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Tesis:

Legado de los cultivos cubierta sobre la estructura de la comunidad microbiana, la micorrización y el estado nutricional de los cultivos de trigo y de maíz

  • Autor: ULCUANGO ULCUANGO, Kelly del Cisne

  • Título: Legado de los cultivos cubierta sobre la estructura de la comunidad microbiana, la micorrización y el estado nutricional de los cultivos de trigo y de maíz

  • Fecha: 2022

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS

  • Departamentos: PRODUCCION AGRARIA

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/71545/

  • Director/a 1º: MARISCAL SANCHO, Ignacio
  • Director/a 2º: HONTORIA FERNÁNDEZ, Chiquinquirá

  • Resumen: Los cultivos cubierta (CC) brindan importantes servicios ecosistémicos cada vez más demandados para lograr agrosistemas sostenibles. Sin embargo, los efectos heredados de los CC en la microbiota del suelo y sus interacciones con los cultivos principales posteriores (CP) aún no se conocen bien, especialmente cuando se trata de CC compuestos por mezcla de gramíneas y leguminosas. Se establecieron dos ensayos, el primero bajo condiciones semicontroladas en invernadero y el segundo a campo abierto. En el primer trabajo, se seleccionaron cinco CC comunes; cebada (Hordeum vulgare L.), veza (Vicia sativa L.) y melilotus (Melilotus officinalis L.) en monocultivo y las mezclas de “cebada + veza” y de “cebada + melilotus”, que se cultivaron durante dos ciclos de rotación con los correspondientes CP, con el objeto de investigar si los monocultivos y las mezclas de CC diferían en sus efectos de legado sobre variables del suelo y del cultivo subsiguiente y, si la identidad del CP modulaba esos efectos. Los dos cultivos más consumidos a nivel mundial, trigo (Triticum aestivum L.) y maíz (Zea mays), se seleccionaron como CP y se sembraron por separado después de los CC. En el segundo trabajo, se establecieron en campo dos formas de introducción de CC con entrada creciente de leguminosas (CC de “cebada + veza” intercalado (R1) y una veza en intercultivo adicional al anterior (R2), frente al control sin CC (R0)) como primer factor de estudio. El segundo factor de estudio fue el tipo de laboreo (laboreo tradicional y mínimo laboreo), en una rotación bianual en regadío con maíz y trigo de primavera, para evaluar los efectos de ambos factores y su interacción sobre parámetros de micorrización y del cultivo en una fase temprana del maíz. En el primer estudio y para los dos ciclos, los efectos heredados de CC sobre las variables microbiológicas estudiadas en los microcosmos dependieron en gran medida de la interacción con el CP, mostrando así la importancia de la identidad de los cultivos subsiguientes. En el primer ciclo, desarrollado en otoño-invierno, la veza y la mezcla cebada-veza destacaron por brindar las condiciones microbiológicas que potenciaron la absorción de macro y micronutrientes, para finalmente obtener la mayor biomasa de trigo (>80% más que el control sin CC). En maíz, los efectos de CC sobre la microbiota del suelo fueron más limitados debido a que las temperaturas del ciclo estuvieron alejadas del óptimo para su desarrollo. Las respuestas microbiológicas del suelo para las mezclas de CC fueron complejas y en ocasiones opuestas. Así, en trigo, la mezcla cebada-veza se comportó de forma similar a la del monocultivo de cebada, mientras que, en maíz, esta mezcla se comportó como el monocultivo de veza. En ambos CP, la mezcla “cebada + melilotus” se diferenció completamente de sus monocultivos, principalmente por cambios en la abundancia de arqueas y Glomeromycota, y del ratio Hongos:Bacterias. En el segundo ciclo (primavera-verano), losefectos de los CC sobre la microbiota del suelo y el desarrollo de los CP estuvieron marcados por el incremento de la temperatura, lo cual benefició al desarrollo del maíz. En este último CP, la respuesta microbiológica no mostró un patrón claro, pero destacó el efecto positivo de la veza y de la cebada en monocultivo con respecto al control sin CC, mientras que melilotus, solo o con mezcla, tuvo peor desempeño. En trigo, el melilotus también presentó una pobre respuesta microbiológica, pero mezclado con la cebada fue de los CC con mejor impacto microbiológico (y nutricional), seguido de la veza. Por tanto, las mezclas volvieron a destacar por su comportamiento singular, tanto con respecto a sus especies puras como con respecto a la identidad del CP subsiguiente. El tipo de laboreo, tradicional o mínimo, con la modalidad asociada de terminación del CC, desbroce e incorporación o tronchado y extensión sobre la superficie, modularon el efecto de las distintas formas de introducción de los CC sobre variables como, la colonización micorrícica y la abundancia de Glomeromycota. El mínimo laboreo tendió a anular las diferencias entre las formas de introducción de CC en la rotación para ciertas variables, mientras que el laboreo tradicional las amplió de forma que variables como la biomasa aérea y la conductividad eléctrica tendieron a ser mayores conforme aumentó la entrada de leguminosas en la rotación, esto es, cuando en la rotación se incluyó una veza en intercultivo con el maíz además del CC mezcla entre trigo y maíz (R2). Elementos como el Mn, el Cd