Estrategias de manejo de cultivos cubierta para optimizar el uso de agua y nitrógeno, así como el control de malas hierbas

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(1)UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS DEPARTAMENTO DE PRODUCCIÓN AGRARIA. ESTRATEGIAS DE MANEJO DE CULTIVOS CUBIERTA PARA OPTIMIZAR EL USO DE AGUA Y NITRÓGENO, ASÍ COMO EL CONTROL DE MALAS HIERBAS. TESIS DOCTORAL. MARIA ALONSO AYUSO. Ingeniera Agrónoma Máster en Tecnología Agroambiental para una Agricultura Sostenible. 2018.

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(3) DEPARTAMENTO DE PRODUCCIÓN AGRARIA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID. ESTRATEGIAS DE MANEJO DE CULTIVOS CUBIERTA PARA OPTIMIZAR EL USO DE AGUA Y NITRÓGENO, ASÍ COMO EL CONTROL DE MALAS HIERBAS. Memoria presentada por:. María Alonso Ayuso Ingeniera Agrónoma. Para la obtención del grado de Doctor por la Universidad Politécnica de Madrid Directores: Dr. Miguel Quemada Sáenz-Badillos; Doctor Ingeniero Agrónomo Dr. José Luis Gabriel Pérez; Doctor Ingeniero Agrónomo. Madrid, 2018.

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(5) Tribunal nombrado por el Magfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica de Madrid, el día 17 de julio de 2018.. Presidente: Antonio Vallejo García Vocal: César Fernández-Quintanilla Gallastegui Vocal: Osvaldo Alejandro Salazar Guerrero Vocal: Dolores Quílez Sáez de Viteri Secretario: Chiquinquirá Hontoria Fernández Suplente: Daniel Plaza Bonilla Suplente: Bárbara Baraibar Padró. Realizado el acto de defensa y lectura de la tesis el día 4 de octubre de 2018 en la E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas de la Universidad Politécnica de Madrid.. CALIFICACIÓN:. EL PRESIDENTE. LOS VOCALES. EL SECRETARIO.

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(7) A mis padres. I.

(8) II.

(9) AGRADECIMIENTOS Esta tesis no hubiera sido posible sin la ayuda de muchas personas que me han apoyado durante este periodo. A través de estas líneas quiero agradecer ese apoyo. En primer lugar, quiero agradecer al Ministerio de Economía, Industria y Competitividad que ha permitido financiar este trabajo. En segundo lugar, querría dar las gracias a mis directores de tesis, Miguel Quemada y José Luis Gabriel. Gracias Miguel y Yuse, por vuestra paciencia, y por el aprendizaje y consejos recibidos a lo largo de estos años. Muchas gracias por haberme dado la oportunidad de hacer investigación de calidad. Gracias a los profesores de la unidad de Fitotecnia y del CEIGRAM por su ayuda, con quienes he compartido cafés, momentos y buenas conversaciones. A los compañeros del aula de becarios que encontré al llegar a Fitotecnia, de quienes aprendí y con quienes compartí muchas risas: Javi, María, Juan, Clara, Miriam, Nacho, Omar… Gracias Espe y Alba por las horas extraordinarias compartidas, ¡qué alegría haberos encontrado! También a todos los compañeros que han llegado después: François, Rodri, Diego, Enrique, Marco, Mathilde, José, Nacho, Luis… Agradezco vuestro apoyo en campo, ayuda sin olvidar los buenos momentos compartidos. Querría agradecer su apoyo y cercanía a la profesora Kira Hontoria de la unidad de edafología. Gracias también a Irene, por tu ayuda imprescindible y porque las risas compartidas han hecho que hasta los muestreos más áridos hayan merecido la pena. Muchas gracias al profesor Miguel Ángel Ibáñez por su ayuda fundamental en el campo de la estadística. Muchas gracias a Juan Pablo del Monte, por sus enseñanzas en el ámbito de la malherbología, pero sobre todo por su cercanía e interesantes reflexiones compartidas. Gracias también al personal de la unidad de Botánica que me acogió durante aquella temporada.. III.

(10) I would like to express my gratitude to Jason Kaye, from Penn State University. Thank you for your attention, kindness and for the opportunity to have made a fruitful and exciting stage at PSU. Thanks to the colleagues with whom I shared my life during those months and made them extraordinary: Sarah, Brosi, Cat, Mitch, Bárbara… Gracias al personal de la finca de La Chimenea del IMIDRA – Antonio, Fernando, JuanPe, Roberto, ... - por vuestra ayuda indispensable en campo. Esta tesis no habría sido posible de ninguna manera sin el apoyo de mi familia: gracias a mis padres, Inma y Pedro, y a mis hermanos Rodrigo y Ana, por vuestra generosidad y cariño, y por apoyarme en las decisiones que he ido tomando. Sois guía y ejemplo en mi vida. Gracias a mis abuelas, por vuestras enseñanzas, vuestro amor, y por ser fuente de inspiración vital. ¡Sursum corda! No me olvido de mis amigos: Miguel, Sara, Carmen, Juan, Fer, Pedro, Guille, Luci, Blanca, Marta, Elisa… y un largo etcétera de gente buena que me ha alegrado y acompañado estos años. Finalmente, quiero dar las gracias a mi amor, amigo, cómplice y compañero de descubrimientos y de vida. Gracias por creer en mí, y por ayudarme a creer en mí, Fahd.. IV.

(11) INDICE ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................ IX ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................ XIII RESUMEN .................................................................................................................. XV SUMMARY ................................................................................................................. XII Capítulo 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1 1.1. Introducción a los cultivos cubierta ............................................................. 3 1.2. El manejo de los cultivos cubierta ............................................................. 10 1.3. Presente y futuro de los cultivos cubierta .................................................. 20 Capítulo 2. OBJETIVOS ............................................................................................. 25 Capítulo 3. METODOLOGÍA ...................................................................................... 31 3.1. Ensayos de campo ..................................................................................... 33 3.2. Elementos del sistema: manejo y labores .................................................. 36 3.3. Determinaciones y medidas ....................................................................... 37 3.5. Analisis estadístico .................................................................................... 50 Capítulo 4. LA FECHA DE TERMINACIÓN DE LOS CULTIVOS CUBIERTA: IMPACTO EN EL CONTENIDO DE AGUA DEL SUELO Y EN EL N DEL SISTEMA PLANTA-SUELO ...................................................................................... 51 4.1. Introducción ............................................................................................... 53 4.2. Materiales y métodos ................................................................................. 54 4.3. Resultados .................................................................................................. 58 4.4. Discusión ................................................................................................... 67 4.5. Conclusiones .............................................................................................. 71 Capítulo 5. EFECTO DE LOS CULTIVOS CUBIERTA Y ASPECTOS DE SU MANEJO EN LA DENSIDAD Y DIVERSIDAD DE MALAS HIERBAS EN UN ENSAYO DE LARGA DURACIÓN .......................................................................... 73 5.1. Introducción ............................................................................................... 75 5.2. Materiales y métodos ................................................................................. 77 5.3. Resultados .................................................................................................. 84 5.4. Discusión ................................................................................................... 94 5.5. Conclusiones .............................................................................................. 99 Capítulo 6. EVALUACIÓN DEL MANEJO DE CULTIVOS CUBIERTA BAJO CLIMA ACTUAL Y EN CONDICIONES DE CAMBIO CLIMÁTICO ............. 101 6.1. Introducción ............................................................................................. 103 V.

