Translate PaperArtículo originalVariabilidad del rendimiento en cultivares de soya (Glycine max L. Merrill). Parte II. Época de primavera
[0000-0002-2998-5021] Osmany Roján-Herrera [1] [*]
[0000-0001-6759-0314] Lázaro A. Maqueira-López [1]
[0000-0002-9695-1120] Joselín Solano-Flores [1]
[0000-0002-3197-4954] Miriam Núñez-Vázquez [2]
[0000-0001-6753-3950] Héctor C. Robaina-Gil [3]
[1] Unidad Científico Tecnológica de Base "Los Palacios". Km 1½ carretera La Francia, Los Palacios, Pinar del Río, Cuba. CP 22900
[2] Instituto
Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km
3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32 700
[3] Universidad de Pinar del Río "Hermanos Saíz Montes de Oca", Avenida José Martí No. 270, Pinar del Río, Cuba, CP 20100
[*] Autor para correspondencia: orojan@inca.edu.cu
RESUMENLa investigación
se desarrolló en áreas de la Unidad Científico Tecnológica de Base, Los
Palacios, Pinar del Río, perteneciente al Instituto Nacional de Ciencias
Agrícolas. El objetivo fue evaluar la variabilidad del rendimiento en
cuatro cultivares de soya (Glycine max (L.) Merrill), asociados a
variables meteorológicas (temperaturas, radiación solar y la humedad
relativa), según fecha de siembra en la época de primavera. Los
cultivares utilizados fueron DVN-5, DVN-6, DT-84, D-2101, los cuales se
sembraron en tres fechas de siembra diferentes (mayo 2012, abril 2013 y
mayo 2013), correspondientes a la época de primavera, sobre un suelo
Hidromórfico Gley Nodular Ferruginoso Petroférrico. Se utilizó un diseño
experimental de bloques al azar con cuatro tratamientos (los
cultivares) y tres réplicas, se evaluó el rendimiento agrícola y sus
principales componentes, además de variables meteorológicas
(temperaturas, radiación solar, humedad relativa), en diferentes etapas
fenológicas del cultivo (Ve-R1, R1-R5, R5-R7).
Los resultados obtenidos indicaron que las variables meteorológicas
estudiadas influyeron en la variabilidad del rendimiento de la soya en
época de primavera. De los componentes estudiados el más asociado al
rendimiento fue el número de vainas/planta para las tres fechas de
siembra en general. Las variables climáticas evaluadas que más
influyeron en la duración de las etapas fueron las temperaturas y la
radiación solar en la etapa R1-R5, los grados días acumulados y la humedad relativa en la etapa R5-R7.
INTRODUCCIÓNA nivel mundial, el cultivo de la soya (Glycine max (L.) Merrill) es uno de los más importantes debido al elevado contenido de aceite y proteínas que posee el grano 1.
Algunos estudios muestran que la tasa global de aumento del rendimiento
en este cultivo, necesitará casi duplicarse para satisfacer las
demandas de la población previstas para 2050, por lo que varios factores
pueden influir en las ganancias del rendimiento a lo largo del tiempo 2.
Recientemente
se ha demostrado que las causas para la mejora del rendimiento de la
soya están basadas en la inclusión de cambios en las prácticas de
manejo, en la mejora genética, y las condiciones ambientales 3,
sin dejar de mencionar que las estimaciones de un alto rendimiento a
menudo darán como resultado grandes brechas, con una probabilidad
considerable de que no sea económico o sostenible 4.
En
este sentido, estudios anteriores afirmaron que las variables
meteorológicas como la temperatura, radiación solar, precipitaciones y
humedad relativa, causan un efecto directo sobre el crecimiento y
rendimiento en el cultivo de la soya 5,6.
También la fecha de siembra se ha evaluado ampliamente en diferentes
ambientes, considerándose una de las decisiones de producción menos
costosa, a la vez que tiene una mayor influencia en el rendimiento que
cualquier otra práctica de manejo 7.
Por
otra parte, se ha descrito la importancia del rendimiento como el
resultado de un proceso de actividades agrícolas efectuadas durante todo
el ciclo de desarrollo del cultivo, por lo cual es importante conocer
la fenología del mismo, la duración posible de las diferentes fases o
etapas y sus problemas potenciales y necesidades fundamentales 8.
Algunos resultados han arrojado que el gran cambio estacional de las
condiciones ambientales puede tener efectos considerables en los
rendimientos, a los que la capacidad de respuesta de los procesos de
producción de la planta es diferente según la etapa de desarrollo 1.
Estos
aspectos evidencian en cierta medida que el comportamiento y la
respuesta de los cultivares de soya a las condiciones ambientales es
diferente según la fecha de siembra y la época en que se establezca el
cultivo, de ahí que el análisis de las variables meteorológicas puede
ser adecuado para detectar las diferencias de adaptación de la soya en
un ambiente determinado. Por tanto, el presente trabajo se desarrolló
con el objetivo de evaluar la variabilidad del rendimiento en cuatro
cultivares de soya (Glycine max (L.) Merrill), asociados a
variables meteorológicas (temperaturas, radiación solar y la humedad
relativa), según fecha de siembra en la época de primavera.
