El frijol común (Phaseolus vulgaris L.) es la leguminosa de mayor importancia por su consumo en el mundo. Se cultiva en ambientes muy diversos y son los países de Centroamérica y el Caribe donde se concentran grandes áreas productoras y las poblaciones que más lo consumen, por ser un componente esencial de su dieta diaria ^1,2 y una fuente rica en proteínas, vitaminas y minerales ³. En Cuba, su cultivo alcanza cada día mayor importancia y el país ha incrementado su siembra de 122 mil hectáreas en el año 2016 a 147 mil en el 2018 ^4,5. Sus rendimientos se han mantenido entre 0,8 y 1,0 t ha^-1 inferior al potencial de los cultivares utilizados; no obstante, la producción nacional aún no satisface la demanda de consumo ^6,7. Además, el cambio climático se ha convertido en un factor decisivo para la estabilidad de los rendimientos. En los últimos años son más evidentes los eventos meteorológicos extremos, se han modificado los patrones globales de precipitación y la intensidad de las sequías ⁸. Por lo tanto, promover el uso de cultivares mejor adaptados a las condiciones ambientales actuales, puede contribuir a que las producciones nacionales logren satisfacer la demanda de la población cubana ⁹.

Estos aspectos evidencian en cierta medida que el comportamiento y la respuesta de los cultivares de frijol a las condiciones ambientales es diferente según la fecha de siembra, por lo que el análisis de las variables meteorológicas puede ser adecuado para detectar las diferencias de adaptación del frijol en un ambiente determinado. Por tanto, acorde con los criterios anteriores, el presente trabajo se desarrolló con el objetivo de evaluar la variabilidad del rendimiento en cultivares de frijol (Phaseolus vulgaris L.) y su relación con variables meteorológicas, según la fecha de siembra.

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 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 seis cultivares de frijol (Holguin 518, Tazumal, Tomeguin 93, Bat 304, Bat 832 y Cuba Cueto 25-9), los cuales fueron sembrados en cuatro fechas de siembra: octubre 2010; diciembre 2011; enero 2012 y octubre 2012.

El suelo del área experimental se clasifica, según la Nueva Versión de Clasificación Genética de los Suelos de Cuba ¹⁰, como Hidromórfico Gley Nodular Ferruginoso Petroférrico. Como resultado 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 ⁶, los que se sembraron por siembra directa a distancia (manual), de 0,70 m entre surco y 0,05 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 Frijol ⁶. Se empleó un diseño experimental de bloques al azar con seis tratamientos (los cultivares) y tres réplicas. Las parcelas experimentales contaron con un área total de 30 m².

En la Figura 1 se registra la temperatura máxima, mínima y media diaria (Tmáx, Tmín, Tmed), las precipitaciones, la radiación solar global (RSG) y humedad relativa (Hr), del período de duración de los experimentos, los cuales fueron obtenidos de la Estación Meteorológica de Paso Real de San Diego, en Los Palacios.

Se calculó la duración en días de cada una de las fases de crecimiento, teniendo en cuenta lo reportado por la guía técnica para la producción de frijol común y maíz, que aparece en la Tabla 3 ⁶. Cada fase fue decretada cuando más del 50 % de las plantas en las parcelas experimentales presentaron las características acordes a lo descrito.

La sumatoria térmica o grados día acumulados (GDA) fue calculada por el siguiente método ¹¹:

Donde

T _máxima, temperatura máxima diaria del aire

T _mínima, temperatura mínima diaria del aire

T _base, temperatura base, que es la temperatura en que el proceso de interés no progresa y se tomó en este caso 10 ºC ⁵.

Para determinar el rendimiento agrícola se cosecharon 8 m² del centro en cada parcela experimental, se trillaron las plantas y se secaron los granos hasta alcanzar el 14 % de humedad.

Se caracterizaron climáticamente las cuatro fechas de siembra, a través de un análisis de componentes principales con dichas variables, dividiendo el ciclo del cultivo en dos períodos: V₁-R₆, fase vegetativa; R₆-R₉, fase reproductiva ⁶.

