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Cultivo de cobertura

Un cultivo de cobertura de rábano forrajero a principios de noviembre En agricultura , los cultivos de cobertura son plantas que se siembran para cubrir el suelo en lugar de par...

Un cultivo de cobertura de rábano forrajero a principios de noviembre

En agricultura , los cultivos de cobertura son plantas que se siembran para cubrir el suelo en lugar de para ser cosechadas . Los cultivos de cobertura controlan la erosión , la fertilidad y la calidad del suelo , el agua, las malas hierbas , las plagas , las enfermedades, la biodiversidad y la vida silvestre en un agroecosistema , un sistema ecológico gestionado y moldeado por los seres humanos. Los cultivos de cobertura pueden aumentar la actividad microbiana en el suelo, lo que tiene un efecto positivo en la disponibilidad de nitrógeno , la absorción de nitrógeno en los cultivos objetivo y los rendimientos de los cultivos . Los cultivos de cobertura reducen los riesgos de contaminación del agua y eliminan el CO₂ de la atmósfera. [ 1 ] Los cultivos de cobertura pueden ser un cultivo fuera de temporada que se siembra después de la cosecha del cultivo comercial . Los cultivos de cobertura son cultivos nodriza, ya que aumentan la supervivencia del cultivo principal que se cosecha y a menudo se cultivan durante el invierno. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

erosión del suelo

Aunque los cultivos de cobertura pueden desempeñar múltiples funciones en un agroecosistema simultáneamente, a menudo se cultivan con el único propósito de prevenir la erosión del suelo . La erosión del suelo es un proceso que puede reducir irreparablemente la capacidad productiva de un agroecosistema. Los cultivos de cobertura reducen la pérdida de suelo al mejorar la estructura del suelo y aumentar la infiltración, protegiendo la superficie del suelo, dispersando la energía de las gotas de lluvia y reduciendo la velocidad del movimiento del agua sobre la superficie del suelo. [ 5 ] Las densas masas de cultivos de cobertura ralentizan físicamente la velocidad de la lluvia antes de que entre en contacto con la superficie del suelo, evitando las salpicaduras del suelo y la escorrentía superficial erosiva . [ 6 ] Además, las extensas redes de raíces de los cultivos de cobertura ayudan a anclar el suelo en su lugar y aumentan la porosidad del suelo, produciendo redes de hábitat adecuadas para la macrofauna del suelo. [ 7 ] Mantiene el enriquecimiento del suelo bueno durante los próximos años.

Gestión de la fertilidad del suelo

Uno de los principales usos de los cultivos de cobertura es aumentar la fertilidad del suelo. Este tipo de cultivos se conocen como " abono verde " y se utilizan para gestionar diversos macronutrientes y micronutrientes del suelo . De entre los distintos nutrientes, el impacto de los cultivos de cobertura en la gestión del nitrógeno ha recibido la mayor atención por parte de investigadores y agricultores, ya que el nitrógeno suele ser el nutriente más limitante en la producción agrícola.

Con frecuencia, los cultivos de abono verde se cultivan durante un período específico y luego se incorporan al suelo antes de que alcancen su plena madurez para mejorar la fertilidad y la calidad del suelo. Los tallos que quedan impiden la erosión.

Los cultivos de abono verde suelen ser leguminosos , es decir, pertenecen a la familia de las leguminosas, Fabaceae . Esta familia es única porque todas sus especies producen vainas, como el frijol, la lenteja, el altramuz y la alfalfa . Los cultivos de cobertura leguminosos suelen tener un alto contenido de nitrógeno y a menudo proporcionan la cantidad necesaria para la producción de cultivos. En la agricultura convencional, este nitrógeno se aplica generalmente en forma de fertilizante químico. En la agricultura orgánica, los aportes de nitrógeno pueden provenir de fertilizantes orgánicos , compost , semillas de cultivos de cobertura y la fijación por parte de los cultivos de cobertura leguminosos . [ 8 ] Esta cualidad de los cultivos de cobertura se denomina valor de sustitución de fertilizantes. [ 9 ]

