Cultivos Tropicales Vol. 44, No. 3, julio-septiembre, 2023, ISSN: 1819-4087
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Artículo original

Efecto de densidades de siembra sobre enfermedades y el rendimiento de Oryza sativa L

 

iDAriel Cruz-Triana*✉:actriana@inca.edu.cu

iDDeyanira Rivero-González

iDAida Tania-Rodríguez


Unidad Científico Tecnológica de Base “Los Palacios”. 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

 

*Autor para correspondencia. actriana@inca.edu.cu

RESUMEN

Los agricultores en Cuba siembran altas dosis de semillas para garantizar poblaciones de arroz y, por ende, obtener mejores rendimientos; sin embargo, esta tendencia resulta contraproducente, ya que se encarece la producción por los costos de semilla, fertilizantes, fungicidas, insecticidas y no siempre se logran los rendimientos esperados, por el inadecuado desarrollo de las plantas y por la alta incidencia de plagas. Sobre la base de esta problemática, el objetivo de este trabajo fue evaluar la interacción entre cuatro dosis de semillas del cultivar de arroz INCA LP-5, así como la incidencia y severidad de enfermedades fúngicas sobre el rendimiento de arroz. Para ello, se realizaron parcelas y se sembraron con cuatro dosis de semillas (100, 120, 140, 160 kg ha-1). Se realizó un diseño de bloques al azar con cinco repeticiones. En cada una de las variantes se evaluó la incidencia y la severidad de las principales enfermedades del arroz, además, se evaluó el rendimiento teórico y sus componentes. La mayor incidencia y severidad de las enfermedades se observó cuando se aplicaron las más altas dosis de semillas (160 y 140 kg ha-1), independientemente de la enfermedad y del momento de la evaluación. Se comprobó que, no siempre resulta que altas densidades de siembra conllevan a mayores rendimientos. A medida que aumentó la dosis de semillas se incrementó la distribución y la incidencia de las enfermedades, afectando fundamentalmente, el número de granos llenos por panícula y la masa de mil granos. Los mayores rendimientos se obtuvieron a las dosis de 120 y 140 kg ha-1.

Palabras clave: 
Pyricularia, Rhizoctonia, incidencia

Recibido: 10/11/2021; Aceptado: 14/3/2022

Conflicto de interesees. Los autores declaran que no tienen conflicto de interés.

Contribución de los autores: Conceptualización- Ariel Cruz-Triana. Research- Ariel Cruz-Triana, Deyanira Rivero-González, Aida Tania Rodríguez-Pedroso. Metodología- Ariel Cruz-Triana, Deyanira Rivero-González, Aida Tania Rodríguez-Pedroso. Procesamiento de los datos y Escritura del borrador inicial- Ariel Cruz-Triana. Escritura y edición final- Deyanira Rivero-González.

Conflict of interest: the authors declare that they have no conflict of interest.

Author Contributions: Conceptualization- Ariel Cruz-Triana. Research- Ariel Cruz-Triana, Deyanira Rivero-González, Aida Tania Rodríguez-Pedroso. Methodology- Ariel Cruz-Triana, Deyanira Rivero-González, Aida Tania Rodríguez-Pedroso. Data Processing and Writing of The Initial Draft- Ariel Cruz-Triana. Final Writing and Editing- Deyanira Rivero-González.

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

 

En Cuba, el arroz es el alimento básico en la dieta de la población, con un índice de consumo promedio de más de 70 kg por persona, al año. Sin embargo, la producción nacional solo garantiza el 40 por ciento de esa demanda, por lo que el país está obligado a importar más de 400 000 toneladas de arroz, anualmente (11. Cristo E, González MC, Pérez NJ, Evaluación de nuevos cultivares de arroz (Oryza sativa L.) en condiciones de bajos suministros de agua y fertilizantes en la provincia de Pinar del Río. Cultivos Tropicales. 2016;37(2):127-133. DOI: 10.13140/RG.2.1.4892.8240 ).

Uno de los aspectos básicos a tomar en cuenta en el cultivo del arroz es la densidad de siembra. Según investigaciones realizadas sobre las densidades de población adecuadas, para alcanzar altos rendimientos de arroz, bajo las condiciones edafoclimáticas de Cuba, se deben lograr más de 150 plantas m2, que garanticen alrededor de 350 a 400 panículas m2 (22. Ortiz AE, Rodríguez V, Carrillo JR. Evaluación de dos variedades de arroz (Oryza sativa l.), durante el proceso de secado en el secadero “Emilio Lastre” Revista científico educacional de la provincia Granma. 2020;16. ISSN: 2074-0735.). Sobre la base de esta premisa se recomienda sembrar a la dosis de 120 kg ha-1; sin embargo, la eficiencia en el número de plantas m2 en la mayoría de los casos es muy baja. Entre los factores que influyen en este sentido se destacan las deficiencias en la calidad de la semilla, la preparación y nivelación del suelo y las afectaciones por plagas presentes en el suelo (33. Rodríguez AT, Miranda A, Cruz A, Rivero D, Cristo E, et al. El cultivo del arroz en Los Palacios. Colectivo de autores, ed. INCA. 2019. p. 129. Available from: https://isbn.cloud/9789597258018/el-cultivo-del-arroz-en-los-palacios/ ).

