Dinámica de Nitrógeno en secuencias con diferente participación de soja y leguminosas de invierno. La contribución de la fijación biológica de nitrógeno en estructuras subsuperficiales

Abstract

En las últimas décadas, la región pampeana de Argentina ha experimentado una continua pérdida de fertilidad del suelo, evidenciada principalmente por la reducción de los niveles de carbono (C) y nitrógeno (N), nutrientes vitales para la producción de cultivos. La sostenibilidad de los niveles productivos de estos suelos es esencial para satisfacer la creciente demanda global de alimentos. Debido a esto, esta investigación aborda la necesidad de mantener o recuperar la fertilidad del suelo a través de prácticas agrícolas sostenibles que integren el manejo eficiente de los sistemas de cultivos, y del balance de nitrógeno en secuencias con incorporación de cultivos de cobertura. El objetivo general de la tesis fue estudiar las dinámicas de entradas y salidas de nitrógeno en distintas secuencias de cultivos con distinto grado de intensificación mediante la inclusión de leguminosas o gramíneas durante períodos de barbechos, y evaluar el impacto de la fijación biológica de N (FBN) por la inclusión de soja y/o leguminosas de invierno en los contenidos de C y N en el suelo, y en los balances de N a nivel de sistema, teniendo en cuenta los aportes subsuperficiales. Se realizaron experimentos para evaluar la absorción de nitrógeno y la FBN en diferentes cultivos, de soja, vicia y arveja, incluyendo determinaciones a campo de los aportes de estructuras subsuperficiales hasta 30 cm de profundidad. Además, se evaluaron los aportes acumulados de C y N en ensayos de larga duración, caracterizados por diferentes índices de intensificación. Los resultados obtenidos demostraron que los aportes de biomasa subsuperficial de los cultivos evaluados son inferiores a los valores de referencia, representando la biomasa subsuperficial 10 y 5% de la biomasa total en madurez fisiológica de soja y arveja, y 13% en floración de vicia. Por otro lado, la incorporación de vicia como cultivo de cobertura, mejora significativamente los balances de nitrógeno y carbono en el suelo. El cultivo de vicia fue el cultivo que aportó las mayores cantidades de N (hasta 160 kg N-FBN ha-1), incluso en fechas de siembra tardías. En cambio, el cultivo de arveja para producción de granos, no aporta cantidades significativas de N, y no presenta diferencias significativas en el balance de nitrógeno en comparación con el trigo o la ausencia de cultivos invernales. La inclusión de trigo como cultivo de cobertura mejora los aportes de carbono, pero no tiene un impacto significativo en el nitrógeno del suelo. Estos hallazgos destacan la importancia de elegir adecuadamente los cultivos al intensificar las rotaciones, para maximizar los beneficios en términos de fertilidad del suelo, demostrando además que es necesario mantener altos porcentajes de ocupación con leguminosas para lograr mayores aumentos del C del suelo. En rotaciones a base de soja, la inclusión de gramíneas como cultivos de cobertura no produjo mejoras en el C o N del suelo. Este estudio destaca además la necesidad de considerar las estructuras subsuperficiales, como raíces y nódulos, para obtener estimaciones precisas de los balances de nutrientes. Estos componentes, a pesar de sus bajos aportes netos, pueden ser determinantes para cambiar el signo del balance de N, pasando de negativo a positivo en ciertos casos. Se proporciona una base sólida para futuras prácticas y políticas agrícolas que busquen equilibrar la producción de alimentos con la conservación de los recursos del suelo. La tesis concluye que, a través de un manejo adecuada del nitrógeno, y la inclusión estratégica de cultivos de cobertura que aporten N en períodos de barbecho, es posible mantener y mejorar la fertilidad del suelo.

Over recent decades, the Pampas region of Argentina has experienced ongoing soil degradation, primarily evidenced by a reduction in soil carbon (C) and nitrogen (N) levels—vital nutrients for crop production. Sustaining soil productivity levels will be vital to meet the world's growing demand for food. This research focuses on maintaining or improving soil fertility through sustainable agricultural practices, particularly by the intensification of cropping sequences and nitrogen balance, enhanced by cover crops or cash crops sown during fallow period. The thesis aimed to study nitrogen dynamics in crop sequences with legumes or grass in fallow periods, focusing on biological nitrogen fixation and its impact on soil C and N contents, especially belowground biomass. Experiments assessed nitrogen uptake and BNF in field crops like soybean, vetch, and pea up to 30 cm depth. The research also examined cumulative C and N inputs in long-term crop sequences with varying cropping intensity. The findings revealed that belowground biomass contributions were lower than expected. Specifically, belowground biomass accounted for 10% and 5% of total biomass at the physiological maturity of soybean and pea, respectively, and 13% at full bloom of vetch. Inclusion of vetch as a cover crop improved soil nitrogen and carbon balances. Vetch contributed the highest N levels (c.a. 160 kg N-BNF ha-1), even in late sowing. Field pea sown as a cash crop, did not significantly enhance N levels or improve the nitrogen balance compared to wheat or the absence of winter crops. While wheat as a cover crop increased carbon inputs, it had no notable impact on soil nitrogen. These results highlight the importance of selecting appropriate crops to maximize soil fertility benefits and suggest that a high frequency of legumes is crucial for significant increases in soil C. The inclusion of wheat in soybean-based rotations did not enhance soil C or N. The study emphasizes the importance of considering belowground structures, such as roots and nodules, to accurately estimate nutrient balances. Although their contributions are relatively low, they can significantly influence the overall nitrogen balance. In conclusion, the research indicates that strategic nitrogen management and the inclusion of N-rich cover crops during fallow periods can effectively maintain and improve soil fertility in the Pampean region.