Contribución de las Leguminosas de Grano en Rotación con Cereales: Una Revisión

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1 CONTRIBUCION DE LAS LEGUMINOSAS DE GRANO EN ROTACION CON CEREALES Contribución de las Leguminosas de Grano en Rotación con Cereales: Una Revisión M. MERA Y J. L. ROUANET Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias, Centro Regional de Investigaciones Carillanca. Casilla 58-D, Temuco, Chile. mmera@carillanca.inia.cl RESUMEN La contribución de las leguminosas en la rotación con cereales puede materializarse en diferentes formas: aporte en nitrógeno, aporte en fósforo, oportunidad de controlar malezas gramíneas, interrupción del ciclo de enfermedades, mejoramiento de las condiciones físicas del suelo. Las tres últimas pueden provenir también de otras especies, pero las dos primeras se asocian particularmente a leguminosas. En términos generales, la rotación de cultivos se fundamenta en la alternancia de especies con características diferentes en profundidad y desarrollo de raíces, habilidad para absorber nutrientes, susceptibilidad a enfermedades y plagas, malezas asociadas, y épocas de requerimiento de labores. La evidencia acumulada sobre el efecto beneficioso de una leguminosa previo al cereal es abundante. Una compilación de más de 130 experimentos sobre rotaciones conducidos en Australia mostró que el rendimiento del trigo después de lupino superaba en 45% el rendimiento de trigo sobre trigo. Se afirma que gran parte del 50% de aumento en rendimiento de trigo en Australia entre 1960 y 1980 se debió al uso de mejores rotaciones, con mejor aprovechamiento del nitrógeno proveniente de leguminosas. Resultados igualmente favorables han sido informados para la rotación arveja-trigo en Canadá. Un cultivo previo de leguminosa puede influir no sólo en el rendimiento, sino también en la calidad del cereal subsiguiente, habiéndose constatado aumentos de 1 a 2% en la proteína del grano. Por lo mismo, una leguminosa puede no ser el cultivo previo apropiado para cebada maltera. Científicos europeos consideran que una mayor proporción de leguminosas en la rotación puede reducir el efecto ambiental negativo asociado a la producción, transporte y aplicación de fertilizantes nitrogenados, contribuyendo a reducir la emisión de gases

2 136 SERIE CIENCIAS AGRONÓMICAS y el efecto invernadero. Pese a todo lo anterior, es preciso que una leguminosa gane su espacio en la rotación per se, sobre la base de una rentabilidad mínima y, sin duda, la investigación es crucial para hacer estos cultivos más rentables y competitivos. ABSTRACT The contribution of grain legumes in rotation with cereals may take different forms: improved N availability, improved P availability, improved control of grass weeds, interruption of the cycle of some diseases, improved soil physical conditions. The latter three ones may come from various other crops as well, but the first two are particularly associated with legume species. Crop rotation is based on alternating species that differ in root depth and pattern of development, nutrient absorption ability, susceptibility to diseases and pests, crop-associated weeds, and labordemanding periods. Evidence of the benefitial effects of a preceding legume on the behavior of cereals is already abundant. A compilation of over 130 field experiments conducted in Australia showed that yields were 45% higher for wheat following lupins than for wheat following wheat. Similarly, favorable results have been reported for the pea-wheat rotation in Canada. A major part of the 50% increase of wheat yield in Australia between 1960 and 1980 has been attributed to the use of improved rotations, with enhanced utilization of the nitrogen from legumes. A previous legume crop can favor not only the yield but also the quality of the succeeding cereal, as 1 to 2% increases in grain protein have been demonstrated. Due to this, a legume may not be a proper preceding crop for malting barley. European scientists consider that an increased proportion of legumes in the rotation may reduce the negative effect associated to the production, transport and application of nitrogen fertilizers, hence contributing to reduce gas emissions and the greenhouse effect. Nevertheless, it is required that a grain legume crop be able to gain a place per se in the rotation, on the basis of having a minimum profitability. An increased effort in research appears as a crucial factor to make these crops more competitive. INTRODUCCIÓN El uso de leguminosas en rotación con cereales es de antigua data y se menciona ya en antiguos escritos chinos, egipcios y griegos (MacRae y Mehuys, 1985). En términos generales, la rotación de cultivos se fundamenta en la alternancia de especies con características diferentes: diferente profundidad de raíces, diferente habilidad para absorber nutrientes y agua, diferente susceptibilidad a enfermedades y plagas, diferente asociación con malezas, diferentes épocas de requerimiento de labores. González y Ruz (1994) enfatizan la necesidad de lograr en Chile sistemas agrícolas más equilibrados y para ello plantean el uso de rotaciones adecuadas. En variados sistemas agrícolas se ha encontrado que el efecto global de una leguminosa en rotación es beneficioso, particularmente en el largo plazo. Varios estudios

3 CONTRIBUCION DE LAS LEGUMINOSAS DE GRANO EN ROTACION CON CEREALES 137 (Rowland et al., 1988; Evans et al., 1991; Chalk et al., 1993) han verificado que la respuesta de los cereales a un pre cultivo de leguminosa tiene como base una mayor disponibilidad de nitrógeno. Sin embargo, se ha sumado evidencia de que varios otros factores pueden influir, entre ellos, mejoras en la estructura del suelo, quiebre del ciclo de enfermedades e incluso plagas, hasta efectos alelopáticos de algunos rastrojos (Peoples and Herridge, 1990). La suma de estos factores explica la presencia de especies leguminosas alternando con cereales en varios países líderes en la producción de cereales, entre los que destacan, arveja en Francia; lupino, arveja, garbanzo y haba en Australia; arveja, lenteja y garbanzo en Canadá; soya en los Estados Unidos y Argentina. LA ROTACIÓN DE CULTIVOS Con o sin leguminosas, hay evidencia de un beneficio de la rotación para los cultivos que la integran. La eficiencia del uso del nitrógeno por parte del trigo es mayor cuando éste sigue a un cultivo no cereal en la rotación, probablemente debido al desarrollo de un sistema radical más efectivo (Gooding and Davies, 1997). Según estimaciones del Reino Unido, cultivos de quiebre como raps o papas aportan alrededor de 50 kg ha -1 de N al trigo subsiguiente (Gooding and Davies, 1997). Tal aporte puede superar al de una leguminosa de grano, sin embargo, a diferencia de las leguminosas, cultivos de quiebre como raps o papas requieren fertilización nitrogenada, de manera que el requerimiento global de nitrógeno de la rotación generalmente es menor cuando el cultivo de quiebre es una leguminosa. Como se aprecia en el Cuadro 1, incluso contando con suficiente nitrógeno, es frecuente que los cultivos rindan 10-40% más integrando una rotación que en monocultivo (Hesterman et al., 1986). Desgraciadamente, la agricultura del sur de Chile, basada en cultivos anuales, no cuenta con rotaciones adecuadas (Rouanet, 1989) por falta de acompañantes rentables para los cereales. Desde el punto de vista agronómico, no obstante, las leguminosas de grano son reconocidas como buenos acompañantes de los cereales, lo que es avalado tanto por la experiencia de los agricultores como por los resultados de investigación. En Chile, donde una proporción importante del trigo se siembra en invierno, las leguminosas de grano son convenientes como acompañantes porque, entre otros factores que se revisan más adelante en este capítulo, sus residuos se descomponen relativamente rápido y permiten el acondicionamiento del suelo con tiempo suficiente para una siembra temprana de cereal.