A pesar de los esfuerzos que se realizan para mejorar la agrotecnia del cultivo, no se logra alcanzar la población adecuada para obtener altos rendimientos. Para palear esta problemática, los agricultores emplean dosis cada vez mayores (150-160 kg ha-1), con las cuales se logran altas poblaciones, pero se encarece la producción, por los costos de semilla, fertilizantes, fungicidas, insecticidas y no siempre se logran los rendimientos esperados, por el inadecuado desarrollo de las plantas y por la alta incidencia de plagas. Además, estudios realizados evidencian que altas dosis de semilla no siempre resultan en alta población inicial de plantas (44. Ruiz P. Eficacia de un nuevo formulado para el control de hongos en semillas de arroz. 2021;10(3):149-160, Available from: http://revistas.unica.cu/uciencia.).

Cuando las densidades de plantas son muy altas se favorece la incidencia de numerosas plagas y más cuando la tecnología del cultivo es en aniego permanente. Esto se debe a que el cultivo cubre rápidamente la superficie y las altas temperaturas y la humedad relativa hacen posible las condiciones idóneas para el desarrollo de numerosos hongos. Por otra parte, el constante contacto entre plantas favorece la ruptura de tejidos y como consecuencia la entrada de hongos patógenos.

En virtud de los pocos trabajos publicados sobre la relación entre la densidad de siembra y la incidencia y severidad de enfermedades, así como los rendimientos del arroz, se planteó como objetivo principal evaluar la interacción entre cuatro dosis de semillas del cultivar INCA LP-5 y la incidencia y la severidad de enfermedades fúngicas, y su impacto sobre el rendimiento de arroz.

MATERIALES Y MÉTODOS

 

El experimento se desarrolló en la Unidad Científica Tecnológica de Base “Los Palacios”, perteneciente al Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), en un sistema ingeniero de terrazas planas.

Se utilizó la tecnología de siembra directa en seco, en la época de primavera (abril) de 2019 y se siguieron las normas técnicas del cultivo del arroz de 2015, con la excepción de que no se aplicó ningún fungicida (55. Arias JG, Esquivel EA, Campos R. Evaluación de la densidad de siembra y nivel de fertilización en arroz, para las variedades Palmar-18, Lazarroz FL y NayuribeB FL, en Parrita, Costa Rica. Revista Tecnología en Marcha. 2020;33(3):13.24. Available from: https://orcid.org/0000-0001-9553-060X.).

El diseño utilizado fue de bloques al azar. Las parcelas tuvieron un área de 72 m2 y se sembraron cinco réplicas por tratamiento, con las siguientes cuatro variantes de dosis de semilla a sembrar: 100 kg ha-1, 120 kg ha-1, 140 kg ha-1, 160 kg ha-1

La categoría de calidad de la semilla utilizada (cultivar INCA LP-5) fue básica, con 90 % de germinación.

Se evaluó en 1 m2/réplica la incidencia y la severidad de las enfermedades: Añublo de la vaina (Rhizoctonia solani Khun), Añublo del arroz (Pyricularia grisea Sacc.), Helminthosporiosis (Helminthosporium sp.) y Manchado del grano.

Evaluación de la incidencia de las enfermedades

 

A los 100 días después de germinado (ddg) el arroz, se contó 100 plantas en diagonal cruzada y se evaluó el número de plantas con síntomas de las enfermedades y se determinó el porcentaje de incidencia de las mismas (66. Ministerio de la Agricultura. Instructivo Técnico para el cultivo del arroz. La Habana, Cuba: Ediciones Instituto de Investigaciones del Arroz; 2015.115 p.).

P =   ( a / 100 )   N  

donde:

P - Porcentaje de incidencia

a - Número de plantas enfermas

N - Total de plantas evaluadas

Se realizó un análisis bifactorial, donde los factores fueron: dosis de semillas y enfermedades, con cuatro niveles cada uno; las medias se docimaron mediante la prueba de rangos múltiples de Duncan, con un nivel de significación de 0,05.

Evaluación de la severidad de las enfermedades

 

Se evaluaron los síntomas de las enfermedades en las plantas a los 60, 80 y 100 días después de germinadas (ddg) las semillas. Las escalas de evaluación utilizadas para cada enfermedad fueron las citadas en el Sistema Estándar de Evaluación del IRRI (77. Folgueras M, Rodríguez S, Herrera L, Sánchez S. Influencia de diferentes métodos de plantación en la incidencia de las pudriciones radicales de la yuca (Manihot esculenta Crantz). Revista Cuadernos de Fitopatología. 2011; 28:23-27.) y se determinó la severidad a través de la fórmula (88. Estándar Evaluation System for Rice (SES). International Rice Research Institute (IRRI). 2002.):

S =   [   ( a . b ) / N K ]   100  

donde:

S - Severidad

∑ (a.b) - Sumatoria de los productos del número de órganos o plantas con síntomas (a) por su correspondiente grado de la escala (b)

N - Número total de plantas observadas

K - Mayor grado de la escala

Con los datos de los tratamientos evaluados se realizó un análisis de varianza simple para cada enfermedad. Las medias se docimaron mediante la prueba de rangos múltiples de Duncan, con un nivel de significación de 0,05. El paquete estadístico utilizado fue Statgraphycs, versión 5,1 (77. Folgueras M, Rodríguez S, Herrera L, Sánchez S. Influencia de diferentes métodos de plantación en la incidencia de las pudriciones radicales de la yuca (Manihot esculenta Crantz). Revista Cuadernos de Fitopatología. 2011; 28:23-27.).

