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Variabilidad del rendimiento en cultivares de soya (Glycine max L. Merrill). Parte II. Época de primavera

  [*] Autor para correspondencia: orojan@inca.edu.cu


RESUMEN

La 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.

Palabras clave:
temperatura; fenología; productividad; humedad relativa; genotipos.

INTRODUCCIÓN

A 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 MÉTODOS

Los 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.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En 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.

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).

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.

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.

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Recibido: 25/10/2019

Aceptado: 26/07/2020

 

 


Los autores de este trabajo declaran no presentar conflicto de intereses.

Este artículo se encuentra bajo licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)

La mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni por el editor.


Traducir DocumentoOriginal article

Variability of the yield in soybean cultivars (Glycine max L. Merrill). Part II. Springtime

  [*] Author for correspondence. orojan@inca.edu.cu


ABSTRACT

The research was developed in the areas of the Base Technological Science Unit, Los Palacios, Pinar del Río, belonging to the National Institute of Agricultural Sciences. The objective was to evaluate the variability of the yield in soybean cultivars (Glycine max (L.) Merrill) associated with meteorological variables according to the sowing date in the spring season. Four soybean cultivars were used (DV-5, DVN-6, DT-84, D-2101), which were sown on three different sowing dates (May 2012, April 2013 and May 2013), corresponding to the time of spring, on a Hydromorphic floor Gley Nodular Ferruginous Petroferric. An experimental design of random blocks with three replications was used, and agricultural performance and its main components were evaluated, as well as meteorological variables (temperatures, solar radiation, relative humidity), in different phenological stages of the crop (Ve-R1, R1-R5, R5-R7). The results obtained indicated that the meteorological variables studied influenced the variability of the soybean yield in the spring season. Of the components studied, the one most associated with yield was the number of pods / plant for the three planting dates in general. The climatic variables evaluated that most influenced the duration of the stages were the temperatures and solar radiation in the R1-R5 stage, the accumulated degree-days and the relative humidity in the R5-R7 stage.

Key words:
temperature; phenology; productivity; relative humidity; genotypes.

INTRODUCTION

Globally, 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 METHODS

The 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.

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.

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).

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.

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.