Introducción

El maíz (Zea mays L.) ocupa el octavo lugar en la lista de productos agrícolas más importantes del mundo con una producción que ronda los 1,100 millones de toneladas en el año 2020 (11. FAOSTAT (División de Estadística de la FAO. Datos sobre alimentación y agricultura [Internet]. 2021. Available from: http://www.fao.org/faostat/es/#home ).

Este cereal pertenece a la familia Poaceae, se considera uno de los principales cultivos que contribuyen a la seguridad alimentaria y nutricional, es una fuente muy importante de proteínas para la mayoría de la población rural en Centroamérica y, además, es el cultivo forrajero más importante a nivel mundial (22. Pokhrel S. Effects of drought stress on the physiology and yield of the maize: A review. Food and Agri Economics Review [Internet]. 2021;1(1):36-40. Available from: https://www.researchgate.net/publication/355942108_EFFECTS_OF_DROUGHT_STRESS_ON_THE_PHYSIOLOGY_AND_YIELD_OF_THE_MAIZE_A_REVIEW -44. Poole N, Donovan J, Erenstein O. Viewpoint: Agri-nutrition research: Revisiting the contribution of maize and wheat to human nutrition and health. Food Policy [Internet]. 2021 Apr 1 [cited 2024 Nov 27];100:101976. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306919220301809 ).

El cambio climático es uno de los fenómenos más importantes y estudiados de nuestra era y puede tener un profundo impacto en la agricultura, debido fundamentalmente a la ocurrencia de escasas precipitaciones (55. Ottaiano L, Di Mola I, Cirillo C, Cozzolino E, Mori M. Yield Performance and Physiological Response of a Maize Early Hybrid Grown in Tunnel and Open Air under Different Water Regimes. Sustainability [Internet]. 2021 Jan [cited 2024 Nov 27];13(20):11251. Available from: https://www.mdpi.com/2071-1050/13/20/11251 ).

Históricamente, la región Centroamericana es afectada por eventos hidro-meteorológicos extremos. Entre ellos, la sequía representa uno de los fenómenos que más impacta de forma negativa en la producción agroalimentaria (66. Calvo-Solano OD, Quesada LE, Hidalgo H, Gotlieb Y. Impactos de las sequías en el sector agropecuario del Corredor Seco Centroamericano. Agron Mesoamericana [Internet]. 2018 [cited 2024 Nov 27];29(3):695. Available from: https://www.researchgate.net/publication/327405787_Impactos_de_las_sequias_en_el_sector_agropecuario_del_Corredor_Seco_Centroamericano ). Para los próximos años, los modelos climáticos proyectan un aumento en las temperaturas, en precipitaciones erráticas e incremento de la evapotranspiración, factores que podrían provocar la intensificación de los impactos de la variabilidad climática en la agricultura familiar (77. Imbach P, Beardsley M, Bouroncle C, Medellin C, Läderach P, Hidalgo H, et al. Climate change, ecosystems and smallholder agriculture in Central America: an introduction to the special issue. Clim Change [Internet]. 2017 Mar 1 [cited 2024 Nov 27];141(1):1-12. Available from: https://doi.org/10.1007/s10584-017-1920-5 ,88. Iglesias YC, Robaina FG, Granda GH, Rivero LH, Zayas EC. Impacto del cambio climático en el rendimiento del maíz sembrado en suelo Ferralítico Rojo compactado. Rev Ing Agríc [Internet]. 2020 [cited 2024 Nov 27];10(1). Available from: https://www.redalyc.org/journal/5862/586262449008/html/ ) y sus efectos en la seguridad alimentaria y nutricional a mayor escala (99. Hansen J, Hellin J, Rosenstock T, Fisher E, Cairns J, Stirling C, et al. Climate risk management and rural poverty reduction. Agric Syst [Internet]. 2019 Jun 1 [cited 2024 Nov 27];172:28-46. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308521X17307230 ).

La agricultura de riego se practica con mayor frecuencia en un ambiente restringido e incierto de recursos hídricos, debido a la intensificación de la variabilidad climática y a una competencia hídrica mayor por usuarios no agrícolas (1010. Gheysari M, Sadeghi SH, Loescher HW, Amiri S, Zareian MJ, Majidi MM, et al. Comparison of deficit irrigation management strategies on root, plant growth and biomass productivity of silage maize. Agric Water Manag [Internet]. 2017 Mar 1 [cited 2024 Nov 27];182:126-38. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377416305121 ).

En Cuba, la problemática general del uso del agua para la agricultura y su particularidad, se basa fundamentalmente en la gran demanda de agua por unidad de producción que tienen los productos agrícolas y las eficiencias globales del riego (1111. Puebla JH, Seijas TL, Robaina FG. El uso del agua en la agricultura en Cuba. Rev Ing Agríc [Internet]. 2011 [cited 2024 Nov 27];1(2):1-7. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=586262033008 ). La agricultura, como principal consumidor de agua dulce, trabaja en la disminución del consumo de agua y una de las vías fundamentales para lograrlo es el aumento de la eficiencia en el uso del agua de riego y en el incremento de su productividad.

El volumen de agua demandado por tonelada de producto agrícola, así como la eficiencia en el uso de esta durante el riego, son los principales factores que condicionan su consumo. El cultivo del maíz está considerado como uno de los prioritarios en el programa de producción de granos para la sustitución de importaciones que lleva a cabo el estado cubano (1212. Zayas EC, González RC, Puebla JH, Robaina FG, Rodríguez SC, García OS. Efecto de los polímeros en la economía del agua. Rev Ing Agríc [Internet]. 2020 [cited 2024 Nov 27];10(1). Available from: https://www.redalyc.org/journal/5862/586262449004/html/ ). El maíz es altamente sensible a la sequía, a las temperaturas extremas, a la salinidad y a la toxicidad por metales pesados (1313. Muqadas S, Ali Q, Malik A. Genetic association among seedling traits of zea mays under multiple stresses of salts, heavy metals and drought. Biol Clin Sci Res J [Internet]. 2020 Dec 12;2020. Available from: https://www.researchgate.net/publication/354663982_GENETIC_ASSOCIATION_AMONG_SEEDLING_TRAITS_OF_ZEA_MAYS_UNDER_MULTIPLE_STRESSES_OF_SALTS_HEAVY_METALS_AND_DROUGHT ).