Variables de rendimiento

 

A los 110 ddg, se evaluó el número de panículas en un m2, número de granos llenos por panícula y la masa de 1000 granos llenos, en cada parcela y para cada dosis de semillas (tratamientos), tomándose en cuenta dejar 1 m de efecto de borde. Además, se calculó el rendimiento agrícola, para lo cual se trillaron las plantas y se secaron los granos hasta el 14 % de humedad. Se realizó un análisis de varianza simple para cada variable (rendimiento y sus componentes). Las medias se docimaron mediante la prueba de rangos múltiples de Duncan con un nivel de significación de 0,05.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

La siembra de altas poblaciones de plantas, con el fin de obtener poblaciones óptimas para alcanzar altos rendimientos de arroz, resulta ser una práctica desacertada debido a que, en la mayoría de los casos, las poblaciones alcanzadas son muy elevadas, las que generalmente propician el desarrollo de plantas muy delgadas y débiles, con poco ahijamiento, susceptibles al volcamiento y al ataque de numerosas enfermedades (44. Ruiz P. Eficacia de un nuevo formulado para el control de hongos en semillas de arroz. 2021;10(3):149-160, Available from: http://revistas.unica.cu/uciencia.).

Como puede observarse en la Tabla 1, el porcentaje de incidencia, a los 60 días de germinado el arroz, fue mayor para el hongo P. grisea a las dosis de 160 y 140 kg ha-1, seguido por R. solani a la dosis de 160 kg ha-1. Esto concuerda con la literatura, donde se plantea que afectaciones similares por estas enfermedades son ocasionadas en la fenofase en que se encontraba el cultivo (ahijamiento activo) (22. Ortiz AE, Rodríguez V, Carrillo JR. Evaluación de dos variedades de arroz (Oryza sativa l.), durante el proceso de secado en el secadero “Emilio Lastre” Revista científico educacional de la provincia Granma. 2020;16. ISSN: 2074-0735.,55. Arias JG, Esquivel EA, Campos R. Evaluación de la densidad de siembra y nivel de fertilización en arroz, para las variedades Palmar-18, Lazarroz FL y NayuribeB FL, en Parrita, Costa Rica. Revista Tecnología en Marcha. 2020;33(3):13.24. Available from: https://orcid.org/0000-0001-9553-060X.); sin embargo, en las siguientes evaluaciones, la incidencia de las mismas resultó más homogénea.

Tabla 1.  Porcentaje de incidencia de las enfermedades evaluadas a los 60, 80 y 100 días de germinado el arroz (ddg)
Enfermedad Dosis (kg ha-1) 60 ddg 80 ddg 100 ddg
P. grisea 100 4,68 ef 7,52 ef 22,30 e
120 14,46 cd 19,58 cd 49,68 d
140 30,29 b 46,32 b 92,82 c
160 64,52 a 99,21 a 130,28 b
R. solani 100 0,4 f 0,40 f 0,40 f
120 6,22 def 13,39 de 14,56 ef
140 11,18 cde 27,82 c 79,24 c
160 15,92 c 40,14 b 84,16 c
Helminthosporium sp. 100 0 f 1,548 f 5,84 ef
120 0,56 f 7,914 ef 10,81 ef
140 0 f 49,08 b 75,11 c
160 2,29 ef 103,1 a 245,48 a
Manchado del grano 100 0 f 0 f 4,74 ef
120 0 f 0 f 18,08
140 0 f 0 f 51,52 d
160 0 f 0 f 120,76 b
ESẋ 2,907 3,729 6,398

Medias con letras iguales no difieren entre sí (Prueba de Rangos Múltiples de Duncan, p≤0,05)

