Se realizó en la comunidad El Toro, ubicado en el municipio de Bocana de Paiwas en la Región Autónoma Costa Caribe Sur (Figura 1), durante los meses de abril a julio del año 2018 coincidente con la época de primera del ciclo agrícola nacional. Se eligió la finca San Isidro por medio de consultas a productores interesados en mejorar la productividad de sus cultivos y con la disponibilidad de facilitar el espacio para la realización del experimento. La finca cuenta con un área total de cinco hectáreas (ha) de las cuales se destinan 1.8 ha para el cultivo de frijol. La parcela se seleccionó para el experimento basados en la producción previa de este cultivo en el área. Tomando como área útil para el experimento de 385 m2. Esta fue cercada perimetralmente con láminas de zinc como medida de protección contra plagas y personas ajenas al equipo de investigación. Se colocó un sistema móvil de plástico negro para cubrir las plantas en momentos de lluvia y por las noches garantizando que no se adicionara más agua que la calculada para cada tratamiento. Durante el día y en momentos en que no se registró precipitación este sistema móvil fue retirado para evitar afectaciones a las tasas fotosintéticas del cultivo.

Las variables ambientales de temperatura (ºC) y humedad relativa (%) se registraron a las 8:00 am y 2:00 pm de la hora local según lo indicado por la publicación de Benavides y Díaz (1970) para cálculo de la Evapotranspiración potencial entre los 15º Norte y 15º Sur. Los datos fueron consultados en el sitio web oficial del Instituto Nacional de Estudios Territoriales (INETER) durante el periodo de ejecución del estudio. Sin embargo, por carencia de equipos especializados estas variables no se pudieron controlar y medir directamente en el sitio del experimento.

Figura 1. Figura 1. Ubicación de la comunidad El Toro, Bocana de Paiwas. Región Autónoma Costa Caribe Sur, Nicaragua.

El experimento se estableció en una parcela de 35 metros de longitud por 11 metros de ancho para un área útil de 385 m2 (Figura. 2). En cada tratamiento se establecieron 50 réplicas de las cuales se muestrearon las 20 centrales descartando 15 en cada extremo de la columna por el efecto de borde. Las plantas se establecieron en maceteras elaborada a base de fibras vegetales: 80% de fibra de madera y en un 20% de turba de 1 000 ml (equivalente a 0.001 m3) de capacidad con sustrato mejorado consistente en un compuesto de 50% de tierra, 30% de arena de río y 20% de compost obteniendo una textura franco-arenosa (Flores-Pacheco, Flores-Pacheco, Murillo, Oporta, y Alemán 2016a).

Previo a la siembra se realizó la prueba de germinación que consistió en la colocación de 100 semillas en un plato de plástico con papel absorbente humedecidos (aprox. 70% de humedad) por 72 horas continuas en condiciones ambientales (Flores-Pacheco, Godoy, Rostrán y Bárcenas, 2015). Al transcurrir este tiempo se contabilizó la cantidad de semillas germinadas, para este caso la germinación alcanzó 87%, en base a ello se colocaron cinco semillas por macetera para garantizar una planta por envase. En el caso de germinación múltiple, se eliminaron (ralearon) las plantas excedentes dejando la más vigorosa. Las maceteras fueron colocadas a distancias de 0.10 metros entre ellas y 2 metros entre calles, esto se hizo para contar con mayor control de las variables monitoreadas por cada repetición y tratamiento (Flores-Pacheco, Ramírez-James, Gutiérrez-Rugama, Flores-Pacheco y Alemán, 2016b).

Se emplearon 50 réplicas por cada uno de los siete tratamientos (350 en total) para asegurar cantidad suficiente de plantas en el caso de muerte por causa natural, por plagas, enfermedades y para reducir el efecto de borde muestreando las que se encuentran en el centro (Monzón y Monzón-Paiva, 1992).

Figura 2. Figura 2. Esquema de la distribución de los tratamientos en el campo.