4 138 SERIE CIENCIAS AGRONÓMICAS Cuadro 1. Rendimiento en grano de maíz según cultivo previo y aplicación de N fertilizante (Adaptado de Hesterman et al., 1986). N aplicado Rendimiento de maíz (T ha -1 ) (Kg ha -1 ) Cultivo previo Maíz Soya Alfalfa Alfalfa Trigo (3 cortes) (1 corte) 0 3,1 3,6 4,1 6,8 3,6 55 4,1 5,6 7,0 8,7 6, ,3 7,6 7,7 8,9 8, ,5 8,6 7,9 8,6 8, ,3 8,8 8,4 8,8 9,0 Es ampliamente conocido que las leguminosas pueden aportar nitrógeno a cultivos subsiguientes gracias a la fijación simbiótica de N 2. No obstante, hay evidencia en Australia occidental de que una leguminosa como cultivo previo contribuye al rendimiento del cereal a través de otros factores, además de su aporte en N (Rowland et al. (1988). La Figura 1 muestra 16 de 26 casos donde se comparó la rotación trigo-trigo con la rotación lupino-trigo. El patrón de respuesta de curvas paralelas indica que otros factores, aparte del nitrógeno, están jugando un rol en el beneficio de la leguminosa al cereal que le sigue. Curvas convergentes que no intersectan indican respuesta al N y a otros factores. Curvas convergentes que intersectan indican una respuesta enteramente atribuible al N. Figura 1. Rendimiento de grano de trigo en respuesta a la aplicación de N en rotaciones trigo-trigo (círculos) o lupino-trigo (triángulos) en Australia occidental. El patrón de respuesta paralelo de (a) fue observado en 12 casos, el de convergencia incompleta de (b) en 4 casos, y el de intersección de (c) en 5 casos. Otros 5 casos no se ajustaron a ninguno de estos patrones. (Adaptado de Rowland et al., 1988).

5 CONTRIBUCION DE LAS LEGUMINOSAS DE GRANO EN ROTACION CON CEREALES 139 En Chile, Novoa et al. (1995) encontraron que los rendimientos de trigo son seriamente afectados por el monocultivo. En un ensayo de cinco años, el rendimiento promedio de trigo sobre trigo fue de aproximadamente Kg ha -1, en comparación a trigo siguiendo a otros cultivos (raps, poroto, soya, maravilla, maíz y papa), donde el promedio superó los Kg ha -1. El rango de variación para estos seis precultivos fue muy estrecho (aproximadamente Kg ha -1 ). En un ensayo de monocultivo de trigo llevado por 28 años en INIA La Platina, el rendimiento más bajo se produjo al tercer año, subiendo al mismo nivel de rendimiento del primer año a partir del quinto año. Se concluyó que el monocultivo del trigo es posible siempre que se logre reducir la incidencia de enfermedades, recurriendo a la desinfección del suelo y a una buena fertilización, si se mantiene por más de cinco temporadas, pero ensayos en la precordillera andina de la Octava región indican que se requerirían al menos 14 años (Novoa et al., 1995). FIJACIÓN SIMBIÓTICA DE NITRÓGENO La asociación con bacterias de los géneros Rhizobium o Bradyrhizobium le confiere a las leguminosas la capacidad para fijar nitrógeno atmosférico. La fijación de N por leguminosas fluctúa comúnmente entre 25 y 150 Kg ha -1 dependiendo de las condiciones ambientales y la capacidad inherente de la especie o el genotipo para producir biomasa (Pala et al., 2000). LaRue y Patterson (1981), destacan como fijadores de N 2 el haba y el lupino, con estimaciones de y Kg ha -1 de N, respectivamente, mediante el método de la diferencia, con respecto a cebada como cultivo no fijador. Para garbanzo y lenteja, las estimaciones por el mismo método, son de y Kg ha -1 de N, respectivamente. Palmason et al., (1992) estimaron la acumulación de N por lupino de hoja angosta en Islandia, entre 70 y 213 Kg ha -1, en tanto que Smith et al., (1987) reportaron sólo Kg ha -1 de N acumulados por este cultivo en el estado de Washington. Para la soya, las estimaciones también pueden ser sorprendentemente variables, pese a utilizar el mismo método, desde Kg ha -1 de N en Iowa, hasta 263 Kg ha -1 de N en Washington. Heichel (1987), reportó estimaciones por el método de dilución isotópica, de kg ha -1 de N fijado por garbanzo, por fréjol, por lenteja, por arveja, y por haba, en Alberta, Canadá. El mismo autor presenta mediciones para soya, por el método de diferencia, en seis estados norteamericanos, desde un mínimo de Kg ha -1 en Iowa, a un máximo de Kg ha -1 en Washington. Aunque las cantidades de dinitrógeno fijadas son muy variables, se estima que el lupino puede obtener 70% (Gataulina, 1990), 80% (Dolling, 1997), y hasta 90% (Uncovich et al., 1994) de su nitrógeno vía fijación simbiótica. La cantidad promedio de N en la biomasa aérea de Lupinus angustifolius, obtenida de 48 mediciones, fue 201 Kg ha -1, y en Lupinus albus fue 333 Kg ha -1, como media de 21 mediciones (Howieson et al., 1998). De acuerdo a lo anterior, estas especies de lupino habrían fijado alrededor de 150 y 250 Kg ha -1 de N, respectivamente. En general, los datos indican que 50-80% del N de la biomasa de la leguminosa proviene de la fijación biológica. Según Hamblin et al. (1993), un cultivo de lupino

