Uso de cultivos cubierta en maíz para mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno: evaluación de su efecto sobre el lavado del N y el rendimiento del maíz

El uso de cultivos cubierta para reducir el lavado de nitrógeno es una estrategia común en zonas agrícolas de alta precipitación durante el invierno, donde los cultivos cubierta son sembrados tras la cosecha del cultivo principal de verano para recuperar el nitrógeno residual que queda en el suelo, incorporar este N en la biomasa del cultivo cubierta, y reducir de este modo el lavado de nitrógeno durante los periodos de alta precipitación en invierno. En este estudio, se compara la siembra directa de un cultivo cubierta con la convencional y se evalúa el efecto de los cultivos cubierta en la reducción del lavado de N y en el rendimiento del maíz posteriorPublishe

Winter wheat roots grow twice as deep as spring wheat roots, is this important for N uptake and N leaching losses?

Cropping systems comprising winter catch crops followed by spring wheat could reduce N leaching risks compared to traditional winter wheat systems in humid climates. We studied the soil mineral N (Ninorg) and root growth of winter- and spring wheat to 2.5 m depth during three years. Root depth of winter wheat (2.2 m) was twice that of spring wheat, and this was related to much lower amounts of Ninorg in the 1 to 2.5 m layer after winter wheat (81 kg Ninorg ha-1 less). When growing winter catch crops before spring wheat, N content in the 1 to 2.5 m layer after spring wheat was not different from that after winter wheat. The results suggest that by virtue of its deep rooting, winter wheat may not lead to high levels of leaching as it is often assumed in humid climates. Deep soil and root measurements (below 1 m) in this experiment were essential to answer the questions we posed

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

159 Pag., con Tabls. y Figs. Tesis elaborada en la Estación Experimental de Aula Dei (EEAD-CSIC).[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.Peer reviewe

Effect of winter cover crop species and planting methods on maize yield and N availability under irrigated Mediterranean conditions

35 Pag., 7 Tabl., 3 Fig. The definitive version is available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/03784290Under semiarid Mediterranean conditions irrigated maize has been associated to diffuse nitrate pollution of surface and groundwater. Cover crops grown during winter combined with reduced N fertilization to maize could reduce N leaching risks while maintaining maize productivity. A field experiment was conducted testing two different cover crop planting methods (direct seeding versus seeding after conventional tillage operations) and five different cover crops species (barley, oilseed rape, winter rape, common vetch, and a control (bare soil)). The experiment started in November 2006 after a maize crop fertilized with 300 kg N ha-1 and included two complete cover crop-maize rotations. Maize was fertilized with 300 kg N ha-1 at the control treatment, and this amount was reduced to 250 kg N ha-1 in maize after a cover crop. Direct seeding of the cover crops allowed earlier planting dates than seeding after conventional tillage, producing greater cover crop biomass and N uptake of all species in the first year. In the following year, direct seeding did not increase cover crop biomass due to a poorer plant establishment. Barley produced more biomass than the other species but its N concentration was much lower than in the other cover crops, resulting in higher C:N ratio (>26). Cover crops reduced the N leaching risks as soil N content in spring and at maize harvest was reduced compared to the control treatment. Maize yield was reduced by 4 Mg ha-1 after barley in 2007 and by 1 Mg ha-1 after barley and oilseed rape in 2008. The maize yield reduction was due to an N deficiency caused by insufficient N mineralization from the cover crops due to a high C:N ratio (barley) or low biomass N content (oilseed rape) and/or lack of synchronization with maize N uptake. Indirect chlorophyll measurements in maize leaves were useful to detect N deficiency in maize after cover crops. The use of vetch, winter rape and oilseed rape cover crops combined with a reduced N fertilization to maize was efficient for reducing N leaching risks while maintaining maize productivity. However, the reduction of maize yield after barley makes difficult its use as cover crop.This study was supported by the Ministry of Innovation, Science, and Technology of Spain (Project nº AGL2005-08020-C05-01). M. Salmerón was granted with a J.A.E. fellowship by the CSIC.Peer reviewe

Ability of different cover crops to reduce N leaching in irrigated maize under Mediterranean conditions

