La temperatura del suelo y la emergencia del maíz
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Resumen
· El maíz es un cultivo de temporada cálida. La germinación y la emergencia son óptimas cuando las temperaturas del suelo son de aproximadamente 29 a 32ºC. Las condiciones frías durante la siembra imponen un estrés significativo en la emergencia del maíz y la salud de las plántulas.
· Las semillas de maíz son especialmente sensibles al estrés por frío durante la imbibición. Unas condiciones más cálidas y húmedas durante las primeras 24-48 horas tras la siembra pueden mitigar gran parte del estrés por frío.
· En los suelos de textura más ligera, las temperaturas nocturnas de primavera pueden caer significativamente por debajo de los 10 ºC, incluso después de días cálidos, lo que provoca un estrés adicional en la emergencia del maíz.
· Una gran cantidad de residuos puede ralentizar el calentamiento del suelo y la acumulación de las GDU necesarias para la emergencia del maíz.
· Los productos de maíz de la marca Pioneer® se clasifican en función de la aparición del estrés para ayudar a los agricultores a gestionar el riesgo de la temporada temprana. La elección de híbridos con puntuaciones de emergencia con estrés más altas puede ayudar a reducir la vulnerabilidad genética a la pérdida de rodales debido a las bajas temperaturas del suelo.
· Los productos de maíz de la marca Pioneer incluyen una gama de tecnología aplicada a las semillas, líder en el sector, diseñada para ayudar a los agricultores a establecer cultivos sanos y uniformes y a maximizar la productividad.
Introducción
El éxito de la emergencia del maíz es una combinación de tres factores clave: el entorno, la genética y la calidad de la semilla (Figura 1). La genética de los híbridos es la base de la tolerancia al estrés por frío. La alta calidad de la semilla ayuda a garantizar que la semilla se comporte de acuerdo con su capacidad genética. Los productos de maíz de la marca Pioneer se seleccionan para proporcionar la mejor genética para un rendimiento constante en una amplia gama de entornos, y las prácticas de producción de semillas se optimizan para obtener la máxima calidad. Sin embargo, incluso con la mejor genética y la mayor calidad de las semillas, los factores ambientales pueden influir en el establecimiento del rodal. Una combinación de investigaciones de campo y de laboratorio sobre los efectos de las condiciones de estrés en la germinación y la emergencia del maíz proporciona información valiosa que puede ayudar a los agricultores a tomar decisiones informadas y a gestionar mejor sus operaciones de campo para maximizar los rodales.
Este Crop Insights analizará cómo el nivel y el momento del estrés por frío afectan a la germinación y la emergencia de las semillas, y cómo los agricultores pueden mitigar este estrés al sembrar en entornos difíciles.
Figura 1. Algunos factores ambientales, genéticos y de calidad de la semilla que afectan al establecimiento del rodal.
Temperatura óptima para el crecimiento temprano del maíz
El maíz es un cultivo de temporada cálida y crece mejor en condiciones de calor. En Norteamérica, la siembra temprana suele suponer un estrés considerable para las plántulas de maíz, especialmente si la siembra va seguida de un tiempo frío y húmedo. Como la siembra se ha adelantado, ha aumentado la posibilidad de que el suelo esté frío en el momento de la siembra, así como un clima frío y húmedo después de la misma. De hecho, no es extraño que el maíz sembrado de forma temprana permanezca en el suelo frío y saturado durante dos o tres semanas o más antes de emerger.
Para ilustrar los efectos de la temperatura en el crecimiento del maíz, se germinaron tres híbridos de madurez temprana, media y tardía a temperaturas que iban de 15 a 35ºC. Se midieron las tasas de crecimiento de las raíces y de los tallos. Tanto los tallos como las raíces mostraron la tasa de crecimiento más rápida a 30ºC y siguieron creciendo rápidamente a 35ºC, lo que sugiere que la germinación y la emergencia óptimas de las plántulas se producen a temperaturas del suelo mucho más altas que las habituales en la mayoría de las zonas productoras de maíz (Figura 2). Por lo general, se recomienda que los agricultores siembren cuando las temperaturas del suelo sean iguales o superiores a 10ºC. Los agricultores pueden esperar una emergencia y un crecimiento mucho más lentos con las temperaturas frías del suelo que son típicas durante la siembra del maíz en la mayoría de las zonas donde se cultiva maíz.
