Impact of multi-species mixtures and soil type on soil functioning in sown grasslands: a mesocosm experiment

Resumen Técnico: Impacto de las Mezclas de Múltiples Especies y el Tipo de Suelo en el Funcionamiento del Suelo en Praderas Sembradas

Planteamiento del Problema
Las praderas gestionadas cubren más del 30% de la tierra agrícola europea y son críticas para los servicios ecosistémicos, incluyendo la producción de forraje, la regulación climática y la biodiversidad. Si bien se propone la transición de los monocultivos de raygrass perenne (Lolium perenne) hacia mezclas de múltiples especies para mejorar la productividad y la salud del suelo bajo climas cambiantes, los efectos específicos de estas mezclas sobre el funcionamiento del suelo por debajo de la superficie permanecen insuficientemente cuantificados en contextos comerciales. La literatura existente suele centrarse en resultados por encima del suelo o en condiciones seminaturales, dejando un vacío en la comprensión de cómo la composición de la mezcla de gramíneas interactúa con los factores edáficos (tipo de suelo) y las prácticas de gestión (frecuencia de eliminación de biomasa) para influir en la productividad, los flujos de gases de efecto invernadero (GEI) y la diversidad funcional microbiana.

Metodología
El estudio empleó un experimento de mesocosmos factorial completo realizado durante cuatro meses en un invernadero con temperatura controlada. El diseño experimental incluyó:

• Tratamientos: Se manipularon tres factores:
  1. Mezcla de Gramíneas: Un monocultivo de raygrass perenne frente a una mezcla comercial de múltiples especies (que contiene gramíneas, leguminosas y hierbas).
  2. Tipo de Suelo: Franco arenoso (Plaggic Anthrosol) y franco limoso (Haplic Luvisol).
  3. Eliminación de Biomasa: Tres frecuencias que simulan intensidades de pastoreo: intensiva (cada 4 días), rotacional (2 días de corte, 2 semanas de descanso) y extensiva (cada 2 semanas).
• Replicación: Se establecieron 66 mesocosmos (cilindros de PVC, 16 cm de diámetro, 30 cm de altura) con 5 réplicas por combinación de tratamiento, además de mesocosmos de control sin vegetación.
• Mediciones:
  • Productividad: La biomasa aérea se recolectó en cada corte; la biomasa subterránea se midió mediante la extracción de raíces de núcleos de suelo al final del experimento.
  • Flujos de GEI: Se realizaron mediciones semanales de CO₂, CH₄ y N₂O utilizando cámaras inteligentes LI-COR. Los flujos se analizaron tanto en valores absolutos como estandarizados según las reservas de carbono orgánico del suelo (COS) o nitrógeno.
  • Función Microbiana: La diversidad catabólica funcional se evaluó mediante Biolog EcoPlates para perfilar el potencial metabólico de las comunidades bacterianas cultivables.
• Análisis: Los datos se analizaron mediante ANOVA, Modelos Lineales Mixtos (LMM) para considerar las medidas repetidas y los efectos fijos (tipo de suelo, mezcla, gestión, variables climáticas), y modelos de Random Forest con valores SHAP (Shapley Additive Explanations) para identificar relaciones no lineales e importancia de las variables.

Resultados Clave

• Productividad: Las mezclas de múltiples especies superaron consistentemente a los monocultivos de raygrass tanto en biomasa aérea (4.91 g frente a 4.02 g) como subterránea (7.40 g frente a 1.74 g). Este efecto fue independiente del tipo de suelo. El corte intensivo redujo el rendimiento aéreo pero no alteró significamente la relación raíz:tallo.
• Flujos de Gases de Efecto Invernadero:
  • CO₂: Las emisiones fueron significativamente mayores en las mezclas de múltiples especies. Los flujos fueron impulsados por la mezcla de gramíneas, el tipo de suelo, la temperatura y la duración del día. El análisis SHAP reveló un efecto de temperatura no lineal, con impactos positivos en los flujos por debajo de 17.6 °C y por encima de 22.0 °C, pero una asociación negativa entre 17.6 °C y 22.0 °C.
  • CH₄ y N₂O: Las mezclas de múltiples especies aumentaron las emisiones de ambos gases en comparación con los monocultivos. Los flujos de CH₄ estuvieron gobernados principalmente por el tipo de suelo, la mezcla de gramíneas y el contenido de agua del suelo. Los flujos de N₂O fueron determinados por el tipo de suelo, la mezcla de gramíneas y la duración del día.
  • La estandarización de los flujos por COS o contenido de N a menudo eliminó las diferencias entre los tipos de suelo, lo que sugiere que las diferencias de textura en los flujos absolutos se debían principalmente a la disponibilidad de carbono/nitrógeno en lugar de cambios en la eficiencia a nivel de proceso.
• Función Microbiana:
  • Tanto la mezcla de gramíneas como el tipo de suelo moldearon significativamente la diversidad catabólica funcional bacteriana, siendo la mezcla de gramíneas un factor que explicó una cantidad de varianza comparable a la del tipo de suelo.
  • Las mezclas de múltiples especies exhibieron una mayor actividad catabólica para carbohidratos simples, pero mostraron valores de Desarrollo de Color de Pozo Promedio (AWCD) más bajos que los monocultivos. Esto sugiere que, si bien la actividad microbiana es alta, la diversidad específica de utilización de carbono cambia, potencialmente impulsada por el aumento de la rizosdeposición y los exudados radiculares en las mezclas diversas.
  • La frecuencia de eliminación de la biomasa tuvo un efecto menor en la diversidad microbiana en comparación con la comunidad vegetal y el tipo de suelo.

Significación y Reivindicaciones
Los autores afirman que la siembra de mezclas de gramíneas de múltiples especies mejora consistentemente el funcionamiento del suelo por debajo de la superficie en términos de producción de biomasa, actividad microbiana e intercambio de GEI. El estudio demuestra que la mezcla de gramíneas es un motor primario de estos procesos, explicando a menudo tanta varianza como el propio tipo de suelo.

El artículo postula que estos hallazgos respaldan el potencial de las mezclas de múltiples especies para mejorar la productividad y los procesos del suelo en futuros sistemas de praderas multifuncionales. Sin embargo, los autores mantienen un tono modesto respecto a las implicaciones más amplias, señalando que la configuración de mesocosmos, aunque controlada, impone restricciones en el volumen de enraizamiento y la representatividad estacional. En consecuencia, enfatizan que sus resultados resaltan la necesidad de estrategias de gestión conscientes del contexto y llaman a una validación de campo a largo plazo para confirmar estos hallazgos bajo condiciones reales, particularmente en lo que respecta a las interacciones con la fertilización y el pastoreo extremo. El estudio concluye que, si bien las mezclas de múltiples especies son una vía viable para mejorar los servicios ecosistémicos, su efectividad está modulada por la compleja interacción entre el contexto del suelo y la intensidad de la gestión.