MATERIALES Y MÉTODOSLos
experimentos se desarrollaron en la Unidad Científico Tecnológica de
Base, Los Palacios (UCTB-LP), perteneciente al Instituto Nacional de
Ciencias Agrícolas, situada en la llanura sur de la Provincia de Pinar
del Río, a los 22°44’ de latitud Norte y a los 83°45’ de latitud Oeste, a
60 m.s.n.m, con pendiente aproximada de 1 %. Se evaluaron cuatro
cultivares de soya de procedencia vietnamita (DVN-5, DVN-6, DT-84,
D-2101), los cuales fueron sembrados en tres fechas de siembra
diferentes; mayo 2012, abril 2013 y mayo 2013, correspondientes a la
época de primavera.
El suelo del área experimental se clasifica, según la Nueva Versión de Clasificación Genética de los Suelos de Cuba 9,
como Hidromórfico Gley Nodular Ferruginoso Petroférrico. Como
resultados del muestreo de suelo del área experimental, se muestran
algunas propiedades que caracterizan su fertilidad (Tabla 1).
Las principales características de los cultivares en estudio se presentan en la Tabla 2
10, los que se sembraron por siembra
directa a distancia (manual), de 0,70 m entre surco y 0,07 m entre
plantas, con una norma de 54 kg ha-1 de semillas. Las labores fitotécnicas se realizaron según lo recomendado en el Manual Técnico del Cultivo de Soya 11.
Se empleó un diseño experimental de bloques al azar con cuatro
tratamientos (DVN-5, DVN-6, DT-84, D-2101) y tres réplicas en cada
período de siembra. Las parcelas experimentales contaron con un área
total de 30 m2.
Los valores de temperatura máxima, mínima y
media diaria (T máx, T mín, T med), las precipitaciones, la radiación
solar global (RSG) y humedad relativa (Hr), del período en que duraron
los experimentos, se aprecian en la Figura 1, los cuales fueron obtenidos de la Estación Meteorológica de Paso Real de San Diego, en Los Palacios.
Se
determinó la temperatura acumulada a partir del cálculo de la sumatoria
térmica o grados días acumulados (GDA) mediante la siguiente fórmula 12:
Donde en este caso se seleccionó como temperatura base a 10 ºC 1 y n el número de días en el período considerado.
En
cada parcela experimental en el momento de la cosecha se tomaron diez
plantas representativas al azar en el área efectiva para despreciar el
efecto de borde, y fueron determinadas las siguientes variables:
Número de vainas por planta (No vainas)
Número de granos por planta (No granos)
Masa de mil granos (Masa 1000)
En cuanto al número de granos y número de
vainas, se contabilizó el valor de cada variable en las diez plantas por
parcela. De todos los granos de las 10 plantas muestreadas, se tomaron
cuatro muestras al azar de 1000 granos por parcela. Estas se secaron
hasta que los granos alcanzaron un 14 % de humedad y posteriormente se
pesaron las muestras en una balanza analítica (KERNPLJ e=0,01 g) para obtener el valor de la masa en gramos.
Para determinar el rendimiento agrícola (t ha-1) se cosecharon ocho m2 del centro en cada parcela experimental, se trillaron las plantas y se secaron los granos hasta alcanzar el 14 % de humedad.
Las
medias del rendimiento y sus componentes por cultivar y fecha de
siembra, se sometieron a un análisis de varianza (ANAVA), y las
diferencias significativas se determinaron con el test de Tukey
(p<0,05); a partir del error experimental resultante, se calculó el
intervalo de confianza de las mismas. Se construyeron dos matrices de
datos; 1) cultivares, fechas de siembra, rendimiento y sus componentes;
2) cultivares, fechas de siembra, duración (días) de tres etapas
fundamentales (Ve-R1, etapa de prefloración e inicio de la floración (5-37 días después de la emergencia); R1-R5,
etapa reproductiva temprana en la cual se establecen la mayoría de los
frutos y comienzo del llenado de las semillas (37-65 días después de la
emergencia), y etapa R5-R7, período de llenado de las semillas (65-92 días después de la emergencia) 13,
variables meteorológicas y grados día acumulados; las cuales se
procesaron por la técnica multivariada de Componentes Principales,
mediante la representación de un Biplot. Se utilizó el paquete
estadístico Statgraphics 5.0 14.
Temperaturas
(máxima, media, mínima) diarias, precipitaciones, radiación solar
global y humedad relativa, tomada de la Estación Agrometeorológica de
Paso Real de San Diego, durante el período que duraron los experimentos.
A: Período de siembra de mayo a agosto de 2012, B: Período de siembra
de abril a julio de 2013, C: Período de siembra de mayo a agosto de 2013
RESULTADOS Y DISCUSIÓNEn la Figura 2
se muestra la respuesta del rendimiento agrícola de los cultivares en
las diferentes fechas evaluadas. De manera general, se observa una
variación de esta variable tanto entre fechas de siembra como entre
cultivares, demostrándose una vez más que no se puede definir un patrón
de comportamiento específico, si se tiene en cuenta el papel que juegan
ciertos factores en el proceso de formación del rendimiento para un
cultivar determinado.
