Alternativas agronómicas para la siembra de maíz y otros cultivos ante condiciones de estrés ambiental (sequía, altas temperaturas, baja fertilidad del suelo, alta salinidad)

Esta presentación es un documento de revisión de conceptos que trata un dilema central en la comprensión, el diseño y la actuación en programas de mejoramiento de plantas de cultivo para condiciones de sequía. La asociación entre el potencial de rendimiento (YP), la resistencia a la sequía (DR) y la eficiencia en el uso del agua (WUE) a menudo se malinterpreta, lo que a su vez puede conducir a una supervisión conceptual y decisiones equivocadas al implementar programas de mejoramiento para ambientes propensos a la sequía. Aun que un alto YP es el objetivo de la mayoría de los programas de mejoramiento de cultivos, podría no ser compatible con un DR superior. Por otro lado, un YP alto puede contribuir al rendimiento en ambientes de estrés moderado. La producción de plantas en ambientes con agua limitada muy a menudo se ve afectada por los rasgos constitutivos de la planta que permiten el mantenimiento de un alto estado hídrico de la planta (evitación de la deshidratación). El ajuste osmótico (OA) es una importante respuesta adaptativa al estrés celular en ciertas plantas de cultivo que mejora la evitación de la deshidratación y apoya el rendimiento bajo estrés. A pesar de las especulaciones expresadas en el pasado, no hay pruebas de que OA implique un costo en términos de YP reducido. WUE para el rendimiento a menudo se equipara de manera simplista con DR. La gran acumulación de conocimiento sobre la EUA de cultivos derivada de la investigación sobre la discriminación de isótopos de carbono permite sacar algunas conclusiones sobre las relaciones entre la EUA por un lado, y DR y YP por el otro. Brevemente, las variaciones genotípicas aparentes en WUE normalmente se expresan principalmente debido a variaciones en el uso del agua (WU; el denominador). La WU reducida, que se refleja en una WUE más alta, generalmente se logra mediante los rasgos de la planta y las respuestas ambientales que reducen el YP. La WUE mejorada sobre la base de la WU reducida se expresa en un rendimiento mejorado en condiciones de agua limitada solo cuando es necesario equilibrar el uso del agua del cultivo con una reserva de humedad del suelo limitada y conocida. Sin embargo, en la mayoría de las situaciones de tierras secas donde los cultivos dependen de precipitaciones estacionales impredecibles, Se concluye que el efecto de un solo gen 'adaptable a la sequía' en el rendimiento de los cultivos en ambientes con agua limitada puede evaluarse solo cuando se considera el sistema completo en términos de YP, DR y WUE.

This presentation is a concept review paper dealing with a central dilemma in understanding, designing, and acting upon crop plant improvement programs for drought conditions. The association among yield potential (YP), drought resistance (DR), and water-use efficiency (WUE) is often misunderstood, which in turn can lead to conceptual oversight and wrong decisions in implementing breeding programs for drought-prone environments. Although high YP is the target of most crop breeding programs, it might not be compatible with superior DR. On the other hand, high YP can contribute to yield in moderate stress environments. Plant production in water-limited environments is very often affected by constitutive plant traits that allow maintenance of a high plant water status (dehydration avoidance). Osmotic adjustment (OA) is a major cellular stress adaptive response in certain crop plants that enhances dehydration avoidance and supports yield under stress. Despite past voiced speculations, there is no proof that OA entails a cost in terms of reduced YP. WUE for yield is often equated in a simplistic manner with DR. The large accumulation of knowledge on crop WUE as derived from research on carbon isotope discrimination allows some conclusions on the relations between WUE on the one hand, and DR and YP on the other, to be made. Briefly, apparent genotypic variations in WUE are normally expressed mainly due to variations in water use (WU; the denominator). Reduced WU, which is reflected in higher WUE, is generally achieved by plant traits and environmental responses that reduce YP. Improved WUE on the basis of reduced WU is expressed in improved yield under water-limited conditions only when there is need to balance crop water use against a limited and known soil moisture reserve. However, under most dryland situations where crops depend on unpredictable seasonal rainfall, the maximisation of soil moisture use is a crucial component of drought resistance (avoidance), which is generally expressed in lower WUE. It is concluded that the effect of a single ‘drought adaptive’ gene on crop performance in water-limited environments can be assessed only when the whole system is considered in terms of YP, DR, and WUE

