Editada por la Sociedad Española de Agricultura Ecológica/Agroecología
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El papel de las leguminosas en agricultura ecológica

Pastos con trébol rojo
Pastos con trébol rojo

Arja Nykänen. 
Famifarm Ltd.

Resumen: La rotación de cultivos con leguminosas es la base de la agricultura ecológica. En el artículo se aportan las razones para ello en relación a la fijación del N de la atmósfera y su facilitación, la variada disponiblidad de especies, la seguridad de la siembra de mezclas, la mitigación del cambio climático o el aporte de nutrientes de estos cultivos

Palabras clave: nitrogeno, fijación, leguminosas, rotación de cultivos

 

La fijación de Nitrógeno de la atmósfera

Las legumbres son una parte esencial de la agricultura ecológica ya que captan de nitrógeno (N) de la atmósfera para la fertilización, derivadas básicamente de la capaciadad de las mismas de fijar nitrógeno biológico. Esa capacidad se basa en una simbiosis con las bacterias Rhizobia, que se desarrollan en los nódulos producidos por las plantas en los pelos de la raíz. Estas bacterias son relativamente específicas para cada tipo de leguminosa y por lo tanto, se podría inocular las semillas de los cultivos de leguminosas con la cepa más eficaz de su planta huésped, antes de la siembra.

La fijación de N comienza a partir de dos a tres semanas después de la infección con rizobacterias. Por tanto, el suministro suficiente de nitrógeno para permitir el crecimiento durante las primeras semanas puede mejorar enormemente la productividad general. Por ejemplo, un suministro inicial de 25 kg / N ha-1 aumenta esa fijación. Sin embargo unas mayores tasas de suministro de N mineral suprimen la nodulación y la fijación de N

La actividad de la nitrogenasa declina justo antes y durante la floración (por ello, el momento adecuado para cosechar el trébol rojo se encuentra en el inicio de la floración, que es también el mejor momento para la digestibilidad de la materia orgánica como forraje). La actividad también es alta después de la defoliación, ya que hay una correlación positiva entre la actividad de la nitrogenasa y la biomasa de hojas de roseta. La actividad de la nitrogenasa es visible en el nódulo. Si está dividido el nódulo, el color rojo indica que está activa la fijación de N en el nódulo.

Dependiendo del cultivo, la cantidad de nitrógeno fijado y separado por la cosecha puede variar considerablemente siendo la más alta la de la alfalfa y soja, hasta 400 kg de N ha-1. La cantidad común varía de 50 a 200 kg N ha-1. Conviene contemplar que todo el N en las leguminosas no se fija de la atmósfera. Dado que la fijación de N es un proceso de alta demanda energética, las legumbres toman el N o del suelo en su lugar, si está disponible ahí.

La cantidad de N fijado y separado por cosecha puede variar considerablemente dependiendo del cultivo siendo la más alta de la alfalfa y soja hasta 400 kg de N ha-1. La cantidad común varía de 50 a 200 kg N ha-1. Dado que la fijación de N es proceso muy exigente en energía, las legumbres toman el N del suelo en su lugar, si está disponible allí.

El nitrógeno del suelo interactúa directamente con la fijación biológica de N a corto y largo plazo. A corto plazo, el aumento del N inorgánico en el suelo (fertilización) reduce su fijación biológica. A largo plazo, la fijación biológica de N conduce a la acumulación de N en el suelo, dominio de la hierba y reducción de su fijación biológica. Sin embargo, existe una relación dinámica entre leguminosas y gramíneas. La absorción de N del suelo por la hierba aumenta su fijación biológica y la competencia por los pastos reduce la producción de leguminosas y la fijación biológica de N.

¿Cómo facilitar la fijación de nitrógeno?

Guisantes cultivados mezclados con trigo.
Guisantes cultivados mezclados con trigo.

La fijación biológica de N está influída por muchos factores: la humedad en el suelo, la acidez y los nutrientes. Una humedad del suelo demasiado alta, limita la difusión de gas N y oxígeno a los nódulos y por otra parte, la humedad demasiado baja afecta a toda la planta y nódulos. En la agricultura moderna con maquinaria pesada y el riesgo de compactación del suelo, se debe prestar atención a la estructura del suelo de manera que los gases y el agua puedan fluir libremente. El tráfico pesado también rompe las raíces y los expone a enfermedades de la raíz.
La fijación biológica de N es sensible a pH bajo, así como a una mayor cantidad de aluminio (Al) y las concentraciones de manganeso. Dependiendo del pH, el encalado también mejorará el rendimiento general. Por otro lado, un pH demasiado alto dará lugar a una menor disponibilidad de micro elementos tales como hierro y manganeso.

La simbiosis entre plantas fijadoras de N y fósforo: las bacterias Rhizobium requiere, potasio, calcio, molibdeno, hierro, boro y cobalto. El calcio aumenta la capacidad de fijación y el fósforo aumenta la nodulación. La concentración de fósforo del suelo es considerablemente más beneficiosa que la necesaria para la brotación y crecimiento de la raíz del huésped.