En mayo 2012 los cultivares
(DT-84, DVN-6, D-2101) alcanzaron la mejor repuesta, con diferencias
significativas a las fechas de abril y mayo 2013. Sin embargo, el
cultivar DVN-5 mostró una respuesta inversa a los demás cultivares
estudiados, o sea, los valores más altos de rendimiento fueron
alcanzados en las fechas de abril y mayo 2013, sin diferencias
significativas entre ambas. El cultivar D-2101 alcanzó los rendimientos
más altos en las tres fechas de siembra, sobre todo en mayo 2012 con un
valor de 4,20 t ha-1. Por otra parte, el cultivar DVN-6
obtuvo los rendimientos más bajos, fundamentalmente en las fechas de
abril y mayo 2013, con valores de 2,88 y 2,87 t ha-1 respectivamente.
Rendimiento agrícola (t ha-1) al 14 % de humedad del grano de los cultivares de soya en las tres fechas de siembra
Resultados relacionados con el efecto de la
fecha de siembra demuestran que las variaciones en el rendimiento se
deben fundamentalmente, a la influencia que ejercen las variables
meteorológicas en la formación del mismo
(7,15)
. Por tanto, al analizar el comportamiento de las variables
meteorológicas durante el tiempo en que duraron los experimentos, se
observó que los mayores valores de temperatura y radiación solar (Figura 1),
coinciden con la fecha de siembra donde los cultivares alcanzaron los
rendimientos más altos (mayo 2012). Algunos autores informaron que el
rendimiento del cultivo de la soya estaba fuertemente correlacionado con
la temperatura máxima diaria (≤ 30 ºC) durante la etapa de llenado de
los granos (R5-R7), o sea, temperaturas altas
generalmente están asociadas a una mayor duración del período, lo que
lleva a una mayor disponibilidad de radiación incidente 5,16.
Este efecto directo permite aumentar la eficiencia del uso de la
radiación para el rendimiento, de hecho, algunos resultados muestran que
la distribución espacial de las vainas en un mayor número de nudos,
podría mejorar esta eficiencia a través de la reducción de la
competencia dentro de los nudos 17.
Los
bajos rendimientos alcanzado por el cultivar DVN-6 en las fechas de
abril y mayo 2013, tienen una cierta relación con el período donde se
registraron los mayores valores de precipitaciones y humedad relativa, a
la vez que las temperaturas y la disponibilidad de radiación solar
fueron relativamente inferiores en comparación al comportamiento de
éstas en la fecha de mayor rendimiento. Resultados similares fueron
reportados por otros autores, donde muestran que la reducción de la
radiación incidente a través del sombreado aplicado desde R3
en adelante disminuyó el número de vainas y de granos, dada la fuerte
relación que existe entre ambos componentes y el crecimiento durante el
período crítico en la soya 18.
Se
ha planteado la posibilidad de incrementar la rentabilidad en el
cultivo de la soya en las regiones tropicales, sobre todo en la época de
primavera, donde las condiciones ambientales pueden tener un
comportamiento idóneo para el crecimiento del cultivo 19.
En Cuba, estudios previos afirman que los mayores rendimientos en el
cultivo de la soya se obtienen en la época de primavera, debido a que es
el período del año donde la planta alcanza una mayor altura,
incrementándose el número de estructuras reproductivas por unidad de
superficie de suelo 20.
Esta
variabilidad del rendimiento entre fechas de siembra y entre
cultivares, se evidenció aún más al analizar el comportamiento de sus
principales componentes numéricos (Tabla 3), por lo
que se puede explicar la influencia que ejercen estos componentes
durante el proceso de formación del rendimiento, si se tiene en cuenta
las condiciones en que se desarrollaron los experimentos. Para al número
de vainas, el mejor comportamiento lo alcanzaron los cultivares en la
fecha donde se obtuvo los valores más altos del rendimiento, y aunque
diversos autores definen esta variable como un componente indirecto 21,
aparentemente tuvo una influencia en la determinación del mismo.
Condiciones meteorológicas adversas durante esta etapa provocan una
caída en el número de vainas, y consiguientemente, una disminución en el
número de granos, lo que conlleva a obtener bajos rendimientos 15.
Varios autores mantienen la teoría de que el rendimiento se
correlaciona positivamente con las vainas por nudo, y aunque esta
variable no se determinó en este estudio, hay que reconocer el papel que
juega el número de nudos a la hora de fijar estructuras reproductivas
que dan comienzo al proceso de formación del rendimiento, sobre todo en
el número de vainas 15,17,22.
En relación al número de granos, los mayores
valores fueron alcanzados por los cultivares en la fecha de abril 2013,
en la cual se obtuvieron rendimientos bajos en comparación a los
obtenidos en la fecha de siembra de mejor comportamiento (mayo 2012).
Sin embargo, se debe subrayar que la fecha de mayo 2013 coincide
nuevamente con los valores más bajos alcanzados por los cultivares. En
resultados anteriores se confirmó que los procesos fisiológicos que
explican las variaciones del rendimiento, comúnmente se asocian a la
determinación del número de granos por unidad de área de suelo, ya que
este es el principal componente numérico del rendimiento 23.