Aunque las plántulas de maíz requieren menos agua que las plantas de etapas fenológicas subsecuentes, en las fases tempranas, es muy sensible al estrés ambiental como la sequía, que puede provocar la pérdida total del cultivo (1414. Badr A, El-Shazly HH, Tarawneh RA, Börner A. Screening for Drought Tolerance in Maize (Zea mays L.) Germplasm Using Germination and Seedling Traits under Simulated Drought Conditions. Plants Basel Switz. 2020 Apr 29;9(5):565.). En la agricultura de regadío, la práctica de riego es uno de los procesos más complejos que debe realizar el agricultor debido a la gran cantidad de factores implicados en el manejo del agua, requiriéndose de información técnica para el conocimiento preciso entre el agua aplicada y el rendimiento de los cultivos (1515. Domínguez A, Martínez RS, de Juan JA, Martínez-Romero A, Tarjuelo JM. Simulation of maize crop behavior under deficit irrigation using MOPECO model in a semi-arid environment. Agric Water Manag [Internet]. 2012 May 1 [cited 2024 Nov 27];107:42-53. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377412000224 ).

Algunos autores han reportado la evaluación de parámetros de crecimiento en condición de estrés para evaluar genotipos tolerantes a la sequía, pero, en pocas ocasiones se evalúa de manera simultánea la respuesta fisiológica temprana al estrés hídrico (1616. Akinwale RO, Awosanmi FE, Ogunniyi OO, Fadoju AO. Determinants of drought tolerance at seedling stage in early and extra-early maize hybrids. Maydica [Internet]. 2017 [cited 2024 Nov 27];62(1):9-9. Available from: https://journals-crea.4science.it/index.php/maydica/article/view/1563 ).

Existen estrategias de riego que permiten reducir la frecuencia y la cantidad de riego en los cultivos con efectos mínimos en los rendimientos convencionales, si se validan en escala local, como la aplicación del riego deficitario en función del desarrollo fenológico (1717. Mendoza-Pérez C, Sifuentes-Ibarra E, Ojeda-Bustamante W, Macías-Cervantes J. Response of surface-irrigated corn to regulated deficit irrigation. Ing Agríc Biosist [Internet]. 2016 Jun [cited 2024 Nov 27];8(1):29-40. Available from: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S2007-40262016000100029&lng=en&nrm=iso&tlng=en ). En ocasiones, resulta extremadamente compleja la comparación de resultados, pues independientemente de que existe una gran cantidad de información de trabajos realizados en esta temática y en el cultivo del maíz, las condiciones en que se realizan las investigaciones son muy diferentes, principalmente en la concepción y la aplicación de los tratamientos de estrés hídrico.

Atendiendo a la problemática del maíz con relación a sus necesidades hídricas, se estableció como objetivo del trabajo estudiar el efecto de tres tratamientos de riego deficitario controlado (RDC) en el desarrollo del cultivo.

Materiales y métodos

El trabajo se realizó en condiciones semi-controladas en el área central del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), ubicado geográficamente a 22º58′00″N y 82°09′00″O a 130 m s.n.m. El 20 de abril de 2021 se sembraron 12 contenedores de hormigón de 2,60 m de largo por 0,60 m de ancho (1,56 m²) que contenían suelo Ferralítico Rojo Lixiviado de la provincia de Mayabeque (1818. Hernández Jiménez A, Bosch Infante D, Pérez-Jiménez JM, Castro Speck N. Clasificación de los suelos de Cuba 2015 [Internet]. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas. 2015 [cited 2024 Sep 19]. 91 p. Available from: https://isbn.cloud/9789597023777/clasificacion-de-los-suelos-de-cuba-2015/ ), zona que forma parte de la llanura cársica Habana-Matanzas (88. Iglesias YC, Robaina FG, Granda GH, Rivero LH, Zayas EC. Impacto del cambio climático en el rendimiento del maíz sembrado en suelo Ferralítico Rojo compactado. Rev Ing Agríc [Internet]. 2020 [cited 2024 Nov 27];10(1). Available from: https://www.redalyc.org/journal/5862/586262449008/html/ ). En cada contenedor fueron sembradas semillas de maíz, cultivar P7928, dispuestas en dos hileras y con una separación entre ellas de 0,4 m y 0,2 m entre plantas (26 plantas por contenedor).

Se ensayaron cuatro tratamientos de riego que se relacionan en la Tabla 1 y fueron distribuidos siguiendo un diseño experimental de bloques al azar con tres repeticiones.

El riego se aplicó mediante un sistema automatizado de micro aspersión y la entrega del agua se controló mediante válvulas colocadas de manera conveniente en los laterales de riego de cada tratamiento. Los valores de pH y de conductividad eléctrica (C.E. dS m^-1) del agua aplicada al cultivo durante el experimento fueron de 7,8 y 0,58, respectivamente.

Los riegos consistieron en la reposición de la evapotranspiración estándar del cultivo (ETc) diaria, tres veces por semana (lunes, miércoles y viernes). Las plantas antes y después de la suspensión del riego (SR) recibieron el 100 % de la ETc.