(12) 6.2. Materiales y métodos ............................................................................... 105 6.3. Resultados ................................................................................................ 112 6.4. Discusión ................................................................................................. 125 6.5. Conclusiones ............................................................................................ 129 Capítulo 7. DISCUSIÓN GENERAL…………………………………….…………131 Capítulo 8. CONCLUSIONES………………………………………….…………...147 REFERENCIAS……………………………………………………………………...151 ANEXO 1. ESTUDIO ADICIONAL SOBRE LOS MÉTODOS DE TERMINACIÓN DE LOS CULTIVOS CUBIERTA……………………………..169 ANEXO 2. COLECCIÓN COMPLETA DE PUBLICACIONES CIENTÍFICAS REALIZADAS DURANTE EL PERÍODO DE DURACIÓN DE LA TESIS, CON LA AFILIACIÓN A LA UPM, EN LAS QUE EL DOCTORANDO APARECE COMO EL PRIMER AUTOR……………………………………………………...207. VI.

(13) ABREVIATURAS AEMET= Agencia Española de Meteorología C= Carbono CC= Cultivo cubierta Chl = Índice de clorofila CS = Cobertura del suelo ESYRCE = Encuestas sobre Superficies y Rendimientos de Cultivos Nacionales EUN = Eficiencia de uso del nitrógeno FAD = Fibra ácido detergente FHS= Fecha hipotética de siembra del cultivo comercial Flav = Índice de flavonoles FND = Fibra neutro detergente gl = Grados de libertad IAF = Índice de Área Foliar MAPAMA = Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación MH= Malas hierbas m.s = Materia seca N = Nitrógeno NBI = Índice de balance de nitrógeno (“nitrogen balance index) Nmin = N inorgánico en el suelo PAC= Política Agraria Común PDR = Plan de desarrollo rural RNE = Índice del efecto relativo de vecindad (“relative neighbor effect index”) SD = Suelo desnudo ES = Error estándar SWC = Contenido de agua en el suelo (“soil water content”) USDA = Departamento de Agricultura de Estados Unidos (“United States Department of Agriculture”). VII.

(14) VIII.

(15) ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Cultivo de cobertura. ......................................................................................... 3 Figura 2. Cultivo captura. ................................................................................................. 4 Figura 3. Cultivo de veza común (Vicia sativa L.) como “abono verde”......................... 5 Figura 4. Mezcla de especies como CC. ........................................................................... 8 Figura 5. El sistema radicular pivotante de las brasicáceas. ........................................... 13 Figura 6. “Roller-crimper” ............................................................................................. 19 Figura 7. Distribución de la cobertura del suelo del conjunto de la tierra arable en el 2010. ................................................................................................................... 20 Figura 8. Localización de los ensayos. ........................................................................... 33 Figura 9. Precipitación (barras) y temperaturas promedio de las máximas, medias y mínimas mensuales, desde 1971 al 2000, Aranjuez (Madrid) ............................ 35 Figura 10. Esquema simplificado del sistema agrícola objeto de estudio de este trabajo ............................................................................................................................ 35 Figura 11. Muestreo de biomasa aérea del cultivo cubierta. .......................................... 39 Figura 12. Determinación del estado nutricional del maíz con el sensor Dualex® ....... 41 Figura 13. Determinación de la mineralización potencial de N en el suelo. .................. 43 Figura 14. Una especie arvense común en los ensayos experimentales. ........................ 45 Figura 15. Imagen de la toma de muestras para la determinación del banco de semillas de malas hierbas.................................................................................................. 46 Figura 16. Proceso de separación y extracción de semillas para determinación del banco de semillas. ......................................................................................................... 47 Figura 17. Condiciones climáticas observadas durante el ensayo experimental del capítulo 4. ........................................................................................................... 54 Figura 18. Imagen aérea del ensayo experimental realizado. ......................................... 55 Figura 19. Evolución de la cobertura del suelo (CS) durante el periodo de crecimiento del cultivo cubierta. ............................................................................................ 58 Figura 20. Biomasa aérea (A), concentración de N (B) y contenido de N (C) para veza (Ve), cebada (Ce) y la mezcla (Mez) determinados para la fecha temprana y tardía de terminación. ......................................................................................... 60 Figura 21. Fibra neutro detergente, FND (A), fibra ácido detergente, FDA (B) y ratio C/N (C) para veza (Ve), cebada (Ce) y la mezcla (Mez) determinados para cada fecha de terminación. .......................................................................................... 60 Figura 22. Nitrógeno inorgánico del suelo (kg N ha-1) hasta 1.2 m de profundidad. ..... 62 Figura 23. Mineralización de N acumulada en el suelo. ................................................ 63 Figura 24. Contenido de agua del suelo a diferentes profundidades. ............................. 66 Figura 25. Condiciones climáticas observadas durante el ensayo experimental del capítulo 5. ........................................................................................................... 77 Figura 26. Cronograma esquemático de las labores y muestreos realizados durante el ensayo experimental desde 2014 hasta 2016. ..................................................... 80 Figura 27. Evolución de la cobertura de suelo durante el periodo experimental. .......... 86 Figura 28. Contenido de agua en el horizonte superficial del suelo (0-8cm, mm). ........ 87 IX.

(16) Figura 29. Índice de efecto de vecindad relativo (Relative Neighbor Effect index, RNE). ............................................................................................................................ 92 Figura 30. Resultados de simulación en condiciones actuales para la biomasa y transpiración acumuladas por el cultivo cubierta. ............................................ 114 Figura 31. Resultados de simulación en condiciones actuales para el agua percolada. 115 Figura 32. Resultados de simulación en condiciones actuales para la lixiviación de nitratos. ............................................................................................................. 117 Figura 33. Resultados de simulación en condiciones actuales para el contenido de agua en el suelo en la fecha hipotética de siembra. .................................................. 118 Figura 34. Resultados de simulación en condiciones actuales para el contenido de N inorgánico en el suelo en la fecha hipotética de siembra. ................................ 119 Figura 35. Resultados de simulación en condiciones de cambio climático para el agua percolada. .......................................................................................................... 121 Figura 36. Resultados de simulación en condiciones de cambio climático para la lixiviación de nitratos. ...................................................................................... 121 Figura 37. Resultados de simulación en condiciones de cambio climático para el contenido de agua en el suelo en la fecha hipotética de siembra. .................... 123 Figura 38. Resultados de simulación en condiciones de cambio climático para el N inorgánico en el suelo en la fecha hipotética de siembra. ................................ 124 Figura 39. Impacto de la fecha de terminación del cultivo cubierta sobre diferentes variables ambientales y servicios ecosistémicos. ............................................. 138 Figura 40. Impacto de los métodos de terminación del cultivo cubierta sobre diferentes aspectos del medio. ........................................................................................... 140 Figura 41. Consumo energético. ................................................................................... 143 Figura 42. Coste económico. ........................................................................................ 145 Figura 43. Probabilidad acumulada del beneficio neto (€ ha-1). ................................... 146 Figura 44. Condiciones climáticas observadas durante el ensayo experimental 20152017. ................................................................................................................. 174 Figura 45. Aspecto del ensayo tras el pase del roller-crimper...................................... 175 Figura 46. Siembra del maíz a través de los residuos del cultivo cubierta ................... 176 Figura 47. Residuo del cultivo cubierta presente previo a la cosecha del maíz. .......... 177 Figura 48. Densidad de malas hierbas (plantas m-2) observada a finales de junio para cada año experimental. ..................................................................................... 187 Figura 49. Diversidad de malas hierbas (índice de Shannon) a finales de junio para cada año experimental............................................................................................... 187 Figura 50. Valores de actividad clorofílica (Dualex) medidos en el maíz en diferentes muestreos cada uno de los años experimentales. .............................................. 189 Figura 51. Altura de maíz (m) medida tras la floración cada uno de los años experimentales. ................................................................................................. 190 Figura 52. Rendimiento comercial de maíz y N contenido en el grano para cada uno de los años experimentales. ................................................................................... 192 Figura 53. N inorgánico del suelo (kg N ha-1) hasta 60 cm de profundidad. ............... 194. X.

(17) Figura 54. Eficiencia agronómica del uso del N (EAN, kg grano kg N aplicado-1), eficiencia del uso del N absorbido por la planta (EUNab) y excedente de N (kg N ha-1) calculados para cada uno de los años experimentales. ......................... 197 Figura 55. Marco de referencia del indicador de Eficiencia de uso del N (EUNEP, 2015) para cada año experimental. ............................................................................. 199. XI.

