Los cultivos de maíz tienen un apetito voraz por el nitrógeno. Los científicos de la Universidad de Purdue están investigando si el uso de mantillo sobre el trébol Kura, una leguminosa perenne, puede proporcionar suficiente nitrógeno al maíz, reduciendo así la necesidad de fertilizantes sintéticos y mejorando al mismo tiempo el almacenamiento de carbono orgánico en el suelo.
por Steve Koppes, Universidad Purdue
Este sistema innovador podría aumentar potencialmente el suministro de nitrógeno del suelo tan necesario para la producción de maíz en el Medio Oeste. Solo Indiana produjo más de mil millones de bushels de maíz en 2023, por un valor de más de 5 mil millones de dólares, según el Servicio Nacional de Estadísticas Agrícolas del Departamento de Agricultura de Estados Unidos .
“Un porcentaje sustancial del nitrógeno que aplicamos a nuestros sistemas de producción anual se pierde en los cursos de agua o en la atmósfera”, dijo Yichao Rui, profesor adjunto del Departamento de Agronomía de Purdue. “Ya sea que provenga del suelo o de una aplicación externa, el maíz necesita mucho nitrógeno para ser productivo”.
Rui dirige el nuevo proyecto para probar los efectos poco estudiados del trébol Kura en la producción de maíz.
En un sistema ecológicamente robusto, el maíz rotaría con otros cultivos, pero el potencial económico del maíz exige una alternativa más rentable. La integración del trébol Kura en un sistema de producción continua de maíz ofrece un camino posible hacia una alta productividad del maíz y la sostenibilidad ambiental .
Los cultivos de cobertura de invierno están ganando popularidad en el Medio Oeste. Cada vez más agricultores plantan cultivos de cobertura, como el centeno, después de cosechar el maíz o la soja, para cubrir el suelo durante la temporada de barbecho invernal. Sin embargo, durante la temporada de crecimiento, los campos de maíz suelen carecer de estos cultivos de cobertura.
El trébol Kura, una leguminosa perenne única que sobrevive todo el año, puede aprovechar nichos temporales y espaciales subutilizados del sistema de monocultivo del maíz. Como leguminosa, el trébol Kura también fija el gas nitrógeno inerte del aire, convirtiéndolo en formas utilizables por las plantas y disponibles para el maíz.
“Esta complejidad ecológica añadida, combinada con la fijación biológica de nitrógeno , presenta una oportunidad única para mejorar la acumulación de carbono en el suelo fomentando interacciones más fuertes entre plantas y microbios”, afirmó Rui.
Los colaboradores de Rui en el proyecto son Sylvie Brouder, titular de la Cátedra de Excelencia en Investigación Agrícola de Wickersham y profesora de Agronomía; Jeffrey Volenec, profesor de Agronomía; y Pratishtha Poudel, profesora adjunta de Agronomía. Los investigadores llevan a cabo sus experimentos en la Estación de Campo de Calidad del Agua (WQFS, por sus siglas en inglés) ubicada en el Centro de Agronomía para la Investigación y la Educación de Purdue.
El nuevo estudio de NIFA añade una dimensión de salud del suelo a una variedad de pruebas en curso en la estación de campo. Estas incluyen estudios de gases de efecto invernadero y calidad del agua que involucran maíz, tanto con trébol Kura como sin él para comparación. También están en marcha ensayos relacionados con pastos utilizados en la producción de bioenergía y sistemas de praderas restauradas.
Purdue inauguró la estación de campo en 1992. Desde entonces, se ha utilizado para rastrear el movimiento de pesticidas, nutrientes, hormonas y antibióticos desde el estiércol hasta lagos, arroyos y ríos. El sistema de drenaje subterráneo de la estación de campo y la instrumentación especial facilitan estas actividades de investigación fundamentales.
“Aún no se ha comprendido completamente el rendimiento medioambiental del sistema de trébol de Kura”, dijo Volenec. Los datos preliminares sugieren que la plantación de maíz en este césped de trébol mejora la calidad del agua del sistema. Las emisiones de gases de efecto invernadero, que el WQFS también monitorea, son otro punto focal ya que contribuyen al cambio climático.
La dinámica y los resultados del carbono del suelo son un nuevo enfoque para los investigadores que estudian el trébol Kura. Los suelos a nivel mundial almacenan alrededor de 1.550 gigatoneladas de carbono del suelo a una profundidad de un metro. “Eso es más carbono en el suelo que el carbono en la vegetación global y la atmósfera juntas”, dijo Rui. El carbono en el suelo significa más materia orgánica, mejor salud del suelo y más nutrientes para sustentar la producción de cultivos.
Rui afirmó que entre un tercio y la mitad del carbono del suelo del Medio Oeste se ha perdido en la atmósfera desde que comenzó la agricultura intensiva en la década de 1850. Antes de eso, las plantas de las praderas cubrían el suelo durante todo el año, realizando la fotosíntesis, fijando el carbono del aire y formando densos sistemas de raíces firmemente vinculados a los microbios del suelo.
Los sistemas de raíces del cultivo de maíz moderno son poco profundos y menos robustos porque tienen acceso a abundante agua y nitrógeno sintético en la superficie. Esto también debilita el vínculo entre las raíces del maíz y los microbios del suelo, lo que reduce la capacidad de estos últimos de bombear carbono al suelo, donde se convierte en una fuente estable de materia orgánica. El trébol Kura puede revertir el proceso y, al mismo tiempo, reducir la erosión y retener la humedad.
Al igual que la alfalfa y el trigo, el trébol Kura es originario de las montañas del Cáucaso, que se extienden entre Europa y Asia. “Es un trébol que crece por todas partes”, dijo Brouder. Se marchita con el calor del verano y vuelve a crecer en otoño para servir como cultivo de cobertura en invierno. “No es necesario plantar el cultivo de cobertura. Simplemente está ahí y, en primavera, lo cortas y plantas maíz”.
El trébol Kura produce estolones subterráneos de crecimiento agresivo que ayudan a la capacidad de la planta para adaptarse y prosperar, incluso cuando se marchita sobre la superficie. “Pero el tejido de las hojas que has matado caerá al suelo y se descompondrá, y ese nitrógeno estará disponible para el cultivo de maíz”, dijo Brouder.
En teoría, parece sencillo, pero la puesta en práctica del sistema conlleva algunas cuestiones logísticas y de gestión complejas. La semilla de trébol Kura es difícil de obtener. “Como una mala hierba, compite con el maíz por el agua, los nutrientes y la luz si no se maneja adecuadamente”, dijo Volenec. Los agricultores tendrían que aprender nuevos procedimientos. E incluso la respuesta del trébol a los distintos regímenes de herbicidas constituye un estudio en sí mismo en la estación de campo.
“Todo eso tendrá que resolverse antes de que alguien intente esto a gran escala”, dijo Brouder.
