Cultivos de cubierta invernal para sistemas sustentables: expectativas y realidades

La inclusión de cultivos de cobertura (CC) en la rotación maíz soja típica de Illinois requiere aun de investigaciones que sustenten este cambio en las prácticas tradicionales. El reciente interés en CC en el Medioeste americano está estimulado por promociones comerciales provenientes de proveedores de semillas de CC y servicios relacionados y también por esfuerzos educativos desde los servicios de conservación de recursos naturales del USDA-NRCS.

El material educativo propone el uso de CC como estrategia para prevenir erosión, manejar nutrientes, y proteger la calidad de aguas. De hecho, comenzando en 2012 en Illinois, NRCS paga a los productores ~$99 por ha ($40 por acre) por la inclusión de CC a través del programa de incentivos para la calidad del ambiente (EQIP) y del programa de conservación y protección de recursos (CSP); estos incentivos están diseñados para estimular la adopción a través del pago de costos de semilla, labor y equipamiento relacionado con los CC (USDA-NRCS, 2013). Los CC están ampliamente reconocidos como una herramienta de manejo valiosa para manejar problemas de degradación de suelos resultantes de la intensificación agrícola y laboreo excesivo.

Los CC proveen cubierta vegetal y actividad radicular en momentos del año en donde los cultivos comerciales no están en producción, ayudando así a reducir los procesos de erosión, la compactación, y la pérdida de nutrientes por lixiviado y escorrentía superficial en suelos agrícolas(Dabney et al., 2001; Kristensen and Thorup-Kristensen, 2004; Thorup-Kristensen, 2006; Dean and Weil, 2009).

La productividad de los suelos con CC se incrementa a través de mayores niveles de materia orgánica y mejoras en los ciclos de nutrientes y la estructura del suelo (Sainju et al., 2002) que pueden resultar en mayores rindes de los cultivos comerciales o incluso una mayor estabilidad en la producción de estos cultivos (Snapp et al., 2005). Los CC benefician el suelo a través de la adición de residuos orgánicos tanto en la superficie como en el subsuelo, ayudando a mantener o aumentar el carbono y nitrógeno totales, reduciendo la densidad aparente y la resistencia a la penetración de raíces, y mejorando en muchos casos la estabilidad estructural (Villamil et al., 2006; 2008). Nutrientes como los nitratos y el fósforo disponible para las plantas que están sujetos a pérdidas por lixiviado y escorrentía superficial son capturados por los CC que los retienen en su biomasa hasta el momento en que su crecimiento es suprimido –natural o artificialmente - aumentando así la eficiencia de uso y disponibilidad de nutrientes para el siguiente cultivo (White and Weil, 2011).

Los beneficios esperados en cuanto al efecto de los CC sobre la estructura del suelo resultan de la adición superficial y subsuperficial de residuos y de la actividad radicular. Los residuos en superficie contribuyen directamente a la protección de agregados frente al impacto de las gotas de lluvia mientras que la adición subsuperficial de residuos orgánicos es una fuente activa de exudados que son agentes efectivos de estabilización estructural (Reid and Goss, 1981). Asimismo, el crecimiento y la descomposición de raíces generan huecos y canales o ‘bioporos’ que pueden ser usados por las raíces de los cultivos subsiguientes como pasajes de baja resistencia (Cresswell and Kirkegaard, 1995). Otro beneficio de los CC radica en su potencial para reducir la compactación de los suelos (Dexter, 1991; Williams and Weil, 2004) promoviendo una ruptura mas uniforme de las capas compactas que los sistemas mecánicos, ofreciendo así una alternativa con beneficios tanto ambientales como económicos sobre el subsolado. Este uso es de interés para la zona del Medioeste americano ya que las operaciones de labranza y cosecha son realizadas en condiciones húmedas, típicas de la primavera y otoño en dicha región dominada por suelos de textura fina y pobremente drenados, aumentando la probabilidad de compactación (Brevik et al., 2002). Mann (2008) estima que la compactación de suelos en esta región genera una pérdida económica para los productores de mas de U$100 millones por año.