6 140 SERIE CIENCIAS AGRONÓMICAS fija más nitrógeno del que finalmente exporta en el grano. La mayoría del nitrógeno remanente permanece en los residuos, y otra fracción del nitrógeno fijado puede quedar en el pool de suelo. Hay escasas estimaciones de su magnitud (Chalk, 1998), pero en ciertos estudios se han encontrado grandes cantidades de N mineral después de la cosecha de lupino (Howieson et al., 1998). El origen de este N no es claro; puede provenir de la fijación de N 2 o puede ser consecuencia de la menor utilización del N mineral derivado del suelo por parte del lupino (Howieson et al., 1998). Para algunos, la mayor concentración de nitratos en la zona radical de leguminosas, comparada con la zona radical de no-leguminosas, es claro indicio de la exudación de N por las raíces de las primeras (French et al., 1998). Según Russell and Fillery (1996), alrededor de 27% del nitrógeno que deja el lupino se mineraliza anualmente, y un 74% del nitrógeno mineralizado es absorbido por cada cultivo subsiguiente de trigo. LA BIOMASA RADICAL Algunas estimaciones de fijación se basan en un balance simple de N, donde el N extraído en el grano se descuenta del N total producido por la biomasa aérea, subestimando o ignorando el aporte de las raíces de la leguminosa. Según Peoples (2001), esto explica la discrepancia entre el beneficio pronosticado de una leguminosa en el cereal subsiguiente, de acuerdo a su aporte de nitrógeno, y el beneficio real observado, que generalmente es mayor. El N en la biomasa bajo el suelo constituye generalmente entre 15-20% del N en la biomasa total, pero ocasionalmente llega a ser hasta 42% (Jensen and Haugaard-Nielsen, 2002). Con datos de haba, leguminosa que se caracteriza por una alta capacidad de fijación de N 2, Rochester et al., (1998) han determinado que la biomasa bajo el suelo contribuye, en promedio, 105 Kg ha -1 de N adicionales, a la cantidad estimada por mediciones de la biomasa aérea. Los resultados se presentan gráficamente en las Figuras 2 y 3. Figura 2. Cantidades de N 2 fijadas por cultivos comerciales de haba, donde las estimaciones de N fijado asociado a las raíces nodulantes fueron omitidas (a) o incluidas (b) en los cálculos (adaptado de Rochester et al., 1998 y Peoples, 2001).

7 CONTRIBUCION DE LAS LEGUMINOSAS DE GRANO EN ROTACION CON CEREALES 141 Figura 3. N fijado residual después de la cosecha de grano de cultivos comerciales de haba, donde las estimaciones de N fijado asociado a las raíces nodulantes fueron omitidas (a) o incluidas (b) en los cálculos (adaptado de Rochester et al., 1998 y Peoples, 2001). Russell y Fillery (1996) reportaron para un cultivo de lupino de hoja angosta maduro una cantidad total de 321 Kg ha -1 de N, de los cuales 91 Kg ha -1, esto es, un 28%, provinieron de la biomasa subterránea. Según estos autores, la cantidad y la tasa neta de mineralización del N de la biomasa subterránea del lupino sugieren que esta es una fuente importante de N para el cereal cultivado subsiguientemente. APORTE DE NITRÓGENO El impacto de la rotación con leguminosas en la disponibilidad de nitrógeno para los cultivos de trigo se ha documentado en numerosas oportunidades. Luego de seis años de determinaciones, (Gooding y Davies, 1997), se observan niveles promedio de 85 Kg ha -1 de N en los 90 cm superiores de suelo luego de un cultivo de haba invernal, en comparación a sólo 45 Kg ha -1 de N luego de un cultivo de trigo invernal. Los agricultores del Reino Unido estiman que en la fertilización para cereales puede hacerse una reducción de Kg ha -1 de N luego de un cultivo de arveja para grano (Davies et al., 1985). En Francia, se estima que un cultivo de arveja retorna al suelo alrededor de 50 Kg ha -1 de N (Plancquaert, 1978), aunque se advierte que el aporte de N de la arveja al cultivo subsiguiente puede ser extremadamente variable (Doré y Meynard, 1992; Carrouée y LeSouder, 1992). De acuerdo a experiencias en New South Wales, un buen cultivo de haba contribuye al menos con Kg ha -1 de N para el cultivo siguiente (Whitworth, 2001). En el mismo suelo se ha encontrado que el nitrógeno disponible a 60 cm de profundidad aumenta en 70 Kg ha -1 luego de un cultivo de haba. También en New South Wales, Herridge (1982) reporta que en un suelo arcilloso el cultivo de trigo recibió del cultivo de lupino un aporte equivalente a 80 Kg ha -1 de N en un año húmedo para esta región (723 mm), pero sólo 40 Kg ha -1 de N en un año considerado seco (421 mm). Esto no es extraño, ya que se ha reportado que el estrés por falta de humedad durante la floración del lupino reduce la tasa de fijación de N 2 (Farrington et al.,