(18) XII.

(19) ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Especies utilizadas como cultivos cubierta en distintos estudios. .................... 15 Tabla 2. Propiedades del suelo en que se desarrollaron los experimentos, determinados en 2006 ............................................................................................................... 34 Tabla 3. Contenido de N inorgánico en el suelo (kg N ha-1). ......................................... 61 Tabla 4. Contenido de agua en el suelo (mm). ............................................................... 65 Tabla 5. Impacto del cultivo cubierta y la fecha de terminación en la biomasa y en el N inorgánico del suelo. ........................................................................................... 85 Tabla 6. Impacto de los cultivos cubierta y su fecha de terminación en la flora arvense. ............................................................................................................................ 89 Tabla 7. Especies de malas hierbas observadas a lo largo del periodo experimental..... 90 Tabla 8. Impacto de los cultivos cubierta y su fecha de terminación en los grupos de malas hierbas. ..................................................................................................... 93 Tabla 9. Banco de semillas del suelo tras 10 años de rotación con cultivos cubierta invernales. ........................................................................................................... 94 Tabla 10. Parámetros optimizados durante el proceso de calibración del modelo WAVE .......................................................................................................................... 109 Tabla 11. Escenarios agronómicos simulados con WAVE. ......................................... 111 Tabla 12. Eficiencia de ajuste de las simulaciones realizadas con WAVE frente a los datos observados. .............................................................................................. 113 Tabla 13. Biomasa acumulada y cobertura del suelo durante el periodo experimental. .......................................................................................................................... 182 Tabla 14. Contenido de agua en el suelo (m3 m-3)........................................................ 184 Tabla 15. Especies de malas hierbas observadas a lo largo del periodo experimental. 186 Tabla 16. N inorgánico (kg N ha-1) determinado hasta 60 cm de profundidad tras la cosecha del maíz. .............................................................................................. 195. XIII.

(20) XIV.

(21) RESUMEN. RESUMEN El uso de cultivos cubierta invernales (CC) en rotaciones anuales en sustitución a un barbecho durante el periodo entre cultivos es una estrategia que ha demostrado ser capaz de aumentar la sostenibilidad en muchos de los sistemas de cultivo. A pesar de sus múltiples beneficios que van desde la mejora de la calidad del suelo, el reciclaje de nutrientes o control de malas hierbas (MH), el uso de CC sigue siendo minoritario. Una mejora de la comprensión en su manejo permitiría maximizar sus beneficios y extender su uso. En este trabajo han sido explorados dos aspectos del manejo de los CC en sistemas de regadío entre cultivos comerciales de verano: la fecha y el método de terminación en primavera, y su impacto en diferentes variables del sistema planta-suelo. Para ello, se han realizado tres ensayos experimentales de campo de dos años de duración cada uno. En dos de estos ensayos el CC fue una mezcla cebada/veza (Hordeum vulgare L./Vicia sp.). El otro trabajo experimental fue desarrollado igualmente a lo largo de dos campañas, pero ubicado en un ensayo de larga duración con CC (cebada, veza y suelo desnudo (SD)). Los ensayos se localizaron en Aranjuez (Madrid), clima Mediterráneo semiárido, siendo los cultivos comerciales de verano empleados maíz (Zea mays L.) y girasol (Helianthus annuus L.). Además, el impacto de la fecha de terminación fue confirmado en otro trabajo en el que mediante la calibración y validación del modelo de balances de agua y nutrientes WAVE se evaluaron múltiples escenarios de manejo de CC. También permitió evaluar el impacto de los CC y su manejo en condiciones de cambio climático. En uno de los ensayos, un retraso en la fecha de terminación del CC condujo a una mayor cantidad de residuo en superficie y más resistente a la descomposición. Los CC mostraron su capacidad de reciclaje de nutrientes que fue potenciada por una fecha tardía de terminación. Sin embargo, esta fecha tardía condujo a un mayor agotamiento de nutrientes del suelo. Igualmente, condujo a un mayor agotamiento de agua en el suelo que no se vio compensado por una reducción en la evaporación. El trabajo de modelización confirmó la competencia con el cultivo comercial por parte del CC que se puede ver agravada con una terminación tardía y que es crucial en escenarios con baja disponibilidad de agua y nutrientes en el suelo. Además, bajo condiciones de cambio. XV.

(22) RESUMEN. climático, los CC potenciaron el beneficio de control de la lixiviación manteniendo los niveles de competencia con el cultivo comercial. En el ensayo integrado dentro del experimento de larga duración se estudió el impacto de los CC y su fecha de terminación en el control de MH. Ambas especies redujeron la densidad de MH frente a un SD en primavera. Sin embargo, la fecha de terminación solo tuvo impacto uno de los dos años, en que una fecha tardía supuso un retraso de la emergencia de MH. Por otro lado, el banco de semillas realizado tras 10 años de ensayo con CC confirmó el control de los CC sobre algunas especies (i.e. Xanthium spinosum L.), pero advirtió que el control de MH por los CC es incompleto, por lo que deben ser usados como una herramienta más en un manejo integrado. La terminación del CC con roller-crimper dejó el residuo en superficie como acolchado y permitió preservar la humedad en el suelo en primavera y controlar de forma eficiente las MH en verano en comparación con la incorporación de residuos. El uso de roller-crimper sin glifosato resultó ineficaz uno de los dos años conduciendo a un menor rendimiento del cultivo comercial. Esta menor productividad se tradujo en un mayor riesgo económico para el agricultor. Los resultados del segundo año sugirieron que el uso de roller-crimper permitiría ahorrar labores de post-emergencia estivales ya que fue menos dependiente de ellas que la incorporación de residuos para obtener valores de productividad competitivos y valores de eficiencia de uso de N altos. Los resultados de N en el residuo del CC presente tras la cosecha del maíz sugirieron que el uso de métodos de terminación que dejan el residuo en superficie debe tener en cuenta el aprovechamiento de ese N residual para evitar su lixiviación en otoño. Los CC pueden reducir el consumo energético frente a un sistema convencional si su introducción en la rotación supone un ahorro en la dosis de fertilizante del cultivo comercial. En comparación con el enterrado del residuo, el roller-crimper supuso un consumo energético 43% menor debido a la disminución de laboreo. Ese ahorro en fertilizante puede conducir a que el coste económico total sea también inferior. La elección de labores que reduzcan el uso de herbicidas supondría un ahorro económico y disminuiría los riesgos asociados al uso excesivo de agroquímicos. La terminación inefectiva por parte del roller-crimper sin apoyo de glifosato condujo a un mayor riesgo en el retorno de beneficios neto con respecto a otros métodos de terminación.. XVI.

(23) SUMMARY. SUMMARY The use of winter cover crops (CC) in annual rotations replacing a fallow during the intercropping period is a strategy that has proven to be capable of increasing sustainability in many cropping systems. Despite their multiple environmental benefits, the CC use remains low. An improvement of the understanding in its management would allow to maximize their benefits and extend their use. In this work, two CC management aspects have been explored: the termination date and the termination method in spring. Their impact on different variables of the plant-soil system (residue quantity and quality, soil water and N content, weed control) has been studied. To achieve this, two two-year trials were carried out in which the CC was a barley / vetch (Hordeum vulgare L. /Vicia sp.) mixture. Another two-year trial was performed, but located in a long-term CC experiment. The trials were located in Aranjuez (Madrid), under semiarid Mediterranean climate. The commercial summer crops were corn (Zea mays L.) and sunflower (Helianthus annuus L.). In other work, the water and nutrient balance model WAVE was calibrated and validated. Subsequently, it allowed to evaluate different CC scenarios in current climate conditions and climate change conditions. In one trial, the CC termination date delay led to a greater surface mulch amount and more resistant to decomposition. The CC showed their nutrient recycling ability that was enhanced by a late termination date. However, this late date led to a greater soil nutrients depletion, and to a greater soil water depletion that was not compensated by a reduction in evaporation. The modeling work confirmed the pre-emptive competition of CC with the commercial crop that can be aggravated with a late termination, and can be harmful in low soil water and nutrient availability scenarios. In addition, under climate change conditions, CC enhanced the leaching control while maintaining the levels of competition with the commercial crop. In the trial integrated within the long-term experiment, both CC species reduced weed density compared to fallow in spring. However, the termination date only had an impact on one of the years, in which a late date meant a weed emergency delay. On the other hand, the weed seed bank performed after 10 years of CC rotation confirmed the control of CC over some weed species (e.g. Xanthium spinosum L.), but warned that the. XII.