La evapotranspiración de referencia ETo (mm), la evapotranspiración estándar del cultivo ETc (mm) y los requerimientos de riego (ETc= ETo*Kc) se obtuvieron mediante el Programa CropWat.8; éste se actualizó con una serie histórica de datos meteorológicos de 31 años (1990- 2021) correspondientes a la Estación meteorológica de Tapaste que pertenece al Instituto Nacional de Meteorología y se encuentra ubicada, aproximadamente, a 200 m del sitio experimental y para el cálculo de ETo y ETc se utilizaron los valores medios mensuales. Los coeficientes de cultivo (Kc) empleados fueron: Kc inicio = 0,62, Kc medio= 1,00 y Kc final= 0,93, propuestos para la región por FAO (1919. FAO. Estudio FAO Riego y Drenaje 56. Evapotranspiración del cultivo. Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. Available from: https://www.fao.org/4/x0490s/x0490s00.htm ).

Resultados y discusión

En la Figura 1 se presentan las variaciones del contenido de humedad del suelo en los diferentes tratamientos, donde se encontró que, en esta variable, cuando la suspensión del riego se realizó en la fase de crecimiento (SC) disminuyó o decreció en un 36,6 % con respecto al tratamiento control (100 % de la ETc); en un 33,45% en la fase de floración (SF) y en un 44, 45 % en la fase de llenado del grano (SLL).

Estos resultados sugieren que la programación del riego empleada resultó adecuada para el establecimiento y la aplicación de los tratamientos en las diferentes fases del cultivo, lográndose con la suspensión del riego en cada etapa valores de humedad del suelo que se encuentran en el entorno del 60 % de la capacidad de campo (C.c.), por lo que se puede considerar como un estrés hídrico moderado.

Los efectos de la deficiencia hídrica del suelo producto de la suspensión del riego en las tres etapas del cultivo estudiadas se relacionan en la Tabla 2, donde se encontró que en el crecimiento en longitud del tallo, la suspensión del riego en la etapa de crecimiento (SC) no afectó negativamente este indicador en las plantas, incluso el valor medio fue ligeramente superior que en las plantas que recibieron el 100 % de sus requerimientos hídricos, aunque sin diferencias estadísticamente significativas.

El estrés hídrico inducido en la etapa de floración (SF) produjo disminuciones significativas en el crecimiento en cuanto a longitud y al diámetro de los tallos.

En SLL, los valores medios de las tres variables en las plantas fueron mayores, aunque con diferencias significativas solamente en el diámetro del tallo. Sin embargo, este comportamiento de las plantas en ambos tratamientos (SLL y 100 % de ETc) está asociado en lo fundamental a que en esta etapa prácticamente no hay supremacía del crecimiento.

Los valores de área foliar y masa seca de la parte aérea de las plantas de maíz con suspensiones del riego en diferentes etapas de su desarrollo, se presentan en la Figura 2, en la que se pudo observar que, la suspensión del riego por 15 días en las tres etapas no afectó de forma negativa el área foliar. Por su parte, la masa seca de la parte aérea solo disminuyó ligeramente con la suspensión del riego en la etapa de crecimiento (SC).

Estos resultados sugieren que la aplicación de un estrés moderado (60 % de la C.c.) en las fases o etapas del desarrollo estudiadas, solamente provocaron reducciones en el crecimiento en función de la longitud y el diámetro del tallo en las plantas de SF y en la masa seca aérea en SC. Sin embargo, el número de hojas y el área foliar no fueron afectadas negativamente.

Existe cierta correspondencia de estos resultados con los informados por (2121. Shafique F, Ali Q, Malik A. Effects of water deficit on maize seedlings growth traits. Biol Clin Sci Res J. 2020 Sep 16;2020:1-7. Available from: https://www.researchgate.net/publication/344272564_Effects_of_water_deficit_on_maize_seedlings_growth_traits ) quiénes trabajaron con tres genotipos de maíz y cinco tratamientos de riego, y encontraron que, en el genotipo más tolerante, el menor crecimiento en longitud del tallo correspondió a las plantas que recibieron el 100 % del agua de riego y sugirieron que los genotipos de maíz pueden crecer con la aplicación del 60 % de los requerimientos hídricos. Otros investigadores encontraron mayor masa seca del tallo cuando aplicaron el 50 y el 25 % del agua de riego y mayor masa seca de hojas verdes cuando aplicaron el 25 % y en secano (55. Ottaiano L, Di Mola I, Cirillo C, Cozzolino E, Mori M. Yield Performance and Physiological Response of a Maize Early Hybrid Grown in Tunnel and Open Air under Different Water Regimes. Sustainability [Internet]. 2021 Jan [cited 2024 Nov 27];13(20):11251. Available from: https://www.mdpi.com/2071-1050/13/20/11251 ). En este sentido, (2222. Ma X, He Q, Zhou G. Sequence of Changes in Maize Responding to Soil Water Deficit and Related Critical Thresholds. Front Plant Sci [Internet]. 2018;9:511. Available from: https://www.researchgate.net/publication/324876180_Sequence_of_Changes_in_Maize_Responding_to_Soil_Water_Deficit_and_Related_Critical_Thresholds ) encontraron que el crecimiento en biomasa fue influenciado directamente por el área foliar; mientras que la humedad del suelo no tuvo un efecto significativamente directo en la producción de biomasa total.

Por otra parte, (2323. Sifuentes Ibarra E, Ojeda Bustamante W, Macías Cervantes J, Mendoza Pérez C, Preciado Rangel P. Déficit hídrico en maíz al considerar fenología, efecto en rendimiento y eficiencia en el uso del agua. Agrociencia [Internet]. 2021 [cited 2024 Nov 27];55(3):209-26. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=7918116 ) encontraron que el crecimiento en masa seca de la parte aérea (tallo y hoja) fue menor en las plantas de los tratamientos extremos en cuanto a las dotaciones de agua, es decir, cuando el estrés hídrico fue fuerte en la etapa vegetativa y en la maduración con solo dos riegos y cuando el estrés fue ligero al inicio y moderado en la maduración con cuatro riegos.