Las medias de las variables evaluadas obtenidas por cultivar y fecha de siembra, se sometieron a análisis de varianza (ANAVA) y las diferencias significativas entre las medias se determinaron con el test de Tukey (p<0,05). Se construyeron varias matrices de datos, 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 ¹².

En la Figura 2 se muestra el comportamiento 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. Se demuestra que no se puede definir un patrón de comportamiento específico para el rendimiento, por lo que resulta necesario tener en cuenta el papel que juegan los factores internos, relacionados con el cultivar y los externos, relacionados con el clima, en el proceso de formación del rendimiento. A pesar de esto, los cultivares BAT 304 y BAT 832 mostraron un comportamiento favorable en todas las fechas de siembra.

En octubre 2010, se observa el mejor comportamiento para todos los cultivares con rendimientos de aproximadamente 2 t ha^-1, valor que difiere de manera significativa con los alcanzados en las demás fechas de siembra (diciembre 2011, octubre 2012 y enero 2012). Sin embargo, en octubre 2012 los rendimientos agrícolas se comportaron cercanos a las 1,5 t ha^-1 para la mayoría de los cultivares excepto para el cultivar CC-25-9 que alcanzó 1 t ha^-1.

El hecho de que los cultivares alcanzaran los valores más altos del rendimiento en octubre 2010 pudiera estar relacionado con la influencia que ejercen las variables meteorológicas en la formación del rendimiento. Si analizamos el comportamiento de las temperaturas, en esta fecha se observa que entre 40 y 70 días después de la emergencia (estado de floración de los cultivares) las temperaturas fueron relativamente menores en 1,5 °C aproximadamente, en comparación con las restantes fechas en igual período (Figura 1). En la literatura se destaca que la variabilidad de los rendimientos está muy relacionada con las condiciones meteorológicas para un cultivar determinado, aspecto que permite explicar cómo unos cultivares responden mejor que otros a las condiciones edafoclimáticas de determinada localidad.

También resultados de otras investigaciones indican la influencia de las temperaturas (entre 20-25 °C) en la estabilidad de los rendimientos de algunas especies de granos, específicamente, arroz, soya y frijol ^13-15.

Los resultados en este trabajo demuestran cómo a pesar de la variabilidad en el clima, la respuesta de determinados cultivares (BAT 304 y BAT 832) puede ser positiva ante condiciones locales imperantes, por lo cual resulta importante la selección de estos por localidad. Al respecto, algunos autores plantean que el ambiente en el cual se desarrollan los cultivos agrícolas ejerce un efecto sobre los mismos, este puede ser positivo o negativo, en dependencia del comportamiento de las variables climáticas. Además, también destacan que resulta interesante conocer que las plantas reflejan un comportamiento diferenciado ante las variables climáticas, lo cual origina que cultivares de una misma especie manifiesten comportamientos diferents ante un efecto similar de las variables climáticas ¹⁶. Estos estudios resultan de gran importancia para los programas de mejoramiento genético, ya que se pueden determinar los parámetros más influenciados por el medio y lograr así un criterio de selección más aceptado.

La representación gráfica del análisis de componentes principales se aprecia en la Figura 3, en la cual se evidencia la asociación del comportamiento del rendimiento agrícola de los cultivares en las diferentes fechas de siembra, frente a las variables meteorológicas, tanto para la etapa V1-R6, como para la de R6-R9.

Al tener en cuenta el grado de asociación entre las variables para la etapa V1-R6 (Figura 3A), la mejor asociación positiva con el rendimiento la presentaron los valores de temperatura, sobre todo las temperaturas mínimas. Al respecto, en la literatura se plantea que el frijol es una planta de origen tropical y se desarrolla mejor a temperaturas entre 18 y 24 °C y se destaca que los mayores rendimientos se obtiene a las temperaturas promedios indicadas. Además, se informa que en zonas calurosas se puede producir frijol satisfactoriamente, siempre que las temperaturas nocturnas no sean muy elevadas, ya que las noches calurosas comúnmente inducen la caída de las flores en detrimento de la producción ⁶. Las temperaturas bajas (inferiores a 15 °C) pueden provocar disminuciones en el rendimiento, ya que afectan el desarrollo vegetativo por ser muy lento el crecimiento y provocan atrasos en la floración, con lo cual se prolonga considerablemente el ciclo de crecimiento ¹⁷.