Las mayores incidencias de las enfermedades se observaron cuando se aplicaron las más altas dosis de semillas (160 y 140 kg ha-1), independientemente de la enfermedad y del momento de la evaluación. Esto se debe a que, al aumentar las dosis de semillas, se incrementó el número de plantas por área y el cultivo cubrió rápidamente el campo y bajo las condiciones de aniego y altas temperaturas, prácticamente el vapor de agua contenido bajo las hojas, facilitó un clima húmedo muy favorable para el desarrollo de los hongos. En este sentido, se plantea que las tendencias al alza de las temperaturas y humedades relativas influyen sobre el desarrollo de los ciclos de patogénesis y de las epidemias de enfermedades, especialmente, las causadas por patógenos del suelo (99. Townsend GR, Heuberger JW. Methods for estimating losses caused by diseases in fungicide experiments. Plant Disease Reporter. 1943; 60: 340-343.). Además, el experimento se desarrolló en terrazas planas, donde la porosidad del suelo es muy baja y por debajo de la superficie existen concreciones de hierro que facilitan la retención de agua en el suelo, aspecto importante que favorece el desarrollo de hongos (1010. Cruz A, Deyanira Rivero, Danay Infante, Anayza Echevarría, Martínez B. Manejo de hongos fitopatógenos en Phaseolus vulgaris L. con la aplicación de Trichoderma asperellum Samuels, Lieckfeldt & Nirenberg. Rev. Protección Vegetal. 2018;33(3) Available from: http://opn.to/a/FxAlu.).

Por otra parte, altas poblaciones facilitan la movilidad y el refugio de vectores trasmisores (ácaros, chinches, picudo, etc.) de esporas fúngicas y permite la aparición de heridas en las plantas.

Similar a lo que ocurrió con la incidencia, las mayores severidades de las enfermedades se apreciaron a medida que aumentaron las dosis de semilla y, marcadamente, al evaluar la severidad de los hongos P. grisea y R. solani a la dosis de 160 kg ha-1 (Figura 1).

Medias con letras iguales no difieren entre sí (Prueba de Rangos Múltiples de Duncan, p≤0,05) 1- Pyricularia grisea, 2- Rhizoctonia solani, 3- Helminthosporium sp., 4-Manchado del grano Serie 1: 100 kg ha-1, Serie 2: 120 kg ha-1, Serie 3: 140 kg ha-1, Serie 4: 160 kg ha-1
Figura 1.  Evaluación de la severidad de hongos con diferentes dosis de semillas a los 100 días de germinado el arroz

A mayor severidad de las enfermedades se afectan los tejidos de las plantas y disminuye la capacidad fotosintética de las mismas, afectándose la producción de fotosintatos necesarios para el desarrollo y, por ende, los rendimientos del cereal (22. Ortiz AE, Rodríguez V, Carrillo JR. Evaluación de dos variedades de arroz (Oryza sativa l.), durante el proceso de secado en el secadero “Emilio Lastre” Revista científico educacional de la provincia Granma. 2020;16. ISSN: 2074-0735.). En este sentido, cuando analizamos el rendimiento y sus componentes se pudo comprobar que no siempre resulta que las altas densidades de siembra conllevan a los mayores rendimientos (Tabla 2).

Tabla 2.  Rendimiento agrícola (t ha-1) y sus componentes para el cultivar de arroz INCA LP-5, con distintas dosis de semillas
Dosis (kg ha-1) No panículas/m2 Masa de 1000 granos (g) No granos/panícula Rendimiento (t ha-1)
100 373,16 c 29,57 a 79 a 5,22 c
120 479,06 b 29,58 a 75 b 6,38 ab
140 491,8 ab 29,18 b 73 b 6,48 a
160 513,8 a 29,16 b 65 c 5,84 b
ESẋ 7,209 0,065 2,293 7,209

Medias con letras iguales no difieren entre sí (Prueba de Rangos Múltiples de Duncan, p≤0,05)

Como se puede observar, los mayores rendimientos se obtuvieron cuando se aplicaron las dosis de semilla de 120 y 140 kg ha-1. Resultados similares fueron obtenidos por otros autores al evaluar el rendimiento de otros cultivares de arroz a estas dosis de semillas (1111. Hernández A, Pérez JM, Bosch D, Castro N. La clasificación de suelos de Cuba: énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales, 2019;40(1): ISSN digital: 1819-4087. Available from: http://scielo.sld.cu/pdf/ctr/v40n1/1819-4087-ctr-40-01-e15.pdf ,1212. Jiménez O, Silva R, Cruz J. Efecto de densidades de siembra sobre el rendimiento en el arroz (Oryza sativa L.) en el Municipio Santa Rosalia, Estado de Portugueza Venezuela. Revista Unellez de Ciencia y Tecnología. 2009; (27):32- 41, ISSN 1012-7054.). Al analizar los componentes del rendimiento, a medida que aumentó la dosis de semilla, se incrementó el número de panículas fértiles por metro cuadrado; sin embargo, fue disminuyendo la masa de 1000 granos y el número de granos llenos por panículas (1313. Kakar K, Nitta Y, Asagi N, Komatsuzaki M, Shiotsu F, Kokubo T, Xuan TD. Morphological analysis on comparison of organic and chemical fertilizers on grain quality of rice at different planting densities, Plant Production Science. 2019;22(4):510-518. DOI: 10.1080/1343943X.2019.1657777.). A pesar de que estos últimos componentes del rendimiento son los más estables (55. Arias JG, Esquivel EA, Campos R. Evaluación de la densidad de siembra y nivel de fertilización en arroz, para las variedades Palmar-18, Lazarroz FL y NayuribeB FL, en Parrita, Costa Rica. Revista Tecnología en Marcha. 2020;33(3):13.24. Available from: https://orcid.org/0000-0001-9553-060X.), su disminución pudiera deberse a los daños ocasionados por las enfermedades y a la menor disponibilidad de luz y nutrientes, debido a las altas densidades de población (1414. Tian G, Gao L, Kong Y, Hu X, Xie K, Zhang R, et al. Improving rice population productivity by reducing nitrogen rate and increasing plant density. 2017;12(8). Available from: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182310.-1616. Ameen A, Aslam Z, Zaman QE, Zamir S, Khan I, Subhani M. Performance of Different Cultivars in Direct Seeded Rice (Oryza sativa L.) with Various Seeding Densities. American Journal of Plant Sciences. 2014;5:3119-3128. doi: 10.4236/ajps.2014.521328.).