Los valores de CRA y CRC de las plantas en los diferentes tratamientos se presentan en la Figura 3, donde se puede apreciar cierta correspondencia entre el CRA y la humedad del suelo (Figura 3).

Las plantas en los tres tratamientos de RDC presentaron contenidos relativos de agua alrededor del 60 %, mientras que las que recibieron el 100 % de la ETc presentaron valores cercanos al 90 %. El CRA es un indicador del estatus hídrico de la planta y está estrechamente vinculado con la absorción de agua por la raíz y la pérdida por transpiración. En condiciones de estrés por sequía el CRA disminuye, pero se puede incrementar rápidamente mediante los riegos de reposición (22. Pokhrel S. Effects of drought stress on the physiology and yield of the maize: A review. Food and Agri Economics Review [Internet]. 2021;1(1):36-40. Available from: https://www.researchgate.net/publication/355942108_EFFECTS_OF_DROUGHT_STRESS_ON_THE_PHYSIOLOGY_AND_YIELD_OF_THE_MAIZE_A_REVIEW ).

La clorofila es uno de los principales componentes del cloroplasto, organelo fundamental para la fotosíntesis; por tanto, el CRC tiene una relación positiva con la tasa fotosintética. En este caso, el CRC en las plantas correspondientes a SC no disminuyeron sus valores; en las de SF redujeron ligeramente y en SLL presentaron los menores valores de este indicador; por lo que se pudiera inferir que el estrés hídrico en las plantas en la etapa de llenado del grano, a pesar de que no se encontraron diferencias en el área foliar de las plantas en SLL, fue el tratamiento más perjudicial en el CRC.

Este comportamiento, al parecer, está asociado al hecho de que en SLL la suspensión del riego provocó el mayor descenso de la humedad del suelo y, de acuerdo con lo señalado por (2424. Anjum S, Xie X yu, Wang L chang, Saleem M, Man C, Lei W. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. Afr J Agric Res [Internet]. 2011 May 1;6. Available from: https://www.researchgate.net/publication/268428110_Morphological_physiological_and_biochemical_responses_of_plants_to_drought_stress ), el decrecimiento en el contenido de clorofila en condiciones de estrés por la sequía ha sido considerado un síntoma típico de estrés oxidativo y puede ser el resultado de la fotooxidación del pigmento y de la degradación del mismo.

Otros autores como (2020. Song L, Jin J, He J. Effects of Severe Water Stress on Maize Growth Processes in the Field. Sustainability [Internet]. 2019 Jan [cited 2024 Nov 27];11(18):5086. Available from: https://www.mdpi.com/2071-1050/11/18/5086 ), aplicando un tratamiento de estrés hídrico en cuatro estados fenológicos del cultivo, informaron que un estrés hídrico severo y prolongado durante el estado de plántula y extendido a la maduración puede dañar la estructura de la membrana fotosintética, provocando un menor contenido de clorofilas y, por tanto, un uso menos eficiente de la radiación solar.

Al analizar los valores de los indicadores del rendimiento y sus componentes (Tabla 3) se encontró que en las variables hileras por mazorca, granos por hilera, granos por mazorca y granos por planta, no existieron diferencias significativas estadísticamente entre las plantas de los tratamientos en estudio.

Solo se apreciaron reducciones con diferencias significativas en la masa de 100 granos y en los gramos por planta cuando la suspensión del riego tuvo lugar en SC y SF y los valores más bajos de masa de 100 granos correspondieron a las plantas del tratamiento SC, con diferencias significativas con las plantas del resto de los tratamientos; mientras que los menores valores de granos por planta correspondieron a las del tratamiento SF, con diferencias significativas solo con las plantas que recibieron el 100 % de la ETc.

Este comportamiento en las plantas de ambos tratamientos puede que indique que el estrés inducido por la suspensión del riego en la etapa de crecimiento vegetativo y en la de floración provoca reducciones considerables en la masa del grano y el rendimiento del cultivo.

El llenado del grano de maíz se altera de manera considerable debido al momento y a la intensidad de los déficits de agua. Esta variación puede limitar la productividad de la hoja (fuente), la translocación de azúcares asimilados (flujo) y la formación del rendimiento (sumidero) (2525. Li Y, Tao H, Zhang B, Huang S, Wang P. Timing of Water Deficit Limits Maize Kernel Setting in Association With Changes in the Source-Flow-Sink Relationship. Front Plant Sci [Internet]. 2018 Oct 22 [cited 2024 Nov 27];9. Available from: https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2018.01326/full ,2626. Tariq J, Usman K. Regulated deficit irrigation scheduling of maize crop. Sarhad J Agric [Internet]. 2009 Jan 1;25. Available from: https://www.researchgate.net/publication/266032774_Regulated_deficit_irrigation_scheduling_of_maize_crop ).

En trabajos realizados por (2323. Sifuentes Ibarra E, Ojeda Bustamante W, Macías Cervantes J, Mendoza Pérez C, Preciado Rangel P. Déficit hídrico en maíz al considerar fenología, efecto en rendimiento y eficiencia en el uso del agua. Agrociencia [Internet]. 2021 [cited 2024 Nov 27];55(3):209-26. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=7918116 ,2727. Peña CB, Castro-Rivera R, Aguilar G, Cruz E, Solís MM, Lara JP. Reacciones Fisiológicas y Crecimiento Inicial De Maíz Tuxpeño Con Vermicompost y Suspensión De Riego. Trop Subtrop Agroecosystems [Internet]. 2022 [cited 2024 Nov 27];25(13). Available from: https://www.academia.edu/110755496/Reacciones_Fisiol%C3%B3gicas_y_Crecimiento_Inicial_De_Ma%C3%ADz_Tuxpe%C3%B1o_Con_Vermicompost_y_Suspensi%C3%B3n_De_Riego ) señalan que un estrés hídrico fuerte en la etapa de crecimiento vegetativo podría inhibir seriamente el crecimiento y el área foliar en las plantas de maíz. Sin embargo, con un estrés hídrico ligero durante las etapas de crecimiento vegetativo y de llenado del grano, las plantas mostraron un cierto nivel de tolerancia al estrés debido al bajo requerimiento hídrico del cultivo en estas fases.