El estudio fue de tipo experimental, con enfoque cuantitativo, debido a la manipulación de variables especificas a fin de obtener datos para el análisis del comportamiento fenológico y productivo de las plantas frijol sometido a distintos niveles de estrés hídrico. Se empleó un diseño experimental Aleatorio Simple de repeticiones balanceadas con 95% de confiabilidad (García-Pérez, 2010). La medición de variables de este estudio fue de corte transversal. Desarrollándose la investigación en un periodo de 120 días, (4 meses) de campo (ciclo productivo) y 90 días (3 meses) para el análisis de datos y presentación de resultados, para un ciclo aproximado de siete meses.

Se consideró como unidad experimental cada una de las plantas de frijol y se empleó el Muestreo Aleatorio Simple (MAS) con frecuencia semanal para las variables fenológicas y única para las variables productivas. En base a los datos obtenidos del portal web de INETER se calculó la Evapotranspiración Potencial Diaria con lo cual se determinó la cantidad de agua a emplear en cada tratamiento. El agua fue medida con un recipiente milimetrado con el cual se vertió directamente en la base del tallo a una distancia que oscilaba entre los 5 – 10 cm. Las aplicaciones se realizaron diariamente entre el día 0 al 60 (abril y mayo de 2018) aproximadamente entre las 3:00 pm y 4:00 pm. Para evitar la incorporación de agua adicional a cada tratamiento en forma de lluvia y/o rocío, se colocó el sistema de plástico portable que cubría la totalidad del área del experimento.

Cuadro 1. Cuadro 1. Tratamientos y repeticiones

Es una fórmula del Método de García y López (Benavides y Díaz, 1970) adaptada al trópico que permite estimar la evapotranspiración potencial diaria, entre latitudes 15º Norte y 15º Sur. Desarrollada a partir de la correlación de los datos de temperatura y déficit de saturación con los de la evapotranspiración potencial medidos en seis estaciones tropicales. La ecuación se presenta a continuación:

Los datos de temperatura diaria y Humedad Relativa diaria fueron obtenidos del registro en línea del Instituto Nacional de Estudios Territoriales (INETER) (www.ineter.gob.ni). De acuerdo con la formula emplea se utilizaron los valores de la humedad relativa registrados en este sitio web para las 8:00 am y 2:00 pm. Los datos obtenidos alimentaron una hoja de cálculo automatizada en Microsoft Excel® que facilitó la aplicación de las fórmulas descritas anteriormente y la estimación más exacta de la cantidad de agua suministrada a cada planta según el tratamiento evaluado.

Los datos fueron procesados en el programa estadístico SPSS 24.0 (IBM® Statistical SPSS®, 2016). Todas las variables cuantitativas fueron analizadas para comprobar la normalidad y homogeneidad de varianzas, bajo este supuesto se aplicaron las pruebas de Coeficiente de variación (CV), Análisis de Varianza (ANOVA) y Diferencia Mínima Significativa (DMS) de Fisher con α=0.05, esto con el fin de identificar las diferencias en las variables evaluadas para cada tratamiento.

La figura 3A y 3B representan la altura (cm) y diámetro (mm) de la planta de frijol sometido a distintos niveles de estrés hídrico a lo largo de un ciclo productivo de 120 días en condiciones del trópico húmedo de Nicaragua. Los resultados indican que el tratamiento cinco (T5=suministro del 120% de evapotranspiración diaria) obtuvo los registros más elevados en altura ±20.57 cm (F=12.57; gl=6; P-valor>0.031) y diámetro ±2.40 mm (F=5.40; gl=6; P-valor>0.029) frente a los demás tratamientos que presentaron un desarrollo inferior tanto en el segmento inferior como superior de la dosis de agua diaria. Este tratamiento superó estadísticamente por 11.38% y 19.94% Coeficiente de variación (CV) respectivamente, más en crecimiento al tratamiento cuatro (T4=suministro del 100% de evapotranspiración diaria), para esta investigación considerado como el testigo.

El tratamiento seis (T6=suministro del 150% de evapotranspiración diaria) indica una reducción significativa (P-valor>0.001) en crecimiento (altura y diámetro) respecto al testigo (T4) demostrando que este cultivar de P. vulgaris es susceptible a estrés hídrico por exceso de agua en el suelo, posiblemente por un problema de hipoxia en el sustrato. Aguilar-Benítez et al. (2012) hacen referencia a la imposibilidad de esta leguminosa a la asimilación de nutrientes en suelos con niveles de humedad que supere la capacidad de campo.

