Estrategias para optimizar el uso del nitrógeno en cultivos extensivos de regadío del Valle del Ebro

Abstract

[ES]La producción de maíz (Zea mays L.) en monocultivo o en rotación con la alfalfa (Medicago sativa L.) es una práctica habitual en la agricultura de regadío del Valle del Ebro, siendo ambos los cultivos extensivos de regadío más importantes de esta zona debido a su alta productividad y rentabilidad. La agricultura de regadío ha sido identificada como la principal causante de contaminación difusa por nitrato de las aguas superficiales y subterráneas. La aplicación de dosis altas de purín de cerdo y la alta fertilización nitrogenada del maíz se han asociado con este problema medioambiental. En la presente tesis se han evaluado distintas estrategias agronómicas con el fin de optimizar el uso del N en cultivos extensivos de regadío del Valle del Ebro Los resultados indican la viabilidad de aplicaciones de purín porcino a dosis baja (140 kg N ha-1 año-1) y alta (340 kg N ha-1 año-1) durante el periodo de crecimiento de la alfalfa (tras el primer y tercer corte), sin comprometer la producción ni calidad del forraje de alfalfa. La concentración y masa de NO3-N y P en el agua de drenaje fue muy baja (<2 kg N ha-1 año-1) y no se vio afectada por la aplicación de purín porcino. Esta práctica puede permitir la disminución de la carga de purín aplicado a otros cultivos, mejorando la eficiencia global de la gestión de este residuo ganadero. En un experimento realizado en 12 lisímetros de drenaje se estudió como distintos cultivos cubierta (cebada (Hordeum vulgare L.), nabina (Brassica rapa L.) y veza (Vicia sativa L.) intercalados en un monocultivo de maíz afectan al N perdido por lavado y al rendimiento del maíz. El maíz fue fertilizado con 300 kg N ha-1 en el control sin cultivo cubierta y esta cantidad se redujo en los tratamientos con cultivo cubierta de acuerdo con el N acumulado por la parte aérea de los mismos. El tratamiento de veza no redujo el lavado de N ni afectó al rendimiento del maíz. El uso de los cultivos cubierta de cebada y nabina redujo el lavado en un 80 % respecto al control (25 kg N ha-1 año-1). Sin embargo, pueden tener un efecto negativo en el rendimiento de maíz (2,7 t ha-1 menos) al disminuir la disponibilidad de N, lo que hace necesario ajustar la dosis de fertilizante nitrogenado aplicado en un maíz después de cultivos cubierta para evitar reducciones significativas en el rendimiento del cultivo.

En un experimento de campo se ensayaron dos métodos de implantación de cultivos cubierta tras maíz (siembra directa y siembra tras laboreo convencional) y cinco tipos de cultivo cubierta (cebada, nabina, colza (Brassica napus L.), veza, suelo desnudo (control)). El maíz fue fertilizado con 300 kg N ha-1 en el control y con 250 kg N ha-1 en el resto de tratamientos. La siembra directa permitió una fecha de siembra más temprana que el laboreo convencional lo que produjo mayor biomasa y acumulación de N de la cebada los dos años y del resto de los cultivos cubierta solo en el primer año. Los cultivos cubierta redujeron el riesgo de lavado de N al reducir el contenido en N inorgánico del suelo en primavera y en la cosecha del maíz. El primer año el rendimiento del maíz disminuyó en 4 t ha-1 tras cebada y el segundo año disminuyó en 1 t ha-1 tras cebada y nabina. Estas reducciones se debieron a una deficiencia de N como en el ensayo de los lisímetros. Las medidas de SPAD permitieron detectar la deficiencia de N y podrían usarse para corregirla cuando se usen cultivos cubierta en monocultivo de maíz. El uso de los modelos de simulación como el DSSAT puede ayudar a extrapolar los resultados obtenidos sobre el uso de cultivos cubierta en monocultivo de maíz a otras condiciones de suelo y clima en el valle del Ebro, con el fin de conocer los beneficios potenciales de esta práctica y diseñar estrategias de manejo. Si bien el modelo no predijo adecuadamente las ligeras reducciones del rendimiento del maíz causadas por algunos cultivos cubierta, la simulación adecuada de las extracciones de N de maíz y de la disminución del lavado con el uso de los cultivos cubierta respecto a un tratamiento control permiten su uso para estudiar los efectos de esta práctica en el lavado de nitrato. En las condiciones de una cuenca regada del valle del Ebro (La Violada), el uso de la cebada como cultivo cubierta puede reducir el lavado en un 50 %. La reducción del N lavado se puede ver afectada por el tipo de suelo y la fracción de lavado usada en el cálculo del riego aplicado.

