por Lauren Quinn, Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Si bien la mayoría de los agricultores del Medio Oeste rotan maíz y soja, los precios de las materias primas y las ventajas en el rendimiento del maíz obligan a algunos a sembrarlo año tras año. Si bien la investigación fundamental sobre los beneficios de la rotación maíz-soja se remonta a décadas atrás, científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign trabajan para abordar cuestiones holísticas pendientes sobre el rendimiento de los cultivos, el impacto ambiental y la rentabilidad económica en diversos escenarios de rotación de cultivos.
En un nuevo estudio publicado en Agriculture, Ecosystems & Environment , investigadores del Centro de Sustentabilidad de Agroecosistemas de la universidad y la Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales utilizaron el sofisticado modelo de agroecosistema «ecosys» para explicar por qué el rendimiento del maíz es mayor después de la soja con tasas normales de fertilización con nitrógeno; cómo la rotación maíz-soja impacta las emisiones de gases de efecto invernadero del suelo y la lixiviación de nitrógeno; y cuándo la rotación maíz-soja es más ventajosa económicamente.
«Encontramos que si bien la rotación de maíz y soja puede aumentar los rendimientos del maíz y reducir las necesidades de fertilizantes nitrogenados , los beneficios vienen con compensaciones matizadas en términos de carbono del suelo y del medio ambiente», dijo el líder del estudio Kaiyu Guan, director fundador del ASC y profesor Levenick de ACES en el Departamento de Recursos Naturales y Ciencias Ambientales en Illinois.
Las tasas de fertilizantes determinan el aumento del rendimiento del maíz a partir de la rotación
Después de entrenar el modelo ecosys en una década de pruebas de campo del Departamento de Ciencias de Cultivos con distintas rotaciones y tasas de fertilizantes de nitrógeno , los investigadores no se sorprendieron al encontrar que el maíz cultivado después de la soja rindió consistentemente alrededor de un 6,4% más, en promedio, que el maíz continuo, con tasas de nitrógeno estándar (151 kilogramos de nitrógeno por hectárea).
Profundizando en el análisis, el equipo descubrió que la menor biomasa y la descomposición más rápida de los residuos de soja dejaban la superficie del suelo más expuesta en primavera, cuando se siembra el maíz. Los suelos expuestos se calientan más rápidamente, lo que a su vez provoca que los microbios del suelo mineralicen más nitrógeno de la materia orgánica, proporcionando una fuente de nitrógeno disponible para las plantas jóvenes de maíz, un efecto similar al del fertilizante de arranque que suelen utilizar los agricultores. Los investigadores descubrieron que esto conducía a una mayor producción de maíz al final de la temporada.
Sin embargo, esta ventaja disminuyó con dosis más altas de fertilizantes nitrogenados.
«Cuanto más nitrógeno se añade, menor es el beneficio que se obtiene de la rotación», afirmó Ziyi Li, primer autor del estudio e investigador del ASC. «En algunos casos, el aumento del rendimiento prácticamente desaparece».
La rotación reduce las emisiones, pero afecta la pérdida de carbono y nitrógeno del suelo
Desde una perspectiva ambiental, la rotación maíz-soja ayudó a reducir las emisiones de óxido nitroso y amoníaco del suelo. Sin embargo, la rápida descomposición de los residuos de soja condujo a una reducción general del carbono orgánico del suelo en comparación con el cultivo continuo de maíz.
No es sorprendente que la lixiviación de nitrógeno fuera menor en los años de soja debido a la ausencia de fertilizantes. Sin embargo, el hecho de que aún existiera lixiviación de nitrógeno bajo la soja indica la importancia de la mineralización de nitrógeno a partir de la materia orgánica. La lixiviación aumentó en los años posteriores de maíz cuando los residuos de soja descompuestos liberaron nitrógeno al suelo.
«Estos resultados subrayan una disyuntiva clave», afirmó Guan. «La rotación mejora algunos indicadores de sostenibilidad, pero compromete otros, especialmente con las prácticas de fertilización habituales».
Los rendimientos económicos favorecen la rotación, pero dependen del uso de fertilizantes y de los precios del mercado
Utilizando precios históricos de las materias primas , los investigadores descubrieron que la rotación maíz-soja ofrecía mayores retornos económicos—hasta $458/acre ($1,133/hectárea) más que el maíz continuo—con bajas tasas de fertilizantes nitrogenados (45 libras/acre) y bajo condiciones típicas de mercado (soja: $11/bushel, maíz: $4.50/bushel, y fertilizante N: $193/Mg ($175/tonelada corta) UAN). Pero bajo altos insumos de nitrógeno y escenarios de mercado con precios elevados del maíz, esta ventaja se redujo significativamente o incluso se revirtió.
«El grado en que un sistema de cultivo supera a otro en términos de beneficios agronómicos netos depende de más que solo el rendimiento del maíz y el uso de fertilizantes nitrogenados, sino que también debe considerar el rendimiento de la soja y los precios impulsados por el mercado, incluidos los fertilizantes, los granos y costos como la maquinaria», dijo Li.
Estas evaluaciones económicas exhaustivas pueden ayudar a los agricultores a tomar decisiones informadas sobre las secuencias de cultivos, especialmente en respuesta a las fluctuaciones del mercado, y fundamentar los productos de seguros y las iniciativas de conservación en consecuencia.
No existe un enfoque universal
El estudio subraya la importancia de adaptar la gestión del nitrógeno para lograr un equilibrio entre la rentabilidad y la sostenibilidad. Una menor tasa de fertilización en la rotación maíz-soja, en comparación con el cultivo continuo de maíz, puede maximizar la rentabilidad económica y mitigar algunos impactos ambientales. Sin embargo, los agricultores deben sopesar estos beneficios frente a la posible disminución de la materia orgánica del suelo y una mayor lixiviación de nutrientes.
«Nuestro trabajo ofrece a agricultores y legisladores una visión más integral de la materia orgánica, el nitrógeno y los resultados de rendimiento», afirmó el coautor Andrew Margenot, profesor asociado de ciencias de cultivos en Illinois. «Sabíamos que estos componentes son importantes y cómo responden individualmente, pero vincularlos para demostrar su interconexión es clave».
Además, Margenot señala que este trabajo subraya la necesidad de considerar los cambios a largo plazo en la materia orgánica dada su importancia como fuente de nitrógeno para la absorción de los cultivos.
«Estos resultados son consistentes con una mayor mineralización de nitrógeno en el cultivo de soja que en el de maíz, y con disminuciones en la materia orgánica impulsadas por la soja en la rotación maíz -soja «, dijo.
Décadas de investigación han señalado las ventajas de la rotación de cultivos en términos de rendimiento, reducción de la necesidad de fertilizantes y salud del suelo. El nuevo estudio proporciona una sólida justificación científica para la rotación y llena un vacío de conocimiento previo al cuantificar detalladamente los resultados agrícolas de la rotación maíz-soja. A pesar de las desventajas ambientales descubiertas por el equipo, el análisis económico demuestra que la rotación de cultivos es rentable, especialmente con dosis más bajas de fertilizantes.
Más información: Ziyi Li et al., Comparación de sistemas de cultivo de rotación de maíz continuo y soja-maíz en el centro-medio oeste de EE. UU.: Compensaciones entre el rendimiento del cultivo, la pérdida de nutrientes y la variación del carbono orgánico del suelo, Agriculture, Ecosystems & Environment (2025). DOI: 10.1016/j.agee.2025.109739
