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Grandes cultivos

Se manifiesta la posibilidad de reducir la dosis de fertilizante (hasta un 50% en este estudio) sin que se produzca reducción del rendimiento

¿Cómo mejorar la resiliencia de los sistemas de cultivos herbáceos de secano desde una perspectiva agroecológica?

Alarcón Víllora MR 1 , Sánchez Álvarez, AM2 , Hernández-Plaza E3

1Departamento de Investigación Agroambiental, IMIDRA, Alcalá de Henares, SPAIN. remedios.alarcon@madrid.org

2Área de Biodiversidad y Conservació. ESCET, URJC, Móstoles, SPAIN. ana.sanchez@urjc.es

3Departamento Protección Vegetal, CSIC-INIA, Madrid, SPAIN. eva.hernandez@inia.csic.es

16/08/2022

Los sistemas cerealistas son los agroecosistemas que mayor extensión ocupan en la Península Ibérica. En este trabajo se analiza su funcionamiento y se identifican los cambios que se pueden realizar en las prácticas más habituales (laboreo y fertilización) para mejorar su resiliencia en un contexto de cambio global como el actual. Con el objetivo de reducir al máximo el consumo de insumos y de energía se evalúan los efectos de dos rotaciones sin herbicidas y sin fertilizantes con diferentes sistemas de laboreo. Se detecta cierto margen de actuación para reducir el laboreo en un contexto sin herbicidas, siendo relevante la posibilidad de sembrar cereales sin herbicida y sin laboreo. Además, se presentan otras alternativas de manejo como las mezclas de especies y de variedades que se pueden explorar para conseguir mejorar las cosechas y reducir la dependencia de insumos exógenos y energía.

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Introducción

La superficie agraria mundial con sus aproximadamente 48 Mkm2 ocupa medio planeta, siendo el 70% de dicha superficie dedicada a cultivos de secano. En la Península Ibérica, los sistemas de secano más extensos son los cerealistas, con alrededor de 11 Mha. En esta superficie se incluyen, además de los cereales, otras especies de cultivo que entran en la rotación (por ejemplo, diferentes leguminosas o girasol) y los barbechos. Esta ocupación extensa del territorio es importante a nivel ecológico debido, entre otras cosas, a las interacciones que se establecen entre ecosistemas agrarios y ecosistemas naturales próximos. Por un lado, son receptores de servicios de regulación que provienen de los ecosistemas naturales adyacentes (por ejemplo, control de avenidas, flujos de nutrientes en los suelos) y, por otro lado, ejercen de proveedores de dichos servicios hacia esos mismos ecosistemas. Uno de los aspectos más destacables de los secanos mediterráneos está asociado al régimen de precipitaciones. Su elevada variabilidad climática interanual y los episodios erráticos de subidas de temperatura en primavera favorecen períodos de déficit hídrico, con efecto sobre la movilización de nutrientes en el suelo y sobre la capacidad de absorción de las plantas.

De forma general, los manejos agrícolas de estos agroecosistemas se basan en el laboreo y la fertilización. Aunque en las últimas décadas, las labores de alzada y de escarda mecánica se han ido sustituyendo por aplicaciones herbicidas. Así el 77% de los productos fitosanitarios utilizados en cebada son herbicidas y en trigo el 63%, fundamentalmente glifosato (MAPA, 2021). En estos sistemas, la flora arvense, que incluye las plantas silvestres que crecen dentro de los campos de cultivo, es uno de los principales componentes de la biodiversidad agraria, representada por al menos 435 taxones diferentes (Fig. 1). Los cambios de los manejos asociados a la agricultura convencional alteraron la frecuencia y abundancia de muchas de estas arvenses de los sistemas cerealistas de secano, hasta el grado de que muchas especies, antes abundantes, pasaron a considerarse raras. Como ejemplo tenemos la neguilla (Agrostemma ghitago). Esta pérdida de diversidad se ha demostrado negativa por dos cosas.

En primer lugar, se ha visto que mantener comunidades arvenses diversas reduce la competencia entre arvenses y cultivo con efectos sobre el rendimiento (Storkey y Neve, 2018). Por tanto, para reducir los efectos negativos de las arvenses sobre el cultivo es preciso asegurar la conservación de su diversidad que permitirá mejorar la sostenibilidad de los manejos agrícolas (MacLaren et al., 2020). En segundo lugar, se ha evidenciado que contribuyen a la provisión de diferentes servicios ecosistémicos, por ejemplo, la polinización (Blaix et al., 2018). Queda claro que para integrar la conservación de la biodiversidad en los objetivos de producción agraria es preciso una transformación del modelo agroalimentario actual, se requieren estrategias de manejo de los cultivos que eviten el rechazo al cambio de los diferentes actores implicados y se afronten los riesgos de las diferentes crisis (energética, climática, ecológica). La utilización de la teoría ecológica en el diseño de estrategias agronómicas puede resultar una herramienta útil, siendo el manejo de la biodiversidad (de los cultivos y de las especies silvestres) un elemento clave para reducir la dependencia de insumos externos en los procesos productivos. En este sentido, es relevante el esfuerzo por implantar estrategias como la De La Granja a La Mesa contemplada en el Pacto Verde Europeo. Dicha estrategia plantea la reducción del uso de productos fitosanitarios y abre una puerta al cambio de paradigma al favorecer una mayor integración de la ecología en el diseño de los sistemas agrarios (COM381, 2020).

