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INTRODUCCIÓN
La ganadería constituye un motor para el desarrollo de la agricultura, así como un impulsor de importantes cambios económicos, sociales y ambientales en los sistemas alimentarios globales (FAO, 2019). En Colombia, la producción de leche es una actividad principal en la agricultura, porque garantiza la seguridad y la soberanía alimentarias. Además, dentro de los productos de origen animal, la leche genera las menores emisiones de gases de efecto invernadero por unidad de producto, lo que tiene importancia en el marco del desarrollo de sistemas sostenibles de producción animal (Gerber et al., 2013).
Según Carulla y Ortega (2016) la producción de leche en este país está basada en un 85 % en pasturas de Cenchrus clandestinus Hoschst. ex Chiov. (kikuyo), en algunos casos se presenta en mezclas con leguminosas y con otras gramíneas como Lolium sp. (ryegrass). En tal sentido, es necesario incrementar el cultivo de especies forrajeras para un buen rendimiento en materia seca con especies tolerantes en condiciones extremas de la región, de esta manera garantizar la alimentación animal principalmente en periodos secos (Aduviri, 2014).
Los cereales de grano pequeño como Hordeum vulgare L. y Triticum sp. se han convertido en una alternativa alimenticia y han sido incorporados dentro de los sistemas de alimentación de rumiantes (Arreaza, 2012). La producción de cereales destinados a ser pastoreados directamente o incorporados a través de forrajes conservados (ensilajes, henolajes o henos), es una estrategia que permite suplir las deficiencias de forraje en épocas de poca disponibilidad de biomasa como la sequía o heladas (Ding et al., 2015).
A causa de la disminución de la oferta forrajera en las épocas de bajas precipitaciones y heladas, el ganado reduce el consumo de materia seca, lo que afecta la producción y la calidad de la leche (Mella-Fuentes, 2005). Por esto, es importante incluir la suplementación con cultivos forrajeros no tradicionales que suplan los requerimientos nutricionales y que complementen la dieta de pastoreo de los animales en producción (Cuesta-Muñoz et al., 2006).
En Colombia, los principales departamentos productores de estos cereales son Boyacá, Cundinamarca y Nariño. Sin embargo, las hectáreas de estos cultivos han disminuido desde 1950 hasta 2020 en un 93,5 y 98,3 % para H. vulgare y Triticum sp. respectivamente; con el posterior aumento en las importaciones (FENALCE, 2020).
H. vulgare, por ejemplo, es un alimento rico en nutrientes con altos contenidos de carbohidratos, una concentración moderada de proteínas, alto contenido de fibra, y es una buena fuente de fósforo y potasio (Lahouar et al., 2016); aunque el 85 % de la producción nacional es utilizada en la industria cervecera y maltera; el 10 % se destina a los molinos de perlado y harina (consumo humano) y el 5 % es vendido como semilla para los productores (Vanegas et al., 2018), H. vulgare es un cereal multipropósito que se puede utilizar para la alimentación animal (Karagöz et al., 2017). De ahí que el objetivo del trabajo fue evaluar la adaptación y rendimiento de forraje en accesiones de H. vulgare y Triticum sp. en el trópico alto de Nariño, Colombia.
MATERIALES Y MÉTODOS
Localización. El estudio se realizó entre octubre de 2019 y julio de 2020, en el centro de investigación Obonuco, propiedad de la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (AGROSAVIA). La instalación está ubicada en el municipio de Pasto, Nariño, Colombia, a 2 905 m.s.n.m. (1° 88’ 918” N y 77° 306’ 083” W).
Características edafoclimáticas. La precipitación promedio anual de la región es de 1 273 mm y la temperatura promedio de 13,8 °C. El origen de sus suelos es de ceniza volcánica y pertenecen al grupo textural franco arenoso (Climate-Data.org, 2018). En la figura 1 se muestra la precipitación registrada durante el periodo de estudio.
Diseño experimental y tratamientos. El experimento se estableció bajo un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones por tratamiento. Cada unidad experimental corresponde a un surco por cada material evaluado de 5 m de largo, con una distancia entre surcos de 0,5 m y entre plantas de 0,2 m, con una densidad de siembra de 25 semillas por surco. Se sembraron cuatro réplicas por tratamiento para un área total de 650 m². Se evaluó una accesión de avena (Avena sativa L.), 26 accesiones de H. vulgare (cebadas) y 23 de Triticum sp. (trigos) del Sistema de Bancos de Germoplasma de la Nación para la Alimentación y la Agricultura en custodia de la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (AGROSAVIA), Colombia (tablas 1 y 2).