Figura 2. Promedio de las tasas de crecimiento temprano de las raíces y los brotes de tres híbridos a cuatro temperaturas del suelo que van de 15 a 35ºC.
Las temperaturas del suelo en primavera pueden variar mucho de un año a otro. Las temperaturas del suelo en el momento de la siembra, en combinación con las tendencias meteorológicas a corto y medio plazo, tienen grandes repercusiones en la probabilidad de establecer campos óptimos y de alcanzar los máximos rendimientos. Los investigadores registraron las temperaturas medias del suelo en la profundidad de la siembra en varios lugares de investigación de emergencia con estrés en 2018 (Figura 3).
Figura 3. Temperaturas medias del suelo a finales de abril registradas a 5 cm de profundidad en varios lugares de pruebas de emergencia con estrés.
En tres lugares de investigación, la temperatura del suelo descendió muy por debajo de los 10ºC durante una semana o más después de la siembra. La figura 4 ilustra la relación general entre la temperatura del suelo y el establecimiento del rodal observado en estos lugares en 2018.
Figura 4. Relación de la temperatura del suelo en la profundidad de siembra (promedio de 7 días después de la siembra) con el % nascencia en los lugares de investigación de emergencia con estrés en 2018.
Las bajas temperaturas del suelo después de la siembra redujeron, en gran medida, la nascencia en zonas con estrés cerca de Eau Claire, WI, en 2011.
Diferenciación genética para la emergencia en suelos fríos
Los productos de maíz de la marca Pioneer® se clasifican en función de la aparición del estrés para ayudar a los agricultores a gestionar el riesgo de la siembra temprana. La elección de híbridos con puntuaciones de emergencia con estrés más altas puede ayudar a reducir la vulnerabilidad genética a la pérdida de rodales debido a las bajas temperaturas del suelo. Para generar los índices de emergencia con estrés, los híbridos se prueban a lo largo de varios años y entornos, comenzando unos cuantos años antes de su comercialización. ̀ El objetivo es generar datos de muchos tipos diferentes de estrés de principio de temporada antes de asignar las puntuaciones.
Los híbridos se prueban en varios terrenos de siembra temprana, incluyendo ubicaciones sin labranza y de maíz continuo. Los lugares de ensayo están situados en Minnesota, Wisconsin, Iowa, Dakota del Sur, Dakota del Norte y Michigan, y han sido elegidos para reflejar las diversas condiciones ambientales y de lecho de siembra que probablemente experimenten los agricultores. Por ejemplo, algunos lugares del este se caracterizan por unas condiciones húmedas y frías prolongadas que, a menudo, persisten hasta finales de la primavera y principios del verano, mientras que los lugares del norte y del medio oeste son más propensos a ofrecer fluctuaciones extremas de temperatura entre el día y la noche. Estos lugares de prueba, con sus condiciones diversas y únicas, proporcionan una comprensión más profunda de las respuestas de los híbridos al estrés de principios de temporada. Un lugar de ensayo típico se caracteriza por una gran cantidad de residuos, un suelo frío (por debajo de 10ºC) en el momento de la siembra, seguido de lluvia fría o nieve y una emergencia que suele requerir de dos a tres semanas.
Los productos de maíz de la marca Pioneer también se prueban en ensayos de laboratorio que simulan las condiciones estresantes del campo. Estas pruebas, que han sido validadas por ensayos de campo de varios años, proporcionan condiciones de prueba consistentes y reproducibles, junto con la flexibilidad de las pruebas durante todo el año. Estos ensayos de laboratorio se utilizan para respaldar las decisiones de avance de los híbridos y también para apoyar los esfuerzos de mejora de la tolerancia al estrés de principios de temporada mediante la selección asistida por marcadores.
En 2018, se observó una amplia gama de condiciones de emergencia con estrés y temperaturas del suelo en las parcelas de campo de emergencia con estrés. Para demostrar cómo se relacionan los índices de emergencia con estrés con el establecimiento del cultivo en el campo, los híbridos se agruparon por «emergencia con estrés bajo», aquellos con un índice de emergencia con estrés de 4, y por «emergencia con estrés alto», aquellos con un índice de emergencia con estrés de 6.