[CA]La producció de blat de moro (Zea mays L.) en monocultiu o en rotació amb alfals (Medicago sativa L.) és una pràctica comú a l'agricultura de regadiu de la Vall de l'Ebre, sent els dos cultius de regadiu més importants degut a la seva alta productivitat i rendibilitat. L'agricultura de regadiu s'ha identificat com la principal causant de la contaminació per nitrats d'aigües superficials i subterrànies. L'aplicació de dosis altes de purí porcí i l’alta fertilització nitrogenada del blat de moro s’ha associat a aquest problema mediambiental. A la present tesi s'han avaluat diferents estratègies agronòmiques amb la fi d'optimitzar l'ús del N en cultius extensius de regadiu de la Vall de l'Ebre. Els resultats obtinguts en 12 lisímetres de drenatge indiquen la viabilitat de les aplicacions de purí porcí a dosis baixes (140 kg N ha-1) i altes (340 kg N ha-1) durant el període de creixement de l'alfals (rere el primer i tercer tall), sense comprometre la producció ni qualitat del farratge d'alfals. La concentració i massa de NO3-N i P a l'aigua de drenatge va ser molt baixa (< 2 kg N ha-1) i no es va veure afectada per les aplicacions de purí porcí. Aquesta pràctica pot permetre la disminució de la càrrega de purí aplicat a altres cultius, millorant l'eficiència global de la gestió d'aquest residu ramader. En un experiment realitzat en 12 lisímetres de drenatge es va estudiar cóm diferents cultius coberta (civada (Hordeum vulgare L.), nabina (Brassica rapa L.) i vesa ( Vicia sativa L.)) intercalats en un monocultiu de blat de moro afecten a les pèrdues de N per rentat i al rendiment del blat de moro. El blat de moro va ser fertilitzat amb 300 kg N ha-1 al control i aquesta quantitat es va reduir als tractaments amb cultius coberta d'acord amb el N acumulat a la part aèria dels mateixos. El tractament de vesa no va reduir el rentat de N ni va afectar al rendiment del blat de moro. La utilització dels cultius coberta de civada i nabina va reduir el rentat en un 80 % respecte al control (25 kg N ha-1 any-1). No obstant, poden tenir un efecte negatiu al rendiment del blat de moro (2,7 t ha-1 menys) al reduir la disponibilitat de N, el que fa necessari ajustar les dosis de fertilitzant nitrogenat al blat de moro després dels cultius coberta per tal d'evitar reduccions significatives del rendiment del cultiu.

En un experiment de camp es van assajar dos mètodes d’implantació de cultius coberta rere blat de moro (sembra directa i sembra rere laboreig convencional) i cinc tipus de cultiu coberta (civada, nabina, colza (Brassica rapa L.), vesa, sòl nu (control)). El blat de moro va ser fertilitzat amb 300 kg N ha-1 al control i amb 250 kg N ha-1 a la resta de tractaments. La sembra directa va permetre una data de sembra més primerenca que el laboreig convencional, el que va permetre una major acumulació de biomassa i de N a la civada els dos anys i a la resta de cultius coberta el primer any. Els cultius coberta van reduir el risc de rentat de N al reduir el contingut de N inorgànic al sòl a la primavera i en el moment de collita del blat de moro. El primer any el rendiment del blat de moro va disminuir en 4 t ha-1 rere la civada, i el segon any en 1 t ha-1 rere la civada i nabina. Aquestes reduccions van ser degudes a una deficiència de N com a l'assaig dels lisímetres. Les mesures de SPAD van permetre detectar deficiències de N i podrien ser utilitzades per corregir-les quan s'utilitzin cultius coberta amb blat de moro. L'ús dels models del simulació com el DSSAT pot ajudar a extrapolar els resultats obtinguts sobre l'ús dels cultius coberta al monocultiu del blat de moro a altres condicions de sòl i clima de la Vall del Ebre, per poder conèixer els beneficis potencials d'aquesta pràctica i dissenyar estratègies de maneig. Encara que el model no va predir adequadament la reducció del rendiment del blat de moro amb determinats cultius coberta, la correcta simulació de les extraccions de N del blat de moro i de la disminució del rentat de N amb l'ús del cultius coberta respecte a un tractament control permeten el seu ús per estudiar els efectes d'aquesta pràctica al rentat de nitrat. En les condicions d’una conca regada de la Vall de l'Ebre (La Violada), l'ús de la civada com a cultiu coberta pot reduir el rentat en un 50 %. La reducció del N rentat es pot veure afectada pel tipus de sòl i la fracció de rentat utilitzada en els càlculs de reg.