10th Congres of the European Society of Agronomy. Bolonia, Italia, 15-19 septembre 2008.Maize grown in monoculture is a common practice in the irrigated areas of the Ebro Valley (Spain). Nitrate leaching in this area is associated to excessive N fertilization to maize and residual mineral N (Ninorg) left in the soil after crop harvest (Cavero et al., 2003). Winter cover crops could be sown after maize harvest. Deep rooted cover crops would scavenge residual Ninorg in the soil profile and incorporation of the cover crop biomass into the soil in early spring would provide N to the next spring maize crop (Isse et al, 1999). However, little is known about cover crop management and effects on irrigated maize in Mediterranean conditions.The aim of the study was (1) to quantify the effect of winter cover crops on N leaching and soil Ninorg in a maize monoculture; and (2) to quantify the effect of cover crops on maize grain yields.This work has been supported by the European Project "Qualiwater INCO Nº 015031", and by the project "AGL2008 0820-C05-01", financed by the Ministry of Education and Science of Spain, Spanish Government.This work has been supported by the European Project “Qualiwater INCO Nº015031”, and by the project “AGL2005-0820-C05-01”, financed by the Ministry of Education and Science of Spain, Spanish Government.Peer Reviewe

Uso de cultivos cubierta en maíz para mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno: Evaluación de su efecto sobre el lavado del N y el rendimiento del maíz

6 Pags.- 3 Fots.- 4 Figs.- 2 Tabls.El uso de cultivos cubierta para reducir el lavado de nitrógeno es una estrategia común en zonas agrícolas de alta precipitación durante el invierno, donde los cultivos cubierta son sembrados tras la cosecha del cultivo principal de verano para recuperar el nitrógeno residual que queda en el suelo, incorporar este N en la biomasa del cultivo cubierta, y reducir de este modo el lavado de nitrógeno durante los periodos de alta precipitación en invierno. En este estudio, se compara la siembra directa de un cultivo cubierta con la convencional y se evalúa el efecto de los cultivos cubierta en la reducción del lavado de N y en el rendimiento del maíz posterior.Peer reviewe

Effect of non-uniform sprinkler irrigation and plant density on simulated maize yield

28 Pags., 4 Tabls., 5 Figs. The definitive version is available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/03783774Typical field conditions under sprinkler irrigation include low irrigation uniformity and non-uniform plant density, which can affect the crop yield and the environmental impact of irrigation. The effect of the uniformity of sprinkler irrigation and plant density on the variability of maize grain yield under semi-arid conditions was evaluated, and the relevance of the spatial variability of these two variables on the simulation of maize grain yield was tested with the DSSAT-CERES-Maize model (V 4.5). Experimental field data from three maize growing seasons (2006, 2009 and 2010) with nighttime or daytime sprinkler irrigation were used to test the model performance. Yield, irrigation depths and plant density distribution were measured in 18 m × 18 m plots divided in 25 sub-plots. Regression analysis showed that the variability of plant density and seasonal irrigation depth (due to irrigation non-uniformity) was able to explain from 28 to 77% of the variability in maize grain yield for the experiments with a relatively high coefficient of uniformity (CU) (73–84%) and high plant density (more than 74,844 plants ha−1). Taking into account irrigation depth distribution improved maize yield simulations compared to simulations with the average irrigation water applied. The root mean square error (RMSE) decreased from 637 to 328 kg ha−1. Maize yield was over-predicted by 3% when irrigation depth distribution was not considered. Including plant density distribution in the simulations did not improve maize yield simulations. The simulated decrease in maize yield with decreasing CU of irrigation from 100 to 70% varied from year to year and caused reductions in yield ranging from 0.75 to 2.5 Mg ha−1. The ability of the model to simulate CU effects on maize yield is shown.This work was supported by the MCYT of Spain (AGL2004-06675-C03-02/AGR and AGL-2007- 15 66716-C03-02). M. Salmerón was granted with a J.A.E. fellowship by the CSIC.Peer reviewe

Viabilidad de las aplicaciones de purín en alfalfa de regadío en el Valle del Ebro