Los productores orgánicos no están exentos; aunque el mantenimiento y mejora de la calidad del suelo es central en la producción orgánica de alimentos, ésta depende fuertemente de las labranzas para la incorporación de abonos, compostaje y CC, para la preparación de la cama de siembra y para el control de malezas.

Los sistemas de producción orgánica pueden caer en un círculo vicioso en el cual el control mecánico de malezas genera compactación que a su vez da ventajas competitivas a las malezas requiriendo asi labranzas adicionales que acentúan los problemas de compactación (Hawes, et al., 2010; Passioura, 2002; Zaller, 2004; Zanin et al., 1997). Los cambios en las propiedades físicas del suelo inducidos por la compactación alteran la dinámica de nutrientes y del agua, reduciendo el crecimiento y rinde de cultivos y disminuyendo la eficiencia de los insumos a la vez que se incrementa la susceptibilidad a procesos erosivos, afectando los flujos de gases con efecto invernadero, y la contaminación de aguas (Pimentel, 2006; Dodds et al., 2009; EPA, 2012; SARE, 2010).

Los CC son una de las prácticas conservacionistas más investigadas en los Estados Unidos, sin embargo los niveles de adopción en la zona del Medioeste permanecen bajos. Los resultados de una encuesta postal que incluyo 3500 productores de Illinois, Indiana, Iowa y Minnesota mostró que solamente un 18% de los productores usaron CC alguna vez y solamente 11% usaron CC entre 2001 y 2005 (Singer et al., 2007; Singer, 2008). Una de las razones principales de este bajo nivel de adopción es que en ciertas circunstancias, los CC han causado pérdidas de rendimientos, generalmente asociadas al uso del agua por los CC, y a un retardo en la germinación y crecimiento del cultivo comercial (Westgate and Singer, 2005). La inclusión de CC en sistemas de producción requiere prácticas de manejos adecuadas que minimicen sus efectos negativos (Snapp et al., 2005). Los CC preferidos en Illinois son los cultivos invernales, en particular los cereales de invierno, y las leguminosas con tolerancia al frio como la vicia (Singer, 2008). Cultivos de centeno (Secale cereale L.), trigo (Triticum aestivum L.), triticale (xTriticosereale), y el ryegrass anual (Lolium multiflorum L.) resultan atractivos debido a su gran potencial para atrapar nitratos, su nivel de producción de biomasa, tolerancia al frio, y facilidad de supresión con herbicidas (Odhiambo and Bomke, 2001). Los estudios del efecto del centeno como CC en el rinde de soja han mostrado resultados negativos (Williams et al., 2000; Davis, 2010), positivos (Williams et al., 2000; Williams and Weil, 2004), o neutrales (Ruffo et al., 2004; Strock et al., 2004). Con respecto al efecto de los CC en la producción de maíz, el meta-análisis de 36 estudios realizado por Miguez y Bollero (2006), mostró que las leguminosas como CC incrementaron un 24% el rinde del maíz; las mezclas de leguminosas y cereales resultaron en un incremento del 21% mientras que el uso de cereales como CC mostró un efecto neutral en el rendimiento del maíz subsiguiente. Sin embargo, los beneficios observados de las leguminosas y las mezclas como CC se reducen al aumentar los niveles de nitrógeno agregado como fertilizante. Otros CC relativamente nuevos son los nabos o mostazas (Brassica spp.) y el trigo sarraceno (Fagopirum esculentum L.).

Estas opciones resultan atractivas para los productores ya que no son resistentes al frio lo que remueve la preocupación del tiempo adecuado de supresión para prevenir efectos negativos de los CC en el establecimiento del siguiente cultivo comercial. El uso de nabos como CC ha resultado en efectos positivos o neutrales en el rinde de la soja (Chen and Weil, 2010). El uso de este tipo de CC que tienen un claro efecto biofumigante en las malezas (Haramoto and Galandt, 2004) y que además cuentan con raíces gruesas y profundas prometen ser una herramienta interesante para combatir conjuntamente los problemas de compactación y malezas.

