Respuestas espectrales a la fertilización con nitrógeno en el cultivo del arroz (Oryza sativa L.)

Abstract

La evaluación del estado nutricional en el cultivo de arroz por medio de las respuestas espectrales tiene un gran potencial para la toma de decisiones referentes a la aplicación de insumos agrícolas, ya que el uso de los sensores puede substituir al muestreo destructivo común en la evaluación de variables fisiológicas, además, minimiza costos en la medición de las mismas variables pues no requiere del uso de reactivos, ni laboratorios sofisticados para la extracción de la información de interés en el cultivo, lo que a su vez podría generar un uso eficiente y específico de la fertilización así como del manejo en general del cultivo. Esta investigación se realizó al sur de Colombia, en el municipio de Saldaña, departamento del Tolima, en el Centro Experimental Las Lagunas de la Federación Nacional de Arroceros (FEDEARROZ), con el objetivo de evaluar la relación entre las respuestas espectrales del arroz (Oryza sativa L.), variedad Fedearroz – 67 y el estado nutricional asociado al N en diferentes estados fenológicos. Se estableció un diseño factorial simple en arreglo en bloques completos y generalizados al azar, teniendo como factor entre-sujetos a la dosis de N (0, 160, 200 y 240 kg/ha) aleatorizada en cuatro parcelas de 5m5m y cuatro repeticiones por tratamiento, y como factor intra-sujetos se asoció a seis etapas fenológicas desigualmente espaciadas (macollamiento, máximo macollamiento, desarrollo de la panícula, floración, grano lechoso y grano maduro), lo que implicó el uso del análisis de varianza por etapa fenológica (pues el muestreo se trató como observaciones independientes a causa de la naturaleza destructiva de las hojas) y la aplicación de la corrección de Bonferroni. La mayoría de los índices presentaron diferencias significativas en los tratamientos, con diferenciación clara del testigo respecto de las dosis 160, 200 y 240 kg/ha de N, pero con poca o ninguna diferenciación entre 160 y 200 en las primeras etapas fenológicas así como poca o ninguna diferenciación para 200 y 240 en las etapas fenológicas finales. Las respuestas espectrales se midieron con espectroradiómetro FieldSpec 4 Hi – Res Spectroradiometer (ASD Inc.), a partir de las cuales se obtuvieron 48 índices espectrales que fueron modelados estadísticamente mediante análisis de regresión (lineal y no lineal) para establecer relaciones con los contenidos de clorofilas y el contenido de N. Para el macollamiento, los índices con más altos coeficientes de determinación R2 (alrededor 0,40) fueron el índice de la diferencia doble (DDI), el radio simple modificado (mSR) y el de la relación simple modificada (BmSR); en el máximo macollamiento los mayores R2 (alrededor de 0,85) fueron los cocientes R750/R705, R860/(R550*R708), (R790/R695-740)-1, (R790/R690-725)-1 y el radio simple a 705 nm (SR705); en el desarrollo de la panícula los índices asociados a mayor ajuste (R2alrededor de 0,80) fueron el de simetría del borde rojo (RES), el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI2), el índice de vegetación de diferencia normalizada verde (GNDVI), el DDI, los cocientes R740/R720, R710/R760, R695/R760, (R790/R695-740)-1, R850-R710/R850-R680, las diferencias normalizadas del borde rojo (NDRE1 y NDRE2), el mSR y el pigmento diferencia normalizado específico (PSNDb); para la floración se utilizaron los índices por máximos valores de R2 (alrededor de 0,87) fueron el NDVI2, DDI, R850-R710/R850-R680, NDRE1, NDRE2, R800-R550, las derivadas de diferencia normalizada (BND), y el D715/D705; en el grano lechoso (R2 alrededor de 0,86) fueron DDI, R740/R720, R750/R705, R860/(R550*R708), NDRE1, (R790/R690-725)-1, mSR, SR705, D725/D702, RES y en el grano maduro los índices con mayor R2 (alrededor a 0,78) fueron R740/R720, mSR y D725/D702. Estos resultados evidencian la importancia de utilizar una fertilización específica según la etapa fenológica, siendo recomendable usar en la etapa de macollamiento, máximo macollamiento y desarrollo de panícula una dosis de 160 Kg/ha de N, mientras que en las etapas de floración, grano lechoso y grano maduro sería apropiado desde el punto de vista estadístico, el uso de la dosis de 200 Kg/ha. El rendimiento de las parcelas entre los tratamientos de 160 kg-N/ha, 200 kg-N/ha y 240 kg-N/ha no presentaron diferencias significativas, pero sí con el tratamiento de 0 kg-N/ha, lo que permite la elección de la dosis inferior. En lo que respecta a los modelos de regresión, es importante diferenciar cada etapa fenológica, pues los índices de mejor ajuste se diferenciaron por etapa. Finalmente, los índices espectrales tienen gran potencial e importancia para la estimación del contenido de N y clorofila para el cultivo de arroz y podrán ser utilizados específicamente por etapa fenológica para el manejo de la fertilización. (Texto tomado de la fuente).