Por otra parte, al realizar el análisis de los cultivares de manera
independiente, se ratificó el cultivar D-2101 como el de mejor respuesta
en las tres fechas de siembra. Esto tiene gran acierto al punto de que
se hace posible que distintos genotipos puedan tener rendimientos
similares o diferentes en un mismo ambiente, y que un genotipo pueda
tener distintos rendimientos en diferentes ambientes 24.
En experimentos realizados bajo condiciones ambientales controladas con
genotipos de diferentes ciclos de desarrollo, se obtuvo variaciones en
el número de granos, lo que trajo consigo una disminución en el
rendimiento 22. De ahí que estudios
posteriores por estos mismos autores, demuestran que el rendimiento se
correlaciona positivamente con el número de granos, sin embargo,
destacan la importancia que juega el número de vainas durante el período
crítico del cultivo (período en el cual la planta se encuentra con
mayor sensibilidad), sobre todo en el llenado de los granos 17.
Por
otra parte, la masa de los granos tuvo una respuesta similar al número
de vainas, por lo que debió ser un elemento importante en la formación
del rendimiento. Sin embargo, hay que resaltar que esta variable alcanzó
un comportamiento contrario al número de granos, o sea, en la fecha de
siembra donde los cultivares obtuvieron un valor bajo en la masa de los
granos, fue donde alcanzaron el mayor número de los mismos. Al respecto,
algunos resultados han llegado a la conclusión que el incremento en el
rendimiento puede atribuirse al considerable aumento en el número de
vainas por planta y el peso de los granos 5.
En otras palabras, cada componente es afectado con distinta intensidad
por el ambiente en cada etapa de desarrollo y dentro de ciertos límites,
pero hay capacidad de compensar las reducciones en un componente
aumentando el subsiguiente 21, aunque en
un amplio rango de condiciones agronómicas, el número de granos como
componente principal del rendimiento, solo puede ser compensado por la
masa de los mismos 25.
A
partir de los resultados anteriores y al analizar el grado de
asociación del rendimiento agrícola y sus principales componentes, quedó
resuelto que la variable más influyente sobre la expresión del
rendimiento fue el número de vainas/planta, visto de manera general para
las tres fechas de siembra estudiadas. Esto se demuestra en el análisis
de componentes principales, donde las componentes 1 y 2, explicaron un
87,74 % de la variabilidad total (Figura 3).
Asociación
del rendimiento agrícola de los cultivares de soya con las variables
obtenidas sobre el primer y segundo componente en las tres fechas de
siembra estudiadas
Masa 1000: masa de mil granos (g). Rendimiento: Rendimiento agrícola (t ha-1). No granos: Número de granos por planta. No vainas: Número de vainas por plantas
La masa de los granos obtuvo una alta
separación angular respecto al número de vainas, número de granos y el
rendimiento. Esto indica que bajo estas condiciones a medida que aumenta
el número de granos y el número de vainas, disminuye la masa de los
mismos y viceversa, lo que se demuestra una vez más el nivel
compensatorio entre estas variables.
Resultados
similares se obtuvieron en condiciones tropicales con cultivares de soya
de diferente grupo de madurez, donde el aumento del rendimiento se le
atribuye al considerable incremento en el número de vainas por planta y
al número de granos 5. Otros estudios
relacionados con este resultado, permitieron establecer que la respuesta
general encontrada es que el número de granos por m² es el componente
más asociado a las variaciones en el rendimiento en el cultivo de la
soya, sin embargo, hay situaciones que el rendimiento se explica por las
variaciones en el peso unitario y/o por variaciones conjuntas 21,25.
Otro
aspecto importante es la influencia de las variables meteorológicas
como una de las principales fuerzas impulsoras para definir las
diferentes etapas fenológicas por las que transita el cultivo, por
tanto, la duración de cada una de estas etapas explica parcialmente la
generación y la variación de los componentes morfológicos del
rendimiento. De ahí que al analizar el grado de asociación entre estas
variables y la duración en días en cada una de las etapas estudiadas
para las tres fechas de siembra en general, se evidenció las diferencias
existentes entre ellas (Figura 4).
En la etapa fenológica Ve-R1,
no existió asociación alguna con las variables analizadas (temperatura,
radiación solar, humedad relativa), por lo que en este caso no es
posible definir un patrón de comportamiento que permita explicar la
influencia de las mismas en vista a los cambios fenológicos de la
planta. Sí es preciso destacar que la literatura señala a la temperatura
como la variable que más influencia ejerce en la tasa de desarrollo del
cultivo, desde la emergencia hasta la cosecha, lo que significa que
todas las cosechas y todas las etapas de desarrollo son sensibles a la
misma 18. También, al igual que la
temperatura se hace referencia al efecto que causa la duración del día
en el crecimiento del cultivo de la soya, fundamentalmente desde la
etapa donde aparece la primera hoja trifoliada (V1) hasta el comienzo de la floración (R1) 17,18, aunque esta variable no fue analizada en el presente estudio.