y en menor medida el Cu y el Zn mostraron este patrón mientras que el contenido de macronutrientes resultó mayor en la modalidad de mayor entrada de leguminosas independientemente del tipo de laboreo. La elección de las especies de CC, la mezcla de especies, su forma de introducción y sus interacciones con el cultivo principal subsiguiente pueden tener grandes efectos sobre los microorganismos del suelo, al menos a corto plazo, con un impacto potencial sobre las funciones clave del suelo y los aspectos agronómicos. Se necesita más investigación para comprender estas interacciones, especialmente en lo que respecta a las mezclas, de manera que respalde las decisiones sobre qué CC es más apropiado en cada caso. ----------ABSTRACT---------- Cover crops (CC) provide important ecosystem services that are increasingly demanded for sustainable agroecosystems. However, the legacy effects of CC on soil microbiota and their interactions with subsequent main crops (MC) are still poorly understood, especially for CCs composed of a mixture of grasses and legumes. Two trials were established, the first under semi-controlled conditions in a greenhouse and the second in an open field. In the first study, five CC (barley, vetch and melilotus in monoculture and the mixtures barley+vetch and barley+melilotus) were selected and grown for two rotation cycles with two MC, in order to investigate whether monocultures and CC mixtures differed in their legacy effects on soil and subsequent crop variables, and whether the identity of the MC modulated these effects. The two most widely consumed crops globally, wheat and maize, were planted separately as MC after CC. In the second study, two forms of CC introduction with increasing legume input (a barley-vetch as winter CC and an interseeded vetch in addition to the first) were established under two types of tillage (traditional tillage and minimum tillage), in a biannual irrigated rotation with maize and spring wheat as MC, to evaluate the effects of both factors and their interaction on mycorrhization and crop parameters at an early stage of maize. In the first study and for both cycles, the legacy effects of CC on the microbiological variables studied in the microcosms were highly dependent on the interaction with CP, thus showing the importance of the identity of the subsequent crops. In the first cycle, developed in autumn-winter, vetch and the barley-vetch mixture stood out for providing the microbiological conditions that enhanced the uptake of macro and micronutrients, to finally obtain the highest wheat biomass (>80% more than the control without CC). In maize, the effects of CC on soil microbiota were more limited because temperatures during this cycle were far from the optimum for their development. Soil microbiological responses for the CC mixtures were complex and sometimes opposite. Thus, in wheat, the barley-vetch mixture behaved similarly to the barley monoculture, while in maize, the barley-vetch mixture behaved like the vetch monoculture. In both MC, the barley-melilotus mixture differed completely from their monocultures, mainly by changes in the abundance of archaea and Glomeromycota, and in the ratio Fungi:Bacteria. In the second cycle (spring-summer), the effect of CC on soil microbiota and MC development was influenced by increased temperature, which improved maize development. In maize, the microbiological response did not show a clear pattern, but overall the positive effect of vetch and barley in monoculture compared to the no-CC control stands out, while melilotus, alone or in mixture, performed worse. In wheat, melilotus also showed a poor microbiological response, but mixed with barley it was one of the CCs with the best microbiological (and nutritional) impact, followed by vetch. Thus, the mixtures again stood out for their individual behavior, both with respect to their pure species and with respect to the identity of the subsequent MC. The type of tillage, traditional or minimal, with the associated CC termination, mowing and incorporation or crimping and spreading on the surface, modulated the effect of the different forms of CC introduction on variables such as mycorrhizal colonization and Glomeromycota abundance. Minimal tillage tended to minimize the differences between the forms of CC introduction in the rotation for certain variables, while traditional tillage favor them so that variables such as aerial biomass and soil electrical conductivity tended to be higher as the legume input in the rotation increased, i.e. when a vetch was interseeded with maize in addition to the winter CC barley-vetch between wheat and maize. Elements such as Mn, Cd and to a lesser extent Cu and Zn showed this pattern while macronutrient content was higher with the higher legume input irrespective of tillage type. The choice of CC species, the species mix, their form of introduction and their interactions with the subsequent main crop can have large effects on soil microorganisms, at least in the short term, with a potential impact on key soil functions and agronomic aspects. More research is needed to understand these interactions, especially with regard to mixtures, in order to support decisions on which CC is most appropriate in each case.