Tabla 1 Código de las accesiones de H. vulgare y Triticum sp. Pasto - Nariño, Colombia. 2019-2020.
SBGNAA: Sistema de Bancos de Germoplasma de la Nación para la Alimentación y la Agricultura. Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (AGROSAVIA), Colombia / SBGNAA: National Germplasm Banks system for Food and Agriculture. Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (AGROSAVIA), Colombia
Tabla 2 Código de las accesiones de H. vulgare. Pasto - Nariño, Colombia. 2019-2020.
SBGNAA: Sistema de Bancos de Germoplasma de la Nación para la Alimentación y la Agricultura. Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (AGROSAVIA), Colombia / SBGNAA: National Germplasm Banks system for Food and Agriculture. Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (AGROSAVIA), Colombia.
Procedimiento experimental. La preparación del terreno se hizo con dos pases de rastra y una de rastrillo. La fertilización se realizó de manera fraccionada en tres etapas de desarrollo del cultivo, empleando una dosis de 100 kg de P2O5 ha-1; 25 kg de K2O ha-1 y 50 kg de N ha-1. Al momento de la siembra se aplicó el 40 % de NPK. A los 30 días de germinación se aplicó el 30 % de NPK y en la etapa de llenado de grano se aplicó el 30 % restante (tabla 3).
Variables evaluadas. La evaluación de las variables se realizó desde el periodo de emergencia hasta el estado de grano lechoso pastoso de la planta con una frecuencia de cada 15 días. Se seleccionaron tres plantas por cada surco a las cuales se les determinó: vigor en escala de 1 a 4, en la cual, 1 representó vigor bajo y 4 vigor alto (Toledo y Schultse-Kraft, 1982), altura de la planta (cm), número de tallos, número de hojas, porcentaje y rendimiento de materia seca (MS) kg ha-1. De igual forma, se evaluó la incidencia de enfermedades visualmente en campo, teniendo en cuenta el porcentaje de incidencia (0 a 100 %) de la enfermedad en la parcela, así sea una sola mancha en cada hoja, severidad de enfermedades en una escala de 0 a 9 según ETH Zürich (2016), incidencia de plagas de 1 a 5, donde: uno corresponde a sin daño, dos a 1-10 % de las plantas afectadas (PA), tres a 11-25 % PA, cuatro a 26-40 % PA y cinco a más del 40 % de PA. Se determinó las deficiencias nutricionales según la metodología descrita por Hoyos et al. (1995).
Análisis estadístico multivariado. Se utilizaron técnicas de aprendizaje automático no supervisado como el análisis factorial mixto y clúster jerárquico sobre el análisis de componentes principales (ACP) según Kassambara (2017), acompañado de un análisis de agrupamiento jerárquico tipo clúster, empleando el método del algoritmo de Ward (Peña-Sánchez-de-Rivera, 2002). Para el desarrollo de los métodos estadísticos, se usaron las librerías FactoClass (Pardo et al., 2018), Factoextra (Kassambara y Mundt, 2020), FactoMiner (Husson et al., 2022), y dplyr (Wickham et al., 2019) del software R v.3.6.0® (R Core Team, 2022). Para validar el análisis realizado se realizó un taller con un grupo de técnicos expertos en la producción de pastos y forrajes.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Análisis factorial de datos mixtos para accesiones de H. vulgare. Los resultados del ACP, determinó que los tres primeros componentes formados explican el 74,0 % de la varianza total, donde las dos primeras concentran el 57,8 % de la varianza total. Las variables con mayor aporte a la componente uno fueron: altura (24,8 %), número de hojas (22,7 %), número de tallos (22,4 %) y % MS (16,5 %), se observa que la dimensión uno aporta información sobre parámetros de rendimiento; por otra parte, para la componente dos, las variables que más aportaron a la varianza fueron: severidad de enfermedades (30,5 %), vigor (27,0 %), MS(kg/ha) (16,5 %) y número de tallos (11,3 %), esta segunda, aporta información acerca del componente sanitario y de adaptación de las accesiones.
Determinación de clúster mediante agrupación jerárquica en componentes principales (HCPC). Para el desarrollo de este estudio, se obtuvieron tres clúster o grupos de accesiones de H. vulgare, como se observa en la tabla 4. El clúster número uno, agrupó el 11,1 % de los casos (3 accesiones); el clúster dos el 25,9 % (7 accesiones) y el tres el 63,0 % (17 accesiones).