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Figura 1. Distintas arvenses dentro de los cultivos: a) Papaver rhoeas en cultivo de habines; b) Galium tricornutum en cultivo de trigo; c) Anacyclus clavatus y Lolium rigidum en cultivo de trigo; d) Polygonum aviculare en cultivo de trigo; e) Convolvulus arvensis y Lactuca serriola en cultivo de cebada; f) Papaver rhoeas en cultivo de cebada. Fotografías de Jaime Luján Alarcón.

El objetivo de este trabajo es hacer un análisis de los aspectos que se pueden mejorar en los manejos de los sistemas cerealistas de secano mediterráneos desde una perspectiva agroecológica. De esta forma, a partir de la evaluación de las relaciones observadas a nivel experimental entre la abundancia, la diversidad de especies y la diversidad funcional de las comunidades arvenses y el rendimiento del cultivo, integrando el efecto de las prácticas agrícolas, tratamos de identificar posibles manejos de los cultivos que aseguren la resiliencia de estos sistemas.

Funcionamiento de los sistemas cerealistas de secano

En una rotación cereal-leguminosa llevada a cabo durante 4 campañas agrícolas (Fig. 2), en la finca El Encín (Alcalá de Henares) evaluamos el efecto de tres sistemas de laboreo (laboreo convencional con vertedera, laboreo mínimo con chisel y no laboreo con aplicación de glifosato en presiembra) y dos dosis de fertilización (dosis convencional de NPK y una reducción del 50% de la convencional). En el cultivo de cereal se realizaron aplicaciones de herbicidas en post-emergencia en todos los sistemas de laboreo.

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Figura 2. Datos de temperatura y precipitación durante las cuatro campañas agrícolas de la rotación cereal-leguminosa.

Para entender el funcionamiento del agroecosistema nos planteamos un modelo de relaciones entre los diferentes factores más relevantes que intervienen (prácticas agrícolas, cultivo, arvenses y variabilidad interanual) representado en la Figura 3. Consideramos que: i) la reducción del laboreo y de la fertilización podría reducir las cosechas e influir sobre las arvenses en su abundancia y diversidad (Fig. 3, rutas a, b y c); ii) las interacciones entre las arvenses y el cultivo dependen de la abundancia de las arvenses y de su diversidad (taxonómica y funcional) (Fig. 3, rutas d, e y f); iii) las condiciones ambientales son relevantes en el funcionamiento del sistema (Fig. 3, rutas g, h, i) por lo que es esperable que ejerzan un control intenso sobre todos sus componentes (abundancia y diversidad de arvenses y rendimiento del cultivo).

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Figura 3. Las prácticas agrícolas afectan a la estructura de las comunidades arvenses y al rendimiento de los cultivos (a, b, c), que a su vez se influyen entre sí de manera recíproca (d, e, f). En clima mediterráneo los efectos de la meteorología modulan el funcionamiento del agrosistema influyendo de manera directa sobre todos sus componentes (g, h, i).

En los dos tipos de cultivo estudiados (cereal y leguminosa), nuestros resultados mostraron el escaso papel de la fertilización en el funcionamiento de estos agroecosistemas de secano. En concreto, se manifiestó la posibilidad de reducir la dosis de fertilizante (hasta un 50% en este estudio) sin que se produzca reducción del rendimiento, al menos en el corto plazo, ni haya efectos sobre la estructura de las comunidades arvenses (Fig. 4). Este resultado es coherente con resultados de otros trabajos realizados en contexto mediterráneo que señalan a la precipitación como el factor decisivo para realizar una fertilización eficaz. Es decir, hay un umbral de precipitación, situado en los 450 mm, que es imprescindible superar para que se pueda observar el efecto del aporte de nutrientes sobre el cultivo (López-Bellido et al., 1998). Por otra parte, es importante resaltar que: i) a nivel ambiental, la reducción de la dosis de fertilizantes evita el exceso de nutrientes en el suelo causante de la disminución de su actividad microbiana; ii) a nivel económico puede mejorar el margen de beneficios percibido por los agricultores.

