El autor es profesor y especialista en extensión de forrajes en la División de Agricultura de la Universidad de Arkansas.
Las leguminosas se han utilizado como pastos y cultivos de heno a lo largo de la historia. Son forrajes de alta calidad que mejoran la ganancia de peso del ganado, reducen los problemas de endofitos de festuca, prolongan la temporada de pastoreo y reducen los aportes de fertilizantes nitrogenados debido a la fijación de nitrógeno (N). La asociación única de leguminosas con bacterias rizobios para fijar N es un proceso a menudo promovido pero también ampliamente mal entendido.
La cantidad total de N fijada depende de la especie de leguminosa y de la población en el campo. La cantidad notificada de N fijado de rodales completos por diferentes especies de leguminosas varía ampliamente. Por ejemplo, el N fijado por la arveja peluda varía de 50 a 150 libras por acre y para la alfalfa el rango informado es de 128 a 250 libras por acre (Tabla 1). Las leguminosas anuales como el trébol carmesí o de hoja de flecha fijan N a una tasa más alta que las leguminosas perennes, pero las temporadas de crecimiento más largas permiten que las leguminosas perennes fijen una cantidad total de N más alta.
Debido a la gran cantidad potencial de N disponible a partir de la fijación, las leguminosas se promueven como fuente de fertilizante nitrogenado libre. El trabajo realizado en Arkansas mostró que en los rodales de festuca-trébol, el rendimiento de forraje fue similar a través de varias dosis de fertilizante nitrogenado (Cuadro 2). Resultados como este y estudios similares han llevado a la creencia comúnmente errónea de que las leguminosas fijan nitrógeno y lo liberan en el suelo para que lo usen los pastos acompañantes en la mezcla. Sin embargo, las leguminosas no comparten N libremente con las gramíneas porque hacerlo crearía más competencia que amenazaría la supervivencia de la planta leguminosa.
Un proceso costoso
La fijación simbiótica de N permite que las leguminosas crezcan en un ambiente deficiente en N. La fijación de nitrógeno es un proceso biológicamente costoso tanto para la planta leguminosa como para la bacteria rizobio responsable de la fijación de N. La bacteria infecta las raíces de las leguminosas, lo que hace que la raíz forme un nódulo donde viven y hacen su trabajo los rizobios.
La bacteria rizobio fija N del aire que está en el suelo y la leguminosa se beneficia del N fijado. A su vez, la leguminosa proporciona carbohidratos y azúcares de la fotosíntesis a los rizobios. Cada organismo obtiene los nutrientes necesarios de la asociación. La fijación de nitrógeno promueve directamente el crecimiento de las leguminosas sin necesidad de fertilización con N. El crecimiento mejorado del césped es solo un efecto indirecto de la fijación de N.
Las plantas usan N de varias fuentes, incluidas la nieve o la lluvia, que pueden aportar de 5 a 10 libras de N por acre al año; materia orgánica del suelo (MO), que puede contribuir de 10 a 30 libras de N por acre anualmente por cada unidad porcentual de MO en el suelo; fertilizante o estiércol animal, que varía según la tasa de aplicación; y N fijado por las leguminosas.
Cuando se aplica N a través de estiércol animal o fertilizante, la fijación de N se detiene porque las leguminosas usarán N libre de otras fuentes al igual que las gramíneas. Sin embargo, las gramíneas son más competitivas por N que las leguminosas. Las leguminosas generalmente tienen hojas orientadas horizontalmente, mientras que las gramíneas tienen una orientación más vertical. A medida que los pastos crecen más altos como resultado de la adición de N, dan sombra a las plantas de leguminosas. La sombra intensa también reduce las tasas de fijación de N.
Por lo tanto, agregar N no tiene un impacto negativo directo en la planta de leguminosas, pero el efecto neto es una mayor competencia de las gramíneas, que desplazan a las leguminosas del césped. Un estudio de Arkansas mostró que el porcentaje de trébol en un césped de bermuda y trébol se redujo a la mitad por cada incremento adicional de fertilizante nitrogenado utilizado (Tabla 3).
La mayoría está en el crecimiento superior
Es importante señalar que los nódulos de la raíz son la fábrica, pero no el almacén N. La investigación realizada en Texas por Gerald Evers mostró que hasta el 90% del N se encuentra en el crecimiento superior de las leguminosas anuales. En las leguminosas perennes, alrededor del 70 % al 80 % del N se encuentra en la parte superior de la planta. El crecimiento de la parte superior de las leguminosas normalmente contiene alrededor de 2,5% a 4% de N, lo que equivale a alrededor de 50 a 80 libras de N por tonelada de materia seca de forraje (MS).
