Legado de los cultivos cubierta sobre la estructura de la comunidad microbiana, la micorrización y el estado nutricional de los cultivos de trigo y de maíz

Los cultivos cubierta (CC) brindan importantes servicios ecosistémicos cada vez más demandados para lograr agrosistemas sostenibles. Sin embargo, los efectos heredados de los CC en la microbiota del suelo y sus interacciones con los cultivos principales posteriores (CP) aún no se conocen bien, especialmente cuando se trata de CC compuestos por mezcla de gramíneas y leguminosas. Se establecieron dos ensayos, el primero bajo condiciones semicontroladas en invernadero y el segundo a campo abierto. En el primer trabajo, se seleccionaron cinco CC comunes; cebada (Hordeum vulgare L.), veza (Vicia sativa L.) y melilotus (Melilotus officinalis L.) en monocultivo y las mezclas de “cebada + veza” y de “cebada + melilotus”, que se cultivaron durante dos ciclos de rotación con los correspondientes CP, con el objeto de investigar si los monocultivos y las mezclas de CC diferían en sus efectos de legado sobre variables del suelo y del cultivo subsiguiente y, si la identidad del CP modulaba esos efectos. Los dos cultivos más consumidos a nivel mundial, trigo (Triticum aestivum L.) y maíz (Zea mays), se seleccionaron como CP y se sembraron por separado después de los CC. En el segundo trabajo, se establecieron en campo dos formas de introducción de CC con entrada creciente de leguminosas (CC de “cebada + veza” intercalado (R1) y una veza en intercultivo adicional al anterior (R2), frente al control sin CC (R0)) como primer factor de estudio. El segundo factor de estudio fue el tipo de laboreo (laboreo tradicional y mínimo laboreo), en una rotación bianual en regadío con maíz y trigo de primavera, para evaluar los efectos de ambos factores y su interacción sobre parámetros de micorrización y del cultivo en una fase temprana del maíz. En el primer estudio y para los dos ciclos, los efectos heredados de CC sobre las variables microbiológicas estudiadas en los microcosmos dependieron en gran medida de la interacción con el CP, mostrando así la importancia de la identidad de los cultivos subsiguientes. En el primer ciclo, desarrollado en otoño-invierno, la veza y la mezcla cebada-veza destacaron por brindar las condiciones microbiológicas que potenciaron la absorción de macro y micronutrientes, para finalmente obtener la mayor biomasa de trigo (>80% más que el control sin CC). En maíz, los efectos de CC sobre la microbiota del suelo fueron más limitados debido a que las temperaturas del ciclo estuvieron alejadas del óptimo para su desarrollo. Las respuestas microbiológicas del suelo para las mezclas de CC fueron complejas y en ocasiones opuestas. Así, en trigo, la mezcla cebada-veza se comportó de forma similar a la del monocultivo de cebada, mientras que, en maíz, esta mezcla se comportó como el monocultivo de veza. En ambos CP, la mezcla “cebada + melilotus” se diferenció completamente de sus monocultivos, principalmente por cambios en la abundancia de arqueas y Glomeromycota, y del ratio Hongos:Bacterias. En el segundo ciclo (primavera-verano), losefectos de los CC sobre la microbiota del suelo y el desarrollo de los CP estuvieron marcados por el incremento de la temperatura, lo cual benefició al desarrollo del maíz. En este último CP, la respuesta microbiológica no mostró un patrón claro, pero destacó el efecto positivo de la veza y de la cebada en monocultivo con respecto al control sin CC, mientras que melilotus, solo o con mezcla, tuvo peor desempeño. En trigo, el melilotus también presentó una pobre respuesta microbiológica, pero mezclado con la cebada fue de los CC con mejor impacto microbiológico (y nutricional), seguido de la veza. Por tanto, las mezclas volvieron a destacar por su comportamiento singular, tanto con respecto a sus especies puras como con respecto a la identidad del CP subsiguiente. El tipo de laboreo, tradicional o mínimo, con la modalidad asociada de terminación del CC, desbroce e incorporación o tronchado y extensión sobre la superficie, modularon el efecto de las distintas formas de introducción de los CC sobre variables como, la colonización micorrícica y la abundancia de Glomeromycota. El mínimo laboreo tendió a anular las diferencias entre las formas de introducción de CC en la rotación para ciertas variables, mientras que el laboreo tradicional las amplió de forma que variables como la biomasa aérea y la conductividad eléctrica tendieron a ser mayores conforme aumentó la entrada de leguminosas en la rotación, esto es, cuando en la rotación se incluyó una veza en intercultivo con el maíz además del CC mezcla entre trigo y maíz (R2). Elementos como el Mn, el Cd y en menor medida el Cu y el Zn mostraron este patrón mientras que el contenido de macronutrientes resultó mayor en la modalidad de mayor entrada de leguminosas independientemente del tipo de laboreo. La elección de las especies de CC, la mezcla de especies, su forma de introducción