Las aportaciones de purín procedente de las granjas porcinas durante el periodo de crecimiento de la alfalfa pueden incrementar la disponibilidad de superficie y el tiempo para la aplicación de este residuo. Después de dos años de aplicaciones de purín durante el periodo de crecimiento, no se vio afectada ni la producción ni la calidad del forraje. Las altas extracciones de nitrógeno (N) que lleva a cabo la alfalfa y su capacidad para adaptar la fijación de N atmosférico a la disponibilidad de N inorgánico en el suelo, dieron lugar a concentraciones bajas de nitrato en el agua de drenaje (<2 mg NO3, -N L1), incluso tras la aportación de dosis altas de purín porcino (equivalente a 340 kg N ha-1 año-1). Asimismo, la concentración y las masas de fósforo (P) exportadas en el agua de drenaje fueron muy bajas y no se vieron afectadas por las aplicaciones de purín. Tras dos años, se observó un incremento del 21% del P disponible en la capa superficial del suelo (0-0,3 m) como resultado tanto de las aplicaciones de purín como de las de fertilizante fosfatado mineral. Las aplicaciones de purín no incrementaron significativamente el contenido de Zn y de Cu en la capa superficial de suelo.Este trabajo ha sido financiado por el Departamento de Agricultura del Gobierno de AragónPeer Reviewe

Viabilidad de las aplicaciones de purín en alfalfa de regadío en el Valle del Ebro

Las aportaciones de purín procedente de las granjas porcinas durante el periodo de crecimiento de la alfalfa pueden incrementar la disponibilidad de superficie y el tiempo para la aplicación de este residuo. Después de dos años de aplicaciones de purín durante el periodo de crecimiento, no se vio afectada ni la producción ni la calidad del forraje. Las altas extracciones de nitrógeno (N) que lleva a cabo la alfalfa y su capacidad para adaptar la fijación de N atmosférico a la disponibilidad de N inorgánico en el suelo, dieron lugar a concentraciones bajas de nitrato en el agua de drenaje (< 2 mg N-NO3 l-1), incluso tras la aportación de dosis altas de purín porcino (equivalente a 340 kg N ha-1 año-1). Asimismo, la concentración y las masas de fósforo (P) exportadas en el agua de drenaje fueron muy bajas y no se vieron afectadas por las aplicaciones de purín. Tras dos años, se observó un incremento del 21% del P disponible en la capa superficial del suelo (0-0,3 m) como resultado, tanto de las aplicaciones de purín como de las de fertilizante fosfatado mineral, en el caso del testigo. Las aplicaciones de purín no incrementaron significativamente el contenido de Zn y de Cu en la capa superficial de suelo.Publishe

Yield and Environmental Effects of Summer Pig Slurry Applications to Irrigated Alfalfa under Mediterranean Conditions

9 Pag., 7 Fig., 4 Tabl.In the Ebro Valley (Spain), the intensive pig (Sus scrofa) production combined with a limited nearby cereal growing area for spreading pig slurry residue is leading more farmers to apply slurry to alfalfa (Medicago sativa L.). The effects of summer pig slurry applications on irrigated alfalfa yield and the environment have not been adequately established. An experiment was conducted in 12 drainage lysimeters in 2007 and 2008, where two rates of pig slurry (low (LD), 140 kg N ha–1 yr–1; high (HD) 340 kg N ha–1 yr–1) were compared to a P-K fertilized control. Application of pig slurry did not affect accumulated forage yield after 2 yr (37.3 Mg ha–1). Forage N concentration and total N extractions (1214 kg ha–1) were similar for all treatments, revealing a high flexibility of the crop to adjust symbiotic N fixation depending on mineral N availability. The NO3––N and P concentrations and loads in drainage were very low (< 2 kg N ha–1 yr–1 and 0.035 kg P ha–1 yr–1) and not affected by the pig slurry applications. Soil P in the surface layer (0–0.3 m) increased by a 19% as a result of both pig slurry and P fertilization. Application of pig slurry did not significantly increase the Zn and Cu content of the soil. These results indicate the feasibility of moderate pig slurry applications to growing alfalfa in the Ebro Valley, which will improve the management of this residue.This study was supported by the Department of Agriculture of Aragón Government. Montse Salmerón was granted during 2006 by the European Project Qualiwater (INCO no. 015031).Peer reviewe