Asociación
de las principales variables meteorológicas con la duración en días de
los cultivares de soya en cada una de las etapas fenológicas estudiadas
para las tres fechas de siembra en general
Sin embargo, en la etapa fenológica R1-R5,
la asociación más clara a la duración en días estuvo dada por la
radiación solar y las temperaturas. Esto se puede vincular de cierta
manera a las variaciones del rendimiento y sus principales componentes,
ya que las variables asociadas se relacionan con los cambios en la
disponibilidad de asimilados después del comienzo de la floración 18.
Es importante resaltar que algunos autores sugieren óptimos de
temperatura para el desarrollo de la soya, o sea, el rango de 16-28 ºC
durante todo el período del cultivo, de 15-22 ºC, 20-22 ºC y 15-22 ºC
como temperaturas óptimas para las etapas de emergencia, floración y
madurez respectivamente, o un máximo de 27 ºC para el período de llenado
de los granos 1. En este estudio, la temperatura media en la fecha de mayo 2012 (Figura 1),
cuando comenzó el inició de llenado de los granos (65 días después de
emergencia), registró un valor alrededor de los 29,0 ºC, lo que
justifica el bajo número de granos alcanzado por los cultivares en esta
fecha, si se tiene en cuenta el máximo de temperatura para el desarrollo
de los mismos según la literatura. Estudios realizados con temperaturas
altas, demostraron que éstas tuvieron un efecto negativo significativo
en el rendimiento y la biomasa producida, debido a la tasa de
crecimiento más lenta que obtuvo el cultivo, a la vez que disminuyó el
tamaño de los granos y se incrementó el arrugamiento de los mismos 26.
Por otra parte, en la fecha de siembra (mayo 2013), donde se
registraron los valores más bajos del rendimiento coincidió con una baja
disponibilidad de radiación solar durante toda esta etapa. Se ha hecho
evidente en diferentes resultados que la reducción de la radiación
incidente a través del sombreado aplicado desde R3 en adelante, disminuyó el número de vainas y granos 18,22.
Este fue un resultado a esperar, dada la fuerte relación que existe
entre los componentes de rendimiento y el crecimiento durante el período
crítico del cultivo. Por tanto, un mecanismo fisiológico que se asocia
comúnmente con un mayor rendimiento de soya es extender todo o parte de
la duración del crecimiento reproductivo, a la vez que hay una mayor
intercepción de la radiación solar y un aumento en la fotosíntesis
diaria del cultivo, y de esta manera, se garantiza una mayor
disponibilidad de fotoasimilados 18.
En cambio, en la etapa fenológica R5-R7,
la mayor influencia fue ejercida por los grados días acumulados y la
humedad relativa. El tiempo térmico se utiliza generalmente para incluir
los efectos de la temperatura y describir la temporización de los
procesos biológicos de la planta, o sea, se puede definir como la
cantidad de grados días necesarios para completar un determinado proceso
de desarrollo o fase fenológica 8.
Por lo que en este estudio el tiempo térmico debió tener cierta
incidencia en la duración de la etapa, de manera tal que pudiera dar
respuesta a las variaciones en el número de granos, es decir, existe una
relación directa en la duración de la etapa, la radiación incidente y
la determinación en el número de granos. En el caso de la humedad
relativa, es evidente esta asociación debido a las precipitaciones
ocurridas durante esta etapa en todas las fechas de siembra. Estudios
muestran que la disminución del vigor de las semillas es una respuesta
del deterioro causado por varios factores, fundamentalmente la elevada
humedad relativa por causa de lluvias durante el período cercano a la
madurez, y por consiguiente, estas semillas tienden a producir plántulas
débiles con reducido potencial de rendimiento 27.
CONCLUSIONES
Los
resultados obtenidos indicaron que los mayores valores del rendimiento
agrícola se encontraron en la fecha de mayo 2012, a la vez que el
cultivar D-2101 fue el de mejor respuesta en todas las fechas de siembra
estudiadas.
El número de vainas/planta se comportó como la variable que más influyó en la expresión del rendimiento.
En la etapa fenológica Ve-R1 no hubo asociación con las variables meteorológicas estudiadas, mientras que en la etapa R1-R5 demostraron ser las más influyentes las temperaturas y la radiación solar.
Los
grados día acumulados y la humedad relativa fueron las variables que
más asociadas estuvieron a la duración de la etapa fenológica R5-R7.
INTRODUCTIONGlobally, the cultivation of soybeans (Glycine max (L.) Merrill) is one of the most important due to the high oil and protein content of the grain 1.
Some studies show that the overall rate of yield increase in this crop
will need to almost double to meet the population demands forecast for
2050, so various factors can influence yield gains over time 2.
It
has recently been shown that the causes for soybean performance
improvement are based on the inclusion of changes in management
practices, genetic improvement, and environmental conditions 3,
not to mention that the estimates of a high performance will often
result in large gaps, with a considerable probability that it is not
economical or sustainable 4.
In
this sense, previous studies affirmed that meteorological variables
such as temperature, solar radiation, rainfall and relative humidity,
cause a direct effect on growth and yield in soybean cultivation 5,6.
The planting date has also been widely evaluated in different
environments, considering it, one of the least expensive production
decisions, while having a greater influence on yield than any other
management practice 7.
