Stover management, organic and mineral nitrogen fertilization effects on maize production and soil quality under irrigated Mediterranean conditions

Abstract

El rostoll dels cultius te un paper molt important en el manteniment de la fertilitat del sòl. L’incorporació del rostoll al sòl afecta favorablement els nivells de matèria orgànica (MO) i per tant l'estructura del sòl, l'emmagatzematge i el moviment d'aigua i aire, i altres determinants de la productivitat del sòl. Retornar el rostoll de blat de moro al sòl també contribueix al segrest de carboni (C) afavorint la reducció de l'emissió de gasos d'efecte hivernacle. La interacció entre la gestió del rostoll i la fertilització nitrogenada (N) pot ajudar a millorar l'eficiència d'ús de N, alhora que augmentar la producció i el manteniment de la sostenibilitat dels sistemes de cultiu. La fertilització mineral, sobre tot la nitrogenada, representa una part significativa del cost total de la producció de blat de moro. Per tant, l'alta concentració de les explotacions porcines a la zona de la Vall de l'Ebre permet que la utilització de purins sigui una estratègia de fertilització atractiva per reduir els costos de producció. Per tal d'investigar els efectes de la gestió del rostoll en la producció de blat de moro i la seva possible interacció amb la fertilització N, es van dur a terme dos assajos de camp des de 2010 fins a 2012 en zones de regadiu de la Vall de l'Ebre. Es va analitzar l’efecte de la interacció entre la gestió del rostoll (incorporat o eliminat) i els tractaments de fertilització N (orgànic o mineral) en la producció de blat de moro, i en alguns indicadors de qualitat del sòl (activitat deshidrogenasa (ADH), carboni de la biomassa microbiana (CBM) i l'abundància de cucs). El tractament de fertilització orgànica va consistir en 60 m3 ha-1 any-1 (~ 386 kg N ha-1) de purí vaquí (CS) i de fertilització mineral: 0 (control), 100, 200 i 300 kg N ha-1 any-1 (0N, 100N, 200N i 300N ). A part d'aquests dos assaigs de camp, també es va avaluar l'impacte a llarg termini (de 2002 a 2011) de la fertilització orgànica (purí de porc, PS) i mineral (300N) sobre la producció de blat de moro i dels indicadors de qualitat del sòl (com l'activitat de la fosfatasa-àcida, l'abundància de cucs de terra, Flux CO2, l’índex de diversitat H de Shannon (H’), el nombre de substrats utilitzats (NUS), CBM, la resistència a la penetració (RP) i MO, entre d'altres). A més, des de el punt de vista metodològic, es va mesurar la concentració total de N a la planta amb diferents mètodes de preparació de les mostres. Els resultats suggereixen que, sota les nostres condicions, incorporar el rostoll al sòl (~14 Mg de rostoll ha-1 any-1) juntament amb la fertilització orgànica té un impacte positiu en la qualitat del sòl sense penalitzacions en el rendiment de gra. El rendiment de gra, després de tres anys d'incorporació del rostoll, es mou entre 16 i 20 Mg ha-1 depenent de la font de fertilització de N.