y sus interacciones con el cultivo principal subsiguiente pueden tener grandes efectos sobre los microorganismos del suelo, al menos a corto plazo, con un impacto potencial sobre las funciones clave del suelo y los aspectos agronómicos. Se necesita más investigación para comprender estas interacciones, especialmente en lo que respecta a las mezclas, de manera que respalde las decisiones sobre qué CC es más apropiado en cada caso. ----------ABSTRACT---------- Cover crops (CC) provide important ecosystem services that are increasingly demanded for sustainable agroecosystems. However, the legacy effects of CC on soil microbiota and their interactions with subsequent main crops (MC) are still poorly understood, especially for CCs composed of a mixture of grasses and legumes. Two trials were established, the first under semi-controlled conditions in a greenhouse and the second in an open field. In the first study, five CC (barley, vetch and melilotus in monoculture and the mixtures barley+vetch and barley+melilotus) were selected and grown for two rotation cycles with two MC, in order to investigate whether monocultures and CC mixtures differed in their legacy effects on soil and subsequent crop variables, and whether the identity of the MC modulated these effects. The two most widely consumed crops globally, wheat and maize, were planted separately as MC after CC. In the second study, two forms of CC introduction with increasing legume input (a barley-vetch as winter CC and an interseeded vetch in addition to the first) were established under two types of tillage (traditional tillage and minimum tillage), in a biannual irrigated rotation with maize and spring wheat as MC, to evaluate the effects of both factors and their interaction on mycorrhization and crop parameters at an early stage of maize. In the first study and for both cycles, the legacy effects of CC on the microbiological variables studied in the microcosms were highly dependent on the interaction with CP, thus showing the importance of the identity of the subsequent crops. In the first cycle, developed in autumn-winter, vetch and the barley-vetch mixture stood out for providing the microbiological conditions that enhanced the uptake of macro and micronutrients, to finally obtain the highest wheat biomass (>80% more than the control without CC). In maize, the effects of CC on soil microbiota were more limited because temperatures during this cycle were far from the optimum for their development. Soil microbiological responses for the CC mixtures were complex and sometimes opposite. Thus, in wheat, the barley-vetch mixture behaved similarly to the barley monoculture, while in maize, the barley-vetch mixture behaved like the vetch monoculture. In both MC, the barley-melilotus mixture differed completely from their monocultures, mainly by changes in the abundance of archaea and Glomeromycota, and in the ratio Fungi:Bacteria. In the second cycle (spring-summer), the effect of CC on soil microbiota and MC development was influenced by increased temperature, which improved maize development. In maize, the microbiological response did not show a clear pattern, but overall the positive effect of vetch and barley in monoculture compared to the no-CC control stands out, while melilotus, alone or in mixture, performed worse. In wheat, melilotus also showed a poor microbiological response, but mixed with barley it was one of the CCs with the best microbiological (and nutritional) impact, followed by vetch. Thus, the mixtures again stood out for their individual behavior, both with respect to their pure species and with respect to the identity of the subsequent MC. The type of tillage, traditional or minimal, with the associated CC termination, mowing and incorporation or crimping and spreading on the surface, modulated the effect of the different forms of CC introduction on variables such as mycorrhizal colonization and Glomeromycota abundance. Minimal tillage tended to minimize the differences between the forms of CC introduction in the rotation for certain variables, while traditional tillage favor them so that variables such as aerial biomass and soil electrical conductivity tended to be higher as the legume input in the rotation increased, i.e. when a vetch was interseeded with maize in addition to the winter CC barley-vetch between wheat and maize. Elements such as Mn, Cd and to a lesser extent Cu and Zn showed this pattern while macronutrient content was higher with the higher legume input irrespective of tillage type. The choice of CC species, the species mix, their form of introduction and their interactions with the subsequent main crop can have large effects on soil microorganisms, at least in the short term, with a potential impact on key soil functions and agronomic aspects. More research is needed to understand these interactions, especially with regard to mixtures, in order to support decisions on which CC is most appropriate in each case