En el caso del cultivo de frijol requiere que el suelo presente un 60%-70% de humedad a lo largo del ciclo productivo con énfasis en la fase de crecimiento vegetativo y el inicio de la producción (Meriño et al. 2015). Sin embargo, muchas veces se obvia la retención de agua por el suelo como agua no disponible, la que puede llegar a ser hasta más de un 20% de la evaporación registrada en el día, eso en función al tipo de suelo (Velarde et al. 2001). Este hecho explica el éxito del T5 ya que en ambos caso la planta cuenta con la abundancia y disponibilidad de agua requerida para sostener sus necesidades metabólicas y nutricionales (Benavides et al. 2002). Para este estudio se descarta el efecto de bajos valores de pH y salinidad en los suelos por empleo de fertilizantes sintéticos por el hecho de que el estudio se llevó enteramente en recipientes plásticos con suelo natural de tipo franco arcilloso. Sin embargo, debe ser considerados en futuras investigaciones que se recomienda se desarrollen en parcelas productivas sometidas a distintos tipos de manejo agronómico.

Figura 3. Figura 3. Altura de planata en centímetros (A) y diámetro del tallo en milímetro (B) en función de los tratamientos

En lo relativo al comportamiento de la sección radicular de la planta de frijol (P. vulgaris) la cuadro 2 muestra que los tratamientos que suministran únicamente el 20%, 50% y 80% (T1, T2 y T3, respectivamente) de la cantidad de agua evapotranspirada por la planta presentan reducción significativa (P-valor>0.001) respecto al tratamiento testigo (T4) variando (CV) 23.66%. Esto se mostró en raíces de menor tamaño, de mayor fragilidad al contacto y de menor concentración de agua (Valladares, 2004). Sin embargo, para los tratamientos que adicionan el 120%, 150% y 180% de la cantidad de agua evapotranspirada por la planta (T5, T6 y T 7, respectivamente) presentan un incremento significativo (P-valor>0.001) en estas mismas características de la raíz de P. vulgaris en el mismo orden de los tratamientos. Para las secciones del tallo y foliar el comportamiento siguió la tendencia ya descrita. Los T1, T2 y T3 presentaron reducciones significativas en las cantidades de agua registrada en el momento del peso fresco y el peso seco. Debe destacarse que a pesar de que los tratamientos T5, T6 y T7 presentaron una relación positiva (P-valor>0.001; CV=8.06%) en este pará- metro al realizar comparaciones entre estos es el T5 el más eficiente en el uso del agua. Esto en que no existe diferencia (P-valor<0.083; CV=1.14%) entre estos tratamientos, por ello, dará el mismo resultado la adición de 120% del índice de evatranspiración que cualquier otra cantidad mayor, esto es coincidente con lo reportado por (Moreno, 2009) en experimentos de estrés hídrico desarrollado en hortalizas, gramíneas y leguminosas bajo condiciones controladas.

Cuadro 2.

Md= Media aritmética. Sig. = significancia estadística al 0.05* o al 0.001**. Diferencia Mínima Significativa (DMS = 0.95)

En la figura 4A en la que se muestra el número de flores por planta queda evidenciada la diferencia entre los tratamientos evaluados, donde el T5 presenta mayor número con ± 7.22 (F=12.51; gl=6; P-valor>0.000) por planta. Esto se debe a la menor cantidad de agua empleada en este tratamiento. Por su parte en la figura 4B se muestra la variable número de vainas por planta logrando observar que existe un incremento significativo del T5 con ± 5.18 vainas por planta (F=17.17; gl=6; P-valor>0.017), con lo que respecta a los demás tratamientos evaluados. La producción de flores y vainas se mostraron más susceptible en los tratamientos T 1, T2, T3 y T4.

Según Acosta-Díaz, Kohashi-Shibata y Acosta-Gallegos (1997), cuando las precipitaciones están por debajo de las necesidades del cultivo los rendimientos disminuyen drásticamente, fundamentalmente sí coinciden con la floración y el llenado de las vainas del cultivo, es decir, que la precipitación acumulada durante la etapa reproductiva es determinante para el rendimiento de frijol (Meriño et al. 2015). Estos resultados coinciden con los referidos por Domínguez-Suárez et al. (2016) cuando encontraron respuestas similares al trabajar con 64 líneas de frijol común en dos condiciones de humedad del suelo. Otros autores como Fabre et al. (2011) refieren que en dependencia de la duración del período de sequía y su magnitud, esta puede causar pérdidas en el rendimiento de 20% a 100% en los campos del frijol.

