Tesis:
Efectos del método de terminación y la forma de introducción de los cultivos cubierta en parámetros de suelo y planta según la disponibilidad de agua y el tipo de laboreo
- Autor: CENTURIÓN GIMÉNEZ, Nelly
- Título: Efectos del método de terminación y la forma de introducción de los cultivos cubierta en parámetros de suelo y planta según la disponibilidad de agua y el tipo de laboreo
- Fecha: 2023
- Materia:
- Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS
- Departamentos: PRODUCCION AGRARIA
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/77162/
- Director/a 1º: MARISCAL SANCHO, Ignacio
- Director/a 2º: HONTORIA FERNÁNDEZ, Chiquinquirá
- Resumen: La sustitución del barbecho desnudo por cultivos cubierta (CC) promueve la sostenibilidad de los agroecosistemas mediante la reducción de riesgos ambientales como la degradación del suelo, la lixiviación de nitratos o el cambio climático, así como la mejora de la salud del suelo y el reciclado de nutrientes, con efectos positivos potenciales en la productividad. Los CC a base de leguminosas son de especial interés por su capacidad para fijar el N atmosférico contribuyendo así a reducir la fertilización nitrogenada sintética, además de proporcionar residuos de rápida mineralización y estimular la actividad microbiológica del suelo.
Sin embargo, los beneficios de los CC sobre la salud del suelo, los servicios ecosistémicos y el rendimiento pueden estar condicionados por su manejo y modulados particularmente por la disponibilidad de agua y el tipo de laboreo. En este trabajo se ha incidido en dos aspectos del manejo de los CC, el método de terminación y la forma de entrada en la rotación, la cual puede determinar el nivel de entrada de leguminosas en el sistema, con el objetivo de evaluar los efectos de legado en la salud del suelo y en la respuesta temprana del subsiguiente maíz. Para ello se llevaron a cabo dos ensayos, uno en condiciones semicontroladas en invernadero y otro en condiciones de campo.
En el experimento en invernadero se evaluaron los efectos de legado de cuatro métodos comunes de terminación de un CC mezcla de cebada y veza bajo dos niveles de disponibilidad de agua, óptimo y deficitario. Los métodos evaluados fueron el desbrozado y posterior incorporación de residuos (INC), el glifosato (GLI), el roller crimper o rodillo desgarrador (ROL) y la combinación de glifosato y roller crimper (RGL), junto con un control sin CC. Se usó un suelo básico, de textura franco-arenosa y pobre en nutrientes, que recibió una fertilización reducida. Los efectos se estudiaron en preemergencia del maíz y a los 57 días de la siembra sobre propiedades fisicoquímicas, nutricionales y microbiológicas del suelo, así como parámetros de desarrollo y nutrición del maíz. El nivel de agua moduló la respuesta microbiana del suelo a los métodos de terminación del CC, especialmente en los métodos con glifosato. Los efectos del legado sobre los atributos microbiológicos del suelo fueron notables y evolucionaron de forma diferente desde la preemergencia del maíz hasta casi 2 meses después. En el muestreo final, INC mostró la mejor respuesta microbiológica en ambos niveles de agua mejorando la mayoría de los atributos microbiológicos. ROL fue el segundo método más beneficioso, especialmente bajo dosis óptima de riego, promoviendo la abundancia de hongos, pero anulando el efecto positivo de los CC sobre las bacterias. Independientemente del nivel de agua, GLI y RGL mostraron una respuesta microbiológica similar. En suelos bien regados, GLI y RGL tuvieron un efecto negativo sobre el total de hongos, lo que separó la respuesta de RGL de la de ROL. En comparación con la microbiológica, la respuesta fisicoquímica del suelo y la respuesta del cultivo a los tratamientos fue menor. El maíz respondió en mayor medida al nivel de riego que al método de terminación y el efecto fue mayor en las variables de desarrollo del maíz que en las nutricionales. El maíz en INC fue más sensible a la dosis de riego, a pesar de que la respuesta del suelo apenas resultó sensible, y en riego deficitario mostró peor desempeño que el resto.