Los ensayos incluyeron 199 híbridos de emergencia con estrés bajo y 159 híbridos de emergencia con estrés alto. Los recuentos de % de nascencia para todos los híbridos dentro de cada grupo se promediaron en cada lugar. A medida que aumentaba el nivel de estrés, tanto los híbridos de emergencia con estrés bajo como los de emergencia con estrés alto experimentaron una reducción del % de nascencia. Sin embargo, los híbridos con una puntuación de emergencia con estrés de 6 fueron capaces de mantener % más altos en comparación con aquellos con una puntuación de emergencia con estrés bajo (Figura 5).
Figura 5. Establecimiento medio del % de nascencia para los híbridos de alta y baja puntuación de emergencia con estrés en seis lugares de emergencia con estrés en 2018. Las ubicaciones están ordenadas de la menos estresante (izquierda) a la más estresante (derecha) en función de la media del rodal temprano.
El momento del estrés por frío afecta a la germinación
La siembra temprana suele exponer las semillas a la hidratación con agua fría, lo que puede causar daños físicos directos. Cuando la semilla seca absorbe agua fría como resultado de una lluvia fría o del deshielo puede producirse un daño por frío. Las membranas celulares de la semilla carecen de fluidez a bajas temperaturas y, en estas condiciones, el proceso de hidratación puede provocar la ruptura de las membranas. El contenido de las células se filtra a través de esta ruptura y proporciona una fuente de alimento para los patógenos invasores. El agua fría también puede afectar a las estructuras de las plántulas cuando empiezan a emerger. El grado de daño varía desde la muerte de la semilla hasta factores anómalos como el del sacacorchos o como coleóptilos fusionados (Figura 6).
Figura 6. Desarrollo anómalo del mesocotilo y del coleóptilo debido al estrés por frío en un campo de Illinois sembrado de forma temprana.
Para ayudar a comprender la importancia del momento en que se produce el estrés por frío, se dejó que dos híbridos con puntuaciones de emergencia con estrés de 4 (por debajo de la media) y 7 (por encima de la media) germinaran en toallas enrolladas durante 0, 24 o 48 horas a 25 °C. A continuación, los híbridos se sometieron a un estrés de hielo derritiéndose durante tres días y se dejaron recuperar durante cuatro días a 25ºC. Los híbridos se evaluaron en función del número de plántulas normales, que se expresaron como porcentaje de germinación (Figura 7).
Ambos híbridos mostraron una pérdida significativa de rodales cuando el estrés por frío se impuso inmediatamente (0 horas). Sin embargo, el híbrido con una mayor puntuación de emergencia con estrés tuvo un mayor porcentaje de germinación que el híbrido con una baja puntuación de emergencia con estrés. Las tasas de germinación de ambos híbridos mejoraron considerablemente si se les permitía absorber agua y germinar a temperaturas más cálidas durante, al menos, 24 horas antes de aplicar el hielo.
Figura 7. Germinación de dos híbridos con puntuaciones de emergencia con estrés de 7 (por encima de la media) y 4 (por debajo de la media) tras el enfriamiento por imbibición inducido por el deshielo. El hielo se aplicó inmediatamente después de la siembra (0 horas) o después de 24 o 48 horas de pregerminación en condiciones cálidas.
Sembrar justo antes de un evento de estrés, como una lluvia fría o una nevada, puede causar una pérdida significativa de rodales. Las posibilidades de establecer un buen rodal mejoran considerablemente si las semillas pueden germinar, al menos, un día en condiciones más cálidas y húmedas antes de un evento de estrés por frío. Además, la elección de un híbrido con una puntuación de emergencia con estrés más alta puede ayudar a moderar las pérdidas de rodales debidas al estrés por frío.
Las nevadas que se producen poco después de la siembra imponen un nivel de estrés muy alto en la emergencia del maíz, debido a que las semillas absorben agua fría o debido a la exposición prolongada a suelos fríos y saturados.
Una de las razones por las que la temperatura durante la imbibición es fundamental para la emergencia del maíz es el hecho de que las semillas embeben muy rápidamente la mayor parte del agua necesaria para la germinación. Para ilustrar la rapidez de absorción del agua, se sumergió la semilla en agua a 10ºC durante 3 horas y se pesó a intervalos de 30, 60, 120 y 180 minutos para determinar la absorción del agua (Figura 8).
Figura 8. Cantidad de agua absorbida por las semillas de maíz durante las tres primeras horas después de su inmersión en agua a 10ºC.
