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APLICACIÓN DEL MODELO DSSAT AL SISTEMA DE CULTIVO DESCANSO LARGO-PAPA-CEBADA-CEBADA EN EL ALTIPLANO CENTRAL BOLIVIANO1

Application of DSSAT model to long fallow-potato-barley-barley crop system in central high plains of Bolivia

Víctor MITA QUISBERT2, Dominique HERVE3

ABSTRACT

Long fallow-potato-barley-barley crop systems were evaluated during three years (1999-2002) in the high plateau of Bolivia. The study was carried on one 5 years fallowed plot with two subplots, one dominated by native legumes (RL) and another with grasses (RL). The previous effect of legumes and grasses on potato (var. gendarme) subspecie andigenum and barley (var. IBTA 80) were compared. Calibration was done under SUBSTOR and CERES models for potato and barley, respectively, and validation for Barley under CERES. Both models are component of DSSAT interface. Nitrate and ammonium until 40 cm depth of soil profile, as well as physical and chemical properties of both subplots were determined. Crop characteristics that were evaluated during the three years of study include aboveground biomass, plant cover and height and at harvest potato and barley aboveground biomass. Results showed that while the effect of previous legume crop on potato and barley yield was similar at a very rainy year (492 mm, 2000-2001), there was a clear effect on yields of potato and grain of barley at 316 mm (1999-2000) and 183 mm (2001-2002) of precipitation during the vegetative period, respectively. Variables that better fit after calibration with SUBSTOR and CERES models were aboveground and tubers biomass of potato, and grain of barley from both subplots. Validation showed that variables such as barley grain yield, aboveground biomass and grain N-content observed on R plot and grain yield as well as grain N-content on RL plot fit well to the model.

Key words: Bolivian High Plateau, cropping system, long fallow, model SUBSTOR, model CERES,

calibration RESUMEN

En el Altiplano boliviano se evaluó durante los 3 años agrícolas (1999-2002) los sistemas de cultivo con descanso largo-papa-cebada-cebada en una parcela con 5 años de descanso con dos subparcelas, una dominada por leguminosas nativas (RL) y otra con gramíneas (R). Se comparo el efecto precedente de las leguminosas y de las gramíneas en los cultivos de papa (var. Gendarme) subespecie: Andigenum y cebada (var. IBTA 80). Se calibro bajo los modelos SUBSTOR para papa y CERES para cebada y se valido en el modelo CERES para cebada. Ambos modelos hacen parte de la plataforma DSSAT. Se determinaron nitrato y amonio hasta 40 cm, las propiedades físicas y químicas del perfil de ambas parcelas (R y RL). En el cultivo se evaluó la biomasa aérea, cobertura y altura de plantas y biomasa en la cosecha de papa y cebada en ambas subparcelas y durante los tres años. Se pudo evidenciar el efecto precedente de las leguminosas en los rendimientos de papa y grano de cebada cuando la precipitación en el ciclo vegetativo fue de 316 mm (1999-2000) y 183 mm (2001-2002). Mientras que en un año muy lluvioso (492 mm) los rendimientos en ambas parcelas fueron similares. Las variables mejor ajustadas luego de la calibración en los modelos SUBSTOR y CERES fueron la biomasa aérea y de tubérculos de papa y grano de cebada en ambas subparcelas. En la validación se ajustaron bien el rendimiento de grano, biomasa aérea y N en el grano en la parcela R y el rendimiento de grano y N en el grano en la parcela RL.

Palabras claves: Altiplano boliviano, sistema de cultivo, descanso largo, modelo CERES, modelo SUBSTOR, calibración.

1 Resumen de tesis de maestría, sustentada en la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM).

Lima, Perú (23/06/06). 2 Universidad Católica Boliviana, UCB, La Paz, Bolivia. e-mail: victormitaq@gmail.com

3 Institut de Recherche pour le Développement, IRD, LER, BP 64501, 34394 Montpellier Cedex 5,

Francia. Fax: 0467638778. e-mail:Dominique.Herve@ird.fr

2

INTRODUCCIÓN

En los Andes centrales los sistemas de cultivo con rotaciones tienen una tradición muy larga, donde el descanso del suelo es el elemento central para recuperar la fertilidad.

La recuperación de la fertilidad de los suelos es una de las razones por la cual las poblaciones alto andinas incluyen periodos de descanso en su estrategia de producción agrícola (Queiroz, et al., 1994). Después del descanso largo (hasta unos diez años) se cultivan luego de la papa -que es cabecera de rotación- quenopodiáceas (quinua, cañihua), cereales (cebada, avena) y por debajo de los 3800 msnm, leguminosas (haba, tarwi) para valorizar la fertilidad acumulada durante el periodo de descanso (Hervé, 1994a). En estas agriculturas de bajos insumos, la fertilización del cultivo de papa se limita a la biomasa reconstituida durante el descanso e incorporada por la labranza y el estiércol ovino aplicado en la siembra. En el caso estudiado, estudiamos el efecto residual de las leguminosas nativas que fijan el nitrógeno durante el descanso.

Los cultivos de papa y cebada son los cultivos de mayor extensión e importancia en el altiplano boliviano, para el autoconsumo y la producción forrajera respectivamente. La sucesión de cultivos descanso largo-papa-cebada, con tres años de cultivo, es la más difundida a estas alturas, mayormente sin uso de fertilizantes. Por estos motivos, el análisis del sistema de cultivo: descanso-papa-cebada, es una tarea prioritaria en el altiplano boliviano. Se constata no más no más de tres años cultivos sucesivos y se formula la hipótesis de un agotamiento del suelo después de tres años de cultivo. Para analizar esta sucesión de cultivos usamos un modelo de simulación que nos permite integrar datos de suelo-clima-planta con la finalidad de realizar un balance de fertilidad.