Aunque los beneficios potenciales de los CC son múltiples, alcanzar dicho potencial depende de las prácticas de manejo, la duración de la estación de crecimiento, la especie vegetal usada, el cultivo subsiguiente, el tipo de suelo, y el clima entre otros factores. En la región del Medioeste específicamente, los tiempos de siembra y cosecha de los cultivos comerciales determinan periodos restrictivos como para maximizarlas ventajas de los CC. Esta complicación casi nunca se discute en los mensajes de venta y promoción que tienden a enfatizar los beneficios creando una discrepancia substancial entre estas expectativas y la realidad del productor en términos de la magnitud de los efectos que pueden ser esperados y del tiempo en el cual pueden obtenerse. Esta discrepancia puede ser contraproducente para una adopción de CC en el largo plazo ya que aunque una mayor promoción y atención a esta práctica podría inicialmente incrementar su adopción, el fallo en el cumplimiento de estas grandes expectativas puede en cambio dar lugar a frustración por parte de los productores acompañada por una lógica discontinuidad en el uso de la tecnología. Existe actualmente una necesidad critica de información neutral que muestre claramente cuales son los efectos que pueden ser esperados de los CC en el corto y largo plazo en suelos y rotaciones típicas de Illinois tanto para sistemas convencionales como de producción orgánica.
 

Durante la presentación se discutieron los siguientes tres proyectos relacionados, que esperamos respondan estas inquietudes en Illinois.

Nuestro objetivo fue evaluar la capacidad en el corto plazo de nabos (Raphanus sativus L. var. longipinnatus) y otros CC acompañantes para mejorar (i) propiedades del suelo y (ii) crecimiento y rinde de soja (Glycine max L. Merr.) sujetos a tratamientos de compactación en sistemas convencionales de producción. El estudio se llevo a cabo en Urbana, IL, en 2010 y 2011 en el Crop Sciences Research and Education Center (South Farms) de la Universidad de Illinois. El área experimental se estableció en campos que salen de trigo cada año en suelos de la serie Drummer franco arcillo limosa (Endoacuol típico, limoso fino, mixto, superactivo, mésico) con pendientes menores al 2%. La serie Drummer consiste de suelos de color oscuro, muy profundos, pobremente drenados desarrollados a partir de un manto de loess de 100 a 150 cm de espesor bajo vegetación de pradera (Soil Survey Staff, 2012). Usamos un diseño (6x3) factorial completamente aleatorizado con dos réplicas cada año-sitio (ambiente) para los tratamientos de CC y compactación. Los tratamientos de CC incluyeron nabos solos o acompañados por centeno, triticale, trigo sarraceno, o vicia (Vicia villosa Roth), además de un control sin CC. Los tratamientos de compactación incluyeron un control sin compactación y dos niveles de compactación obtenidos con tractor o con un camión de carga. La compactación alcanzada fue significativa hasta los 25 cm de profundidad pero resultó de corta duración siendo nula al término del invierno. Luego de una temporada de cultivo, los CC redujeron los niveles de nitratos en el suelo en comparación con el control sin CC pero ninguna otra propiedad fue afectada. El rinde de soja no fue afectado por los CC en comparación con los controles sin CC pero hubieron diferencias significativas entre CC, mostrando el centeno y el triticale una diferencia de 450 kgha-1 en comparación con la vicia y el trigo sarraceno como acompañantes de los nabos. Los resultados de este estudio muestran que una temporada de crecimiento no es suficiente para evidenciar efectos de CC en suelos de sistemas de producción de soja convencionales más allá de una retención de nitratos en el perfil.