(24) SUMMARY. weed control by CC is incomplete, so they must be used as a tool in integrated management. The use of roller-crimper as a termination method left the CC residue as mulch and allowed to preserve soil moisture in spring and to control weeds in summer compared to the residue incorporation method. The roller-crimper use without glyphosate was ineffective one of the two years leading to a lower corn yield. The second year, results suggested that the roller-crimper use would save summer postemergency labors because it was less dependent on them than the residue incorporation method to get a competitive yield and high N use efficiency values. The N contained in the CC residue in the soil after corn harvest suggested that the CC termination methods leaving the residue on the surface must take into account the use of that residual N to avoid leaching during the fall period. The CC can reduce the energy consumption compared to a conventional system if they allow a reduction in the fertilization dose for the commercial crop. In comparison with the residue incorporation method, the roller-crimper use resulted in a 43% lower energy consumption due to the decrease in tillage operations. This fertilizer saving can lead as well to a lower total economic cost. The choice of labors that reduce the herbicides use would result in economic savings and reduce the risks associated with excessive use of agrochemicals. The ineffective termination by the roller-crimper without glyphosate is a management that led to a greater risk in the return of net benefits compared to other CC termination methods.. XIII.

(25) Capítulo 1. INTRODUCCIÓN. 1.

(26) 2.

(27) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. 1.1. INTRODUCCIÓN A LOS CULTIVOS CUBIERTA. 1.1.1. Definición. Nomenclatura. Origen. Los cultivos cubierta (CC) son cultivos secundarios que no buscan aumentar la producción, sino que se establecen con el fin de obtener una serie de beneficios medioambientales y mejorar así la sostenibilidad del sistema. Cubren el suelo durante el tiempo o el espacio en el que no está ocupado por el cultivo comercial. Dependiendo de la función principal que se busque con su implantación, se puede distinguir entre cultivos de cobertura, cultivos captura o abonos verdes. Los cultivos de cobertura (“cover crops”) hacen referencia a la función principal de disminuir la erosión del suelo (Figura 1). Es frecuente este uso en cultivos leñosos (Saavedra y Pastor, 2002; Monteiro y Lopes, 2007; García-Díaz y col. 2017). Bajo esta denominación se contempla también su uso en taludes.. Figura 1. Cultivo de cobertura. Cubierta de garbanzo (Cicer arietinum L.) sembrado en calles de olivar. Su presencia contribuirá a la reducción de la erosión del suelo.. Por otra parte, cuando se espera que estos cultivos sean capaces de absorber elementos del suelo e incorporarlos en su biomasa vegetal, reciben el nombre de cultivos captura (“catch crops”, Figura 2). Así, estos cultivos permiten reducir la lixiviación de nutrientes residuales que quedan en el suelo tras la cosecha del cultivo anterior (Gabriel y col. 2012b). Otro ejemplo es la reducción de un elemento contaminante en el suelo, reduciendo su concentración y así disminuyendo los efectos negativos sobre el sistema (Pichtel y Salt, 1998). 3.

(28) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. Figura 2. Cultivo captura. Cubierta de raigrás (Lolium multiflorum L.) que tras la cosecha del maíz aprovechará los nutrientes residuales en el suelo contribuyendo a la reducción del riesgo de lixiviación.. Por último, los CC son denominados abonos verdes (“green manure”) cuando permiten incorporar nutrientes y materia orgánica al suelo (Quemada y Cabrera, 1997). El ejemplo más común es el uso de leguminosas utilizadas para fijar N2 atmosférico para ser utilizado por el cultivo posterior (Figura 3). En cualquier caso, los CC pueden realizar varias de estas funciones de forma simultánea. Los CC también pueden clasificarse por su carácter temporal o permanente. Así, se conocen como cubiertas temporales al hacer referencia a cultivos que son introducidos en rotaciones anuales: se establecen durante un periodo del año y ocupan el terreno que más tarde será ocupado por el cultivo comercial. Por su parte, las cubiertas permanentes están varios años en el terreno, y pueden coincidir temporalmente con el cultivo comercial. Es frecuente su uso en pasillos en plantaciones de especies leñosas como vid (Ruiz-Colmenero y col. 2013), olivo (Gómez y col. 2009) o frutales (Miñarro y Dapena, 2003). También es destacable su uso en taludes de infraestructuras para reducir la erosión (Raya y col. 2006). Temporales o permanentes, estas cubiertas pueden ser espontáneas o sembradas. En ocasiones los CC, tanto temporales como permanentes, se denominan - como una acepción general – cubiertas vegetales o cultivos intercalares. Tradicionalmente también se ha utilizado el término de barbecho semillado, aunque está. 4.

(29) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. en desuso en parte por su difícil traducción al inglés o francés. En este trabajo se ha profundizado en aspectos relativos a CC introducidos en una rotación anual, sustituyendo al barbecho durante el periodo otoño-invierno y precedidos por un cultivo comercial de verano en regadío. A lo largo del documento nos referiremos siempre a ellos como CC puesto que han sido estudiados simultáneamente numerosos beneficios, recogidos en esa acepción general.. Figura 3. Cultivo de veza común (Vicia sativa L.) como “abono verde”. En cuanto al origen de los CC, se han encontrado referencias que atestiguan su uso como abonos verdes desde hace milenios: en la agricultura de la Antigua China (Bray, 1984) o en la zona Mediterránea durante el periodo del Imperio Romano (Winiwarter, 2006). Esta práctica cayó en desuso tras la Segunda Guerra Mundial, con la introducción de fertilizantes sintéticos (Groff, 2015). Sin embargo, a partir del último tercio del siglo XX creció el interés por los CC como medio de control de la erosión, o para mejorar la calidad del suelo y del agua. Además, se trata de una estrategia fundamental en la llamada agricultura de conservación ya que, junto con la reducción del laboreo, contribuye a un incremento de la materia orgánica del suelo y mejora de calidad del suelo. Igualmente es muy utilizada en la agricultura ecológica como abono verde siendo la principal fuente de entrada de N junto a los fertilizantes orgánicos. Actualmente, el interés por esta técnica continúa creciendo debido a la necesidad de encontrar estrategias y soluciones que incrementen la sostenibilidad de los sistemas de cultivo.. 5.

