Ús sostenible de fertilitzants orgànics en sistemes agrícoles mediterranis

Abstract

En un context d'economia circular, cal vetllar per maximitzar l'aprofitament dels nutrients i augmentar, com a conseqüència, l'eficiència dels sistemes agrícoles mediterranis, en línia amb les pautes que marca l'estratègia comunitària de la Granja a la Taula en matèria de fertilització.

Ara bé, el maneig de la fertilització en aquests sistemes és molt complex, on part de la dificultat de gestió es deu a la dependència en la disponibilitat d'aigua pels cultius. Sota aquest context, cal sumar-hi l'elevada disponibilitat de dejeccions ramaderes i d'altres esmenes orgàniques, així com un ús encara molt elevat d'adobs minerals. L'objectiu general de la tesi consisteix en aprofundir en la millora de la gestió de la fertilització orgànica en cultius extensius, prenent com a base el nitrogen, i atenent a les especificitats existents en diferents sistemes agrícoles mediterranis. Els treballs s'han executat en tres escenaris diferents, en cultius extensius i sòls calcaris: i) un camp experimental en secà semiàrid durant el període 2003-2016; ii) un camp experimental en secà semihumit durant els períodes 2000-2010 i 2013-2020; iii) una àrea de regadiu d'unes 700 ha durant el període 2014-2018.

Els secans semiàrids estudiats (~400 mm) presenten una gran variabilitat de producció que en els anys secs se situa entorn dels 2500, 2000 i 1900 kg/ha en ordi, blat i colza, respectivament, mentre que els pocs anys més humits les produccions són properes als 4000 i 4600 kg/ha en ordi i blat, respectivament. En aquest escenari, cal efectuar un enfocament més holístic de la fertilització que inclogui objectius productius, que garanteixin els rendiments en anys plujosos, i mediambientals, que tinguin en compte la reposició de nutrients i la reducció del N residual al sòl.

En els secans subhumits (~450 mm), les produccions mitjanes s'incrementen fins a 1,4 cops respecte els secans semiàrids i també ho fan, tot i que en menor mesura (x1,1), les exportacions de N. Els valors més elevats (61 %) d'eficiència en l'ús del nitrogen (NUE, N exportat en collita/N aplicat) s'han obtingut amb la dosi més baixa de purins (171 kg N/ha). Els valors de NUE obtinguts avalen la recomanació de reduir les aportacions de N. L'efecte residual de l'aplicació de dosis puntuals de purins a 20 m3/ha, com sumatori del N disponible 3 anys posteriors a l'aplicació, ha estat del 22 % sobre el N total aplicat. L'increment de l'eficiència del N també es pot aconseguir amb la implementació de crucíferes i lleguminoses en la rotació amb ordi. La baixa disponibilitat d'aigua compromet les produccions d'aquests cultius, de manera que es considera rellevant continuar compensant econòmicament la inclusió d'aquests cultius en aquestes zones.

Els regadius (600 mm) incrementen la disponibilitat d'aigua fins als ~1000 mm. Les extraccions de N tripliquen els valors de zones de secà, però la intensificació productiva va acompanyada d'acumulacions de nutrients, com el P assimilable, que superen els valors de no resposta recomanats per als cultius. S'observen també desequilibris en la fertilització de les parcel·les estudiades, tant per excés com per defecte. S'ha detectat una correlació significativa entre l'aportació d'esmenes orgàniques i els continguts d'oligoelements com el Cu, Zn i Mn (extracció amb DTPA) i Cu i Zn totals (extracció àcida), cosa que incrementa la disponibilitat de nutrients al sòl, però, alhora, és un avís, pels potencials efectes nocius a llarg termini si continuen acumulant-se. Per contra, la utilització d'adobs minerals alerta sobre una potencial acumulació de Cd. Finalment, l'aplicació continuada d'esmenes orgàniques dona lloc a zones crítiques, entre 60 i 80 mg/kg (P Olsen), on s'ha observat que el P es desplaça verticalment cap a capes més profundes.

En un contexto de economía circular, es necesario velar por maximizar el aprovechamiento de los nutrientes y aumentar la eficiencia de los sistemas agrícolas mediterráneos, en línea con la estrategia comunitaria de la Granja a la Mesa en materia de fertilización.

Sin embargo, el manejo de la fertilización en estos sistemas es muy complejo, y parte de la dificultad de gestión se debe a la dependencia en la disponibilidad de agua para los cultivos. A este contexto, hay que sumarle la elevada disponibilidad de deyecciones ganaderas y otras enmiendas orgánicas, así como un uso todavía muy elevado de abonos minerales. El objetivo general de la tesis consiste en profundizar en la mejora de la gestión de la fertilización orgánica en cultivos extensivos, tomando como base el N, y atendiendo a las especificidades existentes en distintos sistemas agrícolas mediterráneos. Los trabajos se han llevado a cabo en cultivos extensivos y suelos calcáreos, en 3 escenarios diferentes: i) un campo experimental en secano semiárido durante el período 2003-2016; ii) un campo experimental en secano semi-húmedo durante los períodos 2000-2010 y 2013-2020; iii) un área de regadío de unas 700 ha durante el período 2014-2018.