Otra cualidad única de los cultivos de cobertura leguminosos es que forman relaciones simbióticas con las bacterias rizobiales que residen en los nódulos de las raíces de las leguminosas. El altramuz es nodulado por el microorganismo del suelo Bradyrhizobium sp. (Lupinus). Las bacterias Bradyrhizobium se encuentran como microsimbiontes en otros cultivos leguminosos ( Argyrolobium , Lotus , Ornithopus , Acacia , Lupinus ) de origen mediterráneo. Estas bacterias convierten el nitrógeno atmosférico gaseoso biológicamente no disponible ( N2 ) a amonio biológicamente disponible (NH + 4 ) a través del proceso defijación biológica de nitrógeno. En general, los cultivos de cobertura aumentan la actividad microbiana del suelo, lo que tiene un efecto positivo en la disponibilidad de nitrógeno en el suelo, la absorción de nitrógeno en los cultivos objetivo y los rendimientos de los cultivos. [ 8 ]

Antes de la llegada del proceso Haber-Bosch , un método intensivo en energía desarrollado para llevar a cabo la fijación industrial de nitrógeno y crear fertilizantes nitrogenados químicos, la mayor parte del nitrógeno introducido en los ecosistemas provenía de la fijación biológica de nitrógeno. [ 10 ] Algunos científicos creen que la fijación biológica generalizada de nitrógeno, lograda principalmente mediante el uso de cultivos de cobertura, es la única alternativa a la fijación industrial de nitrógeno en el esfuerzo por mantener o aumentar los niveles futuros de producción de alimentos. [ 11 ] [ 12 ] La fijación industrial de nitrógeno ha sido criticada como una fuente insostenible de nitrógeno para la producción de alimentos debido a su dependencia de la energía de combustibles fósiles y los impactos ambientales asociados con el uso de fertilizantes nitrogenados químicos en la agricultura. [ 13 ] Dichos impactos ambientales generalizados incluyen pérdidas de fertilizantes nitrogenados en los cursos de agua, lo que puede conducir a la eutrofización (carga de nutrientes) y la consiguiente hipoxia (agotamiento de oxígeno) de grandes cuerpos de agua.

Un ejemplo de esto se encuentra en la cuenca del valle del Misisipi, donde años de carga de nitrógeno de fertilizantes proveniente de la producción agrícola han dado como resultado una "zona muerta" hipóxica anual en verano frente al Golfo de México que alcanzó un área de más de 22 000 kilómetros cuadrados (8500 millas cuadradas ) en 2017. [ 14 ] [ 15 ] La complejidad ecológica de la vida marina en esta zona ha disminuido como consecuencia. [ 16 ]  

Además de aportar nitrógeno a los agroecosistemas mediante la fijación biológica de nitrógeno, se utilizan cultivos de cobertura, conocidos como " cultivos de captura " , para retener y reciclar el nitrógeno ya presente en el suelo. Estos cultivos absorben el nitrógeno sobrante de la fertilización del cultivo anterior, evitando su pérdida por lixiviación [ 17 ] o por desnitrificación o volatilización gaseosa [ 18 ] .

Los cultivos de cobertura suelen ser especies de cereales anuales de rápido crecimiento, adaptadas para captar eficientemente el nitrógeno disponible en el suelo. [ 19 ] El nitrógeno fijado en la biomasa del cultivo de cobertura se libera de nuevo al suelo una vez que el cultivo principal se incorpora como abono verde o comienza a descomponerse.

Un ejemplo del uso de abono verde proviene de Nigeria, donde se ha descubierto que el cultivo de cobertura Mucuna pruriens (frijol terciopelo) aumenta la disponibilidad de fósforo en el suelo después de que un agricultor aplica fosfato de roca. [ 20 ]

Gestión de la calidad del suelo

Los cultivos de cobertura también pueden mejorar la calidad del suelo al aumentar los niveles de materia orgánica mediante el aporte de biomasa de estos cultivos a lo largo del tiempo. El aumento de la materia orgánica del suelo mejora su estructura , así como su capacidad de retención y amortiguación de agua y nutrientes. [ 21 ] También puede conducir a un mayor secuestro de carbono en el suelo , lo cual se ha promovido como una estrategia para ayudar a compensar el aumento de los niveles de dióxido de carbono atmosférico. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]