Para la etapa R6-R9 (Figura 3B) se aprecia una fuerte pero inversa relación entre las temperaturas (máxima, media y mínima) y el rendimiento. Estos resultados indican que un aumento de las temperaturas en ese período puede provocar disminución en el rendimiento o viceversa. Estudios realizados con temperaturas altas demostraron que éstas tuvieron un efecto negativo en el rendimiento (valores que fueron bajos) 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 ¹⁸. Se destaca que temperaturas superiores a 30°C hacen disminuir la capacidad productiva, provocan una baja en la producción de flores y vainas y, si el riego no es adecuado, se induce la caída de las flores. Un efecto diferente se observó en ensayos realizados con frijol; donde se encontró buenos resultados en el rendimiento del grano seco cuando las temperaturas fueron bajas (temperatura media mensual de 18 °C y una humedad relativa de 80 % aproximadamente).

En estudios realizados en soya después del comienzo de la floración, se evidencia que las variaciones del rendimiento están asociados a variaciones en el comportamiento de variables meteorológicas, ya que las variables asociadas están relacionadas con posibles cambios en la disponibilidad de asimilados. Por tanto, cuando las temperaturas no son muy altas (no superan los 25 °C), se extiende 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, de esta manera, se garantiza una mayor disponibilidad de fotoasimilados y, por ende, mayor rendimiento ¹⁹.

Con los resultados del presente trabajo resulta evidente que la temperatura es la variable que más influencia ejerce en la tasa de desarrollo del cultivo del frijol, desde la emergencia hasta la cosecha, lo que significa que todas las etapas de desarrollo son sensibles a la misma. Los valores de Grados días de calor acumulados (GDCA, °C) para completar fases y el ciclo del cultivo para los diferentes cultivares en estudio aparecen en la Tabla 4.

Los cultivares requieren un rango de calor acumulado para completar su ciclo biológico que oscila entre 900 y 1350 °C aproximadamente, aunque teniendo en cuenta que Holguín 518, Tazumal, Tomeguín 93, BAT 304 y BAT 832 solo llegan hasta 1200 °C, se pudieran agrupar como cultivares que necesitan un rango de temperatura similar; mientras que CC-25-9 como requiere valores cercanos a 1300 ºC, pudiera agruparse con otros cultivares de un ciclo más largo, que requieren mayor GDCA, por lo que se pudieran continuar los estudios para agrupar cultivares en función de esta variable .

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-día necesarios para completar un determinado proceso de desarrollo o fase fenológica ²⁰. 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 rendimiento. A partir de estos resultados es posible explotar, de manera conveniente, las condiciones del clima, en relación a las características genéticas de los cultivares y así aprovechar el período más idóneo para el desarrollo de las fases fenológicas del cultivo, la eficiencia y la oportunidad en la aplicación de los insumos y la mano de obra a utilizar. Se pueden manejar las fechas de siembra y seleccionar los cultivares adecuados en determinada localidad; teniendo en cuenta el comportamiento de las temperaturas como elemento fundamental.

The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is the most important legume for consumption in the world. It is grown in very diverse environments and it is the Central American and Caribbean countries where large producing areas and the populations that consume it the most are concentrated, as it is an essential component of their daily diet ^1,2) and a rich source of protein, vitamins and minerals ³. In Cuba, its cultivation is becoming increasingly important and the country has increased its planting from 122 thousand hectares in 2016 to 147 thousand in 2018 ^4,5. Its yields have been kept between 0.8 and 1.0 t ha^-1 lower than the potential of the cultivars used; however, domestic production still does not meet consumer demand ^6,7. Furthermore, climate change has become a decisive factor for the stability of yields. In recent years, extreme meteorological events have become more evident, global precipitation patterns and drought intensity have changed ⁸. Therefore, promoting the use of cultivars better adapted to current environmental conditions can help national productions to satisfy the demand of Cuban population ⁹.

These aspects show to a certain extent that the behavior and response of bean cultivars to environmental conditions is different according to the sowing date, so the analysis of meteorological variables may be adequate to detect differences in bean adaptation in a certain environment. For this, in accordance with the previous criteria, the present work was developed with the objective of evaluating the variability of yield in bean (Phaseolus vulgaris L.) cultivars and its relationship with meteorological variables, according to the sowing date.