8 142 SERIE CIENCIAS AGRONÓMICAS 1977), lo mismo que el exceso de humedad. En un estudio a largo plazo, Evans et al., (1989, 1991) mostraron que el N 2 fijado total y las contribuciones de N de la arveja y el lupino de hoja angosta correspondían, en promedio, a las cantidades requeridas para mantener la fertilidad de N en rotaciones leguminosa-cereal de New South Wales y Victoria, Australia oriental. De acuerdo a la revisión de Howieson et al., (1998), el aporte neto promedio de N de Lupinus angustifolius en el sudeste de Australia ha sido 67 Kg ha -1, y en Australia occidental, de 65 Kg ha -1. En el sudeste de Australia ha habido casos de balance negativo, en tanto que en Australia occidental (donde se concentra la gran mayoría de la superficie con lupino) han sido siempre positivos. Unkovich et al., (1994), reportaron 231 Kg ha -1 de N acumulados durante la máxima biomasa de lupino de hoja angosta, de los cuales 13% estaba en la biomasa radical. En la biomasa recuperable a la cosecha se encontraban 164 Kg ha -1 de N, de los cuales 44% correspondían a N en el grano, 49% a N en residuos aéreos y 7% a N en residuos radicales. En consecuencia, 92 Kg ha -1 de N retornaron al suelo luego de la cosecha. Como parte del mismo trabajo, en seis predios de Australia occidental se encontró un rango de 199 a 372 Kg ha -1 de N acumulados durante la máxima biomasa aérea de cultivos de lupino de hoja angosta, de los cuales, en promedio, 222 Kg ha -1 de N (86%) fueron fijados. En base a los resultados previos, Unkovich et al., (1994) predijeron una adición neta promedio de 65 Kg ha -1 de N, con un rango de Kg ha -1 por parte de lupinos de hoja angosta cultivados en el sudoeste de Australia. Otras estimaciones para lupino de hoja angosta son más elevadas. Evans et al., (1987) reportaron Kg ha -1 de N fijados, de los cuales 120 (47%) fueron exportados en el grano, dejando en el suelo un remanente de Kg ha -1 de N. Mahler et al., (1979) estimaron que un cultivo de arveja para grano seco en el noroeste de los Estados Unidos (Palouse), fija entre 20 y 60 Kg ha -1 de N. Es evidente que esta cantidad no explica el beneficio observado de la arveja al cereal subsiguiente, ya que sólo en el grano de un cultivo de arveja en la región del Palouse, que rinde en promedio Kg ha -1, se exportan 82 Kg ha -1 de N. Sin embargo, como el N del grano corresponde a 60-70% del N total de la planta (Pate, 1977), el cultivo acumularía un total de aproximadamente 126 Kg ha -1 de N, de los cuales alrededor de 44 Kg ha -1 de N retornarían al suelo con los residuos (Muehlbauer et al., 1983). Esta cifra se acerca a la estimación de Picard et al., (1988), quienes señalan que el aporte real de la arveja al cultivo subsiguiente de trigo en Europa equivale a unos 50 Kg ha -1 de N. En el sureste de Australia, donde gran parte del N para el cultivo de trigo proviene de la descomposición de residuos previos y de la fijación simbiótica de leguminosas, Angus et al., (1998) han encontrado que, para cultivos que rindieron menos de kg ha -1, el N provino principalmente de la mineralización durante el crecimiento del cereal, con una participación menor del N acumulado previo a la siembra. Por el contrario, para cultivos que rindieron más de Kg ha -1, el N provino mayoritariamente del N presente en el suelo al momento de sembrar. Este resultado sugiere la conveniencia de un mejoramiento del N mineral previo al establecimiento de un cereal donde se invierte para un alto rendimiento. CONTAMINACIÓN CON N PERCOLADO La polución provocada por la excesiva utilización de fertilizantes nitrogenados es

9 CONTRIBUCION DE LAS LEGUMINOSAS DE GRANO EN ROTACION CON CEREALES 143 uno de los problemas asociados a la agricultura intensiva, por lo cual el mejor aprovechamiento del nitrógeno fijado simbióticamente se considera crucial para una agricultura sustentable (Graham and Vance, 2000). Como el nitrógeno fijado por la leguminosa puede reemplazar parte o todo el N fertilizante en un sistema de rotación, usualmente la cantidad de nitrógeno percolado disminuye (Power, 1990). Sin embargo, pueden haber excepciones, ya que la baja relación C:N en el rastrojo de leguminosas promueve una rápida mineralización del nitrógeno y consecuentemente una acumulación transitoria de nitrato. Por ejemplo, en Nueva Zelanda se encontró que 90 Kg ha -1 de N percolaban luego de incorporar residuos de arveja al suelo (Adams and Pattinson, 1985). No obstante, Nicolardot et al., (1996) han encontrado que el comportamiento del rastrojo de leguminosas no difiere del de los rastrojos de cereales. En ambos casos, a fin de reducir el riesgo de precolación de N, debe tomarse en cuenta el tipo de suelo y el ambiente, que regulan la tasa de mineralización del N, para decidir el momento de incorporación de los rastrojos al suelo. Davies et al., (1985) consideran que los cereales sembrados en otoño pueden aprovechar mejor que los cereales sembrados en primavera el nitrógeno residual de una leguminosa, debido a la percolación de N, particularmente luego de leguminosas cuyo residuo es rápidamente descompuesto, como la arveja. RENDIMIENTO Y PROTEÍNA DEL CEREAL Una compilación de más de 130 experimentos sobre rotación conducidos en Australia mostró que el rendimiento del trigo después de lupino superaba en 45% el rendimiento de trigo sobre trigo (Rowland et al., 1986). Se afirma que gran parte del 50% de aumento en rendimiento de trigo en Australia entre 1960 y 1980 se debió al uso de mejores rotaciones, con mejor aprovechamiento del nitrógeno proveniente de leguminosas (Gooding y Davies, 1997). Peoples y Herridge (1990) reportaron aumentos en el rendimiento de cereales de a kg ha -1 cuando éstos siguieron a leguminosas de grano tropicales, que correspondieron a aumentos relativos de 16 a 353% en comparación a los rendimientos del monocultivo cereal-cereal. Al comparar los rendimientos de trigo siguiendo a un cereal (avena), a una oleaginosa (lino) o a una leguminosa (garbanzo, haba, arveja, chícharo, lenteja, lupino, vicia), Strong et al., (1986) encontraron que la absorción de N por el trigo fue mayor en la secuencia leguminosa-trigo que en las secuencias cereal-trigo u oleaginosa-trigo. Sin embargo, los aumentos relativos en rendimiento fueron en general menores que los aumentos relativos en rendimiento de N, sugiriendo que existieron otros factores limitantes del rendimiento. Se ha observado que leguminosas de grano o forrajeras, cultivadas previo a un cultivo de trigo, frecuentemente aumentan no sólo el rendimiento sino también el contenido de proteína del trigo, en comparación a cultivos sucesivos de cereal. Al comparar la rotación arveja-trigo 1:1 con trigo sucesivo, en cinco ensayos en Australia durante tres temporadas, se constató que la presencia de la arveja aumentó el rendimiento y la proteína del trigo en 500 Kg ha -1 y 2,1%, respectivamente (Gartrell, 1990). Se ha observado una situación similar con lupino. La rotación lupino-trigo 1:1 mejoró el rendimiento y la proteína del trigo en 630 Kg ha -1 y 1,1%, respectivamente, con respecto a trigo sucesivo (Rowland and Mason, 1994). El aumento de proteína es importante ya que los productores de

