,0 y 5,5 t ha–1 en T1. , T2, T3 y T4, respectivamente. Además, retener el 50% de los rastrojos de maíz en el campo ayudará a reciclar más nutrientes para las plantas en comparación con aquellos que se eliminan por completo. La adición total de N a través de rastrojos de maíz fue de 14, 32, 38 y 43 kg ha–1 en T1, T2, T3 y T4, respectivamente. El trigo se cosechó manualmente a 20-22 cm sobre el nivel del suelo y los rastrojos de paja fueron 0,8, 1,5, 1,8 y 2,0 t ha-1 en T1, T2, T3 y T4, respectivamente, según la dosis de N en los diferentes tratamientos. En el tratamiento de labranza convencional (T5), tanto los cultivos de maíz como los de trigo se cosecharon manualmente a nivel del suelo y se eliminó toda la biomasa de las parcelas.

El sistema SDI que comprende laterales de polietileno (diámetro interno 16 mm) se colocó en el centro de cada lecho elevado permanente. Con base en la estandarización y los hallazgos de la profundidad óptima del sistema SDI (datos no reportados), para facilitar las operaciones de labranza a largo plazo, se consideró óptima una profundidad lateral de 20 cm para el sistema maíz-trigo en camas elevadas permanentes. Los laterales utilizados en este estudio tenían emisores en línea espaciados a 30 cm con una capacidad de 2,0 L h–1 a una presión de 135 kPa para toda la humectación del área de una parcela. Por lo tanto, el espacio lateral fue de 67,5 cm (compatible con el ancho de la cama) y se colocó a una profundidad de 20 cm (cada lateral en el centro de cada cama) tanto para el maíz como para el trigo (Fig. 5). Por lo tanto, cada línea de goteo sirvió para 1 hilera de maíz y 2 hileras de trigo en camas elevadas permanentes. Las líneas de goteo subterráneas se colocaron utilizando una máquina de colocación de goteo18. Se utilizaron un filtro hidrociclón y un inyector Venturi según Sidhu et al.18.

(a) Una sola hilera de maíz y (b) dos hileras de cultivo de trigo en cada lecho permanente con sistema de riego por goteo subterráneo.

Los cultivos de maíz y trigo se irrigaron utilizando tensiómetros de tubo monitoreados con un vacuómetro SoilSpec® instalado a 20 cm de profundidad del suelo dentro de cada parcela. Los tensiómetros instalados según Gupta et al.34 se leyeron periódicamente cada mañana entre las 9:00 y las 10:00 am. Todas las parcelas recibieron riego (70 mm en los tratamientos de inundación y 10 mm en los tratamientos SDI) en la etapa V8-10 (21–25 DAS). ) a todos los tratamientos de maíz, y 70 mm en T5 antes de la segunda división de la aplicación de urea a los 40-45 DDS (si no hubo lluvia). Se realizaron riegos adicionales cada vez que el potencial mátrico promedio del suelo de la parcela de tratamiento disminuyó a –50 ± 1 kPa. El riego común (70 mm en los tratamientos de inundación convencional y 10 mm en los tratamientos SDI) se aplicó en la etapa de iniciación de la raíz de la corona (CRI) (21-25 DDS) en todos los tratamientos de trigo, y 70 mm en el riego de inundación convencional (T5) sólo antes. la segunda aplicación de dosis de fertilizante. Al igual que el maíz, se realizaron riegos adicionales cada vez que el potencial matricial promedio del suelo de la parcela de tratamiento disminuyó a −35 ± 1 kPa. En el tratamiento T5 se utilizó tubería de PVC para dar riego. La cantidad de riego fue la misma en las tres réplicas de cada tratamiento. Otros detalles del manejo del cultivo se describen a continuación.