Respuesta microbiológica del suelo al método de terminación del cultivo cubierta en dos niveles de riego

Los cultivos cubierta (CC) promueven la salud del suelo, pero su manejo y, en concreto su forma de terminación, puede condicionar su impacto sobre los microorganismos del suelo. En un experimento en invernadero, hemos evaluado el efecto en parámetros microbiológicos de cuatro métodos de terminación de CC: desbroce e incorporación (INC), glifosato (GLI), roller crimper (ROL), roller crimper + glifosato (RGL), y un control sin CC (CON) en combinación con dos niveles de riego. Los efectos se evaluaron en pre-emergencia del subsiguiente cultivo principal (maíz) y a los 57 días después de su siembra. En pre-emergencia, GLI redujo la abundancia de bacterias totales, especialmente en alta disponibilidad de agua, mientras que el rodillo, con o sin glifosato, estimuló las arqueas. En cambio, RGL favoreció los hongos totales y Glomeromycota. Los efectos cambiaron a los dos meses desde la terminación y ya bajo la influencia del maíz. En general, la incorporación de los residuos de CC fue el método más beneficioso tanto en nivel alto como bajo de riego. ROL tendió a favorecer la abundancia de hongos y arqueas, pero a decrecer la de bacterias. El efecto del glifosato estuvo muy condicionado por el nivel de riego. Dado que la disponibilidad de agua modifica la respuesta microbiológica del suelo a los métodos de terminación de los CC, cabe esperar una variedad de efectos según las condiciones meteorológicas de cada año. Es necesario conocer mejor esta interacción para ayudar en la elección de las prácticas de manejo más adecuadas en cada situación

Efectos de los cultivos cubierta sobre microorganismos del suelo

La integración de los cultivos cubierta (CC) proporciona beneficios ecosistémicos al mejorar la sostenibilidad de los agrosistemas. Sin embargo, los efectos pueden ser muy diferentes en función del tipo de CC empleado y del cultivo principal subsiguiente. En este trabajo se estudian los efectos de cinco CC diferentes sobre propiedades microbiológicas del suelo y en dos cultivos principales (CP) en un experimento bajo condiciones semicontroladas. Se evaluaron tres CC con monocultivos (dos leguminosas y una gramínea) y dos mezclas de leguminosa con gramínea, además de un control sin CC, con dos CP diferentes, el maíz o el trigo. En estos CP se midió la colonización micorrícica, la longitud de hifas extrarradiculares, y la abundancia de bacterias y de hongos totales. Los resultados indicaron que tanto el tipo de CC como el tipo de CP afectaron a la mayoría de los parámetros analizados y hubo una fuerte interacción entre ambos factores de estudio (el tipo de CC y el tipo de CP), siendo los monocultivos de leguminosas los que aportaron mayores beneficios a la micorrización del maíz y trigo, mientras que los CC con mezclas de leguminosa con gramínea mostraron un efecto dispar. Este trabajo muestra la importancia de ahondar en el conocimiento de los efectos de los diferentes CC en los parámetros microbiológicos del suelo y su posterior interacción con los diferentes CP

The distinct responses of bacteria and fungi in different-sized soil aggregates under different management practices

13 Pág. Departamento de Medio Ambiente y Agronomía​Soil aggregates can be considered massive microbial incubators. Thus, the study of the bacteria and fungi colonizing different soil aggregate fractions helps to elucidate the factors influencing the associations between microhabitats in soil aggregates and microbial functioning. The main objective of this study was to evaluate the total bacterial and total fungal abundances and soil quality-related parameters of four aggregate size fractions (>2 mm, 2–0.25 mm, 0.25–0.053 mm and 2 mm), which constituted only 16.7% (with 0.17 OC/100 g soil) under this treatment at 0–5-cm depth, compared with 50.7% (with 1.34 g OC/100 g soil) in uncultivated soil. The abundances of bacteria and fungi exhibited contrasting responses to soil management across aggregate fractions, which differed by depth. The abundance of bacteria, but not fungi, was closely related to OC and N concentrations, with higher values in macroaggregates than in microaggregates for TT and DS at 0–5 cm depth. Uncultivated soil showed no OC differences across aggregate fractions and the bacteria were distributed uniformly among them. Fungal abundance was higher in microaggregates, mainly in DS, concurrent with lower bacterial abundance. Therefore, bacteria and fungi responded differently to changes in properties at the aggregate scale induced by soil management within the soil surface horizon. Highlights: Management practices affect aggregate size distribution and their bacterial and fungal abundances Tillage reduced the OC stored in macroaggregates >2 mm by 87% compared to uncultivated soil Bacterial abundance was positively correlated with the C and N concentrations inside aggregates Fungal abundance showed an important negative correlation with the bacterial abundance.Comunidad de Madrid, Grant/Award Number: AGRISOST S2018/BAA-4330; Ministerio de Ciencia e Innovación, Grant/Award Number: GL2017-83283-C2-1-R; Community of Madrid; Spanish Ministry of Science and InnovationPeer reviewe