(30) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL 1.1.2. Beneficios de los cultivos cubierta Los cultivos cubierta aportan numerosos beneficios por lo que han sido utilizados con frecuencia como marco de evaluación para la implementación de servicios ecosistémicos (Schipanski y col. 2014). Su uso incrementa la calidad del suelo al mejorar algunas de sus propiedades físicas, químicas y biológicas (Lal, 2015; GarcíaGonzález, 2017). Por un lado, gracias a la cobertura se reduce la erosión al evitar el impacto directo del viento y de las gotas de lluvia que rompen los agregados y aumentan la pérdida de suelo, agravada en zonas con pendiente (Bowman y col. 1999). Las raíces de los CC penetran en el suelo, contribuyendo a una mejora en la aireación, estabilidad de agregados y a un incremento de la infiltración que, a su vez, disminuye la compactación del suelo (Liu y col. 2005; García-González y col. 2018). Esta mejora de la estructura del suelo se ve reflejada además en un aumento de la capacidad de retención de agua del suelo (Dabney y col. 2001; Gabriel y col. 2017). Los CC tienen un papel importante en el reciclaje de nutrientes. Durante su crecimiento absorben nutrientes hasta horizontes profundos (Gabriel y Quemada, 2011). Así aprovechan nutrientes residuales del cultivo anterior que potencialmente podrían perderse si el suelo queda desnudo durante el otoño-invierno, que coincide con un periodo de precipitaciones intensas en áreas Mediterráneas. De esta manera los CC contribuyen a una mejora de la calidad del agua al reducir el riesgo de lixiviación (Thorup-Kristensen y col. 2003). Más adelante, esos nutrientes absorbidos por el cultivo cubierta vuelven al sistema con el enterrado o la descomposición de sus residuos (Quemada y Cabrera, 2004). Además, los CC pueden suponer una fuente adicional de N si se usan especies fijadoras de N2 atmosférico como especies de la familia de las leguminosas. Por tanto, los CC representan una oportunidad para reducir la dosis de fertilizante en el cultivo siguiente, mejorando la eficiencia del uso del nitrógeno (N) en el sistema. Estos cultivos han sido señalados también como una estrategia para disminuir la presión de malas hierbas (Teasdale y col. 2007). La relevancia de este beneficio radica en las pérdidas que las malas hierbas ocasionan en los cultivos y el peso que tiene el consumo de herbicidas para su control en el conjunto de insumos de los agricultores (Oerke, 2006). El control que permite el CC está basado en diferentes mecanismos, físicos y químicos. Durante su crecimiento, los CC compiten con las malas hierbas en primer lugar por el espacio, y en segundo lugar por la luz, agua y nutrientes. 6.

(31) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. Igualmente, si se decide dejar el residuo del CC en superficie tras su terminación, este acolchado impide el paso de luz y actúa como barrera física para el nacimiento de las malas hierbas, aunque al preservar la humedad del suelo en ocasiones se ha visto que puede favorecer la emergencia de algunas semillas (Teasdale y Mohler, 1993). Por otro lado, los CC tienen en ocasiones mecanismos químicos. Algunas especies liberan compuestos alelopáticos, como el centeno, que reducen la germinación de algunas especies (Nagabhushana y col. 2001). Estos compuestos alelopáticos pueden también contribuir a reducir enfermedades producidas por bacterias y hongos, así como nematodos parásitos (Abawi y Widmer, 2000; Wang y col. 2002). Otro de los beneficios de los CC es el incremento de la biodiversidad. Durante su crecimiento, crean un hábitat que puede ser idóneo para insectos beneficiosos y polinizadores (Pullaro y col. 2006), o beneficiar a otras poblaciones como las aves (Wilcoxen y col. 2018). Finalmente, señalar que los CC pueden tener beneficios económicos. La biomasa aérea producida, excepto en el caso del abono verde, puede ser exportada para su aprovechamiento como forraje para el ganado o como biocombustible, y convertirse en fuente de ingresos extra para el agricultor (Ramírez-García y col. 2015). Por otro lado, la capacidad de reciclaje de nutrientes de los CC y el uso de leguminosas, puede suponer una fuente adicional de N que permita incrementar el rendimiento del cultivo comercial o reducir la dosis de fertilizante, reduciendo así insumos en la explotación (Gabriel y col. 2013a). Además, su adopción y puesta en marcha está compensada con ciertas ayudas económicas, como se verá en detalle más adelante. Los CC presentan igualmente una serie de desventajas que es necesario conocer para valorar su implantación, o para poder minimizarlas o evitarlas. La primera desventaja es su coste económico (Snapp y col. 2005). La implantación de los CC incluye necesariamente unos gastos de semilla, y unas labores de siembra y de eliminación, que el agricultor debe asumir. En ocasiones, son necesarias labores adicionales, como un riego puntual para su establecimiento en otoños muy secos, o la eliminación de malas hierbas. Por ello se precisa realizar un balance entre gastos y beneficios a medio plazo, así como explorar fuentes de financiación externas, para valorar su implantación. Por otro lado, el uso de CC supone en muchas ocasiones, un reto para los agricultores en cuanto a las labores a realizar. En algunos casos, la ventana temporal para su siembra o eliminación es breve y condicionada por las variables meteorológicas, o puede dificultar las labores del cultivo comercial que se establece. 7.

(32) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL después. Para facilitar la rápida implantación se han desarrollado técnicas de intercultivo o sotosiembras (Figura 4), que consisten en sembrar el CC entre las líneas del cultivo comercial cuando ya está establecido (Hively y Cox, 2001; Curran y col. 2018). Otra desventaja es la posible competencia del CC con el cultivo posterior al disminuir las reservas de agua y nutrientes del suelo en primavera (Thorup-Kristensen y col. 2003; Salmerón y col. 2010). Es una de las principales causas de su baja adopción en regiones de clima semiárido. Un apropiado manejo del CC es crucial para evitar esta competencia (Alonso-Ayuso y col. 2014). Finalmente, en diversas ocasiones se ha relacionado el uso de cubiertas con la incidencia de ciertas plagas, como es el caso de babosas (Mangan y col. 1995). Igualmente, los compuestos aleloquímicos de algunas especies podrían considerarse negativos si estos tienen un efecto perjudicial sobre el cultivo siguiente (Reeves, 1994). Figura 4. Mezcla de especies como CC. Mezcla de raigrás (Lolium multiflorum L.), canola (Brassica napus L.) y trébol blanco (Trifolium repens L.) sembrados como intercultivo entre las líneas del cultivo comercial de maíz.. 8.

(33) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. 1.1.3. Los cultivos cubierta y el cambio climático La concienciación sobre el cambio climático se ha incrementado notablemente en los últimos años y muestra de ello son los numerosos estudios científicos sobre prácticas que contribuyen a la mitigación y adaptación de los sistemas al cambio climático (Oreskes, 2004). Las técnicas de mitigación buscan reducir la presión de actividades antropogénicas, que en los sistemas agrícolas incluyen la reducción de producción de fertilizantes sintéticos o la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. Por otro lado, se busca implementar prácticas que aumenten la resiliencia del sistema y se adapten mejor a las condiciones de cambio climático predichas (Challinor y col. 2014). Es reseñable que los sistemas agrarios de regiones mediterráneas son especialmente vulnerables al impacto del cambio climático (Giorgi y Lionello, 2008), por lo que la evaluación de las diferentes técnicas agroambientales en ese contexto es crucial. Los CC han sido señalados recientemente como una estrategia de mitigación y adaptación al cambio climático (Kaye y Quemada, 2017). Por un lado, pueden ser una herramienta de mitigación por su incremento de secuestro de carbono (C) (Schipanski y col. 2014), por la reducción indirecta de emisiones de gases de efecto invernadero al reducir lixiviación de N, o al reducir el uso de fertilizantes sintéticos (Gabriel y col. 2013a). Por otro lado, los CC pueden contribuir a la adaptación al cambio climático: al reducir la vulnerabilidad del sistema al proteger el suelo frente a la erosión causada por posibles eventos de precipitaciones extremas (Dabney y col. 2001) y al aumentar la capacidad de retención de agua por el acolchado en primavera haciendo así frente a periodos de sequía. Además, el calentamiento global está asociado con un aumento de la mineralización de N en el suelo que puede incrementar pérdidas de lixiviación (Rustad y col. 2001), y que pueden ser reducidas con los CC. En su conjunto, el potencial de reducción del calentamiento global asociado con la introducción de CC reemplazando barbechos en rotaciones de regadío es similar al producido por la transformación de laboreo convencional a no-laboreo (Kaye y Quemada, 2017). La modelización es una herramienta fundamental que permitiría evaluar escenarios de cambio climático además de otros escenarios de manejo. Hasta ahora, diferentes modelos han sido desarrollados capaces de modelizar numerosos procesos como el desarrollo del cultivo, balances de N o balances de agua (Jones y col. 2017). Su uso ha sido reportado para la cuantificación del impacto que los sistemas agrícolas o 9.