[EN]Maize (Zea mays L.) grown in monoculture or in rotation with alfalfa (Medicago sativa L.) is a common practice in the irrigated areas of the Ebro River Valley, these being the two field crops more important in this area due to their high productivity and profitability. Irrigated agriculture has been identified as the main cause of diffuse nitrate contamination of surface and ground waters. Application of high rates of pig slurry and high rates of N fertilizer to maize have been linked with this environmental problem. In the present dissertation different agronomic strategies have been evaluated with the aim of optimizing N use in these two field irrigated crops of the Ebro River Valley. The results indicate the viability of pig slurry applications at low (140 kg N ha-1 yr-1) and high rates (340 kg N ha-1 yr-1) during the growth period of alfalfa (after the first and third cut) without affecting alfalfa yield and quality. The NO3-N and P concentration and loads in drainage water were very low (< 2 kg N ha-1 yr-1) and not affected by the pig slurry applications. This practice can allow a reduction in the pig slurry loads to other field crops, improving the global efficiency of the management of this residue. An experiment was carried out in 12 drainage lysimeters with different cover crops (barley (Hordeum vulgare L.), winter rape (Brassica rape L.) and vetch (Vicia sativa L.)) grown during the winter intercrop period of monoculture maize. The effect on N leaching and maize yield was studied. Maize was fertilized with 300 kg N ha-1 in the control and this amount was reduced in maize after a cover crop according to the N content in the cover crop biomass. The vetch treatment did not reduce N leaching or affect maize yield with respect to the control. The use of the barley and winter rape cover crops reduced N leaching by 80 % when compared to the control (25 kg N ha-1 yr-1). However, these treatments had a negative effect on maize yields (reduction of 2.7 Mg ha-1) due to a reduction of N availability, what makes necessary to adjust N fertilizer rates in a maize crop after cover crops in order to avoid significant yield reductions in maize.

In a field experiment two sowing methods for the cover crops were studied (direct sowing and sowing after conventional tillage operations), and five cover crop treatments were evaluated: barley, winter rape, oilseed rape (Brassica napus L.), vetch and bare soil (control). Maize was fertilized with 300 kg N ha-1 in the control and with 250 kg N ha-1 in the other treatments. Direct sowing allowed earlier planting dates than conventional sowing, what led to higher biomass and N content of the cover crops in the first year, and in barley the two years. Cover crops reduced N leaching risks by reducing soil inorganic N in spring and at maize harvest. In the first year, maize yield was reduced by 4 Mg ha-1 after barley and by 1 Mg ha-1 after barley and winter rape the second year. These yield reductions were due to a N deficiency similar to that found in the lysimeter experiment. SPAD measurements allowed to detect N deficiencies in maize and could be used to correct it when using cover crops in monoculture maize. The use of the simulation models like DSSAT can help extrapolate the results obtained about the use of cover crops in monoculture maize to other soil and climate conditions in the Ebro River Valley, with the aim of study the benefits of this practice and to design management strategies. Although the model did not simulate accurately the observed slight reductions of maize due to the growth of some cover crops, the adequate simulation of the N taken up by maize and of the reduction in N leaching when using cover crops compared to a control treatment allows the use of the model to simulate cover crops effects on N leaching. In the conditions of and irrigated watershed of the Ebro River, the use of barley as cover crop can reduce the N leaching by 50%. This reduction of N leaching can be affected by the soil type and by the leaching fraction used to calculate the irrigation depth to apply in maize.