The experiments were developed in the Base Scientific Technological Unit "Los Palacios" (UCTB-LP), belonging to the National Institute of Agricultural Sciences, located in the southern plain of Pinar del Río province, at 22° 44' North latitude and at 83° 45' west latitude, at 60 m a.s.l, with an approximate slope of 1 %. Six bean cultivars were evaluated (Holguin 518, Tazumal, Tomeguin 93, Bat 304, Bat 832 and Cuba Cueto 25-9), which were planted on four sowing dates: October 2010; December 2011; January 2012 and October 2012.

The soil of the experimental area is classified, according to the New Version of Genetic Classification of Cuban Soils ¹⁰, as Hydromorphic Gley Nodular Ferruginous Petroferric. As a result of the soil sampling of the experimental area, some properties that characterize its fertility are shown (Table 1).

The main characteristics of cultivars under study are presented in Table 2 ⁶, those that were sown by direct sowing at a distance (manual), 0.70 m between rows and 0.05 m between plants, with a norm of 54 kg ha^-1 of seeds. The phytotechnical work was carried out as recommended in the Technical Manual for Bean Cultivation ⁶. A randomized block experimental design with six treatments (the cultivars) and three replicates was used. The experimental plots had a total area of 30 m².

In Figure 1 the daily maximum, minimum and average temperature (Tmax, Tmin, Tmed), rainfall, global solar radiation (GSR) and relative humidity (Rh) are recorded, of the period of experiment duration, which were obtained from the Paso Real de San Diego Meteorological Station, in Los Palacios.

The duration in days of each growth phases was calculated, taking into account that reported by the technical guide for the production of common beans and corn, which appears in Table 3 ⁶. Each phase was decreed when more than 50 % of plants in the experimental plots presented the characteristics according to what was described.

The thermal sum or accumulated degree days (ADD) was calculated by the following method ¹¹:

Where

T _maximum, maximum daily air temperature

T _minimum, daily minimum air temperature

T _base, base temperature, which is the temperature at which the process of interest does not progress and in this case 10 ºC was taken ⁵.

To determine the agricultural yield, 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 four sowing dates were climatically characterized, through an analysis of main components with said variables, dividing the crop cycle into two periods: V₁-R₆, vegetative phase; R₆-R₉, reproductive phase ⁶.

The means of the evaluated variables obtained by cultivar and sowing date were subjected to analysis of variance (ANAVA) and the significant differences between means were determined with the Tukey test (p <0.05). Several data matrices were constructed, which were processed by the Principal Components multivariate technique, through the representation of a Biplot. The statistical package Statgraphics 5.0 was used ¹².

Figure 2 shows the behavior of the agricultural yield of cultivars in the different evaluated dates. In general, a variation of this variable is observed, both between planting dates and between cultivars. It is shown that a specific behavior pattern cannot be defined for yield, so it is necessary to take into account the role that internal factors, related to the cultivar and external factors, related to the climate, play in the yield formation process. Despite this, the cultivars BAT 304 and BAT 832 showed a favorable behavior on all sowing dates.

In October 2010, the best performance is observed for all cultivars with yields of approximately 2 t ha^-1, a value that differs significantly from those achieved on the other sowing dates (December 2011, October 2012 and January 2012). However, in October 2012, agricultural yields were close to 1.5 t ha^-1 for most cultivars except for the cultivar CC-25-9, which reached 1 t ha^-1.

The fact that cultivars reached the highest yield values in October 2010 could be related to the influence of meteorological variables on yield formation. Analyzing the behavior of temperatures, on this date it is observed that between 40 and 70 days after emergence (flowering stage of the cultivars) the temperatures were relatively lower by approximately 1.5 °C, compared to the remaining dates in the same period (Figure 1). In the literature, the variability of yields is closely related to meteorological conditions for a specific cultivar, an aspect that allows explianing how some cultivars respond better than others do to the edaphoclimatic conditions of a certain locality.

Results from other investigations also indicate the influence of temperatures (between 20-25 °C) on yield stability of some grain species, specifically, rice, soy and beans ^13-15.