El rastrojo de los cultivos tiene un papel muy importante en el mantenimiento de la fertilidad del suelo. Incorporar el rastrojo al suelo puede afectar favorablemente los niveles de materia orgánica (MO) y por tanto la estructura del suelo, el almacenamiento y el movimiento de agua y aire, y otros determinantes de la productividad del suelo. Devolver el rastrojo de maíz al suelo también contribuye al secuestro de carbono (C) favoreciendo la reducción de la emisión de gases de efecto invernadero. La interacción entre la gestión del rastrojo y la fertilización nitrogenada (N) puede ayudar a mejorar la eficiencia de uso del N, al mismo tiempo que aumenta la producción y el mantenimiento de la sostenibilidad de los sistemas de cultivo. La fertilización mineral, sobre todo la nitrogenada, representa una fracción significativa del coste total de la producción de maíz. Por ello, la alta concentración de las explotaciones porcinas en la zona del Valle del Ebro permite que la utilización de purines sea una estrategia de fertilización atractiva para reducir los costes de producción. Con el fin de investigar los efectos de la gestión del rastrojo en la producción de maíz y su posible interacción con la fertilización N, se llevaron a cabo dos ensayos de campo, desde 2010 hasta 2012, en las zonas de regadío del Valle del Ebro. Se analizó el efecto de la interacción entre la gestión del rastrojo (incorporado o eliminado) y los tratamientos de fertilización N (orgánico o mineral) en la producción de maíz y en algunos indicadores de calidad del suelo (actividad deshidrogenasa (ADH), carbono de la biomasa microbiana (CBM) y la abundancia de lombrices). La fertilización orgánica consistió en 60 m3 ha-1 año-1 (~ 386 kg N ha-1) de purín vacuno (CS) y la fertilización mineral: 0 (control), 100, 200 y 300 kg N ha-1 año-1 (0N, 100N, 200N y 300N). También, se evaluó el impacto a largo plazo (de 2002 a 2011) de la fertilización orgánica (purín de cerdo, PS) y mineral (300N) sobre la producción de maíz y los indicadores de calidad del suelo (como la actividad de la fosfatasa-ácida, la abundancia de lombrices, Flujo CO2, el índice de diversidad H de Shannon (H '), el número de sustratos utilizados (NUS), CBM, la resistencia a la penetración (RP) y MO, entre otros). Además, se midió la concentración total de N en la planta con diferentes métodos de preparación de las muestras. Los resultados sugieren que, bajo nuestras condiciones, devolver el rastrojo al suelo (~ 14 Mg de rastrojo ha-1 año-1) junto con la fertilización orgánica tiene un impacto positivo en la calidad del suelo sin penalizaciones en el rendimiento. El rendimiento de grano, después de tres años de incorporación del rastrojo, se mueve entre 16 y 20 Mg ha-1 dependiendo de la fuente de fertilización de N.

Crop stover plays an important role in the maintenance of the soil fertility, and consequently has an important influence in present and future crop production. Returning crop stover to the soil favorably influences its organic matter (OM) levels, and consequently the structure, water storage and water and air movement, and other determinants of soil productivity. Corn stover returned to the soil also contribute to carbon (C) sequestration and hence help to reduce the release of greenhouse gases. Interactions between crop stover management and nitrogen (N) fertilization could therefore help to improve N use efficiency while increasing crop production and maintaining the sustainability of the cropping systems. Mineral fertilization constitutes a significant fraction of total corn production cost. Thus, the high concentration of swine farms in the Ebro Valley area allows an attractive fertilization strategy of using animal manure for reducing the costs of corn production. In order to investigate the effects of stover management on corn production and their possible interaction with the N fertilization, two field experiments were conducted from 2010 to 2012 in the irrigated areas of the Ebro valley. The study analyzed the interaction between corn stover management (incorporated vs removed) and N fertilization treatments (organic v.s. mineral) on corn production, and on selected soil quality indicators (dehydrogenase activity (DHA), microbial biomass carbon (MBC) and earthworm abundance). The N fertilization treatments consisted of 60 m3 ha-1 year-1 (about 386 kg N ha-1) of cow slurry (CS) and mineral N fertilization rates of: 0 (control), 100, 200 and 300 kg N ha-1 year-1 (0N, 100N, 200N, and 300N). Apart from these two field trails, the thesis also evaluated the impact of long-term (from 2002 to 2011) fertilization, organic (pig slurry, PS) and mineral (300N) on corn production and soil quality indicators (as acid-phosphatase activity, earthworm abundance, CO2 Flux, Shannon H’ diversity index (H’), number of utilized substrates (NUS), MBC, resistance to penetration (RP) and OM, among others). Furthermore, we studied the whole plant N concentration with different plant material preparation systems. Under our conditions, our data suggested that returned stover to the soil (as average 14 Mg of stover ha-1 year-1) and organic fertilization had a positive impact on soil quality without grain yield penalties. Grain yield after three years of stover incorporation ranged from 16 to 20 Mg ha-1 depending on the N fertilization source.