CONCLUSIONES

 
  • A medida que aumenta la dosis de semilla se incrementa la incidencia y la severidad de las enfermedades, afectando, fundamentalmente, el número de granos llenos por panícula y la masa de mil granos.

  • Los mayores rendimientos se obtuvieron a las dosis de 120 y 140 kg por hectárea.

BIBLIOGRAFÍA

 

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2. Ortiz AE, Rodríguez V, Carrillo JR. Evaluación de dos variedades de arroz (Oryza sativa l.), durante el proceso de secado en el secadero “Emilio Lastre” Revista científico educacional de la provincia Granma. 2020;16. ISSN: 2074-0735.

3. Rodríguez AT, Miranda A, Cruz A, Rivero D, Cristo E, et al. El cultivo del arroz en Los Palacios. Colectivo de autores, ed. INCA. 2019. p. 129. Available from: https://isbn.cloud/9789597258018/el-cultivo-del-arroz-en-los-palacios/

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5. Arias JG, Esquivel EA, Campos R. Evaluación de la densidad de siembra y nivel de fertilización en arroz, para las variedades Palmar-18, Lazarroz FL y NayuribeB FL, en Parrita, Costa Rica. Revista Tecnología en Marcha. 2020;33(3):13.24. Available from: https://orcid.org/0000-0001-9553-060X.

6. Ministerio de la Agricultura. Instructivo Técnico para el cultivo del arroz. La Habana, Cuba: Ediciones Instituto de Investigaciones del Arroz; 2015.115 p.

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8. Estándar Evaluation System for Rice (SES). International Rice Research Institute (IRRI). 2002.

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10. Cruz A, Deyanira Rivero, Danay Infante, Anayza Echevarría, Martínez B. Manejo de hongos fitopatógenos en Phaseolus vulgaris L. con la aplicación de Trichoderma asperellum Samuels, Lieckfeldt & Nirenberg. Rev. Protección Vegetal. 2018;33(3) Available from: http://opn.to/a/FxAlu.

11. Hernández A, Pérez JM, Bosch D, Castro N. La clasificación de suelos de Cuba: énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales, 2019;40(1): ISSN digital: 1819-4087. Available from: http://scielo.sld.cu/pdf/ctr/v40n1/1819-4087-ctr-40-01-e15.pdf

12. Jiménez O, Silva R, Cruz J. Efecto de densidades de siembra sobre el rendimiento en el arroz (Oryza sativa L.) en el Municipio Santa Rosalia, Estado de Portugueza Venezuela. Revista Unellez de Ciencia y Tecnología. 2009; (27):32- 41, ISSN 1012-7054.

13. Kakar K, Nitta Y, Asagi N, Komatsuzaki M, Shiotsu F, Kokubo T, Xuan TD. Morphological analysis on comparison of organic and chemical fertilizers on grain quality of rice at different planting densities, Plant Production Science. 2019;22(4):510-518. DOI: 10.1080/1343943X.2019.1657777.

14. Tian G, Gao L, Kong Y, Hu X, Xie K, Zhang R, et al. Improving rice population productivity by reducing nitrogen rate and increasing plant density. 2017;12(8). Available from: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182310.

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Cultivos Tropicales Vol. 44, No. 3, julio-septiembre, 2023, ISSN: 1819-4087
 
Original article

Effect of population densities on diseases and the yield of Oryza sativa L

 

iDAriel Cruz-Triana*✉:actriana@inca.edu.cu

iDDeyanira Rivero-González

iDAida Tania-Rodríguez


Unidad Científico Tecnológica de Base “Los Palacios”. 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

 

*Author for correspondence. actriana@inca.edu.cu

ABSTRACT

Farmers in Cuba sow high doses of seeds to guarantee rice populations and therefore obtain better yields, however, this trend is counterproductive since production becomes more expensive due to seed costs, fertilizers, fungicides, insecticides and they are not always achieved the expected yields due to the inadequate development of plants and the high incidence of pests. Based on this problem, the objective of this work was to evaluate the interaction between four doses of cultivar LP-5 seed and the incidence and severity of fungal diseases on rice yield. For this, plots were made and sown with four doses of seeds (100, 120, 140, 160 kg ha-1). A randomized block design with five repetitions was carried out. In each of the variants, the incidence and severity of the main rice diseases were evaluated, and the theoretical yield and its components were also evaluated. Highest incidences and severity of diseases were observed when the highest doses of seeds were applied (160 and 140 kg ha-1), regardless of the disease and the evaluation time. It was found that it is not always that high planting densities lead to higher yields. As the seed dose increased, the distribution and incidence of diseases increased, fundamentally affecting the number of filled grains per panicle and the weight of one thousand grains. Highest yields were obtained at doses of 120 and 140 kg ha-1.