La calidad del suelo se gestiona para crear condiciones óptimas para el desarrollo de los cultivos. Los principales factores que afectan la calidad del suelo son la salinización , el pH , el equilibrio microbiano y la prevención de la contaminación . Cabe destacar que, si la calidad del suelo se gestiona y mantiene adecuadamente, constituye la base de un entorno sano y productivo. Es posible diseñar y gestionar un cultivo que genere un entorno saludable durante un tiempo prolongado. [ 25 ]

Salud del suelo y servicios ecosistémicos

Síntesis recientes indican que los cultivos de cobertura generalmente mejoran varios indicadores de la calidad física y química del suelo, aunque la magnitud del cambio depende de la selección de especies, el clima, la textura del suelo y la duración del uso del cultivo de cobertura. [ 26 ] Un metaanálisis global de 102 estudios de campo informó que los cultivos de cobertura aumentaron la conductividad hidráulica saturada en aproximadamente un 106%, y aumentaron el carbono orgánico total y el nitrógeno total en la capa superficial del suelo en aproximadamente un 10% y un 20%, respectivamente, en relación con los sistemas sin cultivos de cobertura. [ 27 ]

Los cultivos de cobertura también tienden a aumentar el carbono orgánico del suelo y el nitrógeno en compartimentos biológicamente activos como la biomasa microbiana y la materia orgánica particulada, que apoyan el ciclo de nutrientes y la formación de agregados. [ 28 ] El mismo metaanálisis encontró aumentos promedio de aproximadamente el 20 % en el carbono de la biomasa microbiana y cerca del 50 % en el carbono orgánico particulado bajo cultivos de cobertura en comparación con tratamientos de suelo desnudo o barbecho. [ 29 ] Los experimentos de campo a largo plazo sugieren además que las diversas mezclas de cultivos de cobertura pueden producir mejoras duraderas en la estructura del suelo que se transfieren a los cultivos comerciales subsiguientes al mejorar la estabilidad y la distribución del tamaño de los agregados del suelo. [ 30 ]

Más allá de la estructura del suelo, los cultivos de cobertura contribuyen a múltiples servicios ecosistémicos, incluyendo la reducción de la escorrentía superficial y la pérdida de sedimentos, menor lixiviación de nitratos, mayor biodiversidad del suelo y supresión de malezas y algunas plagas. [ 31 ] Al mismo tiempo, los metaanálisis destacan importantes compensaciones y dependencia del contexto: en algunos entornos, los cultivos de cobertura pueden reducir la disponibilidad de agua del suelo para el cultivo comercial siguiente o tener efectos neutros o variables en los rendimientos, particularmente en regiones semiáridas o cuando la terminación es inoportuna, y los impactos a largo plazo en la productividad y la rentabilidad aún son inciertos en varias zonas climáticas debido a la limitación de estudios multidecadales. [ 32 ] [ 33 ]

Gestión del agua

Al reducir la erosión del suelo, los cultivos de cobertura a menudo también reducen tanto la velocidad como la cantidad de agua que drena del campo, lo que normalmente representaría riesgos ambientales para los cursos de agua y los ecosistemas aguas abajo. [ 34 ] La biomasa de los cultivos de cobertura actúa como una barrera física entre la lluvia y la superficie del suelo, permitiendo que las gotas de lluvia se filtren gradualmente a través del perfil del suelo. Además, como se mencionó anteriormente, el crecimiento de las raíces de los cultivos de cobertura da como resultado la formación de poros en el suelo, lo que, además de mejorar el hábitat de la macrofauna del suelo, proporciona vías para que el agua se filtre a través del perfil del suelo en lugar de drenar del campo como flujo superficial. Con una mayor infiltración de agua, se puede mejorar el potencial de almacenamiento de agua en el suelo y la recarga de acuíferos. [ 35 ]

Justo antes de que los cultivos de cobertura mueran (por prácticas como la siega, la labranza, el arado, el apisonado o la aplicación de herbicidas), contienen una gran cantidad de humedad. Cuando el cultivo de cobertura se incorpora al suelo o se deja en la superficie, suele aumentar la humedad del suelo. En agroecosistemas donde el agua para la producción de cultivos es escasa, los cultivos de cobertura pueden utilizarse como mantillo para conservar el agua al dar sombra y enfriar la superficie del suelo. Esto reduce la evaporación de la humedad del suelo y ayuda a preservar los nutrientes. [ 36 ]