The evaluation of nutritional status in rice cultivation through spectral responses has a great potential for decision making regarding the application of agricultural inputs, since the use of the sensors can replace the common destructive sampling in the evaluation of physiological variables, in addition, minimizes costs in the measurement of the same variables since it does not require the use of reagents, nor sophisticated laboratories for the extraction of the information of interest in the culture, which in turn could generate an efficient and specific use of fertilization as well as general management of the crop. This research was carried out in the southern region of Colombia, in the municipality of Saldaña, department of Tolima, at the Las Lagunas Experimental Center of the National Rice Federation (FEDEARROZ), in order to evaluate the relationship between rice spectral responses (Oryza sativa L.), variety Fedearroz - 67 and the nutritional status associated with N in different phenological states. A simple factorial design was established in a randomized complete and randomized block design with a randomized N-dose (0, 160, 200 and 240 kg / ha) in four plots of 5m5m and four replicates (macollamiento, maximum tillering, panicle development, flowering, milky grain and mature grain), which involved the use of analysis of variance per phenological stage (since the sampling was treated as independent observations because of the destructive nature of the leaves) and the application of the Bonferroni correction. The majority of the indices had significant differences in the treatments, with clear differentiation of the control with respect to doses 160, 200 and 240 kg/ha of N, but with little or no differentiation between 160 and 200 in the first phenological stages as well as little or no differentiation for 200 and 240 in the final phenological stages. Spectral responses were measured using a FieldSpec 4 Hi - Res Spectroradiometer (ASD Inc.) spectrometer, from which 48 spectral indices were obtained, which were statistically modeled by regression analysis (linear and nonlinear) to establish relationships with the contents of chlorophylls and the content of N. For the tillering, the indexes with the highest determination coefficients R2 (around 0,40) were the double difference index (DDI), the modified simple radius (mSR) and the modified simple ratio (BmSR); at the maximum tillering the older R2 (about 0,85) were the ratios R750/R705, R860/(R550*R708), (R790/R695-740)-1, (R790/R690-725)-1 and the simple radius at 705 nm (SR705); in the development of the panicle the indices associated to the greatest adjustment (R2 around 0,80) were the red border symmetry (RES), the normalized difference vegetation index (NDVI2), the green normalized difference vegetation index (GNDVI), DDI, ratios R740/R720, R710/R760, R695/R760, (R790/R695-740)-1, R850-R710/R850-R680, the standard red border differences (NDRE1 and NDRE2), mSR and specific normalized difference pigment (PSNDb); for flowering the indices were used for maximum values of R2 (about 0,87) were the NDVI2, DDI, R850-R710/R850-R680, NDRE1, NDRE2, R800-R550, normalized difference derivatives (BND), and the D715/D705; in the milky grain (R2 about 0,86) were DDI, R740/R720, R750/R705, R860/(R550*R708), NDRE1, (R790/R690-725)-1, mSR, SR705, D725/D702, RES and in the mature grain the indexes with greater R2 (around 0,78) were R740/R720, mSR and D725/D702. These results show the importance of using a specific fertilization according to the phenological stage, and it is advisable to use at the stage of tillering, maximum tillering and development of panicle a dose of 160 kg/ha of N, whereas in the stages of flowering, and mature grain would be appropriate from the statistical point of view, the use of the dose of 200 kg/ha. The yield of the plots between the treatments of 160 kg-N/ha, 200 kg-N/ha and 240 kg-N/ha did not present significant differences, but with the treatment of 0 kg-N/ha, the choice of the lower dose. Regarding the regression models, it is important to differentiate each phenological stage, since the indexes of better fit were differentiated by stage. Finally, the spectral indexes have great potential and importance for the estimation of N content and chlorophyll for rice cultivation and can be used specifically for phenological stage for the management of fertilization.