Legumes crop for a sustainable agriculturestudy of soil fertility, greenhouse gas emission, carbon sequestration and nutritional status of crops

  1. SÁNCHEZ NAVARRO, VIRGINIA
Supervised by:
  1. Juan Antonio Fernández Hernández Director
  2. Raúl Zornoza Belmonte Director

Defence university: Universidad Politécnica de Cartagena

Fecha de defensa: 01 March 2019

Committee:
  1. Jose Antonio Franco Leemhuis Chair
  2. Fuensanta García Orenes Secretary
  3. Claudia Bene Committee member
Department:
  1. Ingeniería Agronómica

Type: Thesis

Abstract

Gracias a su habilidad para fijar el nitrógeno atmosférico, los sistemas de cultivo basados en leguminosas son considerados como una estrategia sostenible para reducir el aporte externo de fertilizantes nitrogenados, disminuyendo así las emisiones de gases de efecto invernadero. Además, la inclusión de leguminosas en rotación puede dar como resultado la mejora de la calidad y fertilidad del suelo, y la mejora del rendimiento de los cultivos posteriores. Esta contribución depende de las especies de plantas, las propiedades del suelo, las condiciones climáticas o las prácticas de manejo. Además, la introducción de bacterias fijadoras de nitrógeno en el suelo podría ser una práctica efectiva para mejorar la eficiencia del nitrógeno, mientras que la inoculación con micorrizas está relacionada con el aumento del crecimiento de las plantas, la absorción de nutrientes inmóviles y la resistencia a patógenos. Estos efectos positivos de los cultivos de leguminosas pueden mejorar la rentabilidad de la agricultura orgánica, que tiende a tener rendimientos más bajos en comparación con la agricultura convencional. En base a rotaciones de cultivos basados en leguminosas, establecimos un experimento con tres objetivos diferentes. En primer lugar, nuestro objetivo fue evaluar el efecto de dos especies de leguminosas diferentes (caupí, poco común en el área de estudio, y haba, tradicional en el área de estudio) sobre el carbono orgánico del suelo (COS), la agregación del suelo, la fertilidad del suelo y los rendimientos de los cultivos posteriores de hortalizas (brócoli y melón, respectivamente) cultivados bajo prácticas de manejo convencionales y orgánicas después de dos ciclos de cultivo de rotación. Los resultados mostraron que el cultivo previo de caupí, en comparación con el cultivo de haba, era una alternativa más efectiva en términos de producción sostenible para aumentar el COS, la fertilidad del suelo y el rendimiento de los cultivos posteriores mediante procesos de rizodeposición. En el cultivo de brócoli, la práctica de manejo convencional se relacionó positivamente con los depósitos de carbono y nitrógeno. La práctica de manejo orgánico se relacionó con mejoras en la estructura del suelo, pero también con el rendimiento del cultivo. En segundo lugar, nuestro objetivo fue evaluar el efecto de dos cultivares de caupí (Feijão frade de fio preto y Feijão frade de fio claro) en la fertilidad del suelo, el rendimiento, la calidad del cultivo y la composición nutricional del cultivo de brócoli posterior cultivado bajo prácticas de manejo convencional y orgánica durante tres ciclos de rotación de cultivos, mientras que las tasas de fertilización se redujeron un 20% en comparación con el cultivo de brócoli. Los resultados mostraron que el cultivo de caupí era una buena estrategia para la diversificación de cultivos y para reducir la dependencia de fertilizantes nitrogenados, ya que contribuyó a un aumento del fósforo disponible del suelo mientras que mantuvo el rendimiento y la calidad del cultivo de brócoli después de tres rotaciones de cultivos bajo ambas prácticas de manejo. La práctica de manejo convencional aumentó el diámetro y los rendimientos de las pellas de brócoli. La práctica de manejo orgánico mejoró la estructura del suelo y la actividad microbiana. En tercer lugar, nuestro objetivo fue evaluar el efecto de diferentes especies de leguminosas (caupí, poco común en el área de estudio, y haba, tradicional en el área de estudio) en los depósitos de carbono en el suelo, el contenido de nitrógeno y actividades enzimáticas del suelo de los cultivos posteriores de hortalizas (brócoli y melón, respectivamente) cultivados bajo prácticas de manejo convencional y orgánica después de dos ciclos de rotación de cultivos. Los resultados mostraron que el cultivo previo de caupí en comparación con el cultivo de haba fue mejor para aumentar el COS, el nitrógeno y las actividades enzimáticas del suelo del cultivo posterior de hortalizas debido a procesos de rizodeposición. En el cultivo de brócoli, la práctica de manejo convencional aumentó el COS. La práctica de manejo orgánico se relacionó con un mayor secuestro de carbono. El cultivar de la leguminosa afectó el contenido de nitrógeno en el suelo y la actividad deshidrogenasa. Además, también evaluamos el efecto de un cultivo de leguminosa y no leguminosa (haba y brócoli) durante dos años sobre el rendimiento del cultivo, las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) (N2O, CO2 y CH4) y las actividades enzimáticas del suelo, cultivados bajo prácticas de manejo convencional y orgánica. El año de cultivo afectó las emisiones de GEI, el rendimiento de los cultivos y las actividades enzimáticas. El cultivo de haba mostró las mayores emisiones de GEI, mientras que el cultivo de brócoli mostró mayores actividades enzimáticas en el suelo. La práctica de manejo convencional resultó en mayores rendimientos para ambos cultivos, mientras que la práctica de manejo orgánico condujo a mayores emisiones de N2O y CO2 y actividades enzimáticas del suelo en ambos cultivos. El rendimiento de los cultivos estuvo relacionado con menores emisiones de GEI y mayor actividad enzimática. Finalmente, establecimos un experimento adicional para evaluar la efectividad de diferentes tratamientos de inoculación con los géneros Rhizobium y Burkholderia (BFN) y / o hongos micorrícicos arbusculares (HMA) a través de inoculación individual y dual en la nutrición vegetal, la fijación biológica de nitrógeno (FBN) y el rendimiento y calidad de dos cultivares de haba (Muchamiel y Palenca), con un 20% de disminución en la tasa de fertilización en comparación con los cultivos no inoculados durante dos años. Los resultados mostraron que la composición nutricional de la planta no se vio afectada por el tratamiento de inoculación o el menor aporte de fertilizantes. La FBN se vio afectada por el cultivar, con valores más altos en la parte aérea del cultivar Muchamiel. La inoculación dual en comparación con la inoculación individual mostró un mayor contenido de nitrógeno en la parte aérea de ambos cultivares de haba. La inoculación con bacterias pertenecientes al género Burkholderia (B. cenocepacia) en comparación con Rhizobium mostró un mayor contenido de nitrógeno en la raíz. Aunque no hubo diferencias en el contenido de nitrógeno en las partes aéreas con la inoculación, el contenido de proteína en el grano fue mayor después del tratamiento de inoculación, lo que sugiere una mayor eficacia en la asimilación de nitrógeno después de la inoculación.