Los objetivos planteados para el presente trabajo fueron:

Evaluar el efecto precedente que tienen las leguminosas en el sistema de cultivo: papa-cebada-cebada con descanso largo.

Evaluar la plataforma de simulación DSSAT para el sistema de cultivo: papa-cebada-cebada con descanso largo.

Calibrar el modelo de simulación SUBSTOR-Potato para papa, calibrar y validar el modelo CERES-Barley para el cultivo de cebada, en las condiciones del altiplano boliviano.

Establecer el grado de respuesta del sistema de cultivo (descanso-papa-cebada) a diferentes condiciones climatológicas.

Para conseguir los objetivos propuestos se plantearon las siguientes hipótesis:

Las leguminosas nativas tienen un efecto residual en el crecimiento y desarrollo de los cultivos posteriores.

El modelo de simulación DSSAT es recomendable para sistemas de cultivo (papa-cebada-cebada) con descanso largo en las condiciones del altiplano boliviano.

MATERIALES Y METODOS

El presente estudio se realizo en las parcelas de un agricultor campesino, en la comunidad altiplánica de Patarani, Provincia Aroma del departamento de La Paz, Bolivia. Geográficamente se encuentra situado a 17º6’ de latitud sur y 68º de longitud oeste a una altitud de 3900 msnm. La zona de estudio de acuerdo a Ellenberg (1983), al realizar una tipificación de las ecoregiones de Bolivia, clasifica Patacamaya (cercana a la zona de estudio) como Puna semiárida con 406 mm de precipitación y 11.1 oC de temperatura promedio anual. Los suelos del altiplano son de formación aluvial, coluvial y coluvio

aluvial, taxonómicamente pertenecen al orden Entisoles (Chilon, 1992).

Los materiales de campo que se utilizaron fueron: huincha, barreno edafológico, flexómetro, bolsas de plástico, cinta adhesiva, cuchillo, marcadores, pala, pico, dinamómetro, botes de aluminio para muestras de humedad del suelo, cilindros metálicos de 99 cm

3 de volumen para muestras de densidad

aparente. Los materiales usados en el laboratorio fueron: horno mufla, balanza de precisión, bolsas de papel, computadora. La semilla de papa Solanum tuberosum, ssp andigenum variedad Gendarme, es tolerante a heladas, verrugas, resistente a nemátodos; tiene bajo contenido de glicoalcaloides y buena calidad culinaria. La semilla de cebada (variedad IBTA-80), es una selección del cultivar Grignon, tiene un periodo vegetativo de 4.7 meses, un porcentaje de germinación de 94%.

3

Se escogió una parcela de 5 años de descanso que tenga dos sectores colindantes idénticos, pero que difieren en la vegetación dominante del descanso. Uno de los sectores tenia una dominancia de leguminosas nativas (RL): Lupinus (Lupinus otto buchtienii CP Smith), trebol (Trifolium amabile), garbancillo (Astragalus macrenthelus) además de Oxalis bisfracta, Cardionema ramosisisma, Schkuhria pusilla. Otro sector está sin leguminosas (R); donde se identificó una gramínea dominante Nasella pubiflora y otros como Chondrosum simplex, Aristida asplundii. Ambas coberturas vegetales fueron incorporadas al suelo al momento de la roturación (19/04/99) realizada con arado de discos a una profundidad promedio de 26 cm. En el cuadro 1 detallamos las características del experimento en los tres años agrícolas, para cada parcela, y donde resalta que solamente el primer año se aplico guano para el cultivo de papa.

Cuadro 1. Características del experimento en los tres años

VARIABLES 1999-2000 (1

eraño) 2000-2001 (2

doaño) 2001-2002 (3

eraño)

Con legum Sin legum Con legum Sin legum Con legum Sin legum

Código RL R RL R RL R

Cultivo Papa Papa Cebada Cebada Cebada Cebada

Fecha de siembra 04/11/99 04/11/99 05/11/00 05/11/00 26/10/01 26/10/01

Aporque (días post siembra) 61 61 --- --- --- ---

Fecha de cosecha 01/05/00 01/05/00 20/04/01 22/04/01 20/03/02 20/03/02

Ciclo vegetativo 179 179 167 165 145 145

Superficie sembrada (m2) 144.30 159.60 19.50 17.55 32.97 30.99

Ancho de surcos (m) 0.79 0.73 0.22 0.22 0.27 0.27

Cantidad de semilla (kg/ha) 1975 2067 87 85 104 126

Guano ovino aplicado (kg/ha) 3465 3026 0 0 0 0

Evaluaciones realizadas en el suelo y el cultivo (99-00, 00-01 y 01-02)

Características físicas del suelo: Se realizaron muestreos de suelos para determinar sus propiedades físicas (textura, densidad aparente, humedad gravimétrica). Los muestreos de suelos se realizaron a dos profundidades del suelo 0-20 y 20-40 cm solamente en la primera campaña agrícola (papa) y en el momento de la siembra.

Descripción del perfil edafológico: Se hicieron 2 calicatas en fecha 31/10/01, cuyas dimensiones fueron 1*1.5 m por 1.8 m de profundidad, para describir las características morfológicas del perfil del suelo.

Determinación de nitrato y amonio en el suelo: Se realizó muestreos de suelos en los 3 años en la siembra y en la cosecha, a dos profundidades (0-20 y 20-40cm). Las determinaciones fueron realizadas en el Laboratorio de Calidad Ambiental (LCA) de la Universidad Mayor de San Andrés. En 1999-2000 se analizó el nitrato y amonio, la determinación del amonio extractable estaba con cloruro de potasio, mientras que en las campañas 2000-2001 y 2001-2002 se uso sulfato doble de aluminio y potasio (SO4)

2 ALK.

Determinación de nitrógeno en el cultivo: Esta determinación se realizo solamente en la cosecha del cultivo de papa, en hojas, tallos y tubérculos y en la cosecha de cebada, en el grano. El ultimo año agrícola (2001-2002), se realizaron 5 evaluaciones periódicas durante el ciclo vegetativo del cultivo de cebada. El nitrógeno total se determino utilizando el método micro kjeldahl en el LCA-IE.