Control de malezas

Cultivos de cobertura en Dakota del Sur

Las densas masas de cultivos de cobertura suelen competir eficazmente con las malas hierbas durante su período de crecimiento, impidiendo que la mayoría de las semillas germinadas completen su ciclo de vida y se reproduzcan. Si el cultivo de cobertura se aplana sobre la superficie del suelo en lugar de incorporarse como abono verde una vez finalizado su crecimiento, puede formar una capa casi impenetrable. Esto reduce drásticamente la transmisión de luz a las semillas de malas hierbas, lo que en muchos casos disminuye su tasa de germinación. [ 37 ] Además, incluso cuando las semillas germinan, a menudo agotan sus reservas de energía para crecer antes de desarrollar la capacidad estructural necesaria para atravesar la capa de mantillo del cultivo de cobertura . Esto se conoce como el efecto de sofocación del cultivo de cobertura . [ 38 ]

Algunos cultivos de cobertura suprimen las malas hierbas tanto durante su crecimiento como después de su muerte. [ 39 ] Durante su crecimiento, estos cultivos de cobertura compiten vigorosamente con las malas hierbas por el espacio, la luz y los nutrientes disponibles, y después de su muerte, sofocan la siguiente oleada de malas hierbas al formar una capa de mantillo en la superficie del suelo. [ 40 ] Por ejemplo, los investigadores encontraron que cuando se utiliza Melilotus officinalis (trébol dulce amarillo) como cultivo de cobertura en un sistema de barbecho mejorado (donde un período de barbecho se mejora intencionalmente mediante una serie de prácticas de manejo diferentes, incluida la siembra de cultivos de cobertura), la biomasa de malas hierbas solo constituía entre el 1 y el 12 % de la biomasa total en pie al final de la temporada de crecimiento del cultivo de cobertura. [ 39 ] Además, después de la terminación del cultivo de cobertura, los residuos de trébol dulce amarillo suprimieron las malas hierbas a niveles entre un 75 y un 97 % más bajos que en los sistemas de barbecho (sin trébol dulce amarillo).

Cultivo de cobertura de veza vellosa ( Vicia villosa )

Además de la supresión de malezas basada en la competencia o física, se sabe que ciertos cultivos de cobertura suprimen malezas a través de la alelopatía . [ 41 ] [ 42 ] Esto ocurre cuando ciertos compuestos bioquímicos del cultivo de cobertura se degradan y resultan tóxicos para otras especies de plantas o inhiben la germinación de sus semillas. Algunos ejemplos bien conocidos de cultivos de cobertura alelopáticos son Secale cereale (centeno), Vicia villosa (veza vellosa), Trifolium pratense (trébol rojo), Sorghum bicolor (sorgo-sudán) y especies de la familia Brassicaceae , en particular las mostazas . [ 43 ] En un estudio, se encontró que los residuos del cultivo de cobertura de centeno proporcionaron entre un 80 % y un 95 % de control de malezas de hoja ancha de temporada temprana cuando se usaron como mantillo durante la producción de diferentes cultivos comerciales como la soja , el tabaco , el maíz y el girasol . [ 44 ] En general, los cultivos de cobertura no necesitan competir con los cultivos comerciales, ya que pueden cultivarse y eliminarse al principio de la temporada antes de que se establezcan otros cultivos. [ 40 ]

En un estudio de 2010 publicado por el Servicio de Investigación Agrícola (ARS), [ 45 ] los científicos examinaron cómo las tasas de siembra y los patrones de plantación del centeno afectaban la producción de cultivos de cobertura. Los resultados muestran que plantar más libras por acre de centeno aumentó la producción del cultivo de cobertura y disminuyó la cantidad de malezas. Lo mismo ocurrió cuando los científicos probaron las tasas de siembra en leguminosas y avena; una mayor densidad de semillas plantadas por acre disminuyó la cantidad de malezas y aumentó el rendimiento de la producción de leguminosas y avena. Los patrones de plantación, que consistían en hileras tradicionales o patrones de cuadrícula, no parecieron tener un impacto significativo en la producción del cultivo de cobertura ni en la producción de malezas en ninguno de los cultivos de cobertura. Los científicos del ARS concluyeron que el aumento de las tasas de siembra podría ser un método eficaz de control de malezas. [ 46 ]