On
the other hand, the importance of yield has been described as the
result of a process of agricultural activities carried out throughout
the crop development cycle, so it is important to know its phenology,
the possible duration of the different phases or stages and their
potential problems and fundamental needs 8.
Some results have shown that the large seasonal change in environmental
conditions can have considerable effects on yields, to which the
response capacity of the plant's production processes is different
depending on the stage of development 1.
These
aspects demonstrate to some extent that the behavior and response of
soybean cultivars to environmental conditions is different depending on
the planting date and the time the crop is established, hence the
analysis of meteorological variables may be adequate to detect the
adaptation differences of soy in a given environment. Therefore, the
present work was developed with the objective of evaluating the
variability of the yield in four soybean cultivars (Glycine max
(L.) Merrill), associated with meteorological variables (temperatures,
solar radiation and relative humidity), according to date of sow in the
springtime.
MATERIALS AND METHODSThe
experiments were carried out in the Base Technological Scientific Unit,
Los Palacios (UCTB-LP), belonging to the National Institute of
Agricultural Sciences, located in the southern plain of the Province of
Pinar del Río, at 22° 44 'north latitude. and at 83° 45 'west latitude,
at 60 m a.s.l, with an approximate slope of 1 %. Four soybean cultivars
of Vietnamese origin (DVN-5, DVN-6, DT-84, D-2101) were evaluated, which
were planted on three different planting dates; May 2012, April 2013
and May 2013, corresponding to the Spring season.
The soil of the experimental area is classified, according to the New Version of Genetic Classification of the Soils of Cuba 9,
as Hydromorphic Gley Nodular Ferruginous Petroleum. As results of the
soil sampling of the experimental area, some properties that
characterize its fertility are shown (Table 1).
The main characteristics of the cultivars under study are presented in Table 2
10, which were sown by direct sowing
at a distance (manual), 0.70 m between rows and 0.07 m between plants,
with a norm of 54 kg ha-1 of seeds. Phytotechnical work was carried out as recommended in the Technical Manual for Soybean Cultivation 11.
A randomized experimental block design with four treatments (DVN-5,
DVN-6, DT-84, D-2101) and three replicates was used in each planting
period. The experimental plots had a total area of 30 m2.
The values of maximum, minimum and daily
average temperature (T max, T min, T mea), rainfall, global solar
radiation (GSR) and relative humidity (Hr), for the period in which the
experiments lasted, are shown in the Figure 1, which were obtained from the Paso Real de San Diego Weather Station in Los Palacios.
The
accumulated temperature was determined from the calculation of the
thermal sum or accumulated degrees days (GDA) using the following
formula 12:
Where in this case, the base temperature was selected at 10 °C 1 and n the number of days in the period considered.
In
each experimental plot at the time of harvest, ten representative
plants were taken at random in the effective area to neglect the edge
effect, and the following variables were determined:
Number of pods per plant (No pods)
Number of grains per plant (No grains)
Mass of a thousand grains (Mass 1000)
Regarding the number of grains and number of
pods, the value of each variable was counted in the ten plants per
plot. From all the grains of the 10 plants sampled, four random samples
of 1000 grains per plot were taken. These were dried until the grains
reached 14 % humidity and the samples were then weighed on an analytical
balance (KERNPLJ e = 0.01 g) to obtain the value of the mass in grams.
To determine the agricultural yield (t ha-1), 8 m2
of the center were harvested in each experimental plot, the plants were
threshed and the grains were dried until reaching 14 % humidity.
The
means of the yield and its components to cultivate and date of sowing,
were subjected to an analysis of variance (ANAVA), and the significant
differences were determined with the Tukey test (p <0.05); From the
resulting experimental error, the confidence interval of the same was
calculated. Two data matrices were constructed; 1) cultivars, sowing
dates, yield and their components; 2) cultivars, planting dates,
duration (days) of three fundamental stages (Ve-R1, pre-flowering stage and start of flowering (5-37 days after emergence). The R1-R5,
early reproductive stage in which most fruits are established and start
of seed filling (37-65 days after emergence), and stage R5-R7, seed filling period (65-92 days after emergence) 13,
meteorological variables and degrees of day accumulated; which were
processed by the multivariate technique of Principal Components, through
the representation of a Biplot. The Statgraphics 5.0 statistical
package 14 was used.
Daily
temperatures (maximum, mean, minimum), rainfall, global solar radiation
and relative humidity, taken from the Paso Real Agrometeorological
Station in San Diego, during the period of the experiments
A:
Planting period from May to August 2012, B: Planting period from April
to July 2013, C: Planting period from May to August 2013
RESULTS AND DISCUSSION
Figure 2 shows the response of the agricultural
performance of the cultivars at the different evaluated dates. In
general, a variation of this variable is observed both between planting
dates and between cultivars, demonstrating once again that a specific
behavior pattern cannot be defined, taking into account the role that
certain factors play in the process of yield training for a given
cultivar.
In May 2012 the cultivars (DT-84,
DVN-6, D-2101) reached the best response, with significant differences
in the dates of April and May 2013. However, the cultivar DVN-5 showed
an inverse response to the others cultivars studied, that is, the
highest yield values were reached in the dates of April and May 2013,
without significant differences between the two. The cultivar D-2101
reached the highest yields in the three sowing dates, especially in May
2012 with a value of 4.20 t ha-1. On the other hand, the
cultivar DVN-6 obtained the lowest yields, mainly in the dates of April
and May 2013, with values of 2.88 and 2.87 t ha-1 respectively.