En este estudio se evaluó la colonización micorrízica arbuscular nativa de dos genotipos de maíz (Negro y V-23) y dos de trigo (Berros y San Cayetano) caracterizados como menos eficientes y más eficientes en el uso de nitrógeno y fósforo (N y P), respectivamente. Los genotipos se cultivaron en un Andisol en el ciclo primavera–verano de 1998, con cuatro dosis de fertilización nitrofosfatada (N+P), para evaluar el efecto de la interacción micorrizafertilización mineral sobre la eficiencia de utilización en N y P. A partir del suministro del fertilizante y hasta la floración, se tomaron muestras de raíces en tres edades. Estas se tiñeron por el método de Phillips y Hayman (1970) y se determinó el porcentaje de longitud radical colonizada por el método de las intersecciones. Se encontró que los genotipos con baja eficiencia nutrimental, para ambas especies, presentaron mayor colonización de micorriza arbuscular, con 75% para el maíz y 71% para el trigo, mientras que este porcentaje fue significativamente menor en los genotipos más eficientes, 64% y 55% respectivamente. El porcentaje de colonización micorrízica disminuyó significativamente en ambas especies, con mayor suministro de N+P respondiendo a la aplicación de ellos; sin embargo, mientras que en maíz, el porcentaje de colonización disminuyó al aumentar la edad de la planta, (menor micorrización en la floración), en trigo la colonización micorrízica aumentó con la edad, por lo que posiblemente esta colonización puede estar relacionada con la ruta metabólica (C3 o C4). Los resultados encontrados muestran que la colonización por micorriza arbuscular, depende de la disponibilidad de nutrimentos, principalmente del P, y que la tendencia a la colonización micorrízica puede considerarse como una opción para la selección de genotipos eficientes en condiciones de campo y con ello incidir en la reducción del uso de fertilizantes minerales.

In this study, the arbuscular mycorrhizal indigenous colonization of two genotypes of maize (Negro and V-23) and two genotypes of wheat (Berros and San Cayetano), characterized previously as less efficient and more efficient in nitrogen and phosphorus use (N and P), respectively, were evaluated. These genotypes were cultivated in an Andisol during the spring-summer cycle of 1998 and with four doses of nitrophosphated (N+P) fertilizer in order to achieve the mineral mycorrhizalfertilization effect related to the N and P use efficiency of each genotype. Three root samples were collected from each treatment starting when the fertilizer was applied and finishing with the flowering stage of the plants. These samples were stained using the Phillips and Hayman (1970) method and the percentage of the arbuscular mycorrhizal colonization was determined using the intersection method. For both species we found that the genotypes with low nutrimental efficiency showed major arbuscular mycorrhizal colonization, with 75% for maize and 71% for wheat, while the percentage was significantly less for the most efficient genotypes with 64% and 55%, respectively. The colonization percentage diminished significantly in both species, when the supply of N+P was increased responding to the application of phosphorus; however, while in maize the colonization percentage diminished when the age of the plant increased, (less mycorrhization in the anthesis), in wheat the opposite was observed. The results suggest that the MA colonization is related to nutrient availability, mainly phosphorus content and possibly with the metabolic route (C3 or C4). As a consequence these parameters should be considered as an alternative in the selection of efficient genotypes under field conditions and in the reduction in the use of mineral fertilizers.

Este estudio documenta cómo los agricultores modificaron una variedad mejorada de maíz, con características deseables para todos los agricultores, pero percibida como asequible solo para los ricos, en una apropiada para todos, incluidos los pobres. Se examinan los cambios en el grado de adopción y las percepciones de los agricultores asociados de la variedad mejorada V-524 en una comunidad en Chiapas, México durante un período de nueve años. Durante el período esta variedad se “criolizó” a través del manejo de los agricultores, lo que fomentó la hibridación entre variedades mejoradas y locales. Estos resultados tienen implicaciones para comprender cómo se adapta la tecnología científica a las condiciones de los agricultores y para evaluar los impactos de los programas de fitomejoramiento.

This study documents how farmers modified an improved maize variety—with desirable characteristics for all farmers, but perceived as affordable only to the wealthy—into one appropriate for all, including the poor. Changes in the extent of adoption and associated farmers' perceptions of the improved variety V-524 in a community in Chiapas, Mexico over a nine-year period are examined. During the period this variety became “creolized” through farmers' management, which fostered hybridization between improved and local varieties. These results have implications for understanding how scientific technology is adapted to farmer conditions and for assessing the impacts of plant-breeding programs.