El Laboratorio de Sistemas de Cultivo Sostenibles de la Universidad de Cornell publicó en mayo de 2023 un estudio que investigaba la eficacia de la siembra oportuna y el acoplamiento estratégico de variantes de cultivos de cobertura con cultivos comerciales filogenéticamente similares. El investigador principal, Uriel Menalled, descubrió que si los cultivos de cobertura y los cultivos comerciales se siembran de acuerdo con los resultados de su investigación, los agricultores pueden reducir el crecimiento de malezas hasta en un 99 %. El estudio proporciona a los agricultores un marco integral para identificar los cultivos de cobertura que mejor se adapten a sus rotaciones de cultivos existentes. En resumen, los resultados de este estudio respaldan la idea de que el parentesco filogenético puede aprovecharse para suprimir significativamente el crecimiento de malezas. [ 47 ]

Manejo de enfermedades

De la misma manera que las propiedades alelopáticas de los cultivos de cobertura pueden suprimir las malas hierbas, también pueden romper los ciclos de enfermedades y reducir las poblaciones de enfermedades bacterianas y fúngicas, [ 48 ] y nematodos parásitos. [ 49 ] [ 50 ] Se ha demostrado ampliamente que las especies de la familia Brassicaceae , como las mostazas, suprimen las poblaciones de enfermedades fúngicas mediante la liberación de sustancias químicas tóxicas naturales durante la degradación de compuestos de glucosinolato en los tejidos de sus células vegetales. [ 51 ]

Control de plagas

Algunos cultivos de cobertura se utilizan como cultivos trampa para atraer plagas lejos del cultivo de valor y hacia lo que la plaga percibe como un hábitat más favorable. [ 52 ] Las áreas de cultivos trampa se pueden establecer dentro de los cultivos, dentro de las granjas o dentro de los paisajes. En muchos casos, el cultivo trampa se cultiva durante la misma temporada que el cultivo alimenticio que se está produciendo. El área limitada ocupada por estos cultivos trampa se puede tratar con un pesticida una vez que las plagas son atraídas a la trampa en cantidades suficientes para reducir las poblaciones de plagas. En algunos sistemas orgánicos, los agricultores pasan por encima del cultivo trampa con un implemento grande basado en vacío para arrancar físicamente las plagas de las plantas y fuera del campo. [ 53 ] Este sistema se ha recomendado para ayudar a controlar los chinches lygus en la producción orgánica de fresas. [ 54 ] Otro ejemplo de cultivos trampa es la mostaza blanca resistente a nematodos ( Sinapis alba ) y el rábano ( Raphanus sativus ) . Se pueden cultivar después de un cultivo principal (de cereales) y atrapar nematodos, por ejemplo, el nematodo del quiste de la remolacha [ 55 ] [ 56 ] y el nematodo de la agalla de la raíz colombiano. [ 57 ] Al cultivarse, los nematodos eclosionan y son atraídos por las raíces. Una vez dentro de las raíces, no pueden reproducirse debido a una reacción de resistencia hipersensible de la planta. Por lo tanto, la población de nematodos se reduce considerablemente, entre un 70 % y un 99 %, dependiendo de la especie y el tiempo de cultivo.

Otros cultivos de cobertura se utilizan para atraer depredadores naturales de plagas imitando elementos de su hábitat. Esta es una forma de control biológico conocida como aumento de hábitat, pero lograda con el uso de cultivos de cobertura. [ 58 ] Los hallazgos sobre la relación entre la presencia de cultivos de cobertura y la dinámica de poblaciones de depredadores y plagas han sido mixtos, lo que sugiere la necesidad de información detallada sobre tipos específicos de cultivos de cobertura y prácticas de manejo para complementar mejor una estrategia de manejo integrado de plagas determinada . Por ejemplo, se sabe que el ácaro depredador Euseius tularensis ayuda a controlar la plaga trips de los cítricos en los huertos de cítricos del centro de California. Los investigadores encontraron que la siembra de varios cultivos de cobertura leguminosos diferentes (como el frijol campana, la veza lanuda, el trébol blanco de Nueva Zelanda y el guisante de invierno austriaco) proporcionó suficiente polen como fuente de alimento para causar un aumento estacional en las poblaciones de E. tularensis , lo que con buenas condiciones podría potencialmente introducir suficiente presión depredadora para reducir las poblaciones de plagas trips de los cítricos. [ 59 ]