Otros autores tales como (2020. Song L, Jin J, He J. Effects of Severe Water Stress on Maize Growth Processes in the Field. Sustainability [Internet]. 2019 Jan [cited 2024 Nov 27];11(18):5086. Available from: https://www.mdpi.com/2071-1050/11/18/5086 ), plantean que las plantas de maíz que recibieron un estrés hídrico severo y prolongado durante el estado de plántula no mostraron una recuperación significativa, incluso cuando los niveles de riego durante el resto del período de crecimiento fueron los mismos que los aplicados a las plantas que no estaban sujetas al mencionado estrés y sugieren que podría ocurrir una pérdida de rendimiento irrecuperable si el maíz estuviera expuesto a eventos de estrés hídrico severos y prolongados durante la etapa de plántula.

Estos resultados sugieren que, si se pretende ahorrar agua por concepto del riego y sin afectaciones significativas del rendimiento con este cultivar, la recomendación es, aplicar el 100 % de la ETc durante las fases de crecimiento vegetativo y floración y suspender el riego en la fase de llenado del grano.

Conclusiones

La suspensión del riego por 15 días en las tres etapas de desarrollo (SC), (SF) y SLL) a las plantas del cultivar de maíz P7928 provocó disminuciones importantes en la humedad del suelo y en CRA. Además, en SC se redujo la masa seca aérea, de manera considerable; la masa de 100 granos y los gramos por planta. En SF, se redujo la longitud del tallo, el CRC, severamente la masa de 100 granos y el rendimiento en gramos por planta y en SLL, solamente el CRC.

Introduction

Maize (Zea mays L.) ranks eighth on the list of the world's most important agricultural products with a production of around 1.1 billion tons in 2020 (11. FAOSTAT (División de Estadística de la FAO. Datos sobre alimentación y agricultura [Internet]. 2021. Available from: http://www.fao.org/faostat/es/#home ).

This cereal belongs to the Poaceae family, is considered one of the main crops that contribute to food and nutritional security, is a very important source of protein for most of the rural population in Central America, and is also the most important fodder crop worldwide (22. Pokhrel S. Effects of drought stress on the physiology and yield of the maize: A review. Food and Agri Economics Review [Internet]. 2021;1(1):36-40. Available from: https://www.researchgate.net/publication/355942108_EFFECTS_OF_DROUGHT_STRESS_ON_THE_PHYSIOLOGY_AND_YIELD_OF_THE_MAIZE_A_REVIEW -44. Poole N, Donovan J, Erenstein O. Viewpoint: Agri-nutrition research: Revisiting the contribution of maize and wheat to human nutrition and health. Food Policy [Internet]. 2021 Apr 1 [cited 2024 Nov 27];100:101976. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306919220301809 ).

Climate change is one of the most important and studied phenomena of our era and can have a profound impact on agriculture, mainly due to the occurrence of low rainfall (55. Ottaiano L, Di Mola I, Cirillo C, Cozzolino E, Mori M. Yield Performance and Physiological Response of a Maize Early Hybrid Grown in Tunnel and Open Air under Different Water Regimes. Sustainability [Internet]. 2021 Jan [cited 2024 Nov 27];13(20):11251. Available from: https://www.mdpi.com/2071-1050/13/20/11251 ).

Historically, the Central American region has been affected by extreme hydro-meteorological events. Among these, drought is one of the phenomena that most negatively impacts agrifood production (66. Calvo-Solano OD, Quesada LE, Hidalgo H, Gotlieb Y. Impactos de las sequías en el sector agropecuario del Corredor Seco Centroamericano. Agron Mesoamericana [Internet]. 2018 [cited 2024 Nov 27];29(3):695. Available from: https://www.researchgate.net/publication/327405787_Impactos_de_las_sequias_en_el_sector_agropecuario_del_Corredor_Seco_Centroamericano ). For the coming years, climate models project an increase in temperatures, more erratic rainfall and increased evapotranspiration, factors that could intensify the impact of climate variability on family agriculture (77. Imbach P, Beardsley M, Bouroncle C, Medellin C, Läderach P, Hidalgo H, et al. Climate change, ecosystems and smallholder agriculture in Central America: an introduction to the special issue. Clim Change [Internet]. 2017 Mar 1 [cited 2024 Nov 27];141(1):1-12. Available from: https://doi.org/10.1007/s10584-017-1920-5 ,88. Iglesias YC, Robaina FG, Granda GH, Rivero LH, Zayas EC. Impacto del cambio climático en el rendimiento del maíz sembrado en suelo Ferralítico Rojo compactado. Rev Ing Agríc [Internet]. 2020 [cited 2024 Nov 27];10(1). Available from: https://www.redalyc.org/journal/5862/586262449008/html/ ) and its effects on food and nutritional security on a larger scale (99. Hansen J, Hellin J, Rosenstock T, Fisher E, Cairns J, Stirling C, et al. Climate risk management and rural poverty reduction. Agric Syst [Internet]. 2019 Jun 1 [cited 2024 Nov 27];172:28-46. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308521X17307230 ).

