Un estudio comparativo de quince especies de cultivos de cobertura para el manejo de suelos de huertos: absorción de agua, características de densidad de raíces y estabilidad de los agregados del suelo

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 721 (2023) Citar este artículo

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Aumentar el uso de cultivos de cobertura (CC) es una necesidad en la viticultura sostenible, aunque podría chocar con una posible competencia excesiva hacia las vides. Especialmente en un escenario de cambio climático, esta última característica debe minimizarse mientras se mantienen los servicios del ecosistema. Con el objetivo de identificar los CC para el manejo del suelo del viñedo, el ensayo caracterizó varias especies de acuerdo con sus tasas de evapotranspiración (ET), patrones de crecimiento de raíces y potencial de estabilidad de los agregados del suelo. El estudio se realizó en 2020 en Piacenza (norte de Italia) en 15 especies de CC cultivadas en macetas al aire libre y clasificadas como gramíneas (GR), leguminosas (LE) y rastreras (CR). Junto con suelo desnudo (testigo), se dispusieron en un diseño de bloques completos al azar. La ET CCs se evaluó a través de un método gravimétrico, comenzando antes de la siega y luego repitiéndose 2, 8, 17 y 25 días después. Se midieron la biomasa seca aérea (ADW), la densidad de longitud de raíz (RLD), el peso seco de raíz (RDW) y la longitud de clase de diámetro de raíz (DCL), y se calculó el diámetro de peso medio (MWD) dentro de 0–20 cm de profundidad. Antes de la siega, la ET fue la más alta en LE (18,6 mm día−1) y la más baja en CR (8,1 mm día−1), siendo esta última incluso más baja que el control (8,5 mm día−1). Las altas tasas de ET mostradas por LE se relacionaron principalmente con un desarrollo muy rápido después de la siembra, más que con una mayor transpiración por unidad de área foliar. Después de segar, la reducción de ET de las 15 especies (%) graficada frente al índice de área foliar (LAI, m2 m−2) arrojó un ajuste muy cercano (R2 = 0.94), lo que sugiere que (i) se espera una disminución lineal en el uso de agua en cualquier momento comenzando con un LAI inicial de 5–6, (ii) parece alcanzarse un efecto de saturación más allá de este límite. La selección de las especies de cultivos de cobertura que se utilizarán en el viñedo se basó principalmente en las tasas de uso de agua diurnas y estacionales, así como en la dinámica y la extensión de los patrones de crecimiento de las raíces. Entre los GR, Festuca ovina se destacó como el de menor ET debido a sus características de "enanismo", lo que lo hace adecuado para una cobertura permanente entre hileras. Las especies CR confirmaron su potencial para el pasto debajo de la vid, asegurando una rápida cobertura del suelo, tasas más bajas de ET y colonización de raíces poco profundas.

Los viñedos se establecen con frecuencia en suelos inherentemente pobres1 y están sujetos a prácticas de manejo intensivo, lo que amenaza las funciones del suelo y los servicios ecosistémicos asociados2,3,4. Además, el clima mediterráneo se caracteriza a menudo por severas sequías estivales asociadas a cortas pero intensas lluvias en otoño-primavera, que favorecen la escorrentía de las aguas superficiales2,5, la degradación y erosión del suelo6,7. La alta escorrentía de agua superficial debido a tormentas breves y fuertes en otoño-primavera elimina la capa superior del suelo más fértil, lo que reduce el contenido de materia orgánica del suelo (MOS) y el secuestro de carbono (C), la disponibilidad de nutrientes y la capacidad de retención de agua, lo que conduce a una disminución general del suelo. fertilidad y productividad de los cultivos8. Además, luego de la pérdida de SOM, los agregados del suelo tienden a descomponerse más fácilmente y la erosionabilidad del suelo empeora9,10. Por último, la escorrentía superficial y la consiguiente erosión del suelo son las principales vías por las que los residuos de fertilizantes y pesticidas llegan a las aguas superficiales8.

El manejo convencional del suelo del viñedo afecta las propiedades del suelo2,11. El deshierbe mecánico puede inducir la degradación física de los suelos de los viñedos7,12 y modificar las comunidades biológicas del suelo en diferentes niveles tróficos13. Por