Este proyecto fue realizado entre enero 2011- diciembre 2013 siguiendo un modelo participatorio de investigación en colaboración con tres productores de granos orgánicos. Estos manejan operaciones con tierras con certificación orgánica en las localidades de Malta, Cerro Gordo, y Pana en Illinois. Durante los diálogos preliminares los productores expresaron su preocupación por la compactación en ciertas áreas de sus campos e identificaron dos áreas compactadas y dos sin compactación evidente en cada uno de sus campos donde luego establecimos los tratamientos de CC. Tres variaciones de CC (nabos, nabos/trigo sarraceno y nabos/centeno/vicia) además de un control sin CC fueron las opciones seleccionadas por los productores y establecidas aleatoriamente en cada una de las áreas con y sin compactación. El diseño experimental en cada uno de los campos fue un diseño de parcela dividida con dos réplicas con el factor compactación en la parcela mayor y los CC en la parcela dividida. Los CC se establecieron temprano en el otoño de 2011 y 2012 se incorporaron con labranzas al menos dos semanas antes de la siembra de soja en 2012 y de maíz en el 2013. En cada lote se realizaron cuatro muestreos de suelos antes y después de cada temporada de CC hasta una profundidad de 50 cm para evaluar las tendencias en las propiedades físicas y químicas del suelo. Asimismo, se realizaron conteos de malezas y medidas de biomasa en la primavera y en tres oportunidades durante el verano para cada cultivo. Otras medidas importantes incluyen la densidad de CC a la entrada del invierno y su biomasa durante la primavera siguiente así como el rinde de soja y maíz. Los resultados obtenidos hasta ahora indican que las áreas compactadas identificadas por los productores efectivamente tienen mayor densidad aparente y resistencia a la penetración que sus contrapartes incluyendo toda la profundidad estudiada y que estas diferencias se mantuvieron incluso luego de las temporada de CC, en la primavera siguiente. Las áreas compactadas tuvieron mayores valores de pH, carbono y nitrógeno totales y fósforo disponible durante el otoño pero estas diferencias se minimizan en la primavera siguiente. Asimismo durante la primavera, observamos mayores valores de nitratos disponibles en la superficie de suelos con CC de nabos/centeno/vicia que podría indicar un mayor ciclado de N en estos sistemas. Los datos de densidad de malezas en la primavera indican también un mayor control en las rotaciones que incluyen la mezcla nabos/centeno/vicia. Sin embargo, esta misma mezcla de especies causó una disminución en el rinde de soja (de 2.5 Mgha-1 a 2 Mgha-1) en las áreas no compactadas durante 2012 - un año particularmente seco - aunque el rinde en las áreas compactadas no mostró ningún efecto de los CC (promedio 2.2 Mg ha-1). Los rindes de maíz en el 2013 variaron entre 9.5 a 10.5Mg ha-1 sin evidenciar ningún efecto de la compactación existente o de los CC.

Este estudio se estableció en el otoño del 2012 en los centros de investigación y educación (RECs) pertenecientes a la Universidad de Illinois ubicados en DeKalb, Monmouth, Urbana, y Brownstown, Illinois. Dos sitios adicionales se añadieron en el otoño del 2013, uno en el REC de Dixon Springs (UI) y otro en un sitio perteneciente a la Southern Illinois University (SIU) en Belleville. Asimismo durante el otoño de 2013 establecimos 10 ensayos en campos de productores interesados en trabajar con CC en diferentes regiones del estado. Nuestros objetivos para este proyecto son de largo plazo e incluyen: i) Establecer una red de ensayos para la evaluación de CC en campos experimentales y en establecimientos de productores de maíz y soja; ii) Medir el efecto de los CC en la captura de nitratos; iii)Evaluar el efecto de los CC en el establecimiento y el rinde de maíz y soja y su rentabilidad; y iv)Evaluar el efecto del laboreo en las respuestas de suelo y cultivo frente a los CC. Los sitios establecidos en campos experimentales incluyen la comparación de labranza vertical y siembra directa de los cultivos comerciales para ver si mejoran cualquier efecto negativo o si acentúan los efectos positivos consecuencia del uso de CC. Datos preliminares del primer año de estudio y provenientes de cuatro de los RECs muestran que los rindes de soja no fueron afectados por los CC (promedio 3.2 Mg ha-1), pero los rindes de maíz (promedio 10.3 Mg ha-1) fueron afectados negativamente (pérdidas de 0.6 Mg ha-1) con la inclusión de CC de tréboles así como con la adición de ryegrass (Lolium multiflorum). Los perfiles de N disponible fueron similares para la mayoría de los CC excepto el centeno que mostró la mayor reducción en los niveles de nitratos en el suelo en la primavera siguiente.

 

Estos proyectos de investigación han sido financiados por el CERES Trust y por el Illinois Nutrient Research and Education Council (NREC).

 

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