10 144 SERIE CIENCIAS AGRONÓMICAS trigo australianos reciben mejor precio por este aspecto (Gartrell, 1990). Un cultivo de haba previo al de trigo aumentó el rendimiento del cereal en 82%, desde 1930 a Kg ha -1 y la proteína de 7,2 a 8,1%, en comparación a trigo sobre trigo, en suelos alcalinos de Australia occidental (Bolt, s/f). En el norte de New South Wales, Australia, el rendimiento de trigo siguiendo a habas aumentó en más de 30% y el rendimiento en nitrógeno del grano en 60%, como consecuencia del mayor tenor de proteína (Whitworth, 2001). En el centro-oeste de NSW, Pala et al., (2000) obtuvieron rendimientos 50-55% superiores con trigo siguiendo a cultivos de lupino, arveja o haba, que con trigo sobre trigo, aún habiendo recibido el cereal 40 y 80 Kg ha -1 de N fertilizante (Figura 4). El ingreso bruto de las rotaciones con leguminosas fue % superior al de la rotación trigo-trigo. Se han reportado aumentos de 5 y 10% en el rendimiento de trigo después de haba, en comparación a trigo continuo (Picard et al., 1988). Figura 4. Rendimientos (A) y margen bruto (B) de trigo a continuación de cultivos de trigo, lupino, arveja y haba. Los ensayos se condujeron en cinco sitios de New South Wales, Australia, y los resultados presentados son medias de los sitios. Las parcelas con trigo fueron divididas en tres tratamientos de nitrógeno (Adaptado de Pala et al., 2000).

11 CONTRIBUCION DE LAS LEGUMINOSAS DE GRANO EN ROTACION CON CEREALES 145 El manejo del lupino, que evidentemente puede incidir en el rendimiento del mismo, aparentemente también puede afectar el comportamiento del cereal que le sigue. En un ensayo en suelos arenosos de Australia occidental sur (Amjad et al., 1998), el rendimiento del trigo respondió a la dosis de siembra del lupino de hoja angosta establecido la temporada previa. Comparada con 70 Kg ha -1, una dosis de 140 kg ha -1 de semilla de lupino aumentó el rendimiento del trigo subsiguiente en 6%, tanto aplicando nitrógeno fertilizante al trigo como no haciéndolo. Makasheva (1983) cita trabajos rusos que indican que la arveja es uno de los mejores predecesores para el trigo primaveral y que el grano de trigo proveniente de una rotación con arveja acumuló más proteína y más gluten, incrementando también el volumen y la porosidad del pan. En Chile, en un ultisol de Collipulli, La Araucanía, Rouanet (1989) obtuvo un rendimiento de Kg ha -1 con trigo después de trigo, kg ha -1 con trigo después de raps y Kg ha -1 con trigo después de lenteja. La misma temporada, en un andisol de Vilcún, La Araucanía, los rendimientos del trigo fueron 3.440, y Kg ha -1, para los mismos tratamientos. El trigo fue fertilizado con dosis normalmente recomendadas, de 150 y 120 Kg ha -1 de N para el ultisol y el andisol, respectivamente. Al comparar avena y lenteja como precultivos en el andisol de Vilcún, el rendimiento del trigo fue de y Kg ha -1, respectivamente (Rouanet, 1989). La avena como precultivo, con adición de nitrógeno fertilizante (150 Kg ha -1 ), disminuyó el N del suelo en 48 Kg ha -1, en tanto que la lenteja como precultivo, sin adición de N fertilizante, aumentó en 51 Kg ha -1 el N inorgánico en los primeros 20 cm de profundidad de suelo, al compararse los valores de inicio y término de la temporada de cultivo. Baer (1989) encontró aumentos significativos de trigo al final de una rotación de nueve años, cuando en ella intercaló lupino, en comparación al monocultivo de trigo (Cuadro 2). Cuadro 2. Efecto de la rotación con lupino en el rendimiento del trigo en La Araucanía. T = trigo, L = lupino (Adaptado de Baer, 1989). Rotación Rendimiento de trigo en 1983 (Kg ha -1 ) T T T T T T T T T T L T L T L T L T L T T L T L T L T L L T L T L T L T CEBADA, UN CASO ESPECIAL Agronómicamente, todo cereal puede beneficiarse luego de una leguminosa, sin embargo, la mayor disponibilidad de nitrógeno puede ser indeseable desde el punto de vista de su utilización. En Australia, resultados en 60 sitios a través de siete temporadas han llevado a concluir que la cebada es más rentable cuando