Hay una regla de oro: cuando las legumbres crecen bien, la actividad de la nitrogenasa es alta y hay una gran fijación biológica de N. Las raíces vigorosas y sanas son el factor más importante que determina el éxito y la cantidad de fijación biológica de N. El estiércol y el compost son altos en fósforo y el potasio disponibles para la planta de y la mayoría de los oligoelementos son excelentes enmiendas del suelo para las legumbres, ya que no sólo mejoran la fijación de N, sino que mejoran también la salud del suelo en general

Variada elección de las especies

La familia de las leguminosas contiene aproximadamente 18.000 especies pertenecientes a cerca de 650 géneros. Ocupan el segundo lugar detras de las gramineas en su importancia como cultivos en la agricultura mundial. Además el Trifolium spp. y algunas otras especies de trébol son agronómicamente importantes dependiendo de las condiciones climáticas y del suelo. Con clima fresco y húmedo favorable para la mayoría de las especies de trébol con sólo unos pocos bien adaptados a las condiciones secas. Los granos vaina se cultivan con más éxito en estas condiciones.

La mayor parte de los cultivos de leguminosas son pastos (pastoreo, ensilaje, heno) tales como tréboles, alfalfa…, pero que se utilizan para cultivos de cobertura y abonos verdes también. Esos incluyen legumbres, además de trébol y la alfalfa, veza y especies también de Lathurys. En general, las leguminosas utilizadas para pastos y forraje son más o menos perennes, mientras que las leguminosas de grano aquí tratados son todas las especies herbáceas anuales.

Las leguminosas de grano más importantes son los guisantes, habas, altramuces dulces y las lentejas, las habas, soja secas y garbanzos. En las zonas templadas de Europa, las vezas, guisantes, habas y altramuces también se utilizan para ensilaje y pastoreo. (Cuadro) Además de la utilización deseada (piensos o abonos verdes) los criterios para la selección de especies y variedades son las condiciones del suelo y climáticas

Las mezclas dan la seguridad

Las legumbres se cultivan sobre todo en forma de mezclas con gramíneas (pastos, abonos verdes) o cereales (grano). Las mezclas son más productivos y presentan menos de un riesgo para la disminución del rendimiento en caso de fallo de la leguminosa, que los monocultivos. La leguminosa proporciona nutrientes a los cereales y gramíneas, mientras que los cereales y hierbas reducen la disponibilidad de N y mejoran la fijación de N. Además, emplean el N del suelo mejor que los monocultivos porque los pastos y cereales utilizan el N del suelo de manera efectiva. Por lo tanto el riesgo de lixiviación de N es menor en clima templado, la presión de las plagas y enfermedades es menor con mezclas y esto es especialmente importante, si las rotaciones de cultivos no incluyen una amplia gama cultivos y especies diferentes de plantas con la variación de hospederos de plagas y enfermedades.

Los problemas con las mezclas están principalmente relacionadas con el tiempo de cosecha óptima. En el caso de la fabricación de ensilaje, esto puede ser una ventaja, debido a que la digestibilidad de la materia orgánica disminuye más lentamente en las leguminosas que en las gramíneas. Hay más tiempo para cosechar el ensilaje. Cuando las leguminosas de grano se cultivan en mezclas con cereales, se tiene que poner mucha atención a la elección correcta de los cultivares. Es decir que debe tener el mismo tiempo de crecimiento. Muy a menudo la variación espacial desigual en el interior del campo es un problema en las mezclas, así como entre años en cultivos perennes. Esto hace que la cantidad de leguminosas es diferente en las distintas partes del campo. Y el contenido de leguminosa muy a menudo disminuye cuando los pastos se envejecen. Esta variación hace que la calidad varia con el rendimiento.

La rotación de cultivos con leguminosas

La agricultura ecológica se basa en la producción y el reciclaje de nutrientes dentro del sistema. Dependiendo de la región, se recomienda que alrededor del 25 – 50% de los cultivos de la rotación de cultivos debe ser leguminosas para suministrar el N adecuado. El potencial y la variación de la fijación de N es muy alta en las legumbres (Cuadro).

La cantidad de N de las leguminosas y la disponibilidad de los cultivos subsiguientes son factores cruciales en la rotación de cultivos, pero son difíciles de evaluar y sincronizar a las necesidades de la planta. Esto es debido a la gran variación en las condiciones de crecimiento en los campos, que depende de los muchos factores difíciles de controlar que influyen en el ciclo del N en el suelo.

En la agricultura ecológica la planificación de la rotación de cultivos tiene que garantizar -saldos positivos de N en general. Por lo tanto, es importante la planificación de la rotación de cultivos con la proporción adecuada de leguminosas y no leguminosas, así como los cultivos comerciales y abonos verdes. La rotación de cultivos es importante también para disminuir el riesgo de plagas y enfermedades.