Interaction of Inherited Microbiota from Cover Crops with Cash Crops

Cover crops (CC) provide important ecosystem services that are demanded to achieve more sustainable agrosystems. However, the legacy effects of CC on the microbial community structure and its interactions with the subsequent cash crops (CaC) are still poorly understood, especially when CC mixtures are involved. In this work, five CC (3 monocultures and 2 mixtures) were selected in an experiment under semi-controlled conditions to investigate if CC monocultures and mixtures differed in their effects on soil and crop variables and if the identity of the subsequent crop modulates these effects. The two most consumed crops worldwide, wheat and maize, were sown separately after CC. The legacy effects of CC on the studied microbial variables largely depended on the interaction with the CaC. The vetch and the barley-vetch mixture stood out by providing the microbial conditions that enhanced the absorption of macro- and micronutrients, to finally seek the highest wheat biomass (>80% more than the control). In maize, the effects of CC on soil microbiota were more limited. The soil microbial responses for CC mixtures were complex and contrasting. In wheat, the barley-vetch mixture behaved like barley monoculture, whereas in maize, this mixture behaved like vetch monoculture. In both CaC, the barley-melilotus mixture differed completely from its monocultures, mainly through changes in archaea, Glomeromycota, and F:B ratio. Therefore, it is necessary to deepen the knowledge on the CC-CaC-microbial interactions to select the CC that most enhance the sustainability and yield of each agrosystem

Interaction of Inherited Microbiota from Cover Crops with Cash Crops

Cover crops (CC) provide important ecosystem services that are demanded to achieve more sustainable agrosystems. However, the legacy effects of CC on the microbial community structure and its interactions with the subsequent cash crops (CaC) are still poorly understood, especially when CC mixtures are involved. In this work, five CC (3 monocultures and 2 mixtures) were selected in an experiment under semi-controlled conditions to investigate if CC monocultures and mixtures differed in their effects on soil and crop variables and if the identity of the subsequent crop modulates these effects. The two most consumed crops worldwide, wheat and maize, were sown separately after CC. The legacy effects of CC on the studied microbial variables largely depended on the interaction with the CaC. The vetch and the barley-vetch mixture stood out by providing the microbial conditions that enhanced the absorption of macro- and micronutrients, to finally seek the highest wheat biomass (>80% more than the control). In maize, the effects of CC on soil microbiota were more limited. The soil microbial responses for CC mixtures were complex and contrasting. In wheat, the barley-vetch mixture behaved like barley monoculture, whereas in maize, this mixture behaved like vetch monoculture. In both CaC, the barley-melilotus mixture differed completely from its monocultures, mainly through changes in archaea, Glomeromycota, and F:B ratio. Therefore, it is necessary to deepen the knowledge on the CC-CaC-microbial interactions to select the CC that most enhance the sustainability and yield of each agrosystem.Depto. de Química en Ciencias FarmacéuticasFac. de FarmaciaTRUEpu

