Ecosystem and productive benefits of the strategic inclusion of annual legumes into an annual ryegrass pasture in a no-tillage integrated crop-livestock system

Abstract

Annual winter pastures are strategic components in crop-livestock systems in Uruguay. The aim of this study was to evaluate the N legume fixation into an annual ryegrass pasture contrasted to the N fertilizer addition. The experimental design was a randomized complete block design with 2x2 factorial arrangement of the treatments, two pasture types: a) annual ryegrass (Lolium multiflorum L.) pasture, and b) of annual ryegrass with two annual legume species (Trifolium resupinatum L. and Trifolium vesiculosum L.); and two levels of N fertilizer: a) no N fertilizer, and b) 64 kg N ha-1. They were grazed with Holstein steers. Setaria italica crop was planted in summer to evaluate the carry over effects of the treatments on its herbage mass production. Pasture accumulated herbage mass was significantly increased with N fertilizer (P ≤ 0.01), increment of 1277 ± 322.5 kg DM ha-1. The legume species’ addition plus N fertilization led to a higher nitrogen nutrition index in the mixed pastures. Ryegrass herbage mass was positively influenced by N addition, but with that there was a 47% of weed herbage mass increase in the pure annual ryegrass pastures. The average daily gain of steers was positively influenced by legumes, with an average of 1.01 kg PV day-1 in mixtures. N fertilizer addition allowed a higher stocking rate and higher animal production in winter. A carryover effect of the treatments was not found on S. italica accumulated herbage mass. Legumes’ addition to annual ryegrass allowed a greater animal performance but did not provide any additional benefit to the following summer crop.

Las pasturas anuales de invierno son componentes estratégicos de los sistemas agropecuarios en Uruguay. El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la fijación biológica de N de leguminosas en una mezcla con raigrás anual en contraste con la adición de fertilizante nitrogenado. El diseño experimental fue un diseño de bloques completos al azar con arreglo factorial 2 x 2 de los tratamientos, con dos tipos de pasturas: a) pastura de raigrás anual (Lolium multiflorum L.), y b) pastura mezcla de raigrás anual con dos especies de leguminosas anuales (Trifolium resupinatum L. y Trifolium vesiculosum L.); y dos niveles de fertilización con N: a) sin fertilizante, y b) 64 kg N ha-1. Las pasturas fueron pastoreadas con novillos Holstein. En verano se realizó un cultivo de Setaria italica para evaluar los efectos de los tratamientos en la producción de biomasa de este. La biomasa acumulada de las pasturas de invierno incrementó significativamente con fertilización de N (P ≤ 0.01), con un incremento de 1277 ± 322.5 kg MS ha-1. La pastura mezcla fertilizada con N produjo un mayor índice de nutrición nitrogenada que la pastura de raigrás anual. La biomasa aérea de raigrás presentó un incremento con el agregado de N; sin embargo, en las pasturas monofíticas de raigrás hubo un aumento del 47% de malezas. La ganancia media diaria de los novillos incrementó con la incorporación de leguminosas, con un promedio en las pasturas mezclas de 1,01 kg PV día-1. La adición de fertilizante nitrogenado permitió una mayor carga animal y una mayor producción animal en invierno. No se encontró un efecto de los tratamientos en la biomasa acumulada de S. italica. La incorporación de leguminosas al raigrás anual permitió una mayor ganancia diaria de peso vivo por animal, pero no produjo un efecto adicional sobre el cultivo sucesor de verano.