Adicionalmente, se detecta cierto desacople entre los efectos del laboreo convencional sobre la diversidad y el rendimiento de los cultivos (Fig. 4). Concretamente se evidencia que esta práctica favorece la diversidad de las arvenses (taxonómica y funcional) y reduce su abundancia, pero da lugar a un menor rendimiento del cultivo. Sin embargo, es importante señalar que en ensayos de larga duración no se detectan diferencias de rendimiento entre distintos sistemas de laboreo, señalando a las condiciones climáticas como las causantes de estos resultados (Hernanz et al., 2014). Por otro lado, la valoración de la idoneidad de la práctica de no laboreo no puede desligarse de su elevada dependencia de las aplicaciones herbicidas, presentando efectos negativos sobre la diversidad de las arvenses, a la vez que la aparición de especies dominantes con elevada capacidad para competir con los cultivos. Desde este punto de vista, la reducción del laboreo, tan necesaria para la conservación de la funcionalidad del suelo, se puede conseguir mediante la práctica del mínimo laboreo.

Con estos resultados preliminares se manifiesta la necesidad de explorar la potencialidad de combinar diferentes prácticas agrícolas que aseguren la conservación de las propiedades del suelo y se independicen de las aplicaciones herbicidas.
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Figura 4. Modelo piecewiseSEM mostrando las relaciones que se han detectado entre las prácticas agrícolas (Sistema de laboreo -no laboreo, laboreo mínimo y laboreo convencional- y Fertilización -reducida y convencional-), la comunidad de especies arvenses (diversidad de especies, diversidad funcional y abundancia de individuos) y el rendimiento del cultivo, en dos campañas de cultivo de trigo. R2m, coeficiente dedeterminación marginal, indica la variabilidad explicada por el modelo de cada una de las variables. Los valores de las flechas se corresponden con los coeficientes de regresión estandarizados. *** p<0,001, **p<0,01, *p<0,05.

El manejo de las arvenses sin herbicidas

Las alternativas a la agricultura convencional como son la agricultura de conservación y la ecológica tienen dificultades para abordar el manejo de las arvenses en un contexto de baja productividad que precisa la reducción del uso de insumos exógenos y de energía. En esta línea, se ha visto, en dos rotaciones diferentes (cebada-haboncillo y trigo-garbanzo) sin herbicidas ni fertilización que el rendimiento no se reduce de forma considerable en laboreo mínimo respecto a laboreo convencional (Fig. 5). Además, se observa la posibilidad de obtener cosecha de cereales en condiciones de no laboreo en cereales. Con estos resultados preliminares se manifiesta la necesidad de explorar la potencialidad de combinar diferentes prácticas agrícolas que aseguren la conservación de las propiedades del suelo y se independicen de las aplicaciones herbicidas.

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Figura 5. Rendimientos de los cultivos en diferentes sistemas de laboreo (LC: laboreo convencional con vertedera, LM: mínimo laboreo con chisel, NL: no laboreo). A) Rotación cebada-haboncillos. B) Rotación trigo-garbanzo. Datos campaña 2020/2021. La siembra en NL se realizó en septiembre. La siembra en LC y LM se realizó en noviembre.

La diversificación de cultivos, entendida como el proceso de incrementar la diversidad de especies o la diversidad genética de los cultivos de una finca es una alternativa de manejo que puede ser útil en el contexto de bajo consumo de insumos y energía. El incremento de la diversidad de los sistemas mediante la diversificación de los cultivos es una práctica que permite mejorar la eficacia del manejo desde diferentes aspectos que incluye el uso de los recursos (luz, agua y nutrientes) y la habilidad competitiva con las arvenses. Esta diversificación puede tener efecto a escala temporal como es la rotación de cultivos. En el contexto mediterráneo la diversidad de especies de cultivo se ve determinada por el clima. Sin embargo, todavía hay un margen de manejo donde es posible reintroducir especies que se dejaron de cultivar y que estaban adaptadas a estas condiciones. Entre estas especies pueden resultar de interés algunas leguminosas como alverjones o almortas y aprovechar sus beneficios que aportan en relación a la fijación de nitrógeno.

Por otro lado, el aumento de la diversidad a escala espacial se puede realizar con mezclas de especies e incluso variedades de cultivo. En este caso se busca la complementariedad en el uso de recursos (luz, agua, nutrientes) entre todas las especies y/o variedades que componen la mezcla en una misma campaña de cultivo. Se trata de una práctica emergente que requiere del desarrollo de trabajo experimental previo orientado a responder a cuestiones asociadas a dosis de siembras, distribución de semillas, selección de especies y variedades, grado de diversidad. Al final se trata de mejorar la cadena de valor de las cosechas y mejorar la resiliencia de los sistemas cerealistas de secano mediterráneos.

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