12 146 SERIE CIENCIAS AGRONÓMICAS sigue a un cultivo no-leguminosa (canola o incluso trigo) en la rotación (Paynter, 2001). Esto se debe a que el productor de cebada maltera debe obtener un grano con proteína entre 9,5 y 11,5%, castigándose el exceso. Los resultados australianos indican que, siguiendo a lupino, la cebada produce un grano con 12,3% de proteína como promedio, en tanto que la misma variedad produce un grano con el tenor requerido cuando sigue a un cultivo no-leguminosa. APORTE DE FÓSFORO Y OTROS NUTRIENTES En 40% de los suelos del mundo, el crecimiento de los cultivos es limitado por escasez del fósforo disponible para las plantas, y, se proyecta que las reservas mundiales de este elemento serán limitadas dentro de años (Miller et al., 2001). El lupino blanco (Lupinus albus) es reconocido por crecer en suelos con muy bajo fósforo disponible, capacidad asociada a la presencia de aglomerados de raíces en forma de cepillo redondo, cubiertos por gran densidad de pelos radicales, que se desarrollan en respuesta al estrés por fósforo (Keerthisinghe et al., 1998). Estas raíces proteoídeas tienen la particularidad de exudar ácidos orgánicos de cadena corta, particularmente citratos (Gardner et al., 1983), y algunas enzimas, especialmente fosfatasa ácida (Miller et al., 2001), cuya acción solubiliza fosfatos del suelo normalmente no disponibles para las plantas, incrementando la disponibilidad de P y ciertos micronutrientes (Borie, 1990). Gracias a ello, se ha encontrado que el lupino puede utilizar fosfatos inaccesibles para la soya (Braum and Helmke, 1995). Aunque Lupinus albus se destaca entre otras leguminosas, la capacidad de mejorar la disponibilidad de P parece no ser privativa de esta especie. Tanto L. albus como L. angustifolius tienen abundantes pelos radicales y ambos pueden liberar grandes cantidades de protones a la rizosfera, adaptaciones que probablemente contribuyen a una mejor absorción de nutrientes (Perry et al., 1998). Los agricultores del Reino Unido consideran que la fertilización fosfatada y potásica para cereales puede reducirse en Kg ha -1 de ambos, P y K, luego de un cultivo de arveja para grano (Davies et al.,1985). Esto se atribuye a los residuos con baja relación C:N que deja la leguminosa, que fomentan la actividad microbiana y eventualmente aumentan la disponibilidad de nutrientes (Power, 1990). Las leguminosas que logran desarrollar una raíz profunda pueden reciclar calcio y otros nutrientes desde el subsuelo (Power, 1990). Las leguminosas en rotaciones pueden aumentar no sólo el N sino también el P del suelo, en comparación a rotaciones de cereales o barbechos. Se piensa que esto es el resultado del estímulo que las leguminosas ejercen sobre el número y la actividad de microorganismos del suelo que participan en la solubilización del fósforo (Muehlbauer et al., 1983). Según Trinick (1977) y Robson (1986), el lupino blanco no forma asociaciones con micorrizas vesículo-arbusculares; sin embargo, trabajos en Chile indican que el lupino es infectado por micorrizas, aunque en un bajo porcentaje (Borie, 1990). Las micorrizas se reconocen como organismos que, en simbiosis con raíces de muchas plantas vasculares, establecen un nexo complementario entre el medio edáfico y el sistema absorbente de la planta, extendiendo la acción del sistema radical. Tal acción

13 CONTRIBUCION DE LAS LEGUMINOSAS DE GRANO EN ROTACION CON CEREALES 147 favorece la captación de fósforo y otros nutrientes por las plantas con las que se asocian, ejerciendo un efecto significativo sobre el desarrollo de estas últimas. La medida en que las micorrizas pueden contribuir a la captación de nutrientes del lupino, como un sistema complementario a la exudación de citratos por las raíces proteoídeas, es materia aún no concluida. OPORTUNIDAD PARA CONTROLAR MALEZAS GRAMÍNEAS La presencia de una leguminosa en la rotación ofrece la posibilidad de utilizar graminicidas más eficaces que los utilizados en cereales, posiblemente de un grupo químico diferente, particularmente en el control de malezas de difícil control como pasto cebolla o avenilla. Rees (1986) considera que uno de los beneficios del lupino como integrante de una rotación en Australia, es la reducción de las malezas presentes en el sistema. En un ensayo en Avonadale, Australia occidental (Gartrell, 1990), cuando el cultivo precedente fue lupino con aplicación de herbicida para latifoliadas y herbicida para gramíneas, el trigo alcanzó un rendimiento de Kg ha -1 con un tenor de proteína de 14,0%, en comparación a Kg ha -1 con 11,4% de proteína, cuando el cultivo precedente fue trigo. Naturalmente, además del control de malezas este resultado puede haber sido influenciado por el aporte de nitrógeno del lupino y por una reducción de la incidencia del hongo causante del mal del pie. Además, la presencia de leguminosas de grano en rotación con cereales podría ayudar a retardar la aparición y el aumento de biotipos de gramíneas como avenilla y ballica resistentes herbicidas, como es el caso de los inhibidores de la acetil coenzima-a carboxilasa, si se aprovecha la oportunidad de utilizar durante el cultivo de la leguminosa, un graminicida de un grupo químico diferente al del graminicida empleado durante el cultivo del cereal (N Espinoza, INIA- Carillanca, comunicación personal). Esto, debido a la mayor dificultad que presenta la aparición de resistencia cruzada. En otro plano, la posibilidad de utilizar triazinas (simazina, metribuzina, por ejemplo) en cultivos de leguminosas ofrece la oportunidad para controlar Vulpia spp., maleza que constituye un problema en cereales establecidos con cero labranza. INTERRUPCIÓN DEL CICLO DE ENFERMEDADES En condiciones de Australia occidental donde la ocurrencia de enfermedades como mal del pie es importante, el rendimiento de trigo sobre lupino ha superado largamente el rendimiento de trigo sobre trigo (Nelson and Delane, 1991). La rotación con lupino o arveja es recomendada en Australia para el control de esta enfermedad radical, enfatizando la necesidad de que la leguminosa crezca libre de gramíneas para ser efectiva como cultivo de quiebre. En el noroeste de los Estados Unidos, donde Gaeumannomyces graminis var. tritici, causante del mal del pie, es un patógeno peligroso en trigos de invierno que siguen a un cultivo de cereal, sólo un año de arveja o lenteja como cultivos de quiebre es generalmente suficiente para reducir el inóculo del hongo a niveles