(34) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL aspectos de su manejo tienen sobre diferentes variables ambientales, como por ejemplo la modelización de pérdidas por lixiviación de nitratos (Salazar y col. 2009) o de fósforo (Radcliffe y col. 2015). Asimismo, la modelización ha sido aplicada para la evaluación de los CC en diferentes aspectos como su emergencia (Tribouillois y col. 2018a), la mineralización de los residuos (Quemada y col. 1997) o la reducción de la lixiviación (Gabriel y col. 2012b), para escenarios climáticos actuales. En estudios realizados para escenarios de cambio climático se ha estudiado su potencial impacto en la erosión del suelo, C en el suelo, en la emisión de gases de efecto invernadero y en el contenido de agua del suelo (Basche y col. 2016, Tribouillois y col. 2018b). El estudio del manejo de los CC en condiciones de cambio climático es fundamental para buscar una adaptación que minimice sus efectos negativos potenciales.. 1.2. EL MANEJO DE LOS CULTIVOS CUBIERTA. 1.2.1. Claves para maximizar los beneficios de los cultivos cubierta Existen varias cuestiones sobre el manejo de los CC que es necesario considerar con el fin de garantizar su éxito. Garantizar el éxito implica por un lado la consecución de los objetivos que se buscaban inicialmente, y por otro, el minimizar las desventajas que los CC pueden presentar y que han sido previamente comentadas. La definición del objetivo u objetivos buscados con la implantación de la cubierta es la primera decisión que el agricultor debe tomar. En base a esa decisión, es elegida la especie o especies para el CC. A continuación, debe elegir las cuestiones relativas al manejo y las labores en el campo. Un manejo correcto pero sencillo es clave para que esta práctica sea aceptada por un mayor número de agricultores, y garantice el éxito de los CC (Schipanski y col. 2014). Destacan como cuestiones a tener en cuenta la densidad de siembra (Boyd y col. 2009) y la terminación del cultivo cubierta, tanto el método de terminación, como la fecha en que se realiza (Alonso-Ayuso y col. 2014). Se entiende como terminación o matado a la labor con la que se pone fin al CC como cultivo vivo. En otras publicaciones se denomina finalización del CC o se hace alusión a la forma en el que se le pone fin (i.e. siega mecánica, siega química). Tanto la fecha como el método de terminación son objeto de estudio en este trabajo. A lo largo del trabajo será utilizado el término genérico de “terminación del cultivo cubierta”. 10.

(35) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. 1.2.2. Elección de la especie Los principales motivos de elección de la especie de CC son el tipo de sistema en el que nos encontremos, las condiciones edafoclimáticas y el objetivo principal buscado (Ramírez-García y col. 2015; Tribouillois y col. 2015). Si los CC van a ocupar las calles en cultivos leñosos serán interesantes especies plurianuales que puedan resembrarse cada varios años. Mientras que su uso en rotaciones anuales obliga a elegir especies anuales. Por otro lado, será preciso elegir especies adaptadas al clima y las condiciones edáficas de la zona donde se implante. En el caso de especies para una rotación anual para su uso como sustitución de un barbecho, serán interesantes especies adaptadas a siembras tempranas que puedan aprovechar el crecimiento otoñal y, si la zona tiene influencia continental, será preciso que sean especies resistentes al frío para soportar las bajas temperaturas invernales. Hay que señalar que una especie no tiene por qué estar asociada a un objetivo concreto, sino que puede desempeñar varias funciones (Ramírez-García y col. 2015). Sin embargo, va a reunir una serie de atributos que la hará más idónea para uno u otro objetivo buscado. Así, si el principal objetivo buscado es la reducción de la erosión, serían recomendables especies que se establezcan bien y tengan una tasa rápida de crecimiento para cubrir el suelo lo antes posible y alcanzar una cobertura del suelo alta rápidamente. Más adelante estas especies deben ser eliminadas con facilidad y evitar rebrotes. Igualmente, será deseable que la descomposición del residuo sea lenta para que permanezca el mayor tiempo posible en superficie y continúe protegiendo el suelo de la erosión. Las especies que cumplen este requerimiento normalmente son especies que tienen una cantidad elevada de fibras en su composición y un ratio C/N elevado (Quemada y col. 1997). Estos atributos también son válidos para el objetivo de control de malas hierbas por competencia de recursos. Por otro lado, si el objetivo es capturar nutrientes también son interesantes un establecimiento y tasa de crecimiento rápidos para así aprovechar la época de crecimiento otoñal y comenzar a absorber los nutrientes disponibles en el suelo cuanto antes (Wagger y col. 1989). Son interesantes especies que tengan una elevada capacidad de absorción de nutrientes. Para esto podrían combinarse por un lado una gran capacidad de absorción de las raíces, y la capacidad de generar una gran cantidad de biomasa. En este caso, el interés radica en que los residuos se descompongan rápido para que los nutrientes absorbidos estén disponibles para el cultivo siguiente, por lo que su residuo debe presentar un bajo ratio C/N y bajo contenido en lignina. Especies que 11.

(36) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL reúnan los atributos descritos, pueden ser también interesantes durante el periodo de crecimiento del CC para control de malas hierbas ya que la competencia será intensa; pero tras la terminación del CC el residuo durará menos en superficie por lo que el control esperable a partir de ese momento será menor. Finalmente, para un uso como abonos verdes son necesarias especies fijadoras de N. Además, sería deseable un gran desarrollo de la biomasa y al igual que en el caso anterior, una baja relación C/N y un bajo contenido en fibras recalcitrantes y lignina. Hasta el momento en la literatura se han encontrado más de 20 especies diferentes usadas como CC. La mayoría de ellas pertenecen a dos familias: las gramíneas y las leguminosas (Tabla 1). Dentro de la familia de las gramíneas, encontramos especies tradicionalmente aprovechadas para uso alimentario (trigo, cebada, centeno) o para uso forrajero (raigrás, avena, bromo). Por su rápido establecimiento y crecimiento, su elevada acumulación de biomasa y su residuo de lenta descomposición (alto C/N y gran proporción de fibras) son especies idóneas para su uso para frenar la erosión, mejorar la calidad del suelo, y secuestrar C. Su capacidad competidora las hace buenas especies para control de malas hierbas. Además, algunas especies como el centeno, o el raigrás pueden también contribuir al control de malas hierbas mediante la liberación de sustancias alelopáticas que, como se ha comentado, inhiben la emergencia de determinadas especies. Finalmente, suelen ser especies muy plásticas que permiten su adaptación en numerosos ambientes y son capaces de resistir condiciones de estrés. Por su parte, dentro de la familia de las leguminosas se pueden encontrar especies tradicionalmente de uso alimentario (soja) o forrajero (veza, trébol, etc.). Debido a la capacidad que tienen muchas de sus especies de fijar N2 atmosférico son las especies usadas por excelencia para abono verde. Pero algunas de ellas también están bien adaptadas y pueden establecerse rápidamente y acumular biomasa así que también hay que considerarlas para su uso de reducción de erosión o supresión de malas hierbas. A las gramíneas y leguminosas les siguen la familia de brasicáceas. Algunas de estas especies igualmente han tenido uso tradicional alimentario y forrajero como la mostaza, el rábano o la canola. Estas especies son de interés por su sistema radicular pivotante, que por un lado contribuye a mejorar la calidad del suelo al disminuir problemas como la compactación, y por otro lado tiene una elevada capacidad de absorción de nutrientes (Figura 5). Si soportan las temperaturas invernales y logran acumular una gran cantidad de biomasa en primavera, las convierte en especies 12.