Análisis de crecimiento de los cultivos: El crecimiento se evalúa por la altura y la cobertura de la planta en 3 fechas. En el cultivo de papa (1999-2000), se evaluó en 20 plantas por parcela la altura de plantas y cobertura vegetal durante el ciclo vegetativo del cultivo. Para tal efecto se utilizo un cobertor metálico de 40*70 cm que tenia subdivisiones de 5*5 cm (25 cm

2). En la cosecha se determino la

materia seca de la parte aérea (hojas y tallos) y subterránea (tubérculos y raíces). En el segundo y tercer año agrícola, en la cebada, se evaluó en forma periódica durante el ciclo vegetativo del cultivo, la altura de las plantas y la materia seca aérea.

4

Modelización

Se usa la versión 3.5 del modelo de simulación del crecimiento de cultivos DSSAT (Sistema de Apoyo para Decisiones de Transferencia de Agrotecnología). La simulación del crecimiento y desarrollo de los cultivos se realizo para el sistema de cultivo cuya rotación es papa-cebada-cebada con los modelos SUBSTOR-Potato y CERES-Barley incluidos en la plataforma de modelos DSSAT.

Los datos meteorológicos suministrados al modelo fueron: temperatura mínima y máxima (oC),

precipitación (mm) y radiación solar (MJ/m2), estos datos deben ser diarios. Se usaron datos

climáticos de 4 años (1999-2002) para la simulación del modelo, de la estación metereológica de Patacamaya, distante a 5 km de la zona de estudio.

Se sacan muestras de ambos perfiles de las parcelas R y RL a diferentes profundidades para determinar las propiedades físicas y químicas hasta una profundidad de 1.8 m.

Los coeficientes genéticos para simular la producción de papa con el programa SUBSTOR-Potato, fueron calculados de acuerdo a los siguientes criterios, según Hunt et al. (1994) mencionados por Yauri (1997):

TC Temperatura crítica superior para el inicio de la tuberización (oC)

P2 Índice que relaciona la respuesta del inicio de tuberización al fotoperiodo G2 Tasa máxima de expansión foliar en grados día (g m

-2d

-1)

G3 Tasa máxima de crecimiento del tubérculo (g m-2

d-1

) PD Índice que suprime el crecimiento del tubérculo durante el periodo que sigue inmediatamente

a la inducción del tubérculo.

Según el manual DSSAT volumen 2-2, para el modelo CERES-Barley, los coeficientes genéticos para cebada son los siguientes:

P1V Cantidad relativa de retraso del desarrollo por cada día de vernalización no completada, asumiendo que 50 días de vernalización son suficientes para todos los cultivares (0-9).

P1D Cantidad relativa de retraso del desarrollo cuando la planta crece en un período de 1 hora inferior al óptimo (que se considera 20 horas) (1-5)

P5 Duración relativa de llenado del grano basado en tiempo termal (grados día sobre una temperatura base de 1

oC), donde cada incremento unitario sobre cero agrega 40 grados día a

un valor inicial de 300 grados día. G1 Número de granos por unidad de peso del tallo (sin hojas y vainas) más la espiga a la antesis

(1/g) (1-5). G2 Tasa de llenado del grano bajo condiciones óptimas (mg/día) (1-5). G3 Peso seco sin estrés de un solo tallo (excluyendo hojas y vainas) y de la espiga a la cesar la

elongación (g) (1-5). PHIN Intervalo filocron; intervalo en tiempo termal (grados día) entre la aparición sucesiva de ápices

foliares.

Datos de manejo en la sucesión papa-cebada-cebada

Fechas de siembra y cosecha, profundidad de siembra, población de plantas y distancia entre surcos, cantidad y fecha de aplicación de estiércol incorporado, método y profundidad de aplicación, cantidad de biomasa incorporada del descanso o del cultivo anterior.

Calibración del modelo

Para el cultivo de papa (var. Gendarme) se tiene referencias sobre los coeficientes genéticos generados en el altiplano boliviano; mientras que para el cultivo de cebada (var. IBTA 80) no se tienen referencias, solamente nos basaremos en la base de datos que tiene el manual del modelo DSSAT. El proceso de calibración del modelo, será basado en el análisis de sensibilidad de los parámetros genéticos, comparando los valores simulados y observados (1999-2000, 2000-2001 y 2001-2002) y determinando el porcentaje de subestimación o sobreestimación del modelo. Para evaluar la calibración y validación en los modelos SUBSTOR y CERES entre los datos simulados y observados también se utilizo el coeficiente de correlación (r) en las campañas 2000-2001 y 2001-2002.

5

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En el altiplano boliviano con un ecosistema semiárido, las condiciones climáticas que más tienen influencia en el rendimiento de los cultivos, son las heladas y sequías, por eso que enfatizaremos en el análisis de la precipitación registrada en cada período agrícola. Analizando la precipitación (figura 1), en los tres años agrícolas (desde la siembra hasta la cosecha) con 316.1, 492, 182.9 y 383.2 mm, respectivamente, y el promedio de 15 años (1977-1991) con 383.2 mm.

La campaña agrícola con mayor precipitación fue 2000-2001 superior en un 28% a la media de 15 años, y en la campaña 2001-2002 se registro la menor precipitación, siendo solamente la mitad al promedio de 15 años y en todos los años agrícolas el mes de enero fue el que tuvo mayor precipitación.