A pesar de la amplia variabilidad genética de maíz (Zea mays L.) existente en México, los programas de mejoramiento genético han utilizado variedades de polinización libre de las razas locales y han hecho poco o nulo uso de materiales exóticos. En la Mesa Central (clima templado) sólo se han empleado variedades de las razas Cónico y Chalqueño. Debido al valor potencial de las variedades de maíz de la raza Tuxpeño del trópico húmedo de México, el compuesto varietal Tuxpeño Crema 1, fue sometido a 12 ciclos de Selección Masal Visual Estratificada en Chapingo y en Montecillo, Edo. de México, localidades de clima templado. En este estudio se evaluó la variedad original y sus compuestos del segundo al décimo segundo ciclo de selección, más siete variedades locales en Montecillo y Tecámac, Edo. de México. Los resultados mostraron cambios favorables significativos en el rendimiento de grano y en la longitud de mazorca, el número de hileras por mazorca, el peso de grano, los días a floración masculina, el número de hojas arriba de la mazorca y el número de ramas primarias de la espiga. La altura de planta y de mazorca sufrieron incrementos significativos pero a niveles agronómicamente indeseables. Los compuestos de ciclos avanzados de selección igualaron el rendimiento de las mejores variedades locales. La estabilización de caracteres relacionados con la adaptación ocurrió entre el tercer y cuarto ciclo de selección

Despite of the wide maize (Zea mays L.) genetic variability present in México, maize breeding programs have made use of open pollinated varieties from local races and few or null use of exotic materials. Varieties from races Chalqueño and Cónico are the only ones in use in the Mexican Central Plateau. Due to the potential value of the Tuxpeño race varieties from Mexican tropical regions, the Tuxpeño Crema 1 composite was submitted to 12 cycles of Stratified Visual Mass Selection at Chapingo and Montecillo, State of México, where a temperate climate prevails. The original variety and its composites from the second to the twelfth selection cycle, plus seven local varieties, were evaluated too, at Montecillo and Tecámac, State of México. The results showed significant favorable changes for grain yield, ear length, row number per ear, grain weight, days to male flowering, number of leaves above the ear, and number of primary tassel branches. Plant and ear height showed a significant increase, although agronomically undesirable. Composites from advanced selection cycles had yields similar to that of local varieties. The stability of adaptation related traits occurred between the third and fourth selection cycle.

La agricultura del valle del Tulijá está en un proceso de intensificación con problemas de fertilidad del suelo, plagas, enfermedades y de poblaciones de arvenses en los campos de cultivo. Para sostener y elevar los rendimientos es necesario el uso de insumos y prácticas de manejo. El cultivo de cobertura resuelve algunos de estos problemas. Se seleccionaron diez parcelas de cultivo del valle del Tulijá con diferentes tiempos de adopción y adaptación del cultivo de cobertura para valorar sus efectos en la fertilidad del suelo. Se realizaron entrevistas a productores adoptantes de la tecnología para conocer sus experiencias. Los cambios en la fertilidad del suelo se valoraron por medio del rendimiento de maíz y de las arvenses y por análisis físicos, químicos y microbiológicos del suelo. Estos cambios se valoraron por medio de un análisis de varianza con el diseño de un pseudoexperimento en bloques completos al azar y también por correlaciones y regresiones. Los efectos del cultivo de cobertura son evidentes positivamente en la biomasa de arvenses y, en menor grado, en el P Olsen, y potasio y calcio intercambiables del suelo. Al aumentar los años de uso de la cobertura, la biomasa de arvenses incrementó desde 1.7 t ha-1 hasta 6.4 t ha-1 en sitios con cero y nueve años con uso de cobertura, respectivamente; el rendimiento del maíz incrementó desde 2158 kg ha-1 hasta 4424 kg ha-1 en sitios con cero y nueve años con uso de cobertura, respectivamente. El historial de uso del cultivo de cobertura es reciente, las tierras son fértiles y tal vez por ello se obtienen altos rendimientos tanto con cultivos de cobertura como sin ellos; sin embargo, se observa un incremento en el rendimiento de maíz por efecto del cultivo de cobertura. El rendimiento de maíz está directamente relacionado con el contenido de P Olsen e inversamente con el contenido de calcio y con la interacción entre hierro y P Olsen. El modelo que mejor explica al rendimiento es: Y = 3908.44 + 0.85P2 - 0.002Fe2 P2 - 0.00003Ca2 .

The Tulija valley agriculture is undergoing an intensification process with problems of soil fertility, diseases, pests, and weeds. To increase and to maintain the yield it is necessary to apply improvement products and to realize management practices. Ten plots of land were selected in the Tulija valley with different adoption and adaptation times of the cover crop to analyze the effects on soil fertility. Interviews were obtained with adopters of this content and also inversely with the interaction between iron and Olsen phosphorus content. The best model of the corn yield is: Y = 3908.44 + 0.85P2 - 0.002Fe2P2 - 0.00003Ca2. Changes in soil fertility were valued through maize and weed yields, and physical, chemical and microbiological analyses. These changes were valued through a pseudoexperiment design in randomized blocks, also by correlation and regression. The effects of cover crop are positively evident on weed yields, also on Olsen phosphorus, and exchangeable calcium and potassium of the soil. The weed yields increased from 1.7 t ha-1 to 6.4 t ha-1 in plots with zero and nine years with cover crop, respectively; corn yield increased from 2158 kg ha-1 to 4424 kg ha-1. The history of the use of cover crop is recent, the lands are fertile, so it maybe for this reason that maize yields are high both in crop lands with and without cover crop; however, an increase in corn yield by effect of cover crop is observed.. The corn yield is directly related with Olsen phosphorus content, and inversely with calcium.

Los sistemas de conocimiento científico han recibido críticas cada vez mayores dentro de la literatura de las ciencias sociales, mientras que los sistemas de conocimiento indígenas a menudo se presentan de manera demasiado optimista como formas alternativas viables de conocimiento. Este artículo argumenta que necesitamos buscar interacciones más efectivas y creativas entre el conocimiento indígena y los sistemas de conocimiento científico. Analizo las fortalezas y debilidades de los sistemas de conocimiento científico e indígena, luego uso tres ejemplos para ilustrar las fortalezas y limitaciones de los sistemas de conocimiento indígena. Luego me baso en estos ejemplos para indicar en qué situaciones debemos buscar orientación e ideas de los sistemas de conocimiento indígenas. El documento se cierra con una discusión sobre cómo los científicos

Scientific knowledge systems have received increasing criticism within the social science literature while indigenous knowledge systems are often over-optimistically presented as viable alternative ways of knowing. This paper argues that we need to search for more effective and creative interactions between indigenous knowledge and scientific knowledge systems. I discuss the strengths and the weaknesses of both scientific and indigenous knowledge systems, then use three examples to illustrate the strengths and limitations of indigenous knowledge systems. I then draw on these examples to indicate in what situations we should look for guidance and ideas from indigenous knowledge systems. The paper closes with a discussion of how scientists, social scientists and people with local knowledge can better work together to improve agricultural and natural resource management systems

La agricultura de campo elevado en el suroeste de Tlaxcala, México, es un sistema tradicional sofisticado e intensivo de cultivo en humedales que se remonta al año 300 a.C. Proporciona ejemplos excepcionales de cómo las prácticas agrícolas pueden encajar e incluso aprovechar los procesos de los ecosistemas. Los campos elevados parecen ser en gran medida autosuficientes en energía y nutrientes. Los agricultores tlaxcaltecas utilizan canales, plantas acuáticas, policultivos, alisos (Alnus firmifolia) y otros árboles para intensificar la entrada de nutrientes en sus campos y minimizar las pérdidas de nutrientes por lixiviación y escurrimiento. Aunque el sistema de campos elevados es un ejemplo impresionante y funcional de una agricultura históricamente sostenible está en peligro por las presiones modernas para aumentar la producción a través de un mayor uso de insumos y la alteración del diseño del agroecosistema.

Raised field agriculture in southwest Tlaxcala, Mexico, is a sophisticated, intensive traditional system of wetland cultivation that dates back to as early as 300 B.C. It provides an exceptional examples of how farming practices can fit into and even take advantage of ecosystem processes. The raised fields appear to be largely self-reliant in energy and nutrients. Tlaxcalan farmers use canals, aquatic plants, polycultures, alder (Alnus firmifolia) and other trees to intensify the nutrient input into their fields and minimize nutrient losses through leaching and runoff Although the raised field system is an impressive, functioning example of a historically sustainable farming system, it is endangered by modern pressures to increase production through higher use of inputs and alteration of agroecosystem design.