Los secanos semiáridos (~400 mm) presentan una gran variabilidad de producción, que en los años secos se sitúa en los 2500, 2000 y 1900 kg/ha en cebada, trigo y colza, respectivamente, mientras que los pocos años húmedos las producciones son cercanas a los 4000 y 4600 kg/ha en cebada y trigo, respectivamente. En este escenario, debe efectuarse un enfoque más holístico de la fertilización que incluya objetivos productivos, que garanticen los rendimientos en años lluviosos, y medioambientales, que tengan en cuenta la reposición de nutrientes y la reducción del N residual en el suelo.

En los secanos sub-húmedos (~450 mm), las producciones medias se incrementan hasta 1,4 veces respecto a los secanos semiáridos y también lo hacen, aunque en menor medida (x1,1), las exportaciones de N. Los valores más elevados (61 %) de eficiencia en el uso del N (NUE, N exportado en cosecha/N aplicado) se han obtenido con la dosis más baja de purines (171 kg N/ha). Los valores de NUE obtenidos avalan la reducción de los aportes de N. El efecto residual de la aplicación de dosis puntuales de purines a 20 m3/ha, como suma del N disponible 3 años tras la aplicación, ha sido del 22 % del N total aplicado. El incremento de la eficiencia del N también se puede conseguir introduciendo crucíferas y leguminosas en la rotación con cebada. La baja disponibilidad de agua compromete las producciones de estos cultivos, por lo que se considera relevante seguir compensando económicamente la inclusión de estos cultivos.

Los regadíos (600 mm) incrementan la disponibilidad de agua hasta los ~1000 mm. Las extracciones de N triplican los valores de secano, pero la intensificación productiva tiende a la acumulación de nutrientes, como P asimilable, que superan los valores de no respuesta recomendados para los cultivos. Se observan también desequilibrios en la fertilización de las parcelas, tanto por exceso como por defecto. Se ha detectado una correlación significativa entre el uso de enmiendas orgánicas y el contenido de oligoelementos como Cu, Zn y Mn (extracción DTPA), y Cu y Zn totales (extracción ácida), lo que incrementa la disponibilidad de nutrientes en el suelo, pero, al mismo tiempo, es un aviso, por los potenciales efectos nocivos a largo plazo si siguen acumulándose. Por el contrario, el uso de abonos minerales alerta sobre una acumulación potencial de Cd. Por último, la aplicación continuada de enmiendas orgánicas da lugar a zonas críticas, entre 60 y 80 mg/kg (P Olsen), donde se ha observado que el P se desplaza verticalmente hacia capas más profundas.

In a context of circular economy, it is necessary to ensure that the use of nutrients is maximized and, as a consequence, to increase the efficiency of Mediterranean agricultural systems, in line with the guidelines established by the community strategy of the Farm on the Table in terms of fertilization.

However, the management of fertilization in these systems is very complex, where part of its difficulty is due to the crops water dependence on water availability. The high availability of livestock manure and other organic amendments in such areas, as well as the high use of mineral fertilizers, are also needed to be considered. The general objective of the thesis is to improve the management of organic fertilization in extensive crops, based on nitrogen, and taking into account the existing specificities in different Mediterranean agricultural systems. The works have been carried out in three different scenarios, in extensive crops and calcareous soils: i) an experimental field in a semi-arid rainfed area during the 2003-2016 period; ii) an experimental field in a semi-humid rainfed area during the periods 2000-2010 and 2013-2020; iii) an irrigated area of about 700 ha during the 2014-2018 period.

The semi-arid drylands (~400 mm) present a great variability of production that in the dry years is around 2,500, 2,000 and 1,900 kg/ha in barley, wheat and rapeseed, respectively, while in the few wetter years it can achieve averages of 4000 and 4600 kg/ha in barley and wheat, respectively. In this scenario, a more holistic approach to fertilization must be carried out that includes productive objectives, in order to guarantee yields in rainy years, and environmental ones, not deplete soil nutrients, and to minimize the accumulation of residual N.

In the sub-humid drylands (~450 mm), the average productions increase up to 1.4 times compared to the semi-arid drylands and so do, although to a lesser extent (x1.1), the N uptake. The highest values (61 %) of the N Use Efficiency (NUE, N exported in harvest/N applied) index have been obtained with the lowest dose of slurry (171 kg N/ha). The NUE values obtained support the recommendation to reduce N inputs. The residual effect of the application of punctual doses of pig slurry at 20 m3/ha, as the sum of the N available 3 years after application, has been 22 % on the total N applied. A better N efficiency can also be achieved with the implementation of cruciferous and legumes in the rotation with barley. The low availability of water compromises the production of these crops, so it is considered relevant to continue economically compensating the inclusion of these crops in these areas.

Irrigation (600 mm) increases the availability of water up to ~1000 mm. N extractions triple the values of rainfed areas, but productive intensification drives to accumulation of nutrients, such as available P, which exceeds the non-response values recommended for crops. Imbalances are also observed in the fertilization fields, both due to excess and deficiency. A significant correlation has been detected between the contribution of organic amendments and the contents of oligoelements such as Cu, Zn and Mn (extraction with DTPA) and total Cu and Zn (acid extraction), which increases the availability of nutrients in the soil, but, at the same time, is a warning, for the potential long-term harmful effects if they continue to accumulate. On the contrary, the use of mineral fertilizers warns about a potential accumulation of Cd. Finally, the continuous application of organic amendments gives rise to critical zones, between 60 and 80 mg/kg (P Olsen), where it has been observed that the P moves vertically into deeper layers.