Figura 1. Precipitación de las tres gestiones agrícolas (desde la siembra a la cosecha) y

promedio de 15 años, en la comunidad de Patarani

Fuente: Elaboración propia en base a datos de SENHAMI

Ambas parcelas (R y RL) tiene una textura franco arenosa con un pH ácido y débilmente salino. Los perfiles del suelo mostradas en el cuadro 2, denotan diferencias marcadas, especialmente en los horizontes y profundidades de los mismos. En la parcela R, los horizontes identificados fueron Ap, AC y C, mientras que en la parcela RL se observaron los horizontes Ap, B y C. Lo anterior nos indica que la parcela R tiene un suelo superficial muy poco desarrollado y la parcela RL tiene un perfil desarrollado y más profundo, además con una mayor proporción de arcilla, aunque ambos perfiles presentan una baja fertilidad.

Cuadro 2. Propiedades físicas y químicas del perfil del suelo de ambas parcelas (R y RL)

Parcela Horizonte Prof. (cm)

Arcilla (%)

Arena (%)

Textura pH CE (dS/m)

MO (%)

R R R

Ap AC C

0-18 18-22 >22

6.0 6.0 1.0

68 67

95.5

Fr. Are Fr. Are

Arenosa

5.0 5.3 5.8

5.6 3.4 1.8

0.58 0.62 0.17

RL RL RL

Ap B C

0-19 19-68 >68

6.0 18.5 4.0

61 60 88

Fr. Are Fr. Are

Arenosa

5.8 6.2 6.6

4.4 5.6 3.2

0.88 0.40 0.03

Fuente: Laboratorio LCA del Instituto de Ecología, UMSA. La Paz, Bolivia CE: Conductividad eléctrica MO: Materia orgánica

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

200,0

Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr

Pre

cip

ita

ció

n (

mm

)

Meses

1999-2000 2000-2001 2001-2002 1977-1991

6

Componentes de rendimiento en el sistema de cultivo (papa-cebada-cebada)

En la campaña 1999-2000 con cultivo de papa, en el cuadro 3 se observa que la parcela RL es superior con respecto a R, en materia seca aérea (hojas y tallos), tubérculos y rendimiento en tubérculo fresco. La materia seca aérea y el peso fresco del tubérculo de RL fueron 2 veces superiores que la parcela R. Al respecto Franco (1991) en Junin y Cusco, Perú, obtuvo los mejores rendimientos de papa con la introducción de lupinus (leguminosa) con las rotaciones que incluían suelo en descanso y monocultivo.

Cuadro 3. Rendimiento (t/ha) de materia seca aéreo y de los tubérculos (1999-2000)

Parcela Materia seca aérea (t/ha)

Materia seca tubérculos (t/ha)

Rendimiento (t/ha)

R RL

0.51 1.08

3.16 5.64

9.89 20.90

El rendimiento promedio de papa a nivel nacional es 5 t/ha, pero a nivel experimental en una comunidad del altiplano boliviano para la misma variedad Gendarme se obtuvo 18 t/ha con un nivel de fertilización 30-40-00 y 6.5 t/ha de abono orgánico y con una precipitación en el periodo vegetativo de 652 mm (Carrillo, 1998).

En la segunda campaña 2000-2001 con cebada, podemos observar en el cuadro 4, que a diferentes días después de la siembra los estados de desarrollo (ahijamiento, elongación de tallos, espiga en la vaina desarrollo del grano y maduración) el crecimiento en altura fue igual entre la parcela R y la parcela RL, notándose una diferencia cuando el cultivo se encuentra en la etapa de desarrollo del grano, con mayor tamaño en la parcela RL. No existe una diferencia marcada de la altura y la biomasa seca aérea en ambas parcelas (R y RL) en los diferentes estados de desarrollo, siendo la materia seca aérea cosechada de 6 t/ha la producción potencial para el altiplano boliviano, cuando la precipitación es bastante alta (492 mm). La altura de las plantas de cebada de la parcela RL son superiores respecto a la R, especialmente en los últimos estados de desarrollo de la cebada. Vera-Nuñez et al (2001) obtiene la máxima acumulación de materia seca de paja, cuando está en estado de desarrollo de grano, posteriormente hubo decremento de la acumulación de materia seca, porque entro a la senescencia y removilización de los nutrientes de las hojas a las espigas o por pérdidas de N por parte de la planta. Además existe una relación cúbica entre la altura de las plantas y el número días después de la siembra, con un alto coeficiente de determinación (R

2=0.98) para ambas parcelas

(R y RL), que indica que el 98% de la variabilidad de altura de las plantas se explica por los DDS (figura 2).

Cuadro 4. Análisis de crecimiento en la cebada (2000-2001)

Parcela Estados de desarrollo* DDS Altura (cm)

M.S. aérea (kg/ha)

R R R R R

Ahijamiento Elongación de tallos Espiga en la vaina Desarrollo del grano Maduración

63 84 105 139 165

19.1 28.0 45.4 47.5 46.4

287 2891 4691 6222 6366

RL RL RL RL RL

Ahijamiento Elongación de tallos Espiga en la vaina Desarrollo del grano Maduración

63 84 105 139 165

19.8 30.6 53.3 57.6 60.4

264 2599 4917 8425 6147

DDS: Días después de la siembra * Escala de estadios de desarrollo de cereales de Tottman (1987), citado por Molina (1989).

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Figura 2. Altura de plantas en diferentes estados de desarrollo de la cebada en la campaña 2000-2001

En la figura 3, según el análisis de regresión, existe una relación cúbica entre la materia seca y el número días después de la siembra, con un alto coeficiente de determinación de R

2=0.99 para ambas

parcelas R y RL, que indica que el 99% de la variabilidad de altura de las plantas esta expl icado por las evaluaciones realizadas después de siembra (DDS).