The results in this work show how despite the variability in climate, the response of certain cultivars (BAT 304 and BAT 832) can be positive in the face of prevailing local conditions, which is why the selection of these by locality is important. In this regard, some authors suggest that the environment in which agricultural crops are developed has an effect on them, this can be positive or negative, depending on the behavior of climatic variables. In addition, they also highlight that it is interesting to know that plants reflect a different behavior in the face of climatic variables, which means that cultivars of the same species show different behaviors in the face of a climatic variable similar effect ¹⁶. These studies are of great importance for genetic improvement programs, since the parameters most influenced by the environment can be determined and thus achieve a more accepted selection criterion.

The graphic representation of main component analysis is in Figure 3, which shows the association of the agricultural yield behavior of cultivars in the different sowing dates, compared to the meteorological variables, both for stage V₁-R₆, as for that of R₆-R₉.

When taking into account the degree of association between variables for the V₁-R₆ stage (Figure 3A), the best positive association with performance was presented by the temperature values, especially the minimum temperatures. In this regard, in the literature it is stated that beans are a plant of tropical origin and that it develops better at temperatures between 18 and 24 °C and it is highlighted that highest yields are obtained at indicated average temperatures. In addition, it is reported that in hot areas beans can be produced satisfactorily, if night temperatures are not very high, since hot nights commonly induce the fall of flowers to the detriment of production ⁶. Low temperatures (below 15 °C) can cause a decrease in yield, since they affect vegetative development as growth is very slow and cause delays in flowering, which considerably prolongs the growth cycle ¹⁷.

For stage R₆-R₉ (Figure 3B) a strong but inverse relationship between temperatures (maximum, average and minimum) and performance is observed. These results indicate that an increase in temperatures in this period can cause a decrease in performance or vice versa. Studies carried out with high temperatures showed that these had a negative effect on the yield (values that were low) and the biomass produced, due to the slower growth rate obtained by the crop, while grain size decreased and their wrinkling increased ¹⁸. It is emphasized that temperatures above 30 °C reduce the productive capacity, because a decrease in flower and pod production, if the irrigation is not adequate, the fall of the flowers is induced. A different effect was observed in trials carried out with beans; where good results were found in the dry grain yield when temperatures were low (monthly average temperature of 18 °C and a relative humidity of approximately 80).

In studies carried out on soybeans after the beginning of flowering, it is evidenced that the variations in yield are associated with variations in the behavior of meteorological variables, since the associated variables are related to possible changes in the availability of assimilates. Therefore, when temperatures are not very high (they do not exceed 25 °C), all or part of the duration of reproductive growth is extended, while there is a greater interception of solar radiation and an increase in daily photosynthesis of crop, in this way, a greater availability of photoassimilates is guaranteed and, therefore, greater yield ¹⁹.

In the present work results, it is evident that temperature is the variable that most influences the development rate of the bean crop, from emergence to harvest, which means that all development stages are sensitive to it. The values of accumulated degrees of heat days (ADHD, ° C) to complete phases and the crop cycle for the different cultivars under study appear in Table 4.

Cultivars require a range of accumulated heat to complete their biological cycle that ranges between 900 and 1350 °C approximately although taking into account that Holguín 518, Tazumal, Tomeguín 93, BAT 304 and BAT 832 only reach up to 1200 °C, they could be group as cultivars that need a similar temperature range. CC-25-9 requires values close to 1300 ºC, could be grouped with other cultivars of a longer cycle, which require higher ADHD, so that studies could continue to group cultivars based on this variable.

Thermal time is generally used to include temperature effects and describe the timing of biological processes in the plant; that is, it can be defined as the number of degree-days necessary to complete a certain development process or phenological phase ²⁰. Therefore, in this study, the thermal time must have had a certain impact on the stage duration, in such a way that it could respond to variations in performance. From these results, it is possible to exploit, in a convenient way, the climate conditions, in relation to the genetic characteristics of cultivars and thus take advantage of the most suitable period for the development of the phenological crop phases, the efficiency and the opportunity in the application of inputs and labor to be used. It can manage the sowing dates and select the appropriate cultivars in a given location; taking into account the behavior of temperatures as a fundamental element.