14 148 SERIE CIENCIAS AGRONÓMICAS seguros para el cultivo de trigo (Cook, 1986). En ensayos realizados en un ultisol de Collipulli y un andisol de Vilcún, ambos en La Araucanía, Chile, el rendimiento de trigo después de trigo y lenteja, fue y Kg ha -1, respectivamente, en la primera localidad y y Kg ha -1, respectivamente, en la segunda localidad (Rouanet, 1989). En ambas localidades, la diferencia en rendimiento se atribuyó, en parte, a la presencia de plantas afectadas por mal del pie en el trigo sembrado después de trigo. En forma similar, Cook (1986) señala que las leguminosas disminuyen la incidencia de Cephalosporium, un patógeno radical importante en monocultivos de trigo invernal en el noroeste de los Estados Unidos. En New South Wales, Australia, Felton et al., (1998) observaron una drástica disminución de la incidencia de pudrición de la corona, ocasionada por Fusarium graminearum Schwabe Grupo 1, bajo condiciones de mayor disponibilidad de agua, cuando el trigo seguía a un cultivo de garbanzo. Esta es una de las enfermedades más importantes en la región cerealera del norte de NSW y Queensland, y ha cobrado más importancia económica desde la adopción de mayor retención de rastrojos como medida conservacionista. Wilson and Hamblin (1990) atribuyeron al lupino, como cultivo previo al trigo, un efecto limpiador de la pudrición radical común causada por el hongo Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem., de ocurrencia mundial y pero particularmente en Queensland y en Canadá, reconociendo, sin embargo, que el mayor beneficio del lupino sobre el trigo provino del aporte de N residual. INTERRUPCIÓN DEL DESARROLLO DE NEMÁTODOS Las lesiones de raíces provocadas por nematodos son un problema recurrente en cultivos de trigo y cebada en Australia. Se ha encontrado que la rotación con lupino, arveja o haba es efectiva en reducir la incidencia de Pratilenchus spp. (Loughman et al., 1999). MEJORAMIENTO DE LAS CONDICIONES FÍSICAS DEL SUELO La presencia de una leguminosa en la rotación contribuye a reducir la relación C:N de los residuos del suelo y, como consecuencia, a un aumento temporal de la biomasa microbiana, la cual mejora la estructuración del suelo por la acción aglutinante de las hifas (Power, 1990). Mackay and Kladivko (1985) encontraron que leguminosas como soya o trébol aumentan notablemente la población de lombrices, organismos de conocida eficiencia en la descomposición de residuos. Los mismos autores determinaron que una mayor presencia de lombrices está asociada a un aumento de agregados estables al agua en la superficie del suelo. La mayor agregación del suelo mejora la absorción de agua y aumenta la resistencia del suelo al arrastre, reduciendo el proceso erosivo. La descomposición de una raíz pivotante como la del lupino blanco crea espacios que propician la aireación y mayor retención de humedad en el suelo (E. von Baer, comunicación personal). Hay evidencia de que la acción de la raíz pivotante del lupino en suelos con horizontes compactados facilita la penetración de la

15 CONTRIBUCION DE LAS LEGUMINOSAS DE GRANO EN ROTACION CON CEREALES 149 raíz del cereal que le sigue. Henderson (1989) observó que gracias a la excepcional profundidad que alcanzan las raíces del lupino en Australia, el cultivo que le sigue tiene mejor acceso al agua almacenada en capas profundas. Esto le ha valido el apodo de arado biológico. Baer (1989), ha encontrado que las raíces del lupino blanco pueden profundizar hasta 2,3 m en un andisol de Cajón, cerca de Temuco, Chile. Sin embargo, en suelos pesados como los ultisoles de La Araucanía, Chile, se ha observado que la raíz de Lupinus albus es incapaz de penetrar la zona de suelo compactada conocida como pié de arado, situación que limita la capacidad del lupino de captar nutrientes y frena drásticamente el desarrollo de su parte aérea (Mera et al., 1999). EFECTOS NEGATIVOS Si bien las leguminosas pueden proporcionar una serie de beneficios al sistema agrícola, también pueden ejercer algunos efectos negativos. Prácticamente todas las leguminosas contribuyen a aumentar la acción repelente al agua de algunos tipos de suelos agrícolas, particularmente de suelos arenosos (Nelson and Delane, 1991). También se ha ido sumando evidencia de que leguminosas cuyas raíces exudan ácidos orgánicos, como el lupino, pueden acidificar el suelo a cierta profundidad. Según Nelson y Delane (1991) esto podría estar ocurriendo en suelos de Australia sometidos a una rotación intensiva cereallupino, con diez a doce años de lupino en un periodo de veinte años. Sin embargo, este proceso tendría una lenta evolución en rotaciones donde las leguminosas participan una vez cada tres o cuatro años. Tal sería la situación en Chile, donde la mayor humedad favorece el desarrollo de enfermedades que afectan a las leguminosas, haciendo necesario el espaciamiento de su participación en la rotación. FITOMEJORAMIENTO El mejoramiento genético se ha concentrado en aumentar el rendimiento y en lograr resistencia a enfermedades, pero una agricultura moderna sustentable requiere una visión más holística. Los avances de la Revolución Verde se basaron en gran medida en el uso de altas dosis de fertilización nitrogenada, pero cada vez son más frecuentes las opiniones en el sentido de que ha llegado el momento de intentar sacar más provecho del potencial beneficio de las leguminosas en la rotación. Según Gresshoff (1990), muy poco esfuerzo se ha destinado al mejoramiento genético de la capacidad de fijación de nitrógeno de las leguminosas o a entender las complejidades de la simbiosis. Los esfuerzos podrían orientarse a obtener plantas con un mayor potencial de aporte de nitrógeno. Ya que parte del nitrógeno obtenido por la leguminosa a través de la fijación simbiótica permanece en el rastrojo, puede suponerse que una leguminosa productora de abundante biomasa, a expensas de una menor producción de grano, tendría la capacidad de aportar más nitrógeno al sistema. Sin embargo, Hamblin et al., (1993) encontraron que, pese a existir notables diferencias en la cantidad de nitrógeno residual dejado por Lupinus angustifolius,