Irrigated agriculture is more frequently practiced in a restricted and uncertain water resource environment, due to the intensification of climate variability and increased water competition from non-agricultural users (1010. Gheysari M, Sadeghi SH, Loescher HW, Amiri S, Zareian MJ, Majidi MM, et al. Comparison of deficit irrigation management strategies on root, plant growth and biomass productivity of silage maize. Agric Water Manag [Internet]. 2017 Mar 1 [cited 2024 Nov 27];182:126-38. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377416305121 ).

In Cuba, the general problem of water use for agriculture and its particularity is based fundamentally on the great demand for water per unit of production that agricultural products have and the global efficiencies of irrigation (1111. Puebla JH, Seijas TL, Robaina FG. El uso del agua en la agricultura en Cuba. Rev Ing Agríc [Internet]. 2011 [cited 2024 Nov 27];1(2):1-7. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=586262033008 ). Agriculture, as the main consumer of freshwater, is working to reduce water consumption and one of the fundamental ways to achieve this is to increase efficiency in the use of irrigation water and to increase productivity.

The volume of water demanded per ton of agricultural product, as well as the efficiency in the use of water during irrigation, are the main factors that condition its consumption. Corn is considered one of the priority crops in the grain production program for import substitution carried out by the Cuban government (1212. Zayas EC, González RC, Puebla JH, Robaina FG, Rodríguez SC, García OS. Efecto de los polímeros en la economía del agua. Rev Ing Agríc [Internet]. 2020 [cited 2024 Nov 27];10(1). Available from: https://www.redalyc.org/journal/5862/586262449004/html/ ). Maize is highly sensitive to drought, extreme temperatures, salinity and heavy metal toxicity (1313. Muqadas S, Ali Q, Malik A. Genetic association among seedling traits of zea mays under multiple stresses of salts, heavy metals and drought. Biol Clin Sci Res J [Internet]. 2020 Dec 12;2020. Available from: https://www.researchgate.net/publication/354663982_GENETIC_ASSOCIATION_AMONG_SEEDLING_TRAITS_OF_ZEA_MAYS_UNDER_MULTIPLE_STRESSES_OF_SALTS_HEAVY_METALS_AND_DROUGHT ).

Although maize seedlings require less water than plants of subsequent phenological stages, in the early stages, it is very sensitive to environmental stresses such as drought, which can cause total crop loss (1414. Badr A, El-Shazly HH, Tarawneh RA, Börner A. Screening for Drought Tolerance in Maize (Zea mays L.) Germplasm Using Germination and Seedling Traits under Simulated Drought Conditions. Plants Basel Switz. 2020 Apr 29;9(5):565.). In irrigated agriculture, irrigation practice is one of the most complex processes to be carried out by the farmer due to the large number of factors involved in water management, requiring technical information for precise knowledge between applied water and crop yield (1515. Domínguez A, Martínez RS, de Juan JA, Martínez-Romero A, Tarjuelo JM. Simulation of maize crop behavior under deficit irrigation using MOPECO model in a semi-arid environment. Agric Water Manag [Internet]. 2012 May 1 [cited 2024 Nov 27];107:42-53. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377412000224 ).

Some authors have reported the evaluation of growth parameters under stress conditions to evaluate drought tolerant genotypes, but, on few occasions, early physiological responses to water stress are evaluated simultaneously (1616. Akinwale RO, Awosanmi FE, Ogunniyi OO, Fadoju AO. Determinants of drought tolerance at seedling stage in early and extra-early maize hybrids. Maydica [Internet]. 2017 [cited 2024 Nov 27];62(1):9-9. Available from: https://journals-crea.4science.it/index.php/maydica/article/view/1563 ).

There are irrigation strategies that allow reducing the frequency and amount of irrigation in crops with minimal effects on conventional yields if validated on a local scale, such as the application of deficit irrigation according to phenological development (1717. Mendoza-Pérez C, Sifuentes-Ibarra E, Ojeda-Bustamante W, Macías-Cervantes J. Response of surface-irrigated corn to regulated deficit irrigation. Ing Agríc Biosist [Internet]. 2016 Jun [cited 2024 Nov 27];8(1):29-40. Available from: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S2007-40262016000100029&lng=en&nrm=iso&tlng=en ). Sometimes, the comparison of results is extremely complex, because independently of the fact that there is a great amount of information of works carried out in this subject and in the corn cultivation, the conditions in which the researches are carried out are very different, mainly in the conception and application of the treatments of hydric stress.

Considering the problems of corn in relation to its water requirements, the objective of this work was to study the effect of three controlled deficit irrigation (CDI) treatments on the development of the crop.

Materials and methods

The work was carried out under semi-controlled conditions in the central area of the National Institute of Agricultural Sciences (INCA) geographically located at 22º58′00″N and 82°09′00″O at 130 m a.s.l. On April 20, 2021, 12 concrete containers 2.60 m long by 0.60 m wide (1.56 m²) were sown containing Ferrallitic Red Leached soil from the Mayabeque province (1818. Hernández Jiménez A, Bosch Infante D, Pérez-Jiménez JM, Castro Speck N. Clasificación de los suelos de Cuba 2015 [Internet]. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas. 2015 [cited 2024 Sep 19]. 91 p. Available from: https://isbn.cloud/9789597023777/clasificacion-de-los-suelos-de-cuba-2015/ ) area that is part of the Havana-Matanzas karst plain (88. Iglesias YC, Robaina FG, Granda GH, Rivero LH, Zayas EC. Impacto del cambio climático en el rendimiento del maíz sembrado en suelo Ferralítico Rojo compactado. Rev Ing Agríc [Internet]. 2020 [cited 2024 Nov 27];10(1). Available from: https://www.redalyc.org/journal/5862/586262449008/html/ ). In each container were sown corn seeds cultivar P7928 arranged in two rows and with a separation between them of 0.4 m and 0.2 m between plants (26 plants per container).

Four irrigation treatments were tested as shown in Table 1 and were distributed following a randomized block experimental design with three replications.

