Cubiertas vegetales como medida para mejorar la fertilidad de los suelos, el secuestro de carbono y el fomento de la biodiversidad

Proyecto COVER CO2: una estrategia para la restauración de suelos degradados

La utilización de cubiertas vegetales e implantación de mulching presenta efectos positivos sobre:

• El secuestro de carbono
• La erosión
• La fertilidad del suelo
• El fomento de la biodiversidad

En la actualidad es frecuente encontrarnos con suelos degradados. Entre las causas encontramos un manejo deficiente, con excesivos laboreos, aplicación exclusivamente de fertilizantes minerales, escasa incorporación de materias orgánicas, o la no implantación de praderas vegetales o incorporación de restos de cosecha. 

En consecuencia, sus niveles de materia orgánica actuales en superficie son bajos (< 2 %). Esto obliga a los agricultores a desarrollar técnicas de cultivo más intensivas, que cada vez se alejan más de un modelo sostenible en el que se considere al suelo como un organismo vivo.

Para restaurar los suelos se necesita aumentar el contenido de materia orgánica. Con este aumento, además, se actuaría incrementando el reservorio duradero de carbono y mitigando el cambio climático.

En el proyecto innovador COVER CO2, con una duración de 3 años, se propone evaluar las diferentes alternativas de manejo de cubiertas vegetales y mulching con paja de arroz en la citricultura valenciana. Queremos determinar sus efectos sobre la mejora de la fertilidad del suelo (fisicoquímica y biológica), así como su capacidad de secuestro de carbono para contribuir a mitigar el cambio climático.

A partir de los estudios desarrollados en el Centro de Experiencias de Cajamar en Paiporta (Valencia), en colaboración con el IVIA (Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias), están obteniendo resultados de interés. Por una parte, conocemos mejor la dinámica del carbono orgánico en el suelo, bajo diferentes cubiertas vegetales y mulching; por otra, caracterizamos la dinámica de C en los suelos y su influencia sobre factores que afectan a la fertilidad del suelo.

Además, y de forma mucho más aplicada, estamos conociendo cómo afecta el uso de cubiertas y mulching de paja de arroz a los parámetros con los que medimos la fertilidad del suelo.

Niveles de materia orgánica < 2 % en el suelo, obliga a los agricultores a desarrollar técnicas de cultivo más intensivas

La mejora de la microfauna y los microorganismos del suelo hacen que la implantación de praderas incremente los niveles de Corg del suelo en sus diferentes pools (lábil, humificado, inerte). A su vez, la cubierta vegetal contribuye a la estructuración del suelo y con ello favorece la transferencia de Clábil a formas protegidas del mismo (humificado asociado a agregados y partículas de arcillas-limos, inerte) con lo que favorece el secuestro.

La utilización de las cubiertas vegetales permite un incremento de la fertilidad natural del suelo, debido al incremento de los niveles de materia orgánica en las capas superficiales de este, mejorando la estructura ya que proporciona mayor estabilidad a los agregados del suelo.

¿Qué parámetros se están evaluando?

Se están tomando muestras de suelo alterado, en dos puntos por repetición y en tres intervalos de profundidad: 0-20, 20-40 y 40-60 cm. En estas muestras de suelo se ha determinado el contenido de materia orgánica, nitrógeno total y carbonato cálcico equivalente, fósforo asimilable, cationes de cambio, textura, conductividad eléctrica a 25 ºC y el pH en extracto 1:1,5. También se determinan las concentraciones de cloruro y la estabilidad estructural según el protocolo de Holz et al. (2000) y el fraccionamiento del carbono orgánico en diferentes pools. Se han tomado también muestras del intervalo de profundidad de 0-20 cm para el análisis en fresco del nitrato y la actividad deshidrogenasa.

Para la medición de la respiración del suelo se construyeron de manera artesanal 24 anillos para ser instalados de forma permanente en las parcelas, y paralelamente se construyeron dos dispositivos artesanales para la medición de respiración del suelo de tipo cámara cerrada (Figura 2). Se escribió un programa en lenguaje de programación C dentro del Arduino Development Environment y se cargó en los microcontroladores para la toma de datos en continuo cada 5 s.

Figura 2. Detalle de sistema de medición de la respiración del suelo

En cada medición se siguió la concentración de CO2, así como la temperatura y la humedad relativa dentro de cada cámara durante 30 minutos (Figura 3). Se calculó la emisión de C-CO2 del suelo durante un tiempo de media hora, y se expresaron los resultados en unidades de kilogramos de carbono por hectárea y hora.

Figura 3. Seguimiento de la concentración de CO2 en la cámara de medición en el tratamiento de suelo desnudo.