Los efectos de distintas formas de introducción de CC se evaluaron en una rotación bianual de maíz-trigo en regadío localizada en la finca experimental “La Canaleja” (Comunidad de Madrid), con un suelo Cambisol cálcico bajo clima mediterráneo semiárido. Los CC pueden entrar en las rotaciones entre dos cultivos principales consecutivos, y también pueden solaparse parcialmente en el tiempo con un cultivo principal en hilera mediante la "intersiembra". Esta técnica permite un CC adicional de leguminosas en el maíz y con ello la intensificación de la rotación. Sin embargo, los beneficios de la intensificación pueden depender del nivel de entrada de leguminosas en el agroecosistema y del tipo de laboreo. En el tercer año del ensayo, en dos momentos en fase temprana del maíz, se evaluaron los efectos de tres niveles de entrada de leguminosas: i) R0, sin CC; ii) R1, CC mezcla de cebada y veza; y iii) R2, veza intersembrada en el maíz además del CC mezcla, bajo dos tipos de laboreo, tradicional (LT) y mínimo laboreo (ML), que involucran distintos métodos de terminación del CC. El tipo de laboreo afectó en mayor medida a R1, siendo MLR1, es decir, una sola entrada de CC leguminosa que se termina con roller crimper y cuyos residuos apenas son enterrados, el tratamiento que condujo a una mejor salud del suelo en términos globales. En cambio, la ausencia de CC junto con un laboreo tradicional (LTR0) mostró la peor respuesta del suelo. La mayor entrada de leguminosas (R2) bajo laboreo mínimo fue la mejor combinación para el desarrollo temprano del maíz, pero no para la salud del suelo debido a posibles efectos negativos en la acumulación de materia orgánica y otras variables. El uso de CC favoreció el crecimiento temprano del maíz, mientras que la micorrización, potenciada bajo el laboreo tradicional, favoreció la nutrición del cultivo.
En esta investigación se constata que las prácticas de manejo de los CC, tanto el método empleado para la terminación de los CC como la forma de introducción de los CC en la rotación, condicionan en gran medida los beneficios esperados de los CC sobre la salud del suelo y el desempeño del cultivo subsiguiente. Además, la disponibilidad de agua modula los efectos de legado en el caso del método de terminación ampliando las diferencias en dosis alta de riego, y el sistema de laboreo y consiguiente método de terminación de los CC, los modula cuando varía la entrada de leguminosas en el agroecosistema como resultado de distintas formas de introducción de los CC en la rotación. Se constata igualmente que la respuesta microbiológica del suelo a los tratamientos fue notablemente mayor que la respuesta fisicoquímica del suelo y que la respuesta del cultivo principal subsiguiente. En contra de lo esperado, los tratamientos de manejo de CC evaluados, tanto en condiciones semicontroladas como en campo, que resultaron mejor desde el punto de vista de la salud del suelo no condujeron a un mejor desempeño del subsiguiente maíz en fase temprana. Por consiguiente, una mejor salud general del suelo no necesariamente conduce a un mejor rendimiento del maíz temprano en el corto plazo. Por otra parte, dado que una mayor entrada de leguminosas en el sistema combinada con una reducción del laboreo podría resultar negativa para el secuestro de carbono en el suelo, debe monitorizarse su evolución, especialmente en las condiciones de disponibilidad de agua y alta temperatura propias del regadío mediterráneo. Es necesario evaluar los efectos de legado de las prácticas de manejo de los CC en la salud del suelo y en el cultivo a medio y largo bajo distintas condiciones de suelo y clima para dilucidar los mecanismos implicados y ofrecer soluciones adaptadas que mejoren la sostenibilidad de los sistemas agrarios.
ABSTRACT
Replacing bare fallow with cover crops (CC) promotes the sustainability of agroecosystems by reducing environmental risks such as soil degradation, nitrate leaching or climate change, as well as improving soil health and nutrient recycling, with potential positive effects on productivity. Legume-based CCs are of particular interest because of their ability to fix atmospheric N and thus contribute to reducing synthetic nitrogen fertilisation, as well as providing rapidly mineralising residues and stimulating soil microbiological activity.
However, the benefits of CC on soil health, ecosystem services and yield may be conditioned by their management and modulated particularly by water availability and type of tillage. In this work, two aspects of CC management, the method of termination and the form of entry into the rotation, which can determine the level of legume entry into the system, were focused on in order to assess the legacy effects on soil health and early response of the subsequent maize. Two trials were carried out, one under semi-controlled greenhouse conditions and the other under field conditions.