Figura 3. Rendimiento de materia seca aérea en diferentes estados de desarrollo de la cebada en la campaña 2000-2001

Los rendimientos de grano seco de cebada observados en el cuadro 5 de ambas parcelas son muy similares, cuando la precipitación registrada este periodo agrícola (desde la siembra a la cosecha) fue bastante alta (492 mm) y el cultivo de cebada no sufrió de estrés hídrico. Botello (1996) en condiciones similares climáticas (precipitación de 461 mm) y con una rotación papa-cebada-haba, obtuvo un rendimiento en grano seco de cebada IBTA 80 de 760 kg/ha.

y = -4E-05x3 + 0,0089x2 - 0,0986x - 0,0844

R² = 0,9818

y = -5E-05x3 + 0,0114x2 - 0,2115x - 0,1229

R² = 0,9795

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 25 50 75 100 125 150 175

Alt

ura (

cm

)

Días despues de la siembra

R

RL

Polinómica

(R)

Polinómica

(RL)

y = -0,0084x3 + 2,1907x2 - 93,828x - 34,061

R² = 0,989

y = -0,0143x3 + 3,6494x2 - 173,95x + 35,37

R² = 0,9883

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 25 50 75 100 125 150 175

Bio

masa

aér

ea (

kg/h

a)

Días despues de la siembra

R

RL

Polinómica

(R)

Polinómica

(RL)

8

Cuadro 5. Peso de 1000 granos y rendimiento de cebada (2000-2001) a los 166 DDS

Parcela Peso 1000 granos (g)

Rendimiento (kg/ha)

R RL

9.17 11.09

1044.6 1014.5

Finalmente en la última campaña 2001-2002 con cultivo de cebada, los estadios de desarrollo identificados en el cuadro 6 en ambas parcelas (R y RL) fueron similares desde la fase de crecimiento de plántula (31 DDS) hasta el desarrollo del grano (145 DDS). La altura de las plantas de cebada en las dos parcelas (R y RL) a diferentes días después de la siembra, indica que no hubo un crecimiento hasta el ahijamiento, y a partir de este estado de desarrollo el crecimiento es acelerado hasta la cosecha (desarrollo del grano). Mientras que la materia seca aérea tiene un aumento de peso sostenido desde el crecimiento de la plántula hasta el desarrollo del grano para las parcelas R y RL.

Cuadro 6. Análisis de crecimiento en la cebada en la campaña 2001-2002

Parcela Estados de desarrollo* DDS Altura (cm)

M.S. aérea (kg/ha)

R R R R R

Crecimiento de la plántula Ahijamiento Elongación de los tallos Espiga en la vaina Desarrollo del grano: fase pastosa (intermedio)

31 55 82

118 145

8 8

19 28 32

14 28 335 972 1592

RL RL RL RL RL

Crecimiento de la plántula Ahijamiento Espiga en la vaina Emergencia de la espiga Desarrollo del grano: fase pastosa (final)

31 55 82

118 145

11 11 25 35 37

61 121 429

2553 2694

DDS: Días después de la siembra *: Escala de estados de desarrollo de cereales de Tottman (1987), citada por Molina (1989).

Figura 4. Altura de plantas en diferentes estados desarrollo de la cebada en la campaña 2001-2002

Según el análisis de regresión, existe una relación cúbica entre la altura de plantas y el número de días después de la siembra, además indica que el 97 % del aumento de la altura de plantas esta

y = -1E-05x3 + 0,0025x2 + 0,0822x + 0,6802

R² = 0,9764

y = -2E-05x3 + 0,0035x2 + 0,1183x + 0,7675

R² = 0,9737

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Alt

ura

(cm

)

Días despues de la siembra

R

RL

Polinómica

(R)

Polinómica

(RL)

9

explicado por las evaluaciones realizadas después de la siembra para ambas parcelas R y RL respectivamente (figura 4).

La acumulación de materia seca aérea en diferentes estados de desarrollo de la cebada (cuadro 6 y figura 5) muestra que los datos de la parcela RL son superiores a los de la parcela R, esa diferencia es marcada especialmente a partir de los 82 DDS hasta la cosecha. De la figura 5 inferimos, que según el análisis de regresión, existe una relación cúbica entre la biomasa seca y el número días después de la siembra, con un alto coeficiente de determinación de r

2=0.99 y 0.93 para ambas

parcelas (R y RL) respectivamente.

Figura 5. Rendimiento de materia seca aérea en diferentes estados de desarrollo de la cebada en la campaña 2001-2002

El rendimiento de grano seco de cebada en la parcela RL es el doble al de la parcela R, pudiéndose atribuir los bajos rendimientos a la muy baja precipitación registrada en el periodo agrícola de 182 mm. El horizonte B presente con 18 % de arcilla en el perfil de la parcela RL influyo positivamente en la capacidad de retención de humedad para obtener rendimientos superiores al de la parcela R (cuadro 7).

Cuadro 7. Peso de 1000 granos y rendimiento de cebada (01-02) a los 145 DDS

Parcela Peso 1000 granos (g)

Rendimiento (kg/ha)

R RL

6.33 13.75

496.0 864.4

La absorción de nitrógeno total en la parte aérea de la cebada cuantificada en porcentaje (%) fue diferente entre los diferentes estados de desarrollo para ambas parcelas (R y RL), tal como se observa en el cuadro 8 y figura 6. Observándose que a los 31 DDS cuando el cultivo se encontraba en el estado de crecimiento de la plántula la absorción de nitrógeno registro los valores mas altos, en la parcela RL se obtuvo 0.9 % mas que en la parcela R, a partir de ese momento u estadio se reducio las concentraciones de N hasta la cosecha para ambas parcelas.