Key words: 
Pyricularia, Rhizoctonia, incidence

INTRODUCTION

 

In Cuba, rice is the staple food in the population's diet, with an average consumption rate of more than 70 kg per person per year. However, domestic production only guarantees 40 percent of this demand, so the country is forced to import more than 400 000 tons of rice annually (11. Cristo E, González MC, Pérez NJ, Evaluación de nuevos cultivares de arroz (Oryza sativa L.) en condiciones de bajos suministros de agua y fertilizantes en la provincia de Pinar del Río. Cultivos Tropicales. 2016;37(2):127-133. DOI: 10.13140/RG.2.1.4892.8240 ).

One of the basic aspects to be taken into account in rice cultivation is planting density. According to research on adequate stocking densities, to achieve high rice yields, under Cuba's soil and climatic conditions, more than 150 plants per square meter should be planted, which guarantees around 350 to 400 panicles per square meter (22. Ortiz AE, Rodríguez V, Carrillo JR. Evaluación de dos variedades de arroz (Oryza sativa l.), durante el proceso de secado en el secadero “Emilio Lastre” Revista científico educacional de la provincia Granma. 2020;16. ISSN: 2074-0735.). Based on this premise, it is recommended to sow at the dose of 120 kg ha-1; however, the efficiency in the number of plants m2 in most cases is very low. Among the factors that influence this are deficiencies in the seed quality, soil preparation, soil leveling and the effects of pests present in the soil (33. Rodríguez AT, Miranda A, Cruz A, Rivero D, Cristo E, et al. El cultivo del arroz en Los Palacios. Colectivo de autores, ed. INCA. 2019. p. 129. Available from: https://isbn.cloud/9789597258018/el-cultivo-del-arroz-en-los-palacios/ ).

In spite of the efforts made to improve the agro-technology of the crop, it is not possible to reach the adequate population to obtain high yields. To solve this problem, farmers use increasingly higher doses (150-160 kg ha-1), with which high populations are achieved, but production becomes more expensive due to seed costs, fertilizers, fungicides, and insecticides, and the expected yields are not always achieved due to inadequate plant development and the high incidence of pests. In addition, studies have shown that high doses of seed do not always result in high initial plant population (44. Ruiz P. Eficacia de un nuevo formulado para el control de hongos en semillas de arroz. 2021;10(3):149-160, Available from: http://revistas.unica.cu/uciencia.).

When plant densities are very high, the incidence of numerous pests is favored and even more when the technology of cultivation is in permanent waterlogging. This is due to the fact that the crop quickly covers the surface and the high temperatures and relative humidity provide ideal conditions for the development of numerous fungi. On the other hand, the constant contact between plants favors the rupture of tissues and, as a consequence, the entry of pathogenic fungi.

In view of the few published studies on the relationship between planting density and the incidence and severity of diseases on rice yields, the main objective was to evaluate the interaction between four seed doses of the cultivar INCA LP-5 and the incidence and severity of fungal diseases on rice yields.

MATERIALS AND METHODS

 

The experiment was developed at the Scientific and Technological Base Unit "Los Palacios", belonging to the National Institute of Agricultural Sciences (INCA), in an engineering system of flat terraces.

Dry direct seeding technology was used, in the spring season (April 2019) and the 2015 technical standards for rice cultivation were followed, with the exception that no fungicide was applied (55. Arias JG, Esquivel EA, Campos R. Evaluación de la densidad de siembra y nivel de fertilización en arroz, para las variedades Palmar-18, Lazarroz FL y NayuribeB FL, en Parrita, Costa Rica. Revista Tecnología en Marcha. 2020;33(3):13.24. Available from: https://orcid.org/0000-0001-9553-060X.).

The design used was a randomized block design. Plots had an area of 72 m2 and five replicates were sown per treatment, with the following variants of seed dose to be sown: 1- 100 kg ha-1, 2- 120 kg ha-1, 3- 140 kg ha-1, 4- 160 kg ha-1

The category of seed used (cultivar INCA LP-5) was basic with 90 % germination.

Disease incidence and severity were evaluated in 1 m2/replication: Sheath blight (Rhizoctonia solani Khun), Rice blight (Pyricularia grisea Sacc.), Helminthosporiosis (Helminthosporium sp.) and Grain spotting.

Incidence evaluation

 

At 100 days after germination (dag), 100 plants were counted diagonally crossed and the number of plants with disease symptoms was evaluated and the percentage of disease incidence was determined (66. Ministerio de la Agricultura. Instructivo Técnico para el cultivo del arroz. La Habana, Cuba: Ediciones Instituto de Investigaciones del Arroz; 2015.115 p.).