Agricultural yield (t ha-1) at 14 % of grain moisture of soybean cultivars on the three planting dates
Results related to the effect of the sowing
date show that the variations in the yield are fundamentally due to the
influence that the meteorological variables exert in the formation of
the same 7,15.
Therefore, when analyzing the behavior of meteorological variables
during the time that the experiments lasted, it was observed that the
highest values of temperature and solar radiation (Figure 1)
coincide with the planting date where the cultivars reached the highest
yields. (May 2012). Some authors reported that the soybean crop yield
was strongly correlated with the maximum daily temperature (≤30 oC) during the grain filling stage (R5-R7),
that is, high temperatures are generally associated with a longer
duration of the period, leading to increased availability of incident
radiation 5,16.
This direct effect allows increasing the efficiency of the use of
radiation for performance, in fact, some results show that the spatial
distribution of the pods in a greater number of knots, could improve
this efficiency by reducing competition within the nodes 17.
The
low yields reached by the cultivar DVN-6 in the dates of April and May
2013, have a certain relationship with the period where the highest
values of precipitation and relative humidity were recorded, as well as
temperatures and the availability of solar radiation they were
relatively lower compared to their performance on the highest yield
date. Other authors reported similar results, where they show that the
reduction of incident radiation through shading applied from R3
onwards decreased the number of pods and grains, given the strong
relationship that exists between both components and growth during the
critical period in soybean 18.
The
possibility of increasing profitability in soybean cultivation in
tropical regions has been raised, especially in the spring season, where
environmental conditions may have an ideal behavior for the growth of
the crop 19. In Cuba, previous studies
affirm that the highest yields in soybean cultivation are obtained in
the spring season, because it is the period of the year when the plant
reaches a higher height, increasing the number of reproductive
structures per unit area of soil 20.
This
variability in yield between planting dates and between cultivars was
even more evident when analyzing the behavior of its main numerical
components (Table 3), so the influence that these
components exert during the yield formation process can be explained, if
the conditions under which the experiments were carried out are taken
into account. For the number of pods, the best performance was achieved
by the cultivars on the date where the highest yield values were
obtained, and although various authors define this variable as an
indirect component 21, it apparently had
an influence on the determination of the same. Adverse weather
conditions during this stage cause a drop in the number of pods, and
consequently, a decrease in the number of grains, which leads to low
yields 15. Several authors maintain the
theory that yield is positively correlated with pods per node, and
although this variable was not determined in this study, the role-played
by the number of nodes in fixing reproductive structures that start
must be recognized to the yield formation process, especially in the
number of pods 15,17,22.
Regarding the number of grains, the highest
values were reached by the cultivars on the date of April 2013, in which
low yields were obtained compared to those obtained on the
best-performing sowing date (May 2012). However, it should be underlined
that the date of May 2013 again coincides with the lowest values
reached by cultivars. In previous results, it was confirmed that the
physiological processes that explain the variations in the yield, are
commonly associated with the determination of the number of grains per
unit area of soil, since this is the main numerical component of the
yield 23. On the other hand, when the
cultivars were analyzed independently, the cultivar D-2101 was confirmed
as the one with the best response on the three planting dates. This is
highly successful to the point that it is possible for different
genotypes to have similar or different yields in the same environment,
and for a genotype to have different yields in different environments 24.
In experiments carried out under controlled environmental conditions
with genotypes of different development cycles, variations in the number
of grains were obtained, which brought about a decrease in yield 22.
Hence, subsequent studies by these same authors, show that the yield is
positively correlated with the number of grains, however, they
highlight the importance that the number of pods plays during the
critical period of the crop (period in which the plant is with greater
sensitivity), especially when filling the grains 17.
On
the other hand, the mass of the grains had a similar response to the
number of pods, so it must have been an important element in the
formation of the yield. However, it should be noted that this variable
achieved a behavior contrary to the number of grains, that is, on the
sowing date where the cultivars obtained a low value in the mass of the
grains, it was where they reached the highest number of them. In this
regard, some results have concluded that the increase in yield can be
attributed to the considerable increase in the number of pods per plant
and the weight of the grains 5. In other
words, each component is affected with different intensity by the
environment at each stage of development and within certain limits, but
there is the ability to compensate for reductions in one component by
increasing the subsequent one 21, although
in a wide range of agronomic conditions. , the number of grains as the
main component of the yield, can only be compensated by their mass 25.
From
the previous results and when analyzing the degree of association of
agricultural yield and its main components, it was resolved that the
most influential variable on the expression of yield was the number of
pods/plant, generally seen for the three dates of sowing studied. This
is demonstrated in the principal component analysis, where components 1
and 2 explained 87.74 % of the total variability (Figure 3).