Las parcelas frescas (T5) se irrigaron con aproximadamente 75 mm de agua antes de las operaciones de labranza. Se utilizaron dos pasadas de disco y un cultivador seguido de dos planchas para la preparación del lecho de siembra tanto para maíz como para trigo con un régimen de humedad de aproximadamente el 75% de la capacidad de campo. El híbrido de maíz P3396 se sembró el 17 de julio de 2015, el 18 de junio de 2016 y el 17 de junio de 2017 con una dosis de semilla de 20 kg ha–1 a una profundidad de 3 a 5 cm, utilizando una sembradora de doble disco equipada con un plato inclinado para sembrar. mecanismo de medición (Dasmesh Mechanical Works, Punjab, India). Se sembró una dosis de fertilizante basal de 26 kg P y 50 kg K ha–1 en el momento de la siembra utilizando fosfato diamónico (superfosfato simple en control sin N) y muriato de potasa, respectivamente. El N total aplicado fue según los niveles de N (T2-T5), de los cuales 24 kg N ha-1 se aplicaron como fosfato diamónico y el N restante se aplicó como urea. En T5, el N urea restante (126 kg N ha–1) se aplicó en 2 fracciones iguales a los 21–25 días después de la siembra (DDS) y 40–45 DDS. Bajo SDI, el N restante como urea se aplicó en 5 dosis divididas iguales a intervalos de 10 días a partir de los 20 DAS, y la cantidad de urea se calculó según los niveles de N en cada tratamiento (T2 a T4). La cosecha de maíz se cosechó manualmente el 25 de octubre de 2015, el 6 de octubre de 2016 y el 8 de octubre de 2017. Se aplicó el herbicida Atrataf 50WP (Atrazina a 1,25 kg ha-1) en todos los tratamientos para controlar las malezas de hoja ancha. El manejo de plagas se realizó mediante el uso de Decis (Deltametrina) @ 200 ml ha-1 en todos los tratamientos.

En la parcela de labranza convencional (T5), después de la cosecha del maíz, se realizó un riego previo (~ 75 mm) antes de la preparación del semillero para el trigo. Después de desmantelar los lechos frescos en maíz, se preparó un lecho de siembra plano convencional para trigo que implicaba dos pasadas cada una de disco, labranza y entablado. Se sembró trigo (HD 2967) a 100 kg ha–1 a 3–5 cm de profundidad con un Turbo Happy Seeder49. El trigo se sembró el 10 de noviembre de 2015, el 29 de octubre de 2016 y el 31 de octubre de 2017, respectivamente. Al igual que el maíz, el trigo también recibió una dosis basal similar de P y K. Sin embargo, el N total aplicado fue según los niveles de N (T2-T5) de los cuales 24 kg N ha–1 se aplicaron como DAP y el N restante se aplicó como urea, excepto en el gráfico sin nitrógeno donde se aplicó P como superfosfato único. En T5, el N restante (96 kg N ha–1) del fertilizante se aplicó antes del riego en 2 divisiones iguales en el CRI (21–25 DAS) y la etapa máxima de macollamiento a los 40–45 DAS. Bajo el SDI, el N se administró en cinco fracciones iguales a partir de los 21 días de la siembra y se aplicó cada una en un intervalo de 10 días según los tratamientos con nitrógeno. La cosecha manual de cultivos de trigo (entre 10 y 12 cm sobre el nivel del suelo) se realizó el 16 de abril de 2016, el 13 de abril de 2017 y el 16 de abril de 2018. Los herbicidas post-emergencia Topik (clodinafop 15% WP)@400 g ha-1 y Se aplicaron Algrip (metsulfurón)@25 g ha-1) en todos los tratamientos a los 25-30 DDS. El manejo de plagas se realizó mediante aspersiones preventivas de propiconazol@500 ml ha-1 y Dimetoato 30% EC @ 500 ml ha-1 en todos los tratamientos.

La cantidad de agua aplicada a cada tratamiento se midió utilizando un medidor de agua (Dasmesh Mechanical Works, Punjab, India) instalado en la tubería de suministro cerca del área de prueba. Se determinó el aporte total de riego (mm) a cada cultivo. La productividad del agua de riego (WPi) para maíz y trigo se calculó como la relación entre el rendimiento del grano y el agua total de riego aplicada.

El rendimiento de grano (en la madurez) se determinó cosechando manualmente un área de 8,1 m2 (4 camas y 3 m de longitud de hilera en sistemas de camas y 12 hileras y 3 m de longitud de hilera para trigo plano) en el centro de cada parcela al nivel del suelo. . El contenido de humedad del grano se determinó después de secar las submuestras en un horno a 60 °C hasta un peso constante. El rendimiento de grano se ajustó a 14,5% (maíz) y 12% (trigo) de humedad del grano y se expresó como Mg ha-1. El peso promedio del grano se basó en el peso de 100 y 1000 granos seleccionados de las submuestras de granos trillados de maíz y trigo, respectivamente. El promedio de granos por mazorca/espiga se determinó a partir de 10 mazorcas/espiga seleccionadas al azar. La densidad de espigas (m-2) en trigo se realizó en 2 ubicaciones (1 m de longitud de hilera) para cada tratamiento en la madurez. El rendimiento total anual del sistema maíz-trigo se determinó sumando el rendimiento del maíz al rendimiento del trigo.