y = 3E-05x3 + 0,1032x2 - 4,6866x + 12,188

R² = 0,9977

y = -0,0021x3 + 0,6351x2 - 28,023x + 101,38

R² = 0,9369

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Bio

masa

sec

a (

kg/h

a)

Días despues de la siembra

R

RL

Polinómic

a (R)

Polinómic

a (RL)

10

Cuadro 8. Absorción de nitrógeno en la parte aérea de la cebada en los diferentes estados de desarrollo de la campaña 2001-2002

Parcela Estados de desarrollo* DDS NT (%)

R R R R R

Crecimiento de la plántula Ahijamiento Elongación de los tallos Espiga en la vaina Desarrollo del grano: fase pastosa (intermedio)

31 55 82 118 145

3.7 2.7 2.8 1.6 1.2

RL RL RL RL RL

Crecimiento de la plántula Ahijamiento Espiga en la vaina Emergencia de la espiga Desarrollo del grano: fase pastosa (final)

31 55 82 118 145

4.6 4.0 2.8 1.9 1.3

DDS: Días después de la siembra *: Escala de estados de desarrollo de cereales de Tottman (1987), citado por Molina (1989).

Según el análisis de regresión de la absorción de nitrógeno expresados en porcentaje durante el periodo vegetativo de la cebada (figura 6) donde las concentraciones de N de la parcela RL fueron superiores respecto a la R, especialmente en los primeros estados de desarrollo de la cebada. Además muestra que existe una relación cúbica entre el N en la biomasa aérea y el número de días después de la siembra, con un alto porcentaje de determinación (R

2= 0.93 y 0.88) para ambas

parcelas (R y RL).

Figura 6. Absorción de nitrógeno (%) en la parte aérea de la cebada en los diferentes estados de desarrollo en la campaña 2001-2002

Calibración del modelo DSSAT

La calibración del modelo SUBTOR en la campaña agrícola 1999-2000, para la calibración de la variedad Gendarme (subespecie andigenum) se tuvo que cambiar considerablemente los coeficientes genéticos en comparación con los rangos reportados para la subespecie tuberosum (cuadro 9). En particular esta variedad nativa presenta una tasa de expansión foliar (G2) mucho mas baja, una tasa de crecimiento potencial de los tubérculos (G3) similar, una respuesta baja de la tuberización al fotoperiodo (P2) y una temperatura mínima crítica para iniciación de la tuberización (TC) ligeramente superior con respecto a la subespecie tuberosum. La mayor diferencia entre las subespecies andigenum y tuberosum es que la andigenum no responde al fotoperiodo de la iniciación de la

y = 7E-06x3 - 0,0021x2 + 0,15x + 0,1586

R² = 0,8852

y = 1E-05x3 - 0,003x2 + 0,2051x + 0,1736

R² = 0,9353

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

N e

n b

iom

asa

aere

a (

%)

Días despues de la siembra

R

RL

Polinómica

(R)

Polinómica

(RL)

11

tuberización (P2). Al respecto de la diferencia de los coeficientes genéticos entre ambas subespecies (tuberosum y andigenum). Sarmiento y Bowen (2002) indican, que pueden atribuirse a particularidades de cada una de las subespecies o son el resultado de las condiciones climáticas de la alta montaña tropical. Además sugieren que para aclarar este punto se requiere calibrar el modelo en las mismas condiciones climáticas para la subespecie tuberosum.

Cuadro 9. Coeficientes genéticos obtenidos para la variedad Gendarme en comparación con otras variedades

Variedad G2 G3 PD P2 TC

Gendarme Waycha

(1)

Arbolona (2)

Majestic

(3)

Sebago (3)

Atlantic

(3)

King Eduard (3)

Diseree

(3)

Shepody (3)

1250 1750 200

2000 2000 2000 2000 2000 2000

24.0 19.0 43.0 22.5 22.5 25.0 22.5 25.0 25.0

0.6 0.1 0.1 0.8 0.7 0.9 1.0 0.9 0.7

0.1 0.1 0.1 0.6 0.8 0.6 0.6 0.6 0.6

19.0 17.0 4.1 17.0 15.0 17.0 17.0 17.0 19.0

Fuente: (1)

Condori y Carrillo (2004); (2)

Sarmiento y Bowen (2002); (3)

Hoogenboom et al. (1999)

G2: Tasa de expansión de área foliar (cm2/m

2/d)

G3: Tasa de crecimiento potencial del tubérculo (g/m2/d)

PD: Índice de reducción del crecimiento de los tubérculos después de la inducción de la tuberización

P2: Respuesta al fotoperiodo de la iniciación de la tuberización TC: temperatura crítica para la iniciación de la tuberización (

oC)

Cuadro 10. Resultados obtenidos para algunas variables utilizadas en la calibración del modelo SUBSTOR-Potato, en la parcela R y RL durante el 1999-2000

Parcela Variable Observado Simulado %

R Madurez fisiológica (días después de la siembra) 178 179 R Peso fresco del tubérculo a la cosecha (tn/ha) 9.89 10.80 +9 R Biomasa del tubérculo a la cosecha (kgMS/ha) 3160 2468 -19

R Biomasa aérea a la cosecha (kg MS/ha) 510 469 -8 R Biomasa total a la cosecha (kgMS/ha) 3660 2937 -17 R N en los tubérculos a la cosecha (%) 0.6 1.42 +136 R N en los tubérculos a la cosecha (kg/ha) 18.96 35.0 +84 R N en la biomasa aérea (kg/ha) 8.58 21.21 +147 R N total final (kg/ha) 27.54 56.21 +104

RL RL RL RL RL RL RL RL RL

Madurez fisiológica (días después de la siembra) Peso fresco del tubérculo a la cosecha (tn/ha) Biomasa del tubérculo a la cosecha (kgMS/ha) Biomasa aérea a la cosecha (kg MS/ha) Biomasa total a la cosecha (kgMS/ha) N en los tubérculos a la cosecha (%) N en los tubérculos a la cosecha (kg/ha) N en la biomasa aérea (kg/ha) N total final (kg/ha)