Se procedió a ubicar en el mapa de factores cada una de las accesiones de H. vulgare (fig. 2) teniendo como base los tres clústeres identificados, se realizó un taller con técnicos expertos en la producción de cereales forrajeros para validar la pertinencia de los grupos clasificados según el modelo estadístico.
Figura 2 Mapa de factores por accesiones de H. vulgare según agrupación de clúster Nariño, Colombia.
En grupo I se encuentran las accesiones con mayor producción de hojas y tallos, menor altura y producción de materia seca (MS), respecto a la media general. Este grupo está compuesto por el 11,1 % de las accesiones estudiadas. Teniendo en cuenta los resultados (Valor de P) del (tabla 5) el grupo se explica principalmente por las variables: no de hojas (1,245421e-04), número de tallos (1,601402e-04), altura (2,972485e-05) y porcentaje de materia seca (2,387569e-04).
Tabla 5 Principales características de los clústeres de accesiones de H. vulgare.
DS: desviación estándar
Se conforma por un grupo de accesiones que tienen una producción promedio de 123 hojas, con 25 tallos con una altura promedio de 39,0 cm y un contenido de MS promedio de 20,7 %, estas dos últimas variables menores a la media general con 51,9 cm y 23,8 % de MS. En este grupo también se identifican los individuos más representativos donde el valor indica la distancia de cada individuo al centroide y el más cercano a este es la accesión más representativa, en este caso la accesión C7 como se observa en él (tabla 6).
En el clúster 2 se encuentran las accesiones con menor presencia de plagas y enfermedades, respecto a la media general. Este grupo está compuesto por el 25,9 % de las accesiones estudiadas. Teniendo en cuenta los resultados (Valor - P) del (tabla 5) el grupo se explica principalmente por la variable: severidad de enfermedades (0,04781595). Se conforma por un grupo de accesiones que tienen una presencia de enfermedades casi nula, manteniéndose en la mayoría de las evaluaciones en la categoría “Sin afectaciones” con respecto al resto al grupo en general. En este grupo también se identifican los individuos más representativos donde el valor indica la distancia de cada individuo al centroide y el más cercano a este es la accesión más representativa, en este caso la accesión C21 como se observa en él (tabla 7).
En el grupo III se encuentran las accesiones con mayor altura y menor producción de hojas, respecto a la media general. Este grupo está compuesto por el 11,11 % de las accesiones estudiadas. Teniendo en cuenta los resultados (Valor - P) del (tabla 5) el grupo se explica principalmente por las variables: Altura (2,972485e-05), MS (3,372176e-03), número de tallos (1,601402e-04), y número de hojas (1,245421e-04).
Se conforma por un grupo de accesiones que tienen una altura promedio de 62,7 cm, una producción de MS de, 5775,8 kg/ha, con 13 tallos y 65 hojas, estas dos últimas variables menores a la media general con 19 y 92 hojas. En este grupo también se identifican los individuos más representativos donde el valor indica la distancia de cada individuo al centroide y el más cercano a este es la accesión más representativa, en este caso la accesión C14 como se observa en él (tabla 8).
Análisis factorial de datos mixtos para accesiones de Triticum sp. Los resultados del ACP, se determinó que los tres primeros componentes formados explican el 73,7 % de la varianza total, donde las dimensiones uno y dos concentran el 57,7 % de la varianza total.
Las variables con mayor aporte a la dimensión uno fueron: número de hojas (28,4 %), número de tallos (21,5 %), incidencia de enfermedades (27,8 %) y % de MS(kg/ha) (16,8 %), se observa que la dimensión uno aporta información sobre parámetros de rendimiento; por otra parte, para la dimensión dos, las variables que más aportaron a la varianza fueron: severidad de enfermedades (38,4 %), altura (21,2 %), incidencia de enfermedades (19,8 %) y número de tallos (10,1 %), esta segunda dimensión, aporta información acerca del componente sanitario y de adaptación de las accesiones, muy similar al de H. vulgare.
Determinación de clúster mediante agrupación jerárquica en componentes principales. Para el desarrollo de este estudio, se obtuvieron tres clúster o grupos de accesiones de trigo como se observa en la tabla 9; donde el clúster número uno, agrupó el 33,3 % de los casos (8 accesiones); el clúster dos, el 12,5 % (3 accesiones) y el tres, el 54,16 % (13 accesiones).
Se procedió a ubicar en el mapa de factores cada una de las accesiones de Triticum sp. (figura 3) teniendo como base los tres clústeres identificados.
Figura 3 Mapa de factores por accesiones de Triticum sp. según agrupación de clúster Nariño, Colombia.