(37) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. adecuadas para su uso como cultivos captura. Aparecen en la literatura especies pertenecientes a otras familias, aunque su uso es minoritario. Así ocurre con el trigo sarraceno (Fagopyrum esculentum L., familia de las poligonáceas); o la facelia (Phacelia spp.), familia de las boragináceas). Finalmente, es necesario señalar que, para que su uso y adaptación sea más fácil, sean especies conocidas para los agricultores y cuya semilla sea fácil de encontrar en el mercado.. Figura 5. El sistema radicular pivotante de las brasicáceas. Especies idóneas para mejorar la estructura del suelo y absorber un alto contenido de nutrientes. 13.

(38) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL Los CC que se implanten pueden ser de una única especie o pueden combinarse para formar mezclas (Tosti y col. 2014; Finney y col. 2016; Murrell y col. 2017). El aumento de la biodiversidad en la mezcla permitirá combinar los atributos de dichas especies, aumentar la resiliencia del sistema al reducir así el riesgo de fallo de alguna de las especies por un evento meteorológico extremo, reducir riesgos de plagas y enfermedades (Gurr y col. 2003) y potenciar algunos de sus servicios medioambientales como la retención de N (Finney y col. 2016). Una mezcla común es la combinación de un cereal y una leguminosa. Esta mezcla permite un rápido establecimiento y cobertura inicial, así como una buena retención de N durante el otoño invierno gracias al carácter competitivo y extractor del cereal, pero la leguminosa permite mediante la fijación incorporar N que estará rápidamente disponible para el siguiente cultivo (Gabriel y col. 2016). Si se emplean especies de tamaño de semilla similar (ej. veza con cebada o avena) no supone ninguna dificultad añadida para los agricultores, mientras que si se utilizan semillas con tamaño muy diferente puede suponer una complicación añadida al agricultor.. 14.

(39) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. Tabla 1. Especies utilizadas como cultivos cubierta en distintos estudios. Nombre común y científico, autores y año del ensayo. Familia: GRAMÍNEAS Avena. Avena sativa L.. Centeno. Secale cereale L.. Gramilla. Brachypodium distachyon. Brennan y col. 2009; Campiglia y col. 2012 Clark y col. 1994; Mirsky y col. 2011 Ruíz-Comenero y col. 2013; García-Díaz y col. 2017. Bromo. Bromus sp. Cheng y col. 2004; Paredes y col. 2013. Trigo. Triticum aestivum L.. Moore y col. 1994. Triticale. X Triticosecale. Dhima y col. 2006. Cebada. Hordeum vulgare L.. García-González y col. 2018. Raigrás anual. Lolium multiflorum L.. Kuo y col. 1997; Hively y Cox, 2001. Sorgo de Sudán. Sorghum bicolor (L.).. Weston, 1996. Familia: LEGUMINOSAS Veza vellosa Trébol rojo Trébol italiano. Vicia villosa Roth Trifolium pratense L. Trifolium incarnatum L.. Trébol subt.. Trifolium subterraneum L.. Veza común. Vicia sativa L.. Mielga negra. Melilotus officinalis (L.). Mirsky y col. 2011 Vyn y col. 2000 Wagger y col. 1998 Reddy, 2001 Gabriel y col. 2012a; Ramírez-García y col. 2012 Blackshaw y col. 2001; Fageria y col. 2005. Alfalfa. Medicago sativa L.. Weston, 1996. Guisante. Pisum sativum L.. Akemo y col. 2000; Brennan y col. 2005. Crotalaria. Crotalaria juncea L.. Wang y col. 2002. Familia: POLIGONÁCEAS Trigo sarraceno. Fagopyrum esculentum L.. Björkman y Shail, 2013. Familia: BRASICACEAS Colza. Brassica rapa L.. Stivers-Young, 1998. Colza (Canola). Brassica napus L.. Kuo y col. 1997.. Mostaza Mostaza amarilla. Sinapis alba L. Brassica hirta Moench. Alcántara y col. 2011 Stivers-Young, 1998; Brennan y col. 2005. Familia: BORAGINÁCEAS Phacelia. Phacelia tanacetifolia Benth. Bodner y col. 2007; Wendling y col. 2017. 15.

(40) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL 1.2.3. Fecha de terminación de los cultivos cubierta Los CC invernales que forman parte de rotaciones anuales son terminados en primavera, entre marzo y mayo, antes de la siembra del cultivo comercial. Normalmente es recomendable su terminación al menos una semana antes de la siembra del cultivo posterior ya que permite más tiempo para descomposición del residuo si este queda en superficie, se evitan problemas de inmovilización de N o efectos alelopáticos (Clark y col. 1994; Thorup-Kristensen, 2003). Sin embargo, hasta esas semanas previas a la siembra, existe un amplio margen en el que el agricultor puede realizar la terminación. Durante la primavera, el CC incrementa notablemente su biomasa aérea, por lo que retrasar la fecha de terminación puede ser de interés para conseguir una mayor cantidad de residuos que permiten crear un acolchado para mejorar el control de la erosión, preservar el agua del suelo de la evaporación o realizar un posible control de malas hierbas mayor (Clark y col. 1994). En zonas húmedas este retraso además puede ser ventajoso para extraer más agua del suelo y facilitar la siembra del cultivo posterior. Sin embargo, esas semanas de diferencia en las que el CC continúa extrayendo agua y nutrientes pueden causar en determinadas ocasiones una competencia con el cultivo comercial que se establece después (Clark y col. 1997a; Thorup-Kristensen y col. 2003). Por ello, en áreas de climas semiáridos este aspecto del manejo tiene más relevancia, y cuantificar el impacto de la fecha de terminación del CC en las diferentes variables del sistema planta-suelo puede contribuir a tomas de decisión que garanticen el éxito del CC, aumentando así la eficiencia del sistema (Alonso-Ayuso y col. 2014).. 1.2.4. Métodos de terminación de los cultivos cubierta Los métodos de terminación de los CC pueden clasificarse de varias formas: entre aquellos que incorporan el residuo en el suelo, y los que lo dejan en superficie a modo de acolchado (siega mecánica o química). La incorporación del residuo supone un aporte rápido de materia orgánica que favorece el reciclaje natural de los nutrientes absorbidos por los CC (Wilson y Hargrove, 1986). Sin embargo, es una labor cara que además puede anular algunos de los beneficios en calidad de suelo buscados con los CC. Por su parte, dejar el residuo en superficie permite un control relativo de la flora arvense y permite conservar agua en el residuo evitando su evaporación (Clark et. 1995; Unger y Vigil, 1998). El uso de herbicidas de contacto (siega química) ha sido muy. 16.

(41) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. popular en las últimas décadas para la terminación de los CC, principalmente en agricultura de conservación (Sarrantonio y Scott, 1988; Price y col. 2009). Los herbicidas con base de glifosato son los más ampliamente utilizados a nivel mundial: en 2010 se reportaron alrededor de 6.5 billones de dólares en ventas (Sansom, 2012) y en 2014 su uso a nivel global fue estimado en 826 millones de kg, siendo el 90% para uso agrícola (Benbrook, 2016). Su éxito se debe a su elevada efectividad actuando de forma no selectiva sobre especies de malas hierbas anuales y perennes (Franz y col. 1997), a su rápida degradación y su fuerte adsorción a las partículas de suelo que contribuye a una reducción de las pérdidas del herbicida del perfil del suelo (Vereecken, 2005). Sin embargo, actualmente hay un debate abierto en torno a su uso y está en el punto de mira en la Unión Europea por sus posibles efectos nocivos para la salud. Algunos ensayos han reportado que el glifosato puede dañar organismos no-objetivo, como hongos micorrícicos, anfibios o lombrices (Brühl y col. 2011; Zaller y col. 2014; GauppBerghausen y col. 2015;). Otros estudios han asociado su uso con cáncer y desordenes endocrinos en humanos (Gasnier y col. 2009; Fritschi y col. 2015; Mesnage y col. 2015). Respecto a su persistencia en el suelo, en un estudio reciente realizado en diferentes países de la Unión Europea, el 45% de las muestras tomadas en el horizonte superficial del suelo presentaron restos de glifosato o de su principal metabolito, el ácido aminometilfosfónico (AMPA) y se advirtió que las pérdidas de suelo por erosión eólica o hídrica pueden resultar en un transporte de las partículas de los residuos con riesgos potenciales para la salud (Silva y col. 2017). En un estudio similar realizado en Estados Unidos en 2014, restos de glifosato y de AMPA fueron detectados en más del 50% de las muestras de sedimento, zanjas, ríos, arroyos y otros cuerpos de agua procedentes de puntos de la geografía de todo el país. Sin embargo, aún no existe consenso sobre su impacto nocivo en la salud (EFSA, 2015), ni en su impacto en la contaminación de aguas subterráneas (Borggaard y Gimsing, 2008) ni en la actividad microbiana (Nguyen y col. 2016). A finales del 2017, la licencia para el uso de glifosato ha sido renovada en la Unión Europea hasta el año 2022, cuando podría prohibirse, por lo que es urgente encontrar métodos alternativos de terminación, que dejen el residuo en superficie, pero reduciendo o prescindiendo del uso de herbicidas de contacto. Como métodos de siega mecánica, destaca el uso de desbrozadoras. Sin embargo, presenta como desventajas el riesgo de rebrote y la no-uniformidad de los residuos en superficie. Como alternativa a los anteriores métodos cabría destacar el uso. 17.