En la madurez, la concentración total de N en las submuestras de granos en 2016-17 y 2017-18 y en las submuestras de rastrojo/paja en 2017-18 se determinó mediante digestión con H2SO4-HClO4 y análisis del digestato mediante el método micro Kjeldahl. La NUE se calculó como se indica a continuación.

La eficiencia agronómica del N aplicado (AEN) se calculó de la siguiente manera:

La eficiencia de absorción de N del grano (NupEG) se calculó como:

Para calcular la eficiencia de absorción de N del grano en el tratamiento T5, se utilizó la absorción de N para la parcela sin N (T1), suponiendo pequeñas diferencias en la absorción de N entre SDI y las parcelas de labranza convencional.

La eficiencia del uso de N (NUE) basada en la absorción total de N se calculó como:

Se determinó la absorción total de N tanto en el grano como en el rastrojo/paja para calcular la NUE similar a la explicada para NupEG como se indicó anteriormente.

El agua de riego contiene bajas concentraciones de NH4-N (0,30 mg L–1) y NO3-N (0,40 mg L–1), por lo que los datos de entrada de N de riego no se consideraron para calcular la NUE.

Mientras que se desarrollaron ecuaciones de respuesta cuadrática (Y = a + bx + cx2) para maíz y trigo utilizando SigmaPlot 15.0, donde Y es el rendimiento de grano (Mg ha-1) de maíz o trigo; x es la tasa de N (kg ha–1); y a, byc son constantes de la ecuación de respuesta cuadrática.

La dosis óptima de N y la dosis económica óptima de N se calcularon a partir de las ecuaciones de respuesta cuadrática descritas por Fausti et al.50. El valor de mercado del costo del N como urea se tomó como US$ 0,15 kg-1 y los precios de mercado predominantes del maíz y el trigo en 2017-18 fueron US$ 195 Mg-1 y US$ 238 Mg-1, respectivamente.

Se recolectaron muestras de suelo en la cosecha de trigo en 2017-18 de todas las parcelas experimentales de 0 a 7,5, 7,5 a 15, 15 a 30 y 30 a 45 cm de profundidad. El N mineral se extrajo de las muestras de suelo fresco utilizando una solución de KCl 2 M. Se utilizó el método de destilación al vapor Micro-Kjeldahl para la determinación de NH4-N y NO3-N en extractos de KCl 2 M51. Los datos fueron corregidos por el contenido de humedad del suelo.

Para calcular la economía del sistema IDE, se realizó un presupuesto parcial como lo explican Sidhu et al.18. Las ganancias netas fueron los ingresos adicionales que resultaron del uso del sistema IDE en nuestro presupuesto parcial. El costo de las operaciones y los insumos (costos variables) para cultivar el cultivo se dan en el Cuadro 6. En el análisis económico, no se incluyeron los costos fijos como el valor de la tierra y los intereses. Los precios utilizados fueron los precios mínimos de sostenimiento (MSP) garantizados por el gobierno del maíz (182, 187 y 195 US$ Mg-1 en 2015, 2016 y 2017, respectivamente) y el trigo (209, 223 y 238 US$ Mg-1 en 2015). –16, 2016–17 y 2017–18, respectivamente). Esta hoja de presupuesto fue preparada según lo indicado por el Departamento de Economía de la Universidad Agrícola de Punjab (PAU), Ludhiana, India (Tabla 6). El número de trabajadores se calculó considerando 8 horas de trabajo equivalentes a 1 persona-día requerida para todas las prácticas agronómicas, como se detalla en Sidhu et al.18. De manera similar, el tiempo (h) requerido por una máquina/implemento tirado por un tractor para completar una operación de campo como labranza, siembra y cosecha se registró y se expresó como h ha-1. Para calcular el costo de riego, se anotaron las unidades de lectura inicial y final en el medidor eléctrico después de hacer funcionar el pozo entubado durante 10 minutos tanto en parcelas irrigadas por SDI como por inundación. El precio de 1 kW de electricidad se toma como 0,11 dólares estadounidenses. El tiempo necesario para completar 1 cm y 5 cm de riego en parcelas SDI y regadas por inundación fue de 53 min y 60 min, respectivamente. Para los costos de riego, los cargos por electricidad se calcularon en US$ 2,15 y US$ 8,22 ha-cm–1 para goteo e inundación, respectivamente. El número de riegos osciló entre 7 y 17 para el maíz y entre 17 y 18 para el trigo bajo el SDI durante los tres años del estudio. El costo laboral por persona-día fue de US$ 4,79. El costo del riego por goteo, su vida útil y el costo de depreciación fueron los mismos que se explican en Sidhu et al.18. Los ingresos brutos incluyeron los ingresos por la venta de cereales y paja de cultivos de maíz y trigo. Los rendimientos brutos se calcularon utilizando el precio mínimo de sostenimiento del mercado (PME) tanto para el maíz como para el trigo (Cuadro 6). Los cálculos del rendimiento neto (NR) se realizaron según Sidhu et al.18. En el Escenario 1 (con subsidio), los parámetros considerados fueron electricidad y 80% de subsidio a sistema de goteo mientras que en el Escenario 2 (sin subsidio), no hubo subsidio a electricidad ni sistema de goteo. Un dólar estadounidense equivalía a rupias indias. 73/- según el tipo de cambio.