178 20.9

5640 1080 6720 0.63

35.53 24.66

179 22.80 4576

726 5302 1.39

63.89 33.36

+9 -18 -29 -19

+120 +79 +35

Estas modificaciones de estos valores permitieron un mejor ajuste entre los valores simulados y medidos en el campo. Las variables que mejor se ajustaron después de la calibración fueron: el peso fresco del tubérculo, biomasa seca del tubérculo y biomasa seca total en la parcela R, y en la parcela RL se ajustaron las mismas variables con excepción de la biomasa aérea que estuvo por encima del 20% de subestimación. Mientras que para las variables que simularon las concentraciones de nitrógeno en el cultivo, las discrepancias fueron mayores a 79% entre lo observado y simulado, para las parcelas R y RL, tal como se observa en el cuadro 10. Para poder evaluar los modelos SUBSTOR

12

y CERES tanto en la calibración como en la validación, utilizaremos las recomendaciones de Godwin y Singh (1998) que indican que el máximo de variación entre las variables observadas y simuladas es ±20%.

En la calibración del modelo CERES-Barley en la campaña agrícola 2000-2001, los coeficientes genéticos obtenidos para la calibración se tuvieron que cambiar considerablemente en comparación con los rangos reportados por Hoogenboom et al. (1994). En particular esta variedad presenta valores con respecto a los demás datos con, una P1V superior, un P1D similar, un P5 muy bajo, G1 adquiere el valor mas bajo, G2 similar, G3 bajo y PHINT similar (cuadro 11). El coeficiente G1 bajo nos justifica el motivo de la aptitud forrajera de esta variedad de cebada IBTA 80 y poca producción de granos.

Cuadro 11. Coeficientes genéticos obtenidos para la variedad IBTA-80 en comparación con otras variedades

Variedad P1V P1D P5 G1 G2 G3 PHINT

IBTA 80

Mediterranean High lat spring High lat winter A. Abiad (2) Beecher (6) Maris Badger

1.7

0.5 0.0 6.0 0.5 0.5 0.0

2.6

2.0 0.0 0.0 3.0 2.5 0.0

-3.7

-2.0 5.0 5.0 4.0 4.0 5.0

1.8

4.0 7.0 7.0 3.5 2.2 7.0

3.4

4.0 10.0 10.0 4.0 3.5 10.0

2.0

2.0 3.0 3.0 2.0 4.0 3.0

75.0

75.0 55.0 65.0 95.0 95.0 55.0

Fuente: Hoogenboom et al. (1994)

P1V Cantidad relativa de retraso del desarrollo por cada día de vernalización no completada, asumiendo que 50 días de vernalización son suficientes para todos los cultivares (0-9)

P1D Cantidad relativa de retraso del desarrollo cuando la planta crece en un período de 1 hora inferior al óptimo (que se considera 20 horas) (1-5)

P5 Duración relativa de llenado del grano basado en tiempo termal (grados día sobre una temperatura base de 1

oC), donde cada incremento unitario sobre cero agrega 40 grados

día a un valor inicial de 300 grados día. G1 Número de granos por unidad de peso del tallo (sin hojas y vainas) más la espiga a la

antesis (1/g) (1-5). G2 Tasa de llenado del grano bajo condiciones óptimas (mg/día) (1-5). G3 Peso seco sin estrés de un solo tallo (excluyendo hojas y vainas) y de la espiga al cesar la

elongación (g) (1-5). PHINT Intervalo filocron; intervalo en tiempo termal (grados día) entre la aparición sucesiva de

ápices foliares.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Biomasa observada (kg/ha)

Bio

ma

sa

sim

ula

da

(k

g/h

a) r=0.98

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Biomasa (kg/ha) observada

Bio

ma

sa (

kg

/ha

) si

mu

lad

a

r=0,95

PARCELA R PARCELA RL

Figura 7. Relación entre la biomasa aérea simulada y observada en el cultivo de cebada en la parcela R y RL durante la campaña agrícola 2000-2001

Linea 1:1

13

La figura 7 muestra los resultados de la calibración del modelo CERES en las parcelas R y RL durante la campaña 2000-2001. La línea 1: 1 representa la línea de predicción perfecta, expresada por la ecuación de una recta con pendiente 1 e intercepto igual a cero, y se incluye en las figuras como nivel de referencia. El coeficiente correlación (r) fue alto, positivo (0.98 y 0.95) y altamente significativo estadísticamente para las parcelas R y RL respectivamente, evidenciando el buen ajuste de los coeficientes.

El ajuste entre los valores observados y simulados es mucho mas precisa, para el rendimiento del grano de cebada, con una variación 0.7 %, mientras que para biomasa seca aérea, biomasa de hojas y tallos e índice de cosecha los valores son más altos con 14, 16 y 18% respectivamente, para la parcela R. En la parcela con precedente de leguminosa (RL) fue correctamente simulada para el rendimiento de grano de cebada, la biomasa seca aérea y la biomasa aérea, con variaciones entre lo observado y simulado de 4, 5 y 6 % respectivamente. El índice cosecha tuvo una variación de 12%. Las concentraciones de nitrógeno en el grano, en la biomasa de hojas y tallos y biomasa total no fueron simulados de manera adecuada en las parcelas R y RL (cuadro 12).