(42) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL del ‘roller-crimper’. Se trata de una tecnología originaria de Brasil, donde comenzó a utilizarse en la última mitad del siglo XX para sistemas de conservación (Derpsch y col. 1991). Se trata de un rulo que presenta una serie de pletinas o cuchillas, que al pasar sobre el CC permiten quebrar el tallo del cultivo y dejar el cultivo horizontal pegado al suelo. Frente al desbrozado presenta la ventaja de dejar un residuo más homogéneo y más persistente ya que el cultivo queda anclado al suelo a través de su sistema radicular (Kornecki y col. 2009a). En EE.UU. se han realizado numerosos ensayos experimentales a partir de la última década del siglo XX, en los que se han comparado el roller-crimper con otros métodos de terminación de los CC y se han reportado sus ventajas como son la posibilidad de reducir el uso de herbicidas (Ashford y Reeves, 2003; Mirsky y col. 2011; Nord y col. 2012) y su impacto en la liberación de los nutrientes del residuo (Parr y col. 2014). Uno de los principales inconvenientes del roller-crimper es que su eficiencia de terminación depende de la etapa de crecimiento en que se encuentre el CC: la eficiencia de terminación es mayor a medida que avanza el estadío fenológico del CC, lo cual es especialmente importante en el caso de las leguminosas (Mirsky y col. 2009). Una terminación incompleta del CC puede derivarse en una competencia con el cultivo principal y conducir a una disminución de su rendimiento (Mischler y col. 2010); por lo que es importante asegurar un matado efectivo o combinar el uso del roller crimper-con aplicación de herbicidas (Kornecki y col. 2009b). En ocasiones, esto implica un retraso de la fecha de terminación del CC, que como ha sido comentado, puede conducir a riesgos de competencia por los recursos con el cultivo comercial en zonas semiáridas (Luna y col. 2012; Alonso-Ayuso y col. 2014). En Europa, los estudios referentes al roller-crimper son más recientes y también menos numerosos. Son destacables los ensayos experimentales realizados en la zona central de Italia desde el 2010, muchos de ellos dentro del ámbito de la agricultura ecológica y principalmente aplicados para la terminación de CC que preceden a cultivos hortícolas de verano (Canali y col. 2013; Montemurro y col. 2013; Ciaccia y col. 2016). Sin embargo, su uso en Europa sigue siendo hoy en día minoritario (Vincent-Caboud y col. 2017). En España, ha sido la Universidad Politécnica de Madrid la que construyó el primer rulo de estas características siguiendo el diseño y los planos puestos a disposición pública por el Rodale Institute (Kutztown, PA, EE.UU) (Figura 6).. 18.

(43) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. Figura 6. “Roller-crimper” (A) Plano utilizado para la construcción del roller-crimper procedente del Rodale Institute of Kuztown (Pennsylvania, EE.UU.) que sirvió para la construcción del (B), (C) y (D) roller-crimper por la Universidad Politécnica de Madrid y utilizado en este trabajo.. 19.

(44) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. 1.3. PRESENTE Y FUTURO DE LOS CULTIVOS CUBIERTA. 1.3.1. Cultivos cubierta en España y en Europa: su uso en cifras. De acuerdo a las encuestas sobre superficies y rendimientos de cultivos nacionales (ESYRCE), la superficie de barbecho en España era de 2.750.000 ha en 2017, que supone el 23% de la tierra arable (cultivos herbáceos + barbechos). Debido a que el momento de muestreo de ESYRCE recoge todas las tierras de cultivo no cultivadas en el momento de la visita, en verano del año 2017, esta superficie podría ser mayor si se incluyeran las superficies de algunos cultivos estivales – como es el caso del maíz - que en muchos casos permanece desnudo durante el periodo de otoño-invierno tras su cosecha (MAPAMA, 2017a). Según datos de la Oficina Europea de Estadística, en España había sido estimado el 5% de la tierra arable como CC o cultivos intercalares en 2010 (Figura 7; Eurostats, 2010). Sin embargo, estos datos no han podido ser comparados con los del ESYRCE, en cuya estadística no es especificado este uso. .. Figura 7. Distribución de la cobertura del suelo del conjunto de la tierra arable en el 2010. Para los diferentes países de la Unión Europea (UE-28) junto con Islandia (IS), Noruega (N), Suiza (CH) y Montenegro (ME). Datos tomados: de http://ec.europa.eu/eurostat/. 20.

(45) Capítulo 1: INTRODUCCIÓN GENERAL. Por otro lado, en los cultivos leñosos, las cubiertas vegetales fueron usadas como técnica de mantenimiento del suelo en el año 2017 en el 23.7% de la superficie, por detrás del laboreo mínimo (42.5%). Sin embargo, de ese 23.7%, la gran mayoría de la superficie (23.1%) se correspondió con cubiertas vegetales espontáneas y solo un 0.53% con cubiertas vegetales sembradas, que supone 27.000 ha (MAPAMA, 2017b). En el olivar - que representa el 10% de la superficie total agrícola española –el 29% de su superficie presenta cubiertas vegetales como técnica de mantenimiento del suelo (por detrás del laboreo mínimo, 39%). Numerosos estudios científicos llevados a cabo en regiones semiáridas han confirmado los beneficios que las cubiertas vegetales en el olivar (Alcántara y col. 2009; Alcantara y col. 2011; Espejo-Pérez y col. 2013). Para los grupos de cítricos, frutales de pepita y frutales de hueso, las cubiertas vegetales son la principal técnica usada para el mantenimiento de suelos (32%; 80% y 50% de la superficie respectivamente). En el viñedo en cambio, el uso de cubiertas vegetales como técnica de mantenimiento del suelo supone solo un 5% de la superficie, por detrás del laboreo mínimo y el laboreo tradicional. En esta área, destacan algunos trabajos científicos realizados en España que muestran los beneficios de cultivos cubierta en viñedos (Peregrina y col. 2010; García-Díaz y col. 2017). Se observa, por tanto, que el uso de CC en algunos cultivos leñosos sigue siendo bajo, y en el caso de las sembradas sigue siendo minoritario para todos los cultivos. Sin embargo, hay que destacar que esta técnica de mantenimiento del suelo es la técnica que mayor incremento de uso ha tenido de 2006 a 2016 (+53%), en contraste con la reducción del laboreo tradicional (-31%). Es previsible que el aumento de concienciación medioambiental, interés científico existente por estas técnicas, y la urgencia de poner en marcha prácticas para la adaptación al cambio climático hagan que el uso de cubiertas vegetales, tanto espontáneas como sembradas, se incremente en los próximos años.. 21.