Los datos muestran que las semillas absorben la mayor cantidad de agua en los primeros 30 minutos tras la exposición a condiciones de saturación. Si esta imbibición temprana se produce a temperaturas frías, podría matar la semilla o dar lugar a plántulas anómalas. Los agricultores no sólo deben tener en cuenta la temperatura del suelo en el momento de la siembra, sino también la temperatura prevista cuando la semilla comience a absorber rápidamente el agua. Las semillas plantadas en suelos cálidos y secos pueden dañarse si el periodo seco va seguido de un evento frío y húmedo.
Fluctuaciones de la temperatura del suelo y emergencia
Los agricultores, a veces, pueden sembrar campos con suelos más arenosos al principio de la primavera porque se secan más rápido que los suelos más pesados. Sin embargo, a menudo, se ha observado una reducción de los rodales tras la siembra temprana en suelos más arenosos. Los suelos arenosos son más porosos y tienen menor capacidad de retención del agua que los suelos más pesados. Por ello, tienden a experimentar mayores fluctuaciones de temperatura, especialmente, en las noches despejadas con temperaturas de aire frío.
Daños en las plántulas causados por las fluctuaciones de temperatura.
En 2015, se registraron las temperaturas del suelo a una profundidad de 5 cm en un lugar de investigación con suelos arenosos cerca de Eau Claire, WI. Las temperaturas diurnas del suelo alcanzaron niveles aceptables para el desarrollo del maíz (más de 10ºC) durante la primera semana después de la siembra. Sin embargo, las temperaturas del suelo a primera hora de la mañana descendían hasta los 3ºC, y en algunos días, la diferencia de temperatura del suelo entre las 6 de la mañana y las 6 de la tarde fue de más de 11ºC (Figura 8). En este lugar, se observó una pérdida media del 16% de nascecnia, lo que sugiere que la fluctuación de la temperatura entre el día y la noche después de la siembra puede causar un estrés añadido al maíz en germinación. Los agricultores deben tener en cuenta las temperaturas nocturnas previstas al elegir la fecha de siembra.
Figura 9. Temperaturas del suelo a las 6:00 horas y a las 18:00 horas durante siete días después de la siembra en una ubicación de campo de emergencia con estrés cerca de Eau Claire, WI en 2015.
Impacto de los residuos de cultivos en la temperatura del suelo
Otro factor a tener en cuenta a la hora de elegir la fecha de siembra es la cantidad de residuos en el campo. Una gran cantidad de residuos puede plantear problemas de gestión. Los residuos tienden a retener el exceso de agua y a reducir significativamente la temperatura del suelo en la primavera, privando a las semillas de las unidades de calor críticas necesarias para una rápida emergencia. Estas condiciones también pueden favorecer las enfermedades en las plántulas, sobre todo, en los campos que no están bien drenados o que tienen antecedentes de plagas de plántulas.
En 2011, se colocaron registradores de datos de temperatura del suelo en un campo cerca de Perry, IA, para evaluar las temperaturas tempranas del suelo en un campo de labranza en franjas. Un registrador de datos se colocó en la franja de siembra labrada (residuo bajo) y otro se colocó entre las hileras con residuos altos. Las GDU del suelo se calcularon a partir de las temperaturas del registrador de datos para aproximar el tiempo que tardaría la emergencia en condiciones de bajo y alto residuo. En general, se necesitan aproximadamente 125 GDU después de la siembra para la emergencia del maíz. Entre el 1 y el 30 de abril, los suelos con pocos residuos pudieron acumular 99 GDU. Durante el mismo periodo de tiempo, los suelos vecinos con residuos pesados acumularon sólo 28 GDU.
A mediados de abril de 2019, se observó una diferencia de temperatura de 15 grados al mediodía en el mismo campo entre el suelo con residuos bajos y el suelo a 18 metros de distancia con residuos de soja (Figura 10). El uso de un limpiador de surcos para eliminar los residuos de los campos con alta concentración de residuos permite que las temperaturas del suelo sean más cálidas durante el día y que la acumulación de las GDU sea más rápida.
Figura 10. Se observó una diferencia de temperatura de 15 grados al mediodía el 15 de abril de 2019 en un campo del centro de Iowa entre el suelo sin residuos y el suelo con muchos residuos.