16 150 SERIE CIENCIAS AGRONÓMICAS la relación entre esta cantidad y el rendimiento del trigo subsiguiente era pobre. Esto significaría que elevar el bajo índice de cosecha del lupino a través de mejoramiento genético no tendría mayor impacto en el efecto residual de esta leguminosa. No obstante, para varios autores (Evans et al., 1989; Beck et al., 1991; Armstrong et al., 1994; Unkovich et al., 1997; Pala et al., 2000), la fijación de N en leguminosas generalmente es proporcional a la producción de biomasa. BENEFICIO PARA LA AGRICULTURA Y LA ECONOMÍA CHILENA Phillips y DeJong (1984) estimaron que las leguminosas de grano cultivadas en los Estados Unidos fijaban más de 2,4 millones de toneladas de N anuales, mientras que el país consumía anualmente 10 millones de toneladas de N fertilizante. Esta última cifra se consideró alarmante (Power y Follett, 1987) porque a inicios de los 60 era inferior a 3 millones de toneladas. Lamentablemente, la menor dependencia del nitrógeno fijado simbióticamente y de los inoculantes con rizobios en la agricultura ha continuado (Graham and Vance, 2000). Chile debe tratar de evitar el uso desmedido de fertilizantes nitrogenados sacando el máximo provecho del proceso de fijación biológica de N 2. Rouanet (1989) ha calculado que para producir un kilo de N en el grano cosechado (ya sea trigo o lenteja), se requieren 3,9 Kg de N fertilizante para la secuencia trigotrigo, y sólo 1,5 Kg de N fertilizante para la secuencia trigo-lenteja. La contribución de una leguminosa, en términos de aporte neto de N al suelo, está sujeta a un amplio rango de variación e incluso, en casos donde se retiran los residuos, puede ser negativa. Sin embargo, cuando se consideran promedios, el balance es positivo y cercano o superior a 50 Kg ha -1, particularmente si se considera el aporte de la biomasa radical. No obstante, es claro que una leguminosa difícilmente pasará a forma parte de la rotación sin mantener un mínimo de rentabilidad per se. Como puntualiza Power (1990), más allá del aporte de nitrógeno, los otros beneficios de las leguminosas, pese a ser significativos y generalmente reconocidos, son frecuentemente subjetivos y variables. Sin embargo, en términos globales, su contribución es reconocida. Por ello, Panell (1998) hace notar que sin los beneficios que el lupino entrega a la producción de cereales, su área de cultivo en Australia occidental sería mucho más baja de lo que es. Actualmente, el lupino se está constituyendo en una opción de rotación rentable en Chile, producto de la demanda de la industria de alimento para peces, particularmente salmones. La arveja constituye un excelente alimento para animales, particularmente valioso para monogástricos, y sería valorada por la industria avícola y porcina de existir un volumen de oferta importante, pero probablemente a un precio que exigiría rendimientos superiores a Kg ha -1 para mantener este cultivo rentable. El mejor nivel de proteína y aceite del lupino, lo posiciona como una opción competitiva para sustituir la importación chilena de concentrados proteicos, principalmente harina de soya, que ya en 1998 sumaba cerca de cien millones de dólares anuales (Mera et al., 2000). La investigación y el mejoramiento genético pueden aumentar la competitividad de las leguminosas, como ha sido demostrado en el caso de

17 CONTRIBUCION DE LAS LEGUMINOSAS DE GRANO EN ROTACION CON CEREALES 151 la soya. En nuestro país, leguminosas de grano como el lupino tendrán mayor oportunidad de incrementar su participación como acompañantes de los cereales, si cuentan con tal apoyo. Lo mismo puede llegar a ocurrir con leguminosas como el garbanzo y el haba minor, comercializadas como commodities para consumo humano. LITERATURA CITADA ADAMS, J.A. and PATTINSON, J.M., Nitrate leaching losses under a legumebased crop rotation in Central Canterbury, New Zealand. N.Z. J. Agric. Res. 28: AMJAD, M. G. RIETHMULLER and JARVIS, R., Wheat yield responds to the previous year s lupin seeding rate. Crop Updates 1998: Cereals. Department of Agriculture Western Australia. Accessed August 2002 at: cropupdates/1998/cereals/previous.htm ANGUS, J.F., VAN HERWAARDEN, A.F., FISCHER, R.A., HOWE, G.N. and HEENAN, D.P The source of mineral nitrogen for cereal in south-eastern Australia. Aust. J. Agric. Res. 49: ARMSTRONG E.L., HEENAN, D.P.,. PATE, J.S. and UNKOVICH, M.J., Nitrogen benefits of lupins, field pea, and chickpea to wheat production in south-eastern Australia. Aust. J. Agric. Res. 48: BAER, E. VON Lupino, complemento económico en la rotación de cultivos. p In M Mera y E Kehr (eds) Leguminosas como alternativas de rotación para la zona sur. V Seminario Nacional de Leguminosas de Grano, Temuco Julio Serie Carillanca Nº10. BOLT, V. S/F Wheat in the rotation. Department of Agriculture Western Australia. Moora. Accessed August 2002 at: wheat/vickib.htm BORIE, F., 1990 Phosphorus. p In D von Baer (ed) Proceedings of the 6th International Lupin Conference. Temuco-Pucon, Chile, November BRAUM, S.M. and HELMKE, P.A., White lupin utilizes soil phosphorus that is unavailable to soybean. Plant and Soil 176: OSMAN, A.E., IBRAHIM, M.H. and JONES, M.A. (EDS) The Role of Legumes in the Farming Systems of the Mediterranean Areas. Kluwer, Dordrecht, The Netherlands. CARROUÉE, B. et LESOUDER C., Azote. Prévision du risque de fuite en azote derrière une culture de pois. Perspectives Agricoles 171: CHALK, P.M., SMITH C.J., HAMILTON S.D. and HOPMANS P., Characterization of the N benefit of a grain legume (Lupinus angustifolius L.) to a cereal (Hordeum vulgare L.) by in situ 15 N isotope dilution technique. Biology and Fertility of Soils 15: CHALK, P.M Dynamics of biologically fixed N in legume-cereal rotations: a review. Aust. J. Agric. Res. 49: CORDONNIER, P., GUINET A. and LEROY P., Economic advantage of the introduction of protein crops in large-scale crop farming systems. p In P Plancquaert and R Haggar (eds) Legumes in Farming Systems. Proceedings of a workshop held in Boigneville, France. Directorate-General for Agriculture of the Commission of the European Communities. Kluwer, Dordrecht, The Netherlands.

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