Cuadro 12. Resultados obtenidos para algunas variables utilizadas en la calibración del modelo CERES-Barley en la parcela R y RL durante el 2000-2001

Parcela Variable Observado Simulado %

R Rendimiento grano seco a la cosecha (kgMS/ha) 1044 1036 -0.7 R Biomasa seca aérea a la cosecha (kgMS/ha) 6366 5463 -14 R Biomasa de hojas y tallos a la cosecha (kg MS/ha) 5322 4427 -16 R Índice de cosecha 0.16 0.19 +18 R N en el grano (%) 1.3 0.72 -44 R N en el grano (kg/ha) 13.5 7.0 -48 R N en biomasa de hojas y tallos (kg/ha) 66.7 30.0 -55 R N en la biomasa total (kg/ha) 80.2 37.0 -53

RL Rendimiento grano seco a la cosecha (kgMS/ha) 1014 1058 +4 RL Biomasa seca aérea a la cosecha (kgMS/ha) 6147 5842 -5 RL Biomasa de hojas y tallos a la cosecha (kg MS/ha) 5132 4785 -6 RL Índice de cosecha 0.16 0.18 +12

RL N en el grano (%) 1.0 0.72 -28 RL N en el grano (kg/ha) 10.1 8.0 -20 RL N en biomasa de hojas y tallos (kg/ha) 48.9 33.0 -32 RL N en la biomasa total (kg/ha) 59.0 41.0 -32

0

800

1600

2400

3200

4000

0 800 1600 2400 3200 4000

Biomasa observada (kg/ha)

Bio

ma

sa s

imula

da

(kg

/ha

)

r=0.92r=0,91

PARCELA R PARCELA RL

Figura 8. Relación entre la biomasa aérea simulada vs observada en el cultivo de cebada en la parcela R y RL durante la campaña 2001-2002

14

Al realizar la validación del modelo CERES-Barley en la campaña agrícola 2001-2002, los resultados de la biomasa aérea validados en las parcelas R y RL en la campaña 2001-2002 se muestran en la figura 8. El grado de asociación o relación entre las variables simuladas y observadas es alto con 0.91 y 0.92 para las parcelas R y RL respectivamente, aunque las discrepancias entre los datos observados y simulados aumentan bastante con respecto a la campaña calibrada 2000-2001.

Cuadro 13. Resultados obtenidos para algunas variables utilizadas en la validación del modelo CERES-Barley en la parcela R y RL durante el 2001-2002

Parcela Variable Observado Simulado %

R Rendimiento grano seco a la cosecha (kgMS/ha) 496 422 -14 R Biomasa seca aérea a la cosecha (kgMS/ha) 1592 1904 +19 R Biomasa de hojas y tallos a la cosecha (kg MS/ha) 1096 1482 +35 R Índice de cosecha 0.31 0.22 -29 R N en el grano (%) 1.2 1.29 +7 R N en el grano (kg/ha) 5.95 5.0 -15 R N en biomasa de hojas y tallos (kg/ha) 13.1 19.0 +43 R N en la biomasa total (kg/ha) 19.1 24.0 +25

RL Rendimiento grano seco a la cosecha (kgMS/ha) 864 755 -12 RL Biomasa seca aérea a la cosecha (kgMS/ha) 2694 3398 +26

RL Biomasa de hojas y tallos a la cosecha (kg MS/ha) 1830 2643 +44 RL Índice de cosecha 0.32 0.21 -34 RL N en el grano (%) 1.3 1.29 -0.7 RL N en el grano (kg/ha) 11.2 10.0 -10

RL N en biomasa de hojas y tallos (kg/ha) 25.2 35.0 +38 RL N en la biomasa total (kg/ha) 36.4 45.0 +23

La validación de los coeficientes genéticos en el segundo año con cebada (2001-2002) y tercer año de la rotación, mostraron que las variables que mejor se ajustaron fueron: rendimiento en grano, biomasa aérea y N en el grano para la parcela R y en la parcela RL fueron las mismas variables excepto la biomasa aérea (cuadro 13). Las concentraciones de nitrógeno en el grano (% y kg/ha) tuvieron variaciones menores al 10% con 0.7 y 10% respectivamente. Pero en el último año cuando se sembró por segunda vez cebada (2001-2002) cuando se realizo la validación las concentraciones de N (%) estuvieron por debajo del 10%, incluso por debajo de lo que sucedió en la calibración 2000-2001.

CONCLUSIONES

El precedente de las leguminosas en el descanso tuvo como efecto en el cultivo de la papa (cabecera de rotación) un rendimiento doble en la parcela con precedente de leguminosas (20 t/ha), comparándola a la parcela sin leguminosas (10 t/ha).

El efecto precedente de las leguminosas no se nota en el segundo año de rotación, sobre el rendimiento del cultivo de cebada (2000-2001), en un ciclo muy lluvioso sin déficit de agua. Mientras que cuando la precipitación en el periodo vegetativo es baja (2001-2002) existe una diferencia marcada en los rendimientos en las parcelas con y sin precedente con leguminosas.

La calibración del modelo DSSAT bajo el submodelo SUBSTOR-Potato para el cultivo de papa logró una mayor aproximación a los valores observados para la biomasa aérea y de tubérculo de papa, simulando el efecto precedente de las leguminosas y gramíneas, pero la calibración de las concentraciones de nitrógeno en el cultivo no fue adecuada.

El modelo CERES-Barley para el cultivo de cebada simulo adecuadamente la biomasa aérea y de grano de cebada, siendo sensible al efecto precedente de las leguminosas y gramíneas, pero los datos simulados de las concentraciones de nitrógeno en el cultivo se alejan bastante de los observados.

15

La validación del modelo CERES en la cebada en el último año de la rotación (2001-2002) fue aceptable, simulando el efecto precedente de leguminosas y gramíneas para el rendimiento de grano de cebada y la concentración de N en el grano.

El modelo de simulación DSSAT es una herramienta valiosa en el pronóstico de cosechas y la evaluación del efecto precedente en las condiciones del altiplano boliviano, abriendo posibilidades de probarlo en sistemas de cultivos con descanso largo.

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