In the greenhouse experiment, the legacy effects of four common methods of termination of a barley-vetch CC mixture were evaluated under two levels of water availability, optimum and deficit. The methods evaluated were mowing and subsequent incorporation of residues (INC), glyphosate (GLI), roller crimper (ROL) and the combination of glyphosate and roller crimper (RGL), together with a non-CC control. An alkaline, sandy loam-textured, nutrient-poor soil, which received reduced fertilisation, was used. The effects were studied at maize pre-emergence and 57 days after sowing on soil physico-chemical, nutritional and microbiological properties, as well as maize development and nutritional parameters. Water level modulated soil microbial response to CC termination methods, especially in glyphosate methods. Legacy effects on soil microbiological attributes were noticeable and evolved differently from pre-emergence of maize until almost 2 months later. In the final sampling, INC showed the best microbiological response at both water levels improving most microbiological attributes. ROL was the second most beneficial method, especially under optimal irrigation dose, promoting fungal abundance, but nullifying the positive effect of CC on bacteria. Regardless of water level, GLI and RGL showed a similar microbiological response. In well-watered conditions, GLI and RGL had a negative effect on total fungi, which separated the RGL response from the ROL response. Compared to microbiological, soil physicochemical response and crop response to the treatments was lower. Maize responded more to irrigation level than to termination method and the effect was greater on maize developmental variables than on nutritional variables. Maize in INC was more sensitive to irrigation dose, although soil response in this method was barely sensitive, and in deficit irrigation it performed worse than the rest.
The effects of different forms of CC introduction were evaluated in a biannual irrigated maize-wheat rotation located in the experimental farm "La Canaleja" (Community of Madrid), with a calcic Cambisol soil under a semi-arid Mediterranean climate. Cover crops can be included in rotations between two consecutive main crops, and can also partially overlap in time with a main row crop through "interseeding". This technique allows for additional legume CC in maize and thus intensification of the rotation. However, the benefits of intensification may depend on the level of legume input into the agro-ecosystem and the type of tillage. In the third year of the trial, at two points in time in the early maize phase, the effects of three levels of legume input were evaluated: i) R0, no CC; ii) R1, mixed CC of barley and vetch; and iii) R2, interseeded vetch in maize in addition to the mixed CC, under two types of tillage, traditional (TT) and minimum tillage (MT), involving different methods of CC termination. The type of tillage affected R1 the most, with R1MT, i.e. a single leguminous CC input that is terminated with roller crimper and whose residues are barely buried, being the treatment that led to better soil health overall. In contrast, the absence of CC together with traditional tillage (R0TT) showed the worst soil response. The higher legume input (R2) under minimum tillage was the best combination for early maize development, but not for soil health due to possible negative effects on organic matter accumulation and other variables. The use of CC favoured early maize growth, while mycorrhization, enhanced under traditional tillage, favoured crop nutrition.
This research finds that CC management practices, both the method used for CC termination and the way CCs are introduced into the rotation, largely condition the expected benefits of CCs on soil health and subsequent crop performance. Furthermore, water availability modulates the legacy effects in the case of the termination method by amplifying the differences in high irrigation doses, and the tillage system and consequent CC termination method modulates them when the input of legumes into the agroecosystem varies because of different ways of introducing CCs into the rotation. It is also found that the microbiological response of the soil to the treatments was significantly greater than the physico-chemical response of the soil and the response of the subsequent main crop. Contrary to expectations, the studied CC management treatments, both under semi-controlled conditions and in the field, that performed better from a soil health point of view did not lead to better performance of the subsequent early-stage maize. Therefore, better overall soil health does not necessarily lead to better early maize performance in the short term. On the other hand, since increased legume input into the system combined with reduced tillage could be negative for soil carbon sequestration, its evolution should be monitored, especially under the conditions of water availability and high temperature typical of Mediterranean irrigation. It is necessary to assess the legacy effects of CC management practices on soil and crop health in the medium and long term under different soil and climatic conditions to elucidate the mechanisms involved and to offer adapted solutions to improve the sustainability of farming systems.