Otras medidas complementarias que se están implementando es la conductividad hidráulica saturada de la superficie del suelo en 2-3 puntos por repetición mediante la realización de ensayos de infiltración en los que se hizo uso del infiltrómetro de anillo único y se aplicó el modelo de Wu et al. (1999) para realizar los cálculos.

Además, se instalaron sondas capacitivas de humedad y temperatura del suelo, así como pluviómetros y los dataloggers para el registro de datos en todos los tratamientos. Esta información se completa mediante la instalación de cuatro miniestaciones meteorológicas automáticas para el seguimiento de la humedad relativa y temperatura atmosférica.

Para la estimación de la capacidad de secuestro de carbono del suelo en los diferentes tratamientos, se está aplicando el modelo Roth-C (Coleman et al. 2008) para un periodo de simulación de 100 años. Mediante las simulaciones se logrará estimar el efecto de la implantación de praderas temporales en los suelos citrícolas de la Comunidad Valenciana con respecto al secuestro de carbono a largo plazo.

Este conocimiento podrá servir de base para realizar recomendaciones de manejo que mejoren la capacidad de secuestro de carbono en los suelos citrícolas de la Comunidad Valenciana, de forma que pueda ser integrado como una nueva estrategia de lucha contra el cambio climático.

Por otro lado, se está haciendo un seguimiento de las dinámicas poblacionales en las diferentes parcelas experimentales de campo para ver si ha variado la diversidad de artrópodos en el cultivo, tanto fitófagos como de enemigos naturales, en cada uno de los formatos tipo de cubierta vegetal incluidos en las parcelas piloto. Existe una importante relación entre las infraestructuras verdes (setos), las cubiertas vegetales y la fauna auxiliar.

La cubierta vegetal, favorece la biodiversidad de suelo en general, lo que contribuye a tener un suelo sano. Por tanto se potencian los procesos biológicos del suelo al favorecer a los microorganismos y en el que es posible observar un incremento de la fauna auxiliar al ofrecer estas cubiertas recursos alimenticios en forma de néctar, polen y otros insectos. Además se proporciona refugio, lo que favorece el control biológico por conservación de las plagas.

¿Qué efectos positivos aportan las cubiertas vegetales y mulchings naturales?

De los diferentes manejos propuestos en el proyecto, pradera semillada de gramíneas, vegetación espontánea, mulching de paja de arroz y suelo desnudo mantenido con herbicida, se han observado varios efectos notables sobre las propiedades del suelo:

Temperatura del suelo

Un efecto visible e interesante de la implantación del mulching ha sido la amortiguación de la temperatura del suelo, de forma que se mantiene más elevada en invierno (+ 2ºC sobre los otros manejos), y más baja (5-10 grados inferior) en verano con respecto al suelo desnudo (Figura 4). De la misma forma, pero de menor magnitud, la temperatura del suelo de la parcela semillada y arvense muestran temperaturas más bajas con respecto al suelo desnudo durante la mayor parte del año (1-2ºC de diferencia), y solo durante la época de invierno, en que la vegetación se inactiva, se iguala la temperatura a la del suelo desnudo.

Figura 4. Evolución de la temperatura del suelo de los diferentes tratamientos en la parcela de Paiporta

Humedad del suelo

En general, se ha observado un incremento medio del 2-3 % de humedad en los tratamientos de mulching respecto de los otros durante los meses de verano (Figura 5). Por otro lado, la humedad del suelo en el tratamiento semillado fue hasta un 6 % más baja con respecto al suelo desnudo en primavera y verano. Esta diferencia es menor durante los meses de otoño e invierno cuando la vegetación se encuentra inactiva, mientras que en primavera-verano la mayor evapotranspiración de la vegetación implantada en la parcela semillada y la flora espontánea, extraen el agua del suelo, explicando así la reducción de su humedad. Por lo tanto, la implantación del mulching en la parcela de Paiporta tuvo el efecto más claro en la conservación de la humedad del suelo.

Figura 5. Evolución de la humedad volumétrica del suelo a 7 cm de profundidad de los diferentes tratamientos en la parcela de Paiporta

Actividad deshidrogenasa del suelo

La actividad deshidrogenasa fue máxima durante los meses de verano en todos los tratamientos y mínima en los meses de invierno (Figura 6). Se observa un ciclo anual que parece seguir a la evolución de la temperatura ambiental tanto en el semillado, en el desnudo, como en el espontáneo. Debido a que el mulching logra amortiguar el ciclo de la temperatura del suelo, también la actividad deshidrogenasa se ve amortiguada.