Irrigation was applied by an automated micro-sprinkler system and water delivery was controlled by valves conveniently placed on the irrigation laterals of each treatment. The pH and electrical conductivity (E.C. dS m^-1) values of the water applied to the crop during the experiment were 7.8 and 0.58, respectively.

Irrigations consisted of replenishing the daily standard crop evapotranspiration (ETc) three times per week (Monday, Wednesday and Friday). Plants before and after irrigation suspension (SR) received 100 % of ETc.

The reference evapotranspiration ETo (mm), standard crop evapotranspiration ETc (mm) and irrigation requirements (ETc= ETo*Kc) were obtained using the CropWat.8 Program; this was updated with a historical series of meteorological data for 31 years (1990- 2021) corresponding to Tapaste meteorological station which belongs to the National Institute of Meteorology and it is located approximately 200 m from the experimental site and for the calculation of ETo and ETc the monthly mean values were used.

Crop coefficients (Kc) used were: initial Kc = 0.62, average Kc= 1.00 and final Kc= 0.93, proposed for the region by FAO (1919. FAO. Estudio FAO Riego y Drenaje 56. Evapotranspiración del cultivo. Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. Available from: https://www.fao.org/4/x0490s/x0490s00.htm ).

Results and discussion

Figure 1 shows the variations of soil moisture content in the different treatments, where it was found that, in this variable, when irrigation was suspended in the growth stage (SC), it decreased or decreased by 36.6 % with respect to the control treatment (100 % of ETc); by 33.45 % in the flowering stage (SF) and by 44.45 % in the grain filling stage (SLL).

These results suggest that the irrigation schedule used was adequate for the establishment and application of the treatments in the different phases of the crop, achieving with the suspension of irrigation at each stage soil moisture values that are around 60 % of the field capacity, so it can be considered as a moderate water stress.

Effects of soil water deficiency resulting from the suspension of irrigation in the three crop stages studied are shown in Table 2, where it was found that in stem length growth, the suspension of irrigation in the growth stage (SC) did not negatively affect this indicator in the plants, even the mean value was slightly higher than in plants that received 100 % of their water requirements, although without statistically significant differences.

Water stress induced at the flowering stage (SF) produced significant decreases in growth in terms of stem length and diameter.

At SLL, the mean values of the three variables in plants were higher, although with significant differences only in stem diameter. However, this behavior of the plants in both treatments (SLL and 100 % ETc) is basically associated with the fact that at this stage there is practically no growth supremacy.

The values of leaf area and dry mass of the aerial part of the corn plants with irrigation suspension at different stages of their development are shown in Figure 2, in which it was observed that the suspension of irrigation for 15 days in the three stages did not negatively affect leaf area. On the other hand, the dry mass of the aerial part only decreased slightly with the suspension of irrigation in the growth stage (SC).

These results suggest that the application of moderate stress (60 % of the C.c.) at the developmental stages studied only caused reductions in growth as a function of stem length and diameter in SF plants and aerial dry mass in SC. However, leaf number and leaf area were not negatively affected.

There is some correspondence of these results with those reported by some authors who worked with three maize genotypes and five irrigation treatments, and found that, in the most tolerant genotype (2121. Shafique F, Ali Q, Malik A. Effects of water deficit on maize seedlings growth traits. Biol Clin Sci Res J. 2020 Sep 16;2020:1-7. Available from: https://www.researchgate.net/publication/344272564_Effects_of_water_deficit_on_maize_seedlings_growth_traits ), the lowest growth in stalk length corresponded to plants receiving 100 % of irrigation water and suggested that maize genotypes can grow with the application of 60 % of water requirements. Other researchers found greater dry mass of the stem when they applied 50 and 25 % of irrigation water and greater dry mass of green leaves when they applied 25 % and in rainfed conditions (55. Ottaiano L, Di Mola I, Cirillo C, Cozzolino E, Mori M. Yield Performance and Physiological Response of a Maize Early Hybrid Grown in Tunnel and Open Air under Different Water Regimes. Sustainability [Internet]. 2021 Jan [cited 2024 Nov 27];13(20):11251. Available from: https://www.mdpi.com/2071-1050/13/20/11251 ). In this sense, researchers found that biomass growth was directly influenced by leaf area, while soil moisture had no significant direct effect on total biomass production (2222. Ma X, He Q, Zhou G. Sequence of Changes in Maize Responding to Soil Water Deficit and Related Critical Thresholds. Front Plant Sci [Internet]. 2018;9:511. Available from: https://www.researchgate.net/publication/324876180_Sequence_of_Changes_in_Maize_Responding_to_Soil_Water_Deficit_and_Related_Critical_Thresholds ).

On the other hand, (2323. Sifuentes Ibarra E, Ojeda Bustamante W, Macías Cervantes J, Mendoza Pérez C, Preciado Rangel P. Déficit hídrico en maíz al considerar fenología, efecto en rendimiento y eficiencia en el uso del agua. Agrociencia [Internet]. 2021 [cited 2024 Nov 27];55(3):209-26. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=7918116 ) found that growth in dry mass of the aerial part (stem and leaf) was lower in plants of extreme treatments in terms of water endowments, that is, when water stress was strong in the vegetative stage and at maturity with only two irrigations and when stress was light at the beginning and moderate at maturity with four irrigations.

RWC and RCC values of the plants in the different treatments are presented in Figure 3, where a certain correspondence between RWC and soil moisture can be appreciated (Figure 1).

Plants in the three CDI treatments presented relative water contents around 60 %, while those receiving 100 % ETc presented values close to 90 %. CDI is an indicator of plant water status and is closely linked to root water uptake and transpiration loss. Under drought stress conditions, RWC decreases, but it can be rapidly increased by replenishment irrigations (22. Pokhrel S. Effects of drought stress on the physiology and yield of the maize: A review. Food and Agri Economics Review [Internet]. 2021;1(1):36-40. Available from: https://www.researchgate.net/publication/355942108_EFFECTS_OF_DROUGHT_STRESS_ON_THE_PHYSIOLOGY_AND_YIELD_OF_THE_MAIZE_A_REVIEW ).