Todos los métodos se realizaron de acuerdo con las directrices y regulaciones pertinentes.

La normalidad de los datos se probó utilizando el paquete de software SAS 9.2 (SAS Institute, Cary, NC) y el supuesto de normalidad de ANOVA se cumplió por completo; no hubo necesidad de transformación de datos. En este estudio, seguimos el procedimiento para construir modelos estadísticos para el análisis de datos para el diseño de bloques completos al azar (RCBD) en parcelas fijas, que se sugiere para experimentos de parcelas fijas con la complejidad de la labranza y el manejo: tratamiento y año, junto con la complejidad de la labranza y el manejo. año de replicación52. El análisis avanzó utilizando un completo análisis de varianza de dos factores (ANOVA). Los tratamientos fueron de efectos fijos y se asignaron aleatoriamente a las parcelas. 'Año' fue un factor repetido; esto se combinó con el modelo de tratamiento introduciendo el término “Año + Tratamiento x Año”. La 'replicación' era una unidad aleatoria, por lo que la mantuvimos bajo efecto aleatorio al incluir interacciones de replicación con todos los tratamientos. El modelo final se probó utilizando el software JMP.

Todas las medias de las variables se compararon utilizando la diferencia significativa honesta de Tukey en p = 0,05, donde las medias significativas del tratamiento se separaron utilizando letras del alfabeto.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Descargar referencias

Los autores agradecen sinceramente al Consejo Indio de Investigación Agrícola (ICAR) por el financiamiento de la Ventana 3 al CIMMYT para la investigación de Agricultura de Conservación. La iniciativa integrada One CGIAR Excelencia en Agronomía (EiA: https://www.cgiar.org/initiative/11-excellence-in-agronomy-eia-solutions-for-agricultural-transformation) para el apoyo a experimentos a largo plazo y la Transformación Agroalimentaria Sistemas en el sur de Asia (TAFSSA; _https://www.cgiar.org/initiative/20-transforming-agrifood-systems-in-south-asia-tafssa). También agradecemos al Instituto Borlaug del Sur de Asia (BISA) por proporcionar las instalaciones de investigación para realizar experimentos a largo plazo sin problemas.

Naveen Gupta

Dirección actual: Universidad Agrícola de Punjab, Ludhiana, Punjab, 141004, India

Mangi L.Jat

Dirección actual: Instituto Internacional de Investigación de Cultivos para las Zonas Tropicales Semiáridas (ICRISAT), Hyderabad, India

Instituto Borlaug para el Sur de Asia (BISA), CIMMYT, Ladhowal, Punjab, 141004, India

Naveen Gupta, Yadvinder Singh, Love K. Singh, Kajod M. Choudhary y Harminder S. Sidhu

ICAR-Instituto Central de Investigación sobre la Salinidad del Suelo (CSSRI), Karnal, 132001, India

Hanuman S. Jat

Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), Dhaka, Bangladesh

Mahesh K. Gathala

Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), Complejo NASC, Pusa, Nueva Delhi, 110012, India

Mangi L.Jat

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Correspondencia a Mahesh K. Gathala o Mangi L. Jat.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Gupta, N., Singh, Y., Jat, HS et al. La gestión precisa del agua de riego y del nitrógeno mejora la eficiencia en el uso del agua y del nitrógeno en la agricultura de conservación en los sistemas de maíz y trigo. Representante científico 13, 12060 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-38953-6

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Recibido: 30 de marzo de 2023

Aceptado: 18 de julio de 2023

Publicado: 26 de julio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-38953-6

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