El trabajo realizado en Virginia mostró que un 53% de trébol rojo o un 59% de alfalfa cultivados con festuca alta fijaron suficiente N para un rendimiento total de MS de 4,7 y 5,8 toneladas por acre, respectivamente. El crecimiento superior de las leguminosas contenía del 2,8 % al 2,9 % de N.
Tres modos de transferencia
Si el N fijo está en el crecimiento superior de la planta y no se comparte libremente con los pastos acompañantes en el rodal, ¿cómo llega a los pastos y otras plantas en el césped?
Hay tres mecanismos primarios para la transferencia de N. La más pequeña de estas tres vías es a través del contacto de raíz a raíz y las asociaciones de hongos micorrizas. Las otras dos vías principales son el ciclo planta-animal a través del pastoreo y la descomposición de la planta. Con mucho, la ruta de transferencia más grande es el ciclo del material vegetal a través de animales de pastoreo, principalmente sobre el suelo, pero también por herbívoros subterráneos.
Solo una pequeña cantidad proporcional del N se retiene en el cuerpo del animal de pastoreo. Hasta el 80% al 90% del N ingerido se excreta en la orina y las heces. Alrededor del 50% del N en la orina se pierde por volatilización.
Claramente, el sistema tiene algunas fugas y no todo el N fijado se captura en el suelo. Además, el uso del N excretado por los pastos depende de la distribución de los excrementos en el pasto. Los investigadores han demostrado que solo alrededor del 14% al 22% del área de pastos está cubierta por esta transferencia anualmente.
El manejo del pastoreo y la carga ganadera influyen en la distribución. La mayor parte del estiércol y la orina tienden a concentrarse cerca del agua y la sombra con cargas bajas y en sistemas de pastoreo continuo. Más del N se distribuye a través del pasto a altas tasas de carga animal y en sistemas rotativos.
Es diferente en los campos de heno
En los sistemas de heno, la mayor parte del crecimiento superior que contiene N se elimina, por lo que entra en juego un mecanismo de transferencia secundario. La segunda vía más grande de transferencia de N después del pastoreo es a través de la descomposición de las plantas. A medida que las plantas se pastan o se cosechan para obtener heno, las raíces mueren y se desprenden nódulos. La maduración normal de la planta y el daño también resultan en coronas, hojas y tallos muertos. Estas partes de la planta deben descomponerse por la acción de bacterias y hongos para liberar N con el tiempo.
Esta vía puede ser una fuente importante de N en los sistemas de pastos de estación cálida donde un pasto como el pasto bermuda se resiembra con leguminosas anuales. A medida que la leguminosa anual madura y muere a fines de la primavera, el residuo de la planta se descompone y libera N para que lo use el pasto de estación cálida durante el verano. Un estudio de Texas mostró que una combinación de tréboles anuales de invierno resembrados en pasto bermuda produjo tanta MS como el pasto bermuda fertilizado con el equivalente de 113 a 142 libras por acre de N.
La fijación de nitrógeno lleva tiempo
Hay un lapso de tiempo después de la siembra para que comience la nodulación y la fijación de N. Este período es de aproximadamente tres semanas después de la emergencia de la planta. La fijación de nitrógeno es más baja durante el año de establecimiento para las plantas perennes y alcanza más del 90% en el segundo o tercer año.
Un estudio de Arkansas mostró que el porcentaje de trébol o alfalfa aumentó durante cuatro años cuando estas leguminosas se intersembraron en pastos de bermudagrass. La ganancia de peso corporal por acre de las terneras tendió a mejorar a medida que el porcentaje de leguminosas creció durante el transcurso del estudio de cuatro años, especialmente para la alfalfa, pero las ganancias fueron generalmente más bajas en los tratamientos sin leguminosas donde se aplicó fertilizante nitrogenado. Curiosamente, las ganancias de terneros por acre se redujeron drásticamente durante un año de sequía severa para los tratamientos con fertilizantes nitrogenados, pero se mantuvieron más estables a lo largo de los años en los tratamientos con leguminosas y gramíneas (Figuras 1 y 2).
Las leguminosas son forrajes importantes y reducen la necesidad de insumos de N. Saber cómo funciona el ciclo del N en los sistemas de forrajes es fundamental para hacer un uso efectivo de estos forrajes. Un concepto importante que se debe entender es el siguiente:el cultivo de forraje a partir de la fijación de N es un proceso, mientras que el cultivo de forraje a partir de la fertilización con N es un evento único.
Este artículo apareció en la edición de abril/mayo de 2020 de Hay &Forage Grower en las páginas 6 a 8.
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