Chlorophyll is one of the main components of the chloroplast, a key organelle for photosynthesis; therefore, RCC has a positive relationship with photosynthetic rate. In this case, RCC in plants corresponding to SC did not decrease its values; in those of SF it slightly reduced and in SLL it presented the lowest values of this indicator; therefore, it could be inferred that water stress in plants at the grain filling stage, although no differences were found in the leaf area of plants in SLL, was the most detrimental treatment in RCC.

This behavior is apparently associated with the fact that in SLL the suspension of irrigation caused the greatest decrease in soil moisture and according to (2424. Anjum S, Xie X yu, Wang L chang, Saleem M, Man C, Lei W. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. Afr J Agric Res [Internet]. 2011 May 1;6. Available from: https://www.researchgate.net/publication/268428110_Morphological_physiological_and_biochemical_responses_of_plants_to_drought_stress ) the decrease in chlorophyll content under drought stress conditions has been considered a typical symptom of oxidative stress and may be the result of pigment photooxidation and pigment degradation.

Other authors applied a water stress treatment at four phenological stages of the crop reported (2020. Song L, Jin J, He J. Effects of Severe Water Stress on Maize Growth Processes in the Field. Sustainability [Internet]. 2019 Jan [cited 2024 Nov 27];11(18):5086. Available from: https://www.mdpi.com/2071-1050/11/18/5086 ), that severe and prolonged water stress during the seedling stage and extended to maturity can damage the photosynthetic membrane structure causing a lower chlorophyll content and therefore, a less efficient use of solar radiation.

When analyzing the values of the yield indicators and their components (Table 3), it was found that in the variables rows per ear, grains per ear, grains per ear and grains per plant, there were no statistically significant differences among the plants of the treatments under study.

Reductions with significant differences were only appreciated in the mass of 100 grains and in the grams per plant when irrigation suspension took place in SC and SF and the lowest values of mass of 100 grains corresponded to the plants of the SC treatment with significant differences with the plants of the rest of the treatments; while the lowest values of grains per plant corresponded to those of the SF treatment with significant differences only with the plants that received 100 % of the ETc.

This behavior in the plants of both treatments may indicate that the stress induced by the suspension of irrigation at the vegetative growth stage and at flowering causes considerable reductions in grain mass and crop yield.

Maize grain fill is significantly altered due to the timing and intensity of water deficits. This variation can limit leaf productivity (source), translocation of assimilated sugars (flux), and yield formation (sink) (2525. Li Y, Tao H, Zhang B, Huang S, Wang P. Timing of Water Deficit Limits Maize Kernel Setting in Association With Changes in the Source-Flow-Sink Relationship. Front Plant Sci [Internet]. 2018 Oct 22 [cited 2024 Nov 27];9. Available from: https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2018.01326/full ,2626. Tariq J, Usman K. Regulated deficit irrigation scheduling of maize crop. Sarhad J Agric [Internet]. 2009 Jan 1;25. Available from: https://www.researchgate.net/publication/266032774_Regulated_deficit_irrigation_scheduling_of_maize_crop ).

It was noted that severe water stress at the vegetative growth stage could severely inhibit growth and leaf area in maize plants (2323. Sifuentes Ibarra E, Ojeda Bustamante W, Macías Cervantes J, Mendoza Pérez C, Preciado Rangel P. Déficit hídrico en maíz al considerar fenología, efecto en rendimiento y eficiencia en el uso del agua. Agrociencia [Internet]. 2021 [cited 2024 Nov 27];55(3):209-26. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=7918116 ,2727. Peña CB, Castro-Rivera R, Aguilar G, Cruz E, Solís MM, Lara JP. Reacciones Fisiológicas y Crecimiento Inicial De Maíz Tuxpeño Con Vermicompost y Suspensión De Riego. Trop Subtrop Agroecosystems [Internet]. 2022 [cited 2024 Nov 27];25(13). Available from: https://www.academia.edu/110755496/Reacciones_Fisiol%C3%B3gicas_y_Crecimiento_Inicial_De_Ma%C3%ADz_Tuxpe%C3%B1o_Con_Vermicompost_y_Suspensi%C3%B3n_De_Riego ). However, with a light water stress during the vegetative growth and grain filling stages, plants showed a certain level of tolerance to stress due to the low water requirement of the crop at these stages.

Other authors state that corn plants that received severe and prolonged water stress during the seedling stage did not show significant recovery even when irrigation levels during the rest of the growing season were the same as those applied to plants that were not subjected to such stress and suggest that unrecoverable yield loss could occur if corn were exposed to severe and prolonged water stress events during the seedling stage (2020. Song L, Jin J, He J. Effects of Severe Water Stress on Maize Growth Processes in the Field. Sustainability [Internet]. 2019 Jan [cited 2024 Nov 27];11(18):5086. Available from: https://www.mdpi.com/2071-1050/11/18/5086 ).

These results suggest that, if irrigation water savings are to be achieved without significantly affecting yield with this cultivar, the recommendation is to apply 100 % of ETc during the vegetative growth and flowering stages and to suspend irrigation during the grain filling stage.

Conclusions

It can be noted that the suspension of irrigation for 15 days in the three stages (SC), (SF) and SLL) to plants of corn cultivar P7928 caused significant decreases in soil moisture and RWC. In addition, in SC, it significantly reduced aerial dry mass, 100-grain mass and grams per plant. In SF, it reduced stalk length, RCC, 100-grain mass and yield in grams per plant, and in SLL, only RCC.