P =   ( a / 100 )   N  

where:

P - Percentage of incidence

a - Number of diseased plants

N - Total number of plants evaluated

A bifactorial analysis was carried out where the factors were seed dose and diseases, with four levels each, and the means were determined using Duncan's multiple range test with a significance level of 0.05.

Severity assessment

 

Disease symptoms were evaluated on plants at 60, 80 and 100 days after seed germination (dag). The evaluation scales used for each disease were those cited in the IRRI Standard Evaluation System (77. Folgueras M, Rodríguez S, Herrera L, Sánchez S. Influencia de diferentes métodos de plantación en la incidencia de las pudriciones radicales de la yuca (Manihot esculenta Crantz). Revista Cuadernos de Fitopatología. 2011; 28:23-27.) and severity was determined through the formula (88. Estándar Evaluation System for Rice (SES). International Rice Research Institute (IRRI). 2002.):

S =   [   ( a . b ) / N K ]   100  

where:

S - Severity

∑ (a.b) - Sum of the products of the number of organs or plants with symptoms (a) by their corresponding scale grade (b).

N - Total number of plants observed

K - Highest grade of the scale

With the data from the evaluated treatments, a simple analysis of variance was performed for each disease. Means were determined using Duncan's multiple range test, with a significance level of 0.05. The statistical package used was Statgraphycs, version 5.1 (77. Folgueras M, Rodríguez S, Herrera L, Sánchez S. Influencia de diferentes métodos de plantación en la incidencia de las pudriciones radicales de la yuca (Manihot esculenta Crantz). Revista Cuadernos de Fitopatología. 2011; 28:23-27.).

Yield variables

 

At 110 dag, the number of panicles in 1 m2 , number of filled grains per panicle and the weight of 1000 filled grains were evaluated in each plot and for each seed dose (treatments), taking into account the 1 m edge effect. In addition, the agricultural yield was calculated, for which plants were threshed and grains were dried to 14 % humidity. A simple analysis of variance was performed for each variable (yield and its components).

Means were determined using Duncan's multiple range test at a significance level of 0.05.

RESULTS AND DISCUSSION

 

Planting high populations of plants, with the purpose of obtaining optimal populations to reach high rice yields, turns out to be an unwise practice, because in most cases the populations reached are very high, which generally favor the development of very thin and weak plants, with little tillering, susceptible to overturning and to the attack of numerous diseases (44. Ruiz P. Eficacia de un nuevo formulado para el control de hongos en semillas de arroz. 2021;10(3):149-160, Available from: http://revistas.unica.cu/uciencia.).

As can be seen in Table 1, the percentage of incidence 60 days after rice germination was higher for the fungus P. grisea at the 160 and 140 kg ha-1 doses, followed by R. solani at the 160 kg ha-1 dose. This is in agreement with the literature, where it is suggested that similar affectations by these diseases are caused in the phenophase in which the crop was found (active tillering) (22. Ortiz AE, Rodríguez V, Carrillo JR. Evaluación de dos variedades de arroz (Oryza sativa l.), durante el proceso de secado en el secadero “Emilio Lastre” Revista científico educacional de la provincia Granma. 2020;16. ISSN: 2074-0735.,55. Arias JG, Esquivel EA, Campos R. Evaluación de la densidad de siembra y nivel de fertilización en arroz, para las variedades Palmar-18, Lazarroz FL y NayuribeB FL, en Parrita, Costa Rica. Revista Tecnología en Marcha. 2020;33(3):13.24. Available from: https://orcid.org/0000-0001-9553-060X.); however, in the following evaluations, the incidence of these diseases was more homogeneous.

Table 1.  Percentage incidence of diseases evaluated at 60, 80 and 100 days after rice germination (dag)
Disease Dose (kg ha-1) 60 dag 80 dag 100 dag
P. grisea 100 4.68 ef 7.52 ef 22.30 e
120 14.46 cd 19.58 cd 49.68 d
140 30.29 b 46.32 b 92.82 c
160 64.52 a 99.21 a 130.28 b
R. solani 100 0.4 f 0.40 f 0.40 f
120 6.22 def 13.39 de 14.56 ef
140 11.18 cde 27.82 c 79.24 c
160 15.92 c 40.14 b 84.16 c
Helminthosporium sp. 100 0 f 1.548 f 5.84 ef
120 0.56 f 7.914 ef 10.81 ef
140 0 f 49.08 b 75.11 c
160 2.29 ef 103.1 a 245.48 a
Grain spotting 100 0 f 0 f 4.74 ef
120 0 f 0 f 18.08
140 0 f 0 f 51.52 d
160 0 f 0 f 120.76 b
SE ẋ 2.907 3.729 6.398