Soil Microbial Response to Cover Crop Termination Methods under Two Water Levels

Cover crops (CC) promote soil health, but the termination method can condition the benefits for soil microorganisms. In a greenhouse experiment, we evaluated the legacy effects of four common CC termination methods on mycorrhization, soil microbial abundance, structure, and activity, as well as other soil properties, and its interaction with water levels (well-watered and water deficit). Mowing and residue incorporation (INC), glyphosate (GLY), roller crimper (ROL) and glyphosate + roller crimper (RGL) were evaluated, together with no CC, at two sampling dates of a subsequent maize. The water level modulated the soil microbial response to CC termination methods, especially in the glyphosate methods. Legacy effects on soil microbial attributes were notable and evolved differently from maize, from pre-emergence to ~3 months later. At final sampling, INC showed the best microbial response at both water levels, enhancing most microbial attributes. ROL was the second most beneficial method, especially in well-watered soil, promoting fungi but nullifying the CC positive effect on bacteria. Regardless of water level, GLY and RGL showed a similar microbial response. In well-watered soil, GLY and RGL had a negative effect on the total fungi, which separated the RGL response from the ROL. Overall, the time since CC termination and water level modulated the soil microbial response to the termination methods. Further research is needed to investigate CC termination impacts under different environmental conditions, in order to better understand the processes involved and provide farm-level recommendations

La forma de introducción de cultivos cubierta de leguminosa en una rotación en regadío afecta a parámetros del suelo y de la planta

Los cultivos cubierta (CC) se introducen en las rotaciones a fin de reducir el impacto ambiental en los sistemas agrarios y mejorar su sostenibilidad. La técnica del CC en intercultivo permite intensificar las rotaciones en regadío incrementando la entrada de leguminosas en el sistema. Sin embargo, no son bien conocidos sus efectos en la salud del suelo y su relación con la nutrición del cultivo. En un ensayo experimental establecido en 2018 en el centro de España peninsular, evaluamos los efectos a corto plazo de distintas técnicas de introducción de CC de leguminosas y su interacción con el tipo de laboreo en una rotación bianual maíz-trigo en regadío. Se aplicaron dos técnicas de introducción, CC de invierno y CC en intercultivo, resultando tres niveles de entrada de leguminosas en la rotación: control sin CC (R0); CC mezcla (cebada y veza) entre trigo y maíz (R1); y combinación de intercultivo de veza con el maíz antes del trigo + CC mezcla (cebada y vez) entre trigo y maíz. Las tres modalidades se aplicaron bajo dos tipos de laboreo: tradicional y mínimo, resultando 6 tratamientos. Los resultados preliminares indican que incluso a corto plazo la forma de introducción de CC de leguminosa en una rotación en regadío afecta a parámetros del suelo como nitrógeno total y mineral, C de la biomasa microbiana, longitud de micelio, colonización micorrícica y clorofila en planta. La inclusión del intercultivo de veza (R2) reduce la densidad aparente del suelo, lo que resulta de especial interés en mínimo laboreo. Investigar nuevas técnicas de CC que reduzcan el impacto ambiental a la vez que garanticen la productividad es esencial para la sostenibilidad de los sistemas agrarios en regadío

Increasing Legume Input through Interseeding Cover Crops: Soil and Crop Response as Affected by Tillage System

18 Pág.Legumes provide important benefits in rotations. Interseeding cover crops (CCs) allows an additional legume CC in case of a short window after the main crop. However, legume input level and management could modify the expected benefits. In a Mediterranean irrigated agroecosystem, we evaluated the responses of topsoil (0–10 cm) and early maize development to increasing legume CC input in a biannual maize–wheat rotation under traditional tillage (TT; CC incorporated) and minimum tillage (MT; CC rolled-crimped). In the third year, at two early maize stages, we tested three legume input levels: (i) R0, non-CC; (ii) R1, barley–vetch CC; (iii) R2, vetch interseeded into maize in addition to the CC mixture. Overall, MT enhanced soil properties, but frequently conditioned to legume input level. The tillage system affected R1 the most, with MTR1 showing the better overall soil response while TTR0 showed the poorest. MTR2 was the best combination for early maize development, but not for soil health. Moreover, a better overall soil health did not lead to a better early maize performance in the short term. In this alkaline soil, CC favored early maize growth, whereas mycorrhization, enhanced under TT, favored crop nutrition. Increased legume input under MT should be monitored to avoid negative effects in soil in the mid–long term.We are grateful to the Ministerio de Ciencia e Innovación (Spain, AGL2017-83283-C2-1-R and 2-R), Comunidad de Madrid (Spain) and Structural Funds 2014-2020 (ERDF and ESF) through the project AGRISOST-CM S2018/BAA-4330), and to the Programa de becas de postgrado en el exterior Carlos Antonio Lopez (BECAL; Paraguay) for the financial support.Peer reviewe