Efecto de vicia y centeno como cultivo de cobertura sobre el balance de carbono y nitrógeno en un sistema de siembra directa de la región semiárida pampeana

Abstract

En los sistemas de siembra directa, la ubicación de los residuos sobre la superficie del suelo y su baja calidad, surgen como limitantes para el secuestro de carbono (C). La inclusión de leguminosas como cultivo de cobertura (CC) sería una estrategia posible para favorecer la captura de C en estos sistemas. Sin embargo, resulta necesario profundizar acerca de las relaciones entre los procesos de mineralización e inmovilización de manera tal de poder reconocer la conexión entre el metabolismo del C y nitrógeno (N) del suelo y sus cambios a través de la descomposición del pool de biomasa microbiana del suelo. Los objetivos planteados fueron: cuantificar el C y N orgánico en diferentes compartimientos de sus ciclos, obtener información acerca de condiciones ambientales y calidad de residuos que determinan la mineralización neta de N, evaluar el efecto de la rizósfera y disponibilidad de N sobre la composición de la población microbiana, evaluar la respuesta de las poblaciones bacterianas y fúngicas a sustratos con diferente calidad y evaluar la disponibilidad de N fijado por la vicia sobre el cultivo sucesor. Los tratamientos testeados fueron: centeno, centeno + 40N; vicia; vicia-centeno y un testigo sin CC. Se cuantificó la productividad total de los cultivos de la rotación (aérea y raíces), residuos, fracciones de la MOS a 0-6 y 6-12 cm de profundidad (> y < 53 Nm, biomasa microbiana y MO soluble), temperatura (5 y 10 cm), humedad, nitratos y la composición de la comunidad microbiana del suelo. La biomasa de raíces fue el sustrato que mejor explicó las variaciones observadas en la biomasa microbiana del suelo. Mayor disponibilidad de agua (45-50% poros llenos de agua) y temperaturas por debajo de los 25oC durante el mes de diciembre tuvieron un efecto retroalimentador positivo sobre la biota del suelo. La biomasa microbiana alcanzó valores máximos de capacidad de carga evidenciando un estado aparente de equilibrio. Para un suelo Paleustol petrocálcico con un nivel de CO del 1,5%, se necesitan 102 g C-raíces m-2 y 3,7 g N-raíces m-2 para sostener y mantener estable la biomasa microbiana con un contenido de C y N de 20,1 y 1,9 g m-2. Cuando el sistema estuvo limitado por N (secuencia centeno-sorgo), sostener en el tiempo altos niveles de carga microbiana implicó la pérdida de N de la materia orgánica particulada y asociada a las partículas minerales del suelo que se correspondió con la pérdida de COS. La inclusión de la vicia, sola o consociada, mejoró la calidad de los residuos de la rotación e impactó positivamente sobre el cultivo sucesor. La leguminosa contribuyó con 31 y 112 kg N ha-1 por fijación biológica el primer y segundo año de la experiencia. Una mayor disponibilidad de N en el sistema se tradujo en un incremento de la tasa de ciclado de nutrientes y en consecuencia mayor secuestro de C total en ambas profundidades de suelo y más N en los primeros 6 cm del perfil. Además, la comunidad microbiana del suelo sufrió cambios en el muy corto plazo hacia una población dominada por bacterias. En cambio, secuencias con residuos de menor calidad evidenciaron una sucesión microbiana de una comunidad inicial dominada por hongos a una dominada por bacterias luego de tres años de efectos acumulados. Los resultados de esta experiencia demuestran el rol fundamental del N sobre el ciclado de nutrientes por la biota del suelo y el secuestro de C y N en la MOS.

In no-till systems, litter position on soil surface and its low quality represent a limiting step for C sequestration (C). The inclusion of legumes as cover crops (CC) would be a possible strategy to improve C capture in these systems. However, it is necessary to study the relationships between mineralization and immobilization to allow us to recognize the link between soil C and N metabolism and its changes through microbial biomass pool decomposition. The objectives of this study were to quantify organic C and N in different compartments of their cycles; to obtain information about environmental conditions and residue quality that define N net mineralization rate; to assess rhizosphere effect and N availability on microbial biomass composition, to assess the response of bacterial and fungal populations with different quality substrate and to calculate the contribution of biologically fixed N by vetch on the following crop. The treatments tested were: rye, rye + 40N; vetch; vetch-rye and a control without CC. Total productivity of crop rotations (aerial biomass and roots), soil organic matter fractions at 0-6 cm and 6-12 cm depth (> and <53 Nm carbon and nitrogen, microbial biomass and dissolved organic matter), temperature (at 5 and 10 cm depth), moisture, nitrates and soil microbial community composition were quantified. Root biomass was the substrate that best explained the variations in soil microbial biomass. Water availability (45-50% waterfilled pore space) and temperatures below 25°C during December had a positive feedback on soil biota. Soil microbial biomass at 0-6 cm depth reached maximum values of carrying capacity demonstrating an apparent steady state. For a petrocalcic Paleustoll, with a CO level of 1,5%, it required 102 g C-roots m-2 and 3,7 g N-roots m-2 to support and maintain an stable microbial biomass containing 20,1 g C m-2 and 1,9 g N m-2. N limited systems (rye-sorghum sequence) showed loss of particulate and mineral-associated organic N to sustain high levels of microbial biomass over time, which was associated with loss of carbon. Including vetch as a CC, alone or consociated, improved litter quality of the sequence and affected succeeding crop yield positively. The legume contributed with 31 and 112 kg ha-1 of biologically fixed N in the first and second years of the experience respectively. Greater N availability in the system increased the rate of nutrient cycling (net N mineralization rate) and consequently sequestered more C in both depths and more N within 0-6 cm depth. In addition, soil microbial community changed in the very short term to a population dominated by bacteria. However, sequences with lower litter quality showed a microbial succession of an initial community dominated by fungi to a community dominated by bacteria after three years of cumulative effects. The results of this experience demonstrate the fundamental role of N to enhance nutrient cycling by soil biota that favor C and N sequestration in SOM.