Association
of the agricultural yield of soybean cultivars with the variables
obtained on the first and second component in the three sowing dates
studied
Mass 1000: mass of a thousand grains (g). Yield: Agricultural yield (t ha-1). No grains: Number of grains per plant. No pods: Number of pods per plant
The mass of the grains obtained a high
angular separation with respect to the number of pods, the number of
grains and the yield. This indicates that under these conditions as the
number of grains, the number of pods increases, their mass decreases,
and vice versa, which once again demonstrates the compensatory level
between these variables.
Similar results were
obtained in tropical conditions with soybean cultivars of different
maturity groups, where the increase in yield is attributed to the
considerable increase in the number of pods per plant and the number of
grains 5. Other studies related to this
result, allowed us to establish that the general response found is that
the number of grains per m² is the component most associated with
variations in yield in soybean cultivation, however, there are
situations where yield is explained by variations in unit weight and/or
by joint variations 21,25.
Another
important aspect is the influence of meteorological variables as one of
the main driving forces to define the different phenological stages
through which the crop passes, therefore, the duration of each of these
stages partially explains the generation and variation of the
morphological components of performance. Hence, when analyzing the
degree of association between these variables and the duration in days
in each of the stages studied for the three planting dates in general,
the differences between them were evident (Figure 4).
In the phenological stage Ve-R1,
there was no association with the analyzed variables (temperature,
solar radiation, relative humidity), so in this case it is not possible
to define a behavior pattern that allows explaining their influence in
view to the phenological changes of the plant. It should be noted that
the literature points to temperature as the variable that most
influences the rate of crop development, from emergence to harvest,
which means that all crops and all stages of development are sensitive
to itself 18. Also, like the temperature,
reference is made to the effect that the length of the day causes on the
growth of the soybean crop, mainly from the stage where the first
trifoliate leaf appears (V1) until the beginning of flowering (R1) (17,18, although this variable was not analyzed in the present study.
Association
of the main meteorological variables with the duration in days of
soybean cultivars in each of the phenological stages studied for the
three planting dates in general
D days: Duration in days (days). GDA: Accumulated degrees days (°C). GSR: Global Solar Radiation (MJ m-2). T min: Minimum temperature (°C). T mea: Average temperature (°C). T max: Maximum temperature (°C). Hr: Relative humidity (%)
However, in the phenological stage R1-R5,
solar radiation and temperatures gave the clearest association with the
duration in days. This can be linked in some way to variations in yield
and its main components, since the associated variables are related to
changes in the availability of assimilates after the beginning of
flowering 18. It is important to highlight
that some authors suggest optimum temperatures for soybean development.
It could be the range of 16-28 °C during the entire period of
cultivation, of 15-22 °C, 20-22 °C and 15- 22 °C as optimum temperatures
for the emergence, flowering and maturity stages respectively, or a
maximum of 27 °C for the period of filling of the grains 1. In this study, the average temperature on the date of May 2012 (Figure 1),
when the filling of the grains began (65 days after emergence),
registered a value around 29.0 °C, which justifies the low number of
grains reached by cultivars on this date, if the maximum temperature is
taken into account for their development according to the literature.
Studies carried out with high temperatures, showed that these had a
significant negative effect on the yield and the biomass produced, due
to the slower growth rate obtained by the crop, at the same time that
the size of the grains decreased and the wrinkling increased thereof 26.
On the other hand, on the sowing date (May 2013), where the lowest
yield values were recorded, it coincided with a low availability of
solar radiation throughout this stage. It has become evident in
different results that the reduction of incident radiation through the
shading applied from R3 onwards decreased the number of pods and grains 18,22.
This was a result to be expected, given the strong relationship that
exists between yield components and growth during the critical period of
the crop. Therefore, a physiological mechanism that is commonly
associated with a higher soybean yield is to extend all or part of the
duration of reproductive growth, while there is a greater interception
of solar radiation and an increase in the daily photosynthesis of the
crop, and in this way, a greater availability of photoassimilates is
guaranteed 18.
On the other hand, in the phenological stage R5-R7,
the greatest influence was exerted by the accumulated degrees days and
the relative humidity. Thermal time is generally used to include the
effects of temperature and describe the timing of the biological
processes of the plant, that is, it can be defined as the number of
degrees days required to complete a certain development process or
phenological phase 8. Therefore, in this
study, thermal time must have had a certain impact on the duration of
the stage, so that it could respond to variations in the number of
grains, that is, there is a direct relationship in the duration of the
stage, incident radiation and determination of the number of grains. In
the case of relative humidity, this association is evident due to the
rainfall that occurred during this stage on all planting dates. Studies
show that the decrease in seed vigor is a response to the deterioration
caused by several factors, mainly the high relative humidity due to
rains during the period near maturity, and therefore, these seeds tend
to produce weak seedlings with reduced performance potential 27.
CONCLUSIONS
The
results obtained indicated that the highest values of agricultural
yield were found on the date of May 2012, while the cultivar D-2101 was
the one with the best response on all the sowing dates studied.
The number of pods/plant behaved as the variable that most influenced the expression of yield.
In the phenological stage Ve-R1 there was no association with the meteorological variables studied, while in the stage R1-R5 temperatures and solar radiation proved to be the most influential.
The
accumulated degrees and relative humidity were the variables that were
most associated with the duration of the phenological stage R5-R7.