En la producción de forraje, únicamente los residuos de la cosecha, es decir, rastrojos y las raíces, son fertilizante para el cultivo siguiente. Por lo tanto, se debe tener cuidado de que el N, que se retira del campo para los animales, se pone de nuevo como abono para mantener el equilibrio de N en el campo. En una granja con la rotación de cultivos de cultivos comerciales y abonos verdes, el N podría no ser el factor limitante de crecimiento, pero el resultado económico puede ser bajo debido a los años no rentables de abono verde. Además, las pérdidas de N en el medio ambiente pueden ser altos cuando las altas cantidades de N se incorporaron al suelo en forma de mantillo.

En agricultura ecológica es especialmente importante tener un equilibrio entre las entradas y salidas de N para asegurar tanto la productividad a corto plazo como la sostenibilidad a largo plazo. El manejo de nutrientes debe ser planificado y administrado durante períodos de tiempo superiores a un solo cultivo o estación de crecimiento. Los presupuestos de nutrientes son una herramienta para describir los flujos de N y ayudar en la planificación de la rotación de cultivos. En función de la gestión el ratio de entrada-salida- de N puede variar de déficit a superávit en los sistemas agrícolas ecológicos.

Haba en floración.
Haba en floración.

Bueno para alimentos, piensos y el suelo

Las legumbres por lo general contienen grandes cantidades de proteínas y diversas cantidades de grasas y carbohidratos. Cuando se alimenta rumiantes, aumentan la concentración de ácidos grasos poliinsaturados en la leche y la carne. Hay resultados que muestran que los altramuces, por ejemplo, pueden reducir la presión arterial y el colesterol dañino.

Los valores nutritivos altos y el consumo por los rumiantes resultan en una mayor producción de leche y un mejor rendimiento de los animales en la producción de carne de vacuno. El trébol rojo y alfalfa también tiene altos rendimientos de materia orgánica digestible, energía metabolizable y nitrógeno. Los tréboles son más ricos en calcio, magnesio y muchos oligoelementos que las gramíneas.

Las legumbres ayudan a mejorar la fertilidad del suelo no sólo a través de la fijación simbiótica de N, sino también mediante la promoción de la estructura del suelo y la estabilidad a través de sus sistemas de raíces profundas y extensas. La alfalfa, altramuces y los garbanzos tienen raíces primarias muy profundas. Los tréboles y habas tienen un tipo de raíz intermedia; por el contrario, guisantes, arvejas, lentejas y habas de soja tienen sistemas de raíces grandes pero más superficiales. Todas las legumbres tienen efectos positivos sobre la disponibilidad de nutrientes del suelo, ya que sus raíces exudados también mineralizan los nutrientes en el suelo

Las legumes impiden el efecto invernadero

Cuando el N se fija desde la atmósfera a través de la fijación biológica de N, la energía proviene del sol a través de la fotosíntesis de las leguminosas. Los fertilizantes minerales provienen de la fijación del N de la atmósfera y el combustible fósil. El cultivo de leguminosas produce la misma cantidad de óxido nitroso a la atmósfera que la tierra no cultivada. La producción de cultivos abonados con fertilizantes minerales producen tres veces la cantidad de óxido nitroso. El cultivo de las legumbres aumenta la cantidad de N en el suelo que a su vez se une al carbono en el suelo aumentando el contenido de humus. La fijación biológica de N no aumenta la cantidad neta de dióxido de carbono en la atmósfera.

Por otro lado, hay que contemplar el hecho de que si hay grandes cantidades de N nitrato por ejemplo después de acolchamiento de abono verde, el riesgo de los gases de óxido nitroso aumenta.

Se ha descubierto que la biomasa el trébol produce más biogás que el trébol puro. El efecto de la fertilización es el mismo después de abonos verdes y el digestato, pero la producción de biogás da beneficio extra.

Hay investigaciones que indican que la utilización de guisantes para la producción de bioetanol. Debido al alto contenido en proteínas y baja concentración de almidón, que es bueno para mezclar con el maíz. Alfalfa se ha utilizado para la producción de bio-etanol.

Bioenergía a partir de las legumbres

El mulching de hojas de abonos verdes de todos los nutrientes en el campo y puede conducir a la reducción de fijación de N2 e incluso a pérdidas por lixiviación de nutrientes y de N a la atmósfera. Aportar estos materiales a las operaciones de biogás o compostaje les sería más útil.

Se ha descubierto que la biomasa el trébol produce más biogás que el trébol puro. El efecto de la fertilización es el mismo después de abonos verdes y el digestato, aunque producir biogás da beneficio extra.

Hay resultados de investigación de la utilización de guisantes para la producción de bioetanol. Debido al alto contenido en proteínas y baja concentración de almidón, es bueno para mezclar con el maíz. La alfalfa se ha utilizado para la producción de bio-etanol.

 

Referencias

Nykänen. A. 2008. Nitrogen dynamics of organic farming in a crop rotation based on red clover (Trifolium pratense) leys. Thesis. Agrifood Research Reports, no. 121. 130 p.

Finckh MR, van Bruggen AHC, Tamm L (eds). 2015. Plant Diseases and Their Management in Organic Agriculture. 441 p. ISBN-13: 978-0890544761.

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