The intercropping of fava bean with winter wheat enhances the crop performance and the soil biogeochemical nutrient cycling under contrasting nitrogen inputs

Resumen Técnico: Intercultivo de haba con trigo de invierno bajo aportes contrastantes de nitrógeno

Planteamiento del problema
Si bien el intercultivo de leguminosas y cereales es reconocido como una estrategia prometedora para la intensificación agrícola sostenible, los mecanismos biogeoquímicos intraestacionales que impulsan las ventajas de rendimiento siguen estando insuficientemente resueltos. Las investigaciones previas se han centrado a menudo en tiempos de muestreo limitados (típicamente durante el crecimiento activo) y nutrientes específicos (N, P, agua), lo que podría pasar por alto la interacción dinámica de las existencias elementales del suelo, la funcionalidad microbiana y la fenología de los cultivos a lo largo de toda la temporada de crecimiento. Además, los compromisos entre la productividad de los cultivos y el ahorro de fertilizantes, particularmente en lo que respecta a la disponibilidad de micronutrientes y la dinámica del carbono orgánico (CO) del suelo, requieren una investigación más profunda para optimizar las retroalimentaciones planta-suelo en condiciones templadas húmedas.

Metodología
El estudio se llevó a cabo como un ensayo de campo cerca de Asendorf, Alemania, en un clima oceánico templado caracterizado por una alta precipitación (1172 mm durante el periodo experimental). El experimento utilizó un Diseño de Bloques Completamente Aleatorizados (DBCA) con dos niveles de fertilización nitrogenada (N): N estándar (siguiendo las recomendaciones regionales) y cero N.

Se evaluaron tres sistemas de cultivo:

1. Trigo de invierno monocultivo (Triticum aestivum).
2. Haba monocultivo (Vicia faba).
3. Intercultivo de filas alternas de trigo y haba.

Las proporciones de siembra se ajustaron para el intercultivo (la mitad de la densidad de los monocultivos). Se recolectaron muestras de suelo y plantas en siete puntos temporales distintos que abarcaron el establecimiento, el crecimiento activo y la post-cosecha. Se midieron:

• Rendimiento del cultivo: Rendimiento de grano (por hectárea y por planta), Relación de Equivalencia de Tierra (LER), contenido de N de la planta y discriminación de isótopos de carbono ($\Delta^{13}$C).
• Propiedades fisicoquímicas del suelo: Contenido de agua, pH, existencias de N mineral (NH$_4^+$-N, NO$_3^-$-N) y existencias de macro y micronutrientes (P, K, Mg, Ca, Zn, Cu, Fe, Mn, Al) en suelos de bulbo y de la rizosfera.
• Funcionalidad bioquímica del suelo: Biomasa microbiana de C y N (BMC y BMN), actividades enzimáticas ($\beta$-glucosidasa, fosfatasas, NAG, LAP) y eficiencia del uso del carbono microbiano (CUE) calculada mediante un modelo estequiométrico.

Los análisis estadísticos incluyeron modelos lineales y de efectos mixtos con covariables para la heterogeneidad del suelo, Escalamiento Multidimensional No Métrico (NMDS) para la ordenación bioquímica y análisis de correlación entre el rendimiento y los cambios en las existencias de nutrientes.

Resultados clave

• Rendimiento y productividad del cultivo: Bajo fertilización de cero N, el intercultivo mejoró significamente la productividad de la tierra, alcanzando una Relación de Equivalencia de Tierra (LER) de 1.4. El rendimiento por planta de haba en el intercultivo duplicó su valor en comparación con el monocultivo (22.33 g frente a 10.94 g), mientras que el rendimiento por planta de trigo se mantuvo comparable entre los sistemas de monocultivo e intercultivo. Bajo N estándar, el LER no fue significativamente mayor que 1.
• Respuestas fisiológicas: El trigo intercultivado bajo cero N mostró un aumento en $\Delta^{13}$C y una mayor acumulación de N en la biomasa en comparación con el trigo monocultivo, lo que indica una mayor inversión fotosintética y conductancia estomática, probablemente facilitada por la transferencia de N de la leguminosa. El $\Delta^{13}$C de la biomasa de haba no se vio afectado en gran medida por los tratamientos, excepto por una diferencia transitoria durante la floración.
• Dinámica de nutrientes y agua en el suelo:
  • Nitrógeno: Tras la cosecha, tanto los sistemas de haba monocultivo como los intercultivados impulsaron existencias de N mineral significativamente más altas en el perfil del suelo (0–90 cm) en comparación con el trigo monocultivo bajo cero N.
  • Agua: El haba agotó más agua del suelo durante el crecimiento que el trigo monocultivo, mientras que el intercultivo mostró un uso de agua intermedio. Sin embargo, la disponibilidad de agua fue generalmente suficiente durante toda la temporada.
  • Micronutrientes: El intercultivo alteró la disponibilidad de Fe, Mn y Zn, probablemente mediado por los patrones de uso de agua. Una mayor disponibilidad de agua en el intercultivo pareció facilitar la reducción/disponibilidad de Fe y Mn, mientras que potencialmente redujo la disponibilidad de Zn.
• Funcionalidad bioquímica del suelo: El principal efecto bioquímico del intercultivo se observó en el ciclo del N. La actividad de la L-leucina aminopeptidasa (LAP) fue aproximadamente un 26% mayor en el intercultivo en comparación con el haba monocultivo bajo cero N. Otras actividades enzimáticas (BG, ALP, ACP, NAG) y la CUE microbiana mostraron efectos directos limitados del sistema de cultivo, con variaciones impulsadas principalmente por la interacción de los niveles de fertilización y la heterogeneidad inicial del suelo (pH, agua, Ca, Mg).
• Carbono orgánico: Las existencias de CO en el suelo se mantuvieron estables en todos los tratamientos, lo que indica que el sistema de cultivo no alteró significativamente la acumulación de CO bajo las condiciones probadas.

Significancia y afirmaciones
El artículo concluye que el intercultivo de haba con trigo de invierno es una estrategia viable para mantener o mejorar el rendimiento por hectárea al reducir la dependencia de los aportes externos de N en climas templados húmedos. El estudio respalda la hipótesis de que la ventaja de rendimiento surge de la complementariedad en el uso de agua y nutrientes, específicamente la capacidad de la leguminosa para fijar N y facilitar su disponibilidad para el socio cereal, mejorando así el rendimiento fotosintético de este último incluso sin fertilizante.

Los autores afirman que el sistema mantiene eficazmente la disponibilidad de N en el suelo de manera comparable a la fertilización estándar de N para el trigo monocultivo, impulsado por la contribución de la leguminosa a la mineralización neta de N. Sin embargo, el estudio señala modestamente que los efectos sobre la funcionalidad bioquímica microbiana general del suelo (más allá de las enzimas del ciclo del N como la LAP) fueron limitados y a menudo oscurecidos por la heterogeneidad del campo. La investigación sugiere que, si bien el intercultivo mejora la eficiencia en el uso de recursos y el ciclo del N, su impacto en la acumulación de materia orgánica estable y la CUE microbiana requiere mayor investigación. Los hallazgos abogan por el uso del intercultivo de leguminosa-cereal como un método para desacoplar el rendimiento de los altos aportes externos de N, siempre que se gestionen las proporciones de siembra para alinear las existencias de N residual con las demandas de los cultivos subsiguientes para mitigar los riesgos de lixiviación.