Figura 6. Actividad deshidrogenasa en Paiporta y Sueca: parcela semillada (PS), parcela desnuda (PD o PSD), parcela espontánea (PE), parcela suelo mulching (PSM)

Contenido de materia orgánica del suelo

En el Centro de Experiencias de Cajamar, con un suelo pobre en materia orgánica (1.5 %) y muy compactado (porosidad < 40 %) no se han producido diferencias significativas en la evolución de la materia orgánica del suelo durante 1.5 años entre tratamientos (Figura 6). Sin embargo, en la parcela de Sueca, con niveles de materia orgánica mayores (2 %) o con menor compactación (porosidad > 45 %), se ha observado un mayor incremento en los niveles de materia orgánica en el suelo bajo mulching en comparación con el suelo desnudo en el 1.5 año de observación (Figura 7).

Figura 7. Evolución de la materia orgánica del suelo (0-20 cm)

Respiración del suelo

Con respecto a la respiración del suelo, durante la primavera (mayo-junio), con temperaturas más moderadas, actividad deshidrogenasa de moderada a alta y suelo húmedo debido a las lluvias de este periodo, es cuando se observa una mayor respiración del suelo (Figura 8 y Figura 9). Entre parcelas, en el Centro de Experiencias de Cajamar se han observado respiraciones mucho más bajas que en la de Sueca debido a los menores contenidos de materia orgánica (< 1.5 %) y la mayor compactación del suelo (porosidad < 40 %).

El mayor contenido de materia orgánica en este suelo y su mayor humedad hacen que esta mayor actividad biológica sí se refleje en respiraciones mayores del suelo bajo mulching con respecto al suelo desnudo mantenido con herbicidas, a diferencia de lo que ocurre en Paiporta.

Figura 8. Medidas de la respiración del suelo en la parcela de Paiporta

Figura 9. Medidas de la respiración del suelo en la parcela de Sueca

Dinámicas poblacionales y biodiversidad

Por otro lado, hasta el momento se ha comprobado que las dinámicas poblacionales en las parcelas objeto de estudio son similares para la incidencia de mosca blanca y minador. En el caso concreto de brotes afectados por áfidos se está apreciando como los ataques coinciden con las brotaciones de primavera y destacar que existe una mayor incidencia de la plaga en el tratamiento de suelo desnudo, frente la curva evolutiva de la parcela con cubierta sembrada donde los valores de incidencia de plaga fueron muy inferiores con respecto al resto de tratamientos. (Figura 10)

Figura 10. Evolución de la incidencia de áfidos

En los conteos efectuados hasta el momento para evaluar la incidencia de la araña roja, se observa en el sistema de suelo desnudo se alcanza un mayor % de hojas sintomática y mayor porcentaje de araña roja viva en hojas. Por contrapartida, destaca la menos incidencia de plaga en la cubierta espontánea y porcentaje de hojas ocupadas, no superando el 20 % y por tanto el umbral de tratamiento. (Figura 11).

Figura 11. Evaluación de la incidencia de araña roja

Conclusiones

• La implantación de mulching de paja de arroz ha logrado amortiguar el efecto de las temperaturas del suelo, reduciéndose hasta 6 ºC en verano y aumentándose hasta 2 ºC en invierno. De la misma forma, el mulching ha favorecido la conservación de la humedad del suelo, manteniéndose un 3 % superior a los otros tratamientos en verano.
• La actividad biológica del suelo, representada por la actividad deshidrogenasa está altamente vinculada con la temperatura del suelo.
• Durante la primavera se han observado las mayores respiraciones del suelo debido a la elevada actividad biológica y a las condiciones de humedad y temperatura del suelo favorables. En suelos pobres en materia orgánica (1.5 %) y compactados (porosidad < 40 %), el establecimiento de praderas temporales y/o mulching, no han favorecido significativamente la actividad biológica del suelo ni su respiración. Pero en suelos de mejor calidad, el efecto del mulching en cuanto a respiración y actividad biológica tuvo un efecto positivo.
• La implantación del mulching favoreció el incremento de los niveles de materia orgánica en el suelo de la parcela con buenos niveles de dicha materia. Sin embargo, en el suelo pobre este efecto no ha sido observado en los 1.5 años de implantación del mulching.
• La incidencia de plagas como áfidos y araña roja es superior en la parcela de suelo desnudo.
• Destacar la curva evolutiva de la dinámica poblacional de los áfidos en la parcela con cubierta sembrada, donde los valores de incidencia de plaga fueron muy inferiores con respecto al resto de tratamientos y el pico tuvo lugar en el mes de mayo, aproximadamente un mes más tarde que en el resto.
• La cubierta vegetal puede jugar un papel complementario al uso de fitosanitarios en el control de plagas y de esta forma permitir una correcta gestión integrada.