Enfermedad de las plántulas y emergencia con estrés
La emergencia con estrés es un rasgo agronómico que pretende reflejar la variabilidad genética para la tolerancia al estrés abiótico a principios de la temporada. No es una calificación de resistencia a las enfermedades. El estrés de principios de la temporada puede promover la enfermedad de las plántulas si se dan ciertas condiciones, como la presencia de inóculo y condiciones prolongadas de frío y humedad. Los daños a las plántulas emergentes también favorecerán las enfermedades de las plántulas. Los daños pueden ser causados por el frío, como los daños por imbibición, o por la alimentación de insectos como los gusanos de las semillas, los gusanos blancos y los gusanos de alambre.
En entornos con una fuerte presión de inóculo, la progresión de la enfermedad suele ir en carrera con el crecimiento de las plántulas. Las condiciones que promueven un rápido calentamiento del suelo suelen favorecer el crecimiento de las plántulas y reducir la incidencia de las enfermedades. Por otro lado, las condiciones húmedas y frías prolongadas suelen favorecer la progresión de la enfermedad.
Muchos patógenos del suelo, incluidas algunas especies de Pythium, son más activos a temperaturas de entre los 4 y 10 (ºC). Las bajas temperaturas como éstas pueden dañar las plántulas emergentes y facilitar la infección. Las bajas temperaturas también impiden el establecimiento del cultivo y aumentan la vulnerabilidad a la infección. Los tratamientos fungicidas de las semillas suelen ofrecer una buena eficacia contra los organismos objetivo durante 10 a 14 días después de la siembra. Sin embargo, la protección disminuirá si la emergencia y el establecimiento del cultivo se retrasan más allá de este período.
Las plantas de maíz en la fase de crecimiento V2, aproximadamente, mueren por la enfermedad de las plántulas. Este campo se encontró con condiciones de frío y suelos saturados después de la siembra.
Consejos para mitigar los efectos del estrés en la emergencia en siembras tempranas
El retraso en la emergencia debido a las condiciones de frío y humedad alarga la duración durante la cual las semillas y las plántulas son más vulnerables a los insectos y las enfermedades de principios de temporada. Los tratamientos de las semillas pueden ayudar a proteger los rodales tanto de las enfermedades como de las plagas de insectos. Para obtener más información sobre las opciones de tratamiento de semillas para los productos de maíz de la marca Pioneer, póngase en contacto con su profesional de ventas local de Pioneer.
La fecha de siembra es uno de los factores más importantes para el establecimiento del cultivo. La probabilidad de que se reduzcan las nascencias es mayor cuando se siembra en suelos fríos y húmedos o directamente antes de que se espere un tiempo frío y húmedo. Para ayudar a mitigar el riesgo, tenga en cuenta los siguientes consejos:
· Si se prevé una ola de frío en la época de la siembra, es aconsejable dejar de sembrar con 1 o 2 días de antelación. Permita que la semilla comience a hidratarse en suelos más cálidos para minimizar los daños debidos a la imbibición del frío.
· En los campos arenosos, hay que tener en cuenta que las bajas temperaturas nocturnas pueden hacer descender la temperatura del suelo por debajo de los niveles de siembra aconsejables. Las grandes oscilaciones de temperatura en los suelos más ligeros también pueden perjudicar la emergencia.
· Si se siembra en campos con grandes cantidades de residuos, considere la posibilidad de realizar una labranza en franjas o utilizar un limpiador de hileras para permitir que los suelos se calienten más rápidamente.
· En el Cinturón de Maíz del Norte, la selección de híbridos con puntuaciones de emergencia con estrés más altas y el tratamiento de semillas adecuado pueden ayudar a reducir los riesgos asociados a la siembra en condiciones de estrés por frío.
Agradecimientos
Los autores agradecen a Erin Anderson y Beth Merrill sus contribuciones a la investigación sobre la aparición del estrés en el maíz que se resume en este artículo.
Abril de 2019
Lo anterior se proporciona solo para uso informativo. Por favor, contacte con su profesional de ventas de Pioneer para obtener información y sugerencias específicas para su operación. El rendimiento del producto es variable y depende de muchos factores, como la presión por humedad y calor, el tipo de suelo, las prácticas de manejo y el estrés ambiental, así como las enfermedades y plagas. Los resultados individuales pueden variar.
Los productos de la marca Pioneer® están sujetos a los términos y condiciones de compra que se encuentran en el etiquetado y el documento de compra.