En el grupo I, se encuentran las accesiones con menor producción de materia seca (MS), menor producción de tallos y número de hojas y baja incidencia de enfermedades respecto a la media general.
Este grupo está compuesto por el 33,3 % de las accesiones estudiadas. Teniendo en cuenta los resultados (Valor - P) del (tabla 10) el grupo se explica principalmente por las variables: % de MS (kg/ha) (0,0494306939), número de tallos (3,5214625e-02), incidencia de enfermedades (1,502783e-03) y número de hojas (8,59067e-04).
Tabla 10 Principales características de los clústeres de accesiones de Triticum sp.
DS: desviación estándar
Se conforma por un grupo de accesiones que tienen una producción promedio de 48 hojas, con 11 tallos, incidencia de enfermedades con 0,5 % y un rendimiento promedio de MS (kg/ha) de 5404.40, Tienen una presencia de enfermedades baja manteniéndose en la mayoría de las evaluaciones en la categoría “Daño leve “con respecto al resto del grupo en general. Todas estas variables fueron menores a la media general, con 52 hojas, 12 tallos, 1,3 % de incidencia y 5 791,98 kg/ha. En este grupo también se identifican los individuos más representativos donde el valor indica la distancia de cada individuo al centroide y el más cercano a este es la accesión más representativa, en este caso la accesión T7 como se observa en él (tabla 11).
En el grupo II, se encuentran las accesiones con menor presencia de plagas y enfermedades, respecto a la media general. Este grupo está compuesto por el 12,5 % de las accesiones estudiadas. Teniendo en cuenta los resultados (Valor-P) del (tabla 10) el grupo se explica principalmente por las variables: número de tallos (0,005157876), número de hojas (0,008375520) y altura (0,008900737). Se conforma por un grupo de accesiones que tienen una producción promedio de 57 hojas, con 13 tallos y una altura de 57,5 cm, tienen una presencia de enfermedades baja, manteniéndose en la mayoría de las evaluaciones en la categoría “Daño leve’’ con respecto al resto al grupo en general. Todas estas variables fueron superiores a la media general con 52 hojas, 12 tallos y 57,5 cm. En este grupo también se identifican los individuos más representativos donde el valor indica la distancia de cada individuo al centroide y el más cercano a este es la accesión más representativa, en este caso la accesión T24 como se observa en él (tabla 12).
En el grupo III, se encuentran las accesiones con mayor altura y menor producción de hojas, respecto a la media general. Este grupo está compuesto por el 54,2 % de las accesiones estudiadas. Teniendo en cuenta los resultados (Valor-P) del (tabla 10) el grupo se explica principalmente por la variable: incidencia de enfermedades (1.502783e-03).
Se conforma por un grupo de accesiones que tienen una incidencia de enfermedades del 2 %, mayor con respecto a la media general de 1 %. Tienen una presencia de enfermedades baja, manteniéndose en la mayoría de las evaluaciones en la categoría “Sin afectaciones’’ con respecto al resto al grupo en general.
A. sativa, H. vulgare y Triticum sp. en este experimento se adaptaron a las condiciones ambientales y condiciones de manejo. Todas las accesiones lograron completar su ciclo de crecimiento hasta lograr la madurez, sin embargo, cabe mencionar que algunas accesiones de H. vulgare y Triticum sp. fueron afectadas por el virus del enanismo amarillo de H. vulgare (Barley yellow dwarf virus - BYDV). Durante el desarrollo del experimento se pudo observar que las accesiones de A. sativa y H. vulgare presentaron mayor producción de hojas y tallos, una buena altura y mayor rendimiento de MS. Las accesiones de Triticum sp. presentaron mayor producción de hojas y tallos y rendimiento de MS (kg/ha), con una baja incidencia de enfermedades.
Morales-Sinchire et al. (2020) evaluaron Triticum sp. y A. sativa bajo dos sistemas de producción (forraje verde hidropónico y convencional a campo abierto) y determinaron una altura de A. sativa en el sistema convencional de 82,7 cm; mayor en comparación al promedio de 62,71 cm del presente estudio. Esto debido posiblemente a la diferencia de altura (m.s.n.m.) y temperatura (°C) entre los dos cultivos; que para el presente experimento fue de 2 905 m.s.n.m. y 13,8 °C respectivamente, comparado con el lugar donde se desarrolló el experimento de los autores citados que fue de 2 300 m.s.n.m. y 15 °C, lo que pudo favorecer el mejor desarrollo del cultivo.
Donaire et al. (2020) evaluaron 28 variedades de cereales de invierno para doble propósito (forraje y grano) incluyendo seis accesiones de H. vulgare forrajera, reportando alturas de 60 cm en H. vulgare, similares al promedio de altura (62,7 cm) reportado en el presente trabajo.
Por su parte, Contreras-Paco et al. (2020) evaluaron una variedad de H. vulgare en el trópico alto del Perú a diferentes altitudes (3 778 y 4 266 m.s.n.m.) y densidades de siembra (90, 100 y 110 kg/ha); encontrando valores inferiores (10 tallos por planta) a lo observado en este estudio (25 tallos por planta), influenciado posiblemente por las condiciones ambientales del presente estudio (2 905 m.s.n.m.), teniendo en cuenta que la densidad de siembra fue de 100 kg/ha para cada una de las especies. Al respecto, Soto-Carreño y Hernández-Córdova (2012), mencionan que el rendimiento de las especies de cereales forrajeras es el resultado de la interacción de distintos recursos que tienen las plantas para su desarrollo. Las variables a las que se les atribuye un mayor efecto sobre el desarrollo de especies de cereales son las climáticas, de las cuales resaltan la temperatura, el fotoperiodo y la vernalización.
Los mismos autores reportan un promedio de MS de 25 %, superior al hallado en este estudio (20,7 %); lo que se puede relacionar con el establecimiento de las accesiones, las condiciones de suelo, la fertilización y la edad de corte; que para esta investigación se realizó a los 112 días de desarrollo, comparado con la edad de corte en la investigación realizada por los autores mencionados; que fue a los 130 días.
Algunas accesiones de H. vulgare y A. sativa presentaron producciones en promedio de MS de 5 775,8 kg/ha, resultado superior al reportado por Yepes-Chamorro (2013), quien evaluó el comportamiento agronómico de siete genotipos de H. vulgare forrajera en ocho localidades del Departamento de Nariño, reportando un valor promedio de 4 843,3 kg/ha de MS para H. vulgare.
Por su parte, Morales-Sinchire et al. (2020), encontraron rendimientos de 1,5 kg de MS/m2 para A. sativa en campo abierto, superior al hallado en este experimento (0,577 kg de MS/m2), lo que puede estar relacionado con las condiciones climáticas y menor altura de la planta, que afectaron esta variable.
La producción de MS de algunos Triticum sp. se destacó por un promedio de 5 404,4 kg/ha, resultado superior al reportado por Álvarez-Romero (2017); quien evalúo dos variedades de A. sativa, dos de H. vulgare, una línea avanzada de triticale y dos variedades de Triticum sp. en el valle de Toluca, México, bajo el efecto de dos dosis de nitrógeno (60 y 120 kg de N/ha) y tres etapas fenológicas al corte (embuche, antesis y grano lechoso-masoso); encontrando valores de 2 933 y 2 433 kg/ha en las dos variedades de Triticum sp. Estos valores posiblemente estén influidos por la genética de las accesiones, el manejo y el medio ambiento donde se los estableció. Algunos aspectos favorables de Triticum sp. respecto a otros cereales que lo vuelven una alternativa para la producción de forraje en ciertas regiones como son: mayor resistencia al frío, resistencia genética a enfermedades de la hoja, excelente reacción al pastoreo y la buena calidad y cantidad de forraje producido a lo largo del ciclo de cultivo (Bainotti et al., 2006).
En el presente trabajo se pudo evidenciar que el virus del enanismo amarillo de H. vulgare (Barley yellow dwarf virus - BYDV) difiere mucho entre especies y accesiones, como su nombre lo indica afectó primordialmente a H. vulgare por ser más sensible (Agrointegra, 2017); con una concentración más alta en algunas accesiones que en otras, pero la resistencia de esta especie ante el virus demostró que el manejo adecuado de la misma podría prevenir la pérdida total del cultivo. Algunas accesiones de Triticum sp. presentaron afectaciones leves y otras no fueron afectadas. Algunos aspectos favorables del Triticum sp. respecto a otros cereales que lo vuelven una alternativa para la producción de forraje en ciertas regiones son: mayor resistencia al frío, resistencia genética a enfermedades de la hoja, excelente reacción al pastoreo y la buena calidad y cantidad de forraje producido a lo largo del ciclo de cultivo (Bainotti et al., 2006).
CONCLUSIONES
Los resultados de este experimento permiten reconocer materiales de H. vulgare y Triticum sp. con potencial para continuar en los programas de investigación y que pueden ser una alternativa para mitigar la estacionalidad forrajera y la baja calidad que se encuentra durante las estaciones secas del trópico alto Nariñense.