Los cultivos de cobertura tienen un papel que va más allá de ser simples cultivos trampa y hábitat para enemigos naturales; pueden contribuir al manejo de plagas al mejorar la salud del suelo y alterar los ciclos de plagas y enfermedades. Se ha demostrado que los pastos, las leguminosas y las brasicáceas reducen la erosión, aumentan la materia orgánica del suelo y mejoran la actividad microbiana, lo que favorece cultivos comerciales más resistentes y reduce la pérdida de rendimiento por plagas de insectos y patógenos. [ 60 ] . Además, el cultivo intercalado y el mantenimiento de cobertura viva entre hileras de cultivos se observa en varios sistemas para promover la abundancia y diversidad de depredadores naturales, fortaleciendo el control biológico. [ 61 ] [ 62 ] .

Biodiversidad y vida silvestre

Aunque los cultivos de cobertura se utilizan generalmente para cumplir uno de los propósitos mencionados anteriormente, a menudo sirven como hábitats para la vida silvestre. Los cultivos de cobertura añaden al menos una dimensión más de diversidad vegetal a la rotación de cultivos comerciales. Dado que el cultivo de cobertura no suele ser un cultivo de valor, su manejo suele ser menos intensivo, lo que proporciona un margen de intervención humana menos intensa en la explotación. Este manejo relativamente pasivo, combinado con la mayor heterogeneidad en la explotación que produce el establecimiento de cultivos de cobertura, aumenta la probabilidad de que se desarrolle una estructura trófica más compleja que sustente un mayor nivel de diversidad de vida silvestre. [ 63 ]

En un estudio, los investigadores compararon la composición de especies de artrópodos y aves canoras , así como el uso del suelo, entre campos de algodón convencionales y con cultivos de cobertura en el sur de Estados Unidos. En los campos con cultivos de cobertura, se sembró trébol, que se dejó crecer entre las hileras de algodón durante la primera etapa de la temporada de cultivo (cultivo de cobertura en franjas). Durante la temporada de migración y reproducción, observaron que la densidad de aves canoras era entre 7 y 20 veces mayor en los campos de algodón con un cultivo de cobertura integrado de trébol que en los campos de algodón convencionales. La abundancia y biomasa de artrópodos también fue mayor en los campos con cultivo de cobertura de trébol durante gran parte de la temporada de reproducción de las aves canoras, lo que se atribuyó a un mayor suministro de néctar floral proveniente del trébol. El cultivo de cobertura de trébol mejoró el hábitat de las aves canoras al proporcionarles refugio y una mayor fuente de alimento gracias a las poblaciones más elevadas de artrópodos. [ 64 ]

Véase también

  • Agroecología – Estudio de los procesos ecológicos en la agricultura 
  • Alelopatía : Producción de sustancias bioquímicas que afectan el crecimiento de otros organismos. 
  • Control biológico : Control de plagas mediante otros organismos. Páginas que muestran breves descripciones de los destinos de redireccionamiento. 
  • Abono verde : material orgánico que se deja en un campo agrícola para ser utilizado como mantillo o enmienda del suelo. 
  • Cubierta vegetal – Planta de crecimiento rastrero y bajo Páginas que muestran descripciones breves de destinos de redireccionamiento 
  • Ciclo del nitrógeno : ciclo biogeoquímico mediante el cual el nitrógeno se convierte en diversas formas químicas. 
  • Fijación de nitrógeno : conversión de dinitrógeno en amoníaco. 
  • Materia orgánica : materia compuesta de compuestos orgánicos. 
  • Contaminación del suelo : contaminación de la tierra por productos químicos artificiales u otras alteraciones. 

Referencias

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