Figura 4. Figura 4. Variables productivas. A) Número de flores por planta- B) Número de vainas por planta

Se registraron las variables morfométricas de la vaina. Tanto en la figura 5A para la longitud de la vaina ±10.90 cm (F=3.66; gl=6; P-valor>0.02) como en la figura 5B para el diámetro de la vaina ±5.60 mm (F=3.89; gl=6; P-valor>0.01) el tratamiento cinco (T5) obtuvo los registros más elevados entre los siete niveles de estrés hídrico a los cuales se está probando la adaptabilidad de esta leguminosa coincidente con Mivilla, González, y Marulanda (1986). El índice productivo de la variedad mostró respuestas diferentes entre los niveles de estrés hídrico, se pueden considerar con una correlación de 0.95 como las más adecuada a las condiciones que se establecieron en el lugar de los ensayos el tratamiento cinco. Este combina un índice productivo alto y un mayor período desde la floración hasta la madurez, lo que favorece un período amplio para la formación de órganos reproductivos (Domínguez-Suárez et al. 2016).

Figura 5. Figura 5. Variables productivas. A) Longitud (cm) y B) Diámetro (mm) de la vaina en función del tratamiento

Probablemente la pérdida de rendimientos en estos indicadores de productividad estudiados obedezca a la limitada actividad fotosintética y a una menor absorción de nutrientes por la reducida movilidad de iones en el suelo y toma de agua por las raíces (Medrano y Flexas, 2003). Los resultados alcanzados en este trabajo evidenciaron variabilidad entre niveles de estrés hídrico en cuanto a la reducción del rendimiento, lo que concuerda con lo reportado por otros autores (Acosta-Diaz, Kohashi-Shibata y Acosta-Gallegos, 1998; Domínguez-Suárez et al. 2016; Mivilla, González y Marulanda, 1986; Prado, Jerez, Nápoles, Sosa, Maceo y Cordoví, 2016; Tosquy-Valle, López-Salinas, Francisco-Nicolás, Alberto y Bernardo, 2014). En varios estudios se ha reiterado el efecto deletéreo de la sequía sobre el crecimiento, el rendimiento y la nutrición mineral de las plantas (Meriño et al. 2015).

Figura 6. Figura 6. Variables productivas A) Peso (g) de la vaina - B) Peso (g) del grano de la planta en función del tratamiento.

De acuerdo con Allen, Pereira, Raes, y Smith, (2006) la falta de agua durante las etapas de prefloración, formación y llenado de vainas afecta seriamente el rendimiento. El análisis de varianza y comparación de medias al rendimiento obtenido mostró que existen diferencias significat - vas entre las variables Peso del grano ± 5.60 gr (F=26.10; gl=6; P-valor>0.000; CV: 8%) y Peso de la vaina ± 48.46 gr (F=10.05; gl=6; P-valor>0.000; CV=10%) a favor del tratamiento cinco (T5) que suministra a la planta el 120% del agua evapotranspirada diariamente. Lo que indica la presencia de una baja adaptabilidad de la variedad a las condiciones de sequía ya que se redujo significativamente su rendimiento en la condición de estrés hídrico por carencia de agua.

La reducción del rendimiento alcanzado en las condiciones experimentales de sequía concuerda con los obtenidos por Arellano-Arciniega, Osuna-Ceja, Martínez-Gamiño y Reyes-Muro (2015) en el cultivo de 10 genotipos en diferentes condiciones de siembra y riego. La reducción de rendimiento por falta o exceso de humedad fue evidente en todos los tratamientos evaluados. La mayoría de los tratamientos con estrés por exceso de agua presentaron moderada tolerancia al estrés hídrico, debido a que obtuvieron índices de producción superior a uno. Los resultados de índices de correlación para los tratamientos con déficit y exceso de agua están entre 0.70 y 0.95.