Equal letters do not differ statistically

The highest disease incidences were observed when the highest seed rates (160 and 140 kg ha-1) were applied, regardless of the disease and the time of evaluation. This is due to the fact that, as seed doses increased, the number of plants per area increased and the crop quickly covered the field, and under conditions of waterlogging and high temperatures, practically the water vapor contained under the leaves, facilitated a humid climate very favorable for fungal development. In this sense, it is suggested that the upward trends in temperatures and relative humidity influence the development of pathogenesis cycles and disease epidemics, especially those caused by soil pathogens (99. Townsend GR, Heuberger JW. Methods for estimating losses caused by diseases in fungicide experiments. Plant Disease Reporter. 1943; 60: 340-343.). In addition, the experiment was carried out on flat terraces, where soil porosity is very low and below the surface there are iron concretions that facilitate water retention in the soil, an important aspect that emhances the development of fungi (1010. Cruz A, Deyanira Rivero, Danay Infante, Anayza Echevarría, Martínez B. Manejo de hongos fitopatógenos en Phaseolus vulgaris L. con la aplicación de Trichoderma asperellum Samuels, Lieckfeldt & Nirenberg. Rev. Protección Vegetal. 2018;33(3) Available from: http://opn.to/a/FxAlu.).

On the other hand, high populations facilitate the mobility and refuge of vectors transmitting fungal spores (mites, bugs, weevils, etc.) and allow the appearance of wounds on the plants.

Similar to what occurred with incidence, the highest disease severities were observed as seed doses increased and more markedly when evaluating the severity of P. grisea and R. solani fungi at the 160 kg ha-1 dose (Figure 1).

Figure 1.  Evaluation of fungal severity with different seed doses 100 days after rice germination

The greater the severity of the diseases, the more the plant tissues are affected and their photosynthetic capacity decreases, affecting the production of photosynthates necessary for development and, therefore, cereal yields (22. Ortiz AE, Rodríguez V, Carrillo JR. Evaluación de dos variedades de arroz (Oryza sativa l.), durante el proceso de secado en el secadero “Emilio Lastre” Revista científico educacional de la provincia Granma. 2020;16. ISSN: 2074-0735.). In this sense, when it was analyzed yield and its components, it was found that high planting densities do not always lead to higher yields (Table 2).

Tabla 2.  Agricultural yield (t ha-1) and its components for the rice cultivar INCA LP-5, with different seed doses
Dose (kg ha-1) No panicles/m2 Weight of 1000 grains (g) No grains/panicle Yield (t ha-1)
100 373.16 c 29.57 a 79 a 5.22 c
120 479.06 b 29.58 a 75 b 6.38 ab
140 491.8 ab 29.18 b 73 b 6.48 a
160 513.8 a 29.16 b 65 c 5.84 b
SE ẋ 7.209 0.065 2.293 7.209

As we can observe, the highest yields were obtained when seed doses of 120 and 140 kg ha-1 were applied. Similar results were obtained by other authors when evaluating the yield of other rice cultivars at these seed doses (1111. Hernández A, Pérez JM, Bosch D, Castro N. La clasificación de suelos de Cuba: énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales, 2019;40(1): ISSN digital: 1819-4087. Available from: http://scielo.sld.cu/pdf/ctr/v40n1/1819-4087-ctr-40-01-e15.pdf ,1212. Jiménez O, Silva R, Cruz J. Efecto de densidades de siembra sobre el rendimiento en el arroz (Oryza sativa L.) en el Municipio Santa Rosalia, Estado de Portugueza Venezuela. Revista Unellez de Ciencia y Tecnología. 2009; (27):32- 41, ISSN 1012-7054.). When analyzing the yield components, as the seed dose increased, the number of fertile panicles per square meter increased; however, the weight of 1000 grains and the number of filled grains per panicle decreased (1313. Kakar K, Nitta Y, Asagi N, Komatsuzaki M, Shiotsu F, Kokubo T, Xuan TD. Morphological analysis on comparison of organic and chemical fertilizers on grain quality of rice at different planting densities, Plant Production Science. 2019;22(4):510-518. DOI: 10.1080/1343943X.2019.1657777.). Although these last yield components are the most stable (55. Arias JG, Esquivel EA, Campos R. Evaluación de la densidad de siembra y nivel de fertilización en arroz, para las variedades Palmar-18, Lazarroz FL y NayuribeB FL, en Parrita, Costa Rica. Revista Tecnología en Marcha. 2020;33(3):13.24. Available from: https://orcid.org/0000-0001-9553-060X.), their decrease could be due to disease damage and lower light and nutrient availability due to high population densities (1414. Tian G, Gao L, Kong Y, Hu X, Xie K, Zhang R, et al. Improving rice population productivity by reducing nitrogen rate and increasing plant density. 2017;12(8). Available from: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182310.-1616. Ameen A, Aslam Z, Zaman QE, Zamir S, Khan I, Subhani M. Performance of Different Cultivars in Direct Seeded Rice (Oryza sativa L.) with Various Seeding Densities. American Journal of Plant Sciences. 2014;5:3119-3128. doi: 10.4236/ajps.2014.521328.).

CONCLUSIONS

 
  • The higher the seed dose, the higher the incidence and severity of diseases, mainly affecting the number of full grains per panicle and the thousand-grain weight.

  • The highest yields were obtained at 120 and 140 kg per hectare.