Evaluación de la fijación biológica de nitrógeno y la producción de raíces en distintos cultivos de servicios y sus efectos sobre las reservas de C y N orgánico del suelo

Abstract

Los cultivos de servicios pueden incluirse en las rotaciones agrícolas para proveer servicios ecosistémicos que se han perdido en los sistemas de agricultura continua. Estos cultivos, que se siembran en los periodos entre cultivos de renta y no se cosechan (i.e. cultivos de cobertura, abonos verdes, etc.), podrían ser sembrados en la Región Pampeana, con efectos positivos a corto y largo plazo sobre la producción de los cultivos de renta. En esta tesis, se caracterizaron especies de cultivos de servicios de gramíneas, leguminosas o crucíferas en cuanto a sus rasgos y efectos sobre el C y el N de la materia orgánica del suelo (MOS). Para ello se realizaron tres experimentos: (1) se evaluaron la biomasa aérea y subterránea y los aportes de N fijado biológicamente (NFB) en diez especies de leguminosas mediante el método de abundancia natural de 15N, durante dos años; (2) se evaluó el comportamiento de 8 especies de cultivos de servicios de gramíneas, leguminosas o crucíferas caracterizando su producción de biomasa aérea y subterránea, durante tres años; y (3) se evaluó el efecto acumulado de las rotaciones agrícolas con y sin cultivos de servicios sobre la formación y descomposición de la MOS, estimada mediante el uso de isótopos de 13C en la MOS particulada (POM) y la asociada a los minerales (MAOM). Los resultados de esta tesis sugieren que: a) los aportes de NFB de las leguminosas aumentan en función de la biomasa aérea, pero esta respuesta satura cuando la biomasa es muy alta debido a una dilución de la concentración de N; b) la producción de biomasa subterránea está determinada principalmente por la especie y se mantiene relativamente constante entre años en las gramíneas y las leguminosas, pero aumenta en función de la producción de biomasa aérea en las crucíferas; c) las disminuciones en la MAOM de los sistemas agrícolas se deben tanto al aumento de las pérdidas por descomposición como a la baja humificación de los aportes de biomasa en la MAOM, pero las disminuciones en la POM se deben principalmente a las pérdidas por descomposición, ya que la humificación no es sustancialmente afectada; d) las rotaciones que incluyen cultivos de servicios de gramíneas aumentan la descomposición de la MAOM pero luego forman MAOM nueva sugiriendo un aumento en la velocidad de ciclado del C y e) las leguminosas, en cambio, no estimulan la descomposición del MAOM pero si la descomposición de la POM y presentan altas tasas de humificación de sus residuos en la MAOM, logrando una alta formación de MAOM. La variabilidad observada en los rasgos que presentan las distintas especies y su impacto en la formación de MOS, resalta la importancia de seleccionar y evaluar a los cultivos de servicios considerando aquellos rasgos que se encuentren relacionados con los servicios ecosistémicos que se quieren mejorar.

Service crops can be included in agricultural rotations to provide ecosystem services that have been lost in continuous agricultural systems. These crops, which are sown in between cash crops periods and are not harvested (i.e. cover crops, green manure, etc.), could be sown in the Pampean Region with positive short and long-term effects on the cash crops yields. In this thesis, service crops candidates (certain grasses, legumes, and crucifers species) were characterized in terms of their traits and effects on the C and N of soil organic matter (MOS). To achieve this goal, three experiments were carried out: (1) shoot and root biomass and the N biologically fixed contributions (NFB) in ten legume species were evaluated for two years using the 15N natural abundance method; (2) shoot and root biomass were evaluated in 8 genotypes of grasses, legumes or cruciferous crops for three years; and (3) the cumulative effect of agricultural rotations, with and without service crops, on the MOS formation and decomposition was estimated through 13C isotopes in the particulate (POM) and in the associated with minerals (MAOM) fractions after three years. Results suggest that: a) legumes NFB contributions increase with shoot biomass, but this response saturates at high biomass values due to N concentration dilution in the tissues; b) root biomass is determined mainly by the genotype (i.e. different species) and by shoot biomass in crucifers, but for grasses and legumes root biomass remains relatively despite changes in shoot biomass; c) MAOM decreases in agricultural systems are due both to high decomposition losses and low humification in the MAOM, while POM decreases are only explained by high decomposition losses since the humification is not substantially affected; d) agricultural rotations with service crops of grasses increase the MAOM decomposition but at the same time generate new MAOM, suggesting an increase in the C turn-over; and e) legumes stimulate the POM decomposition, but not MAOM decomposition, and promote MAOM formation through their high humification rates. The variability observed in different species traits and their impact on the MOS formation highlights the importance of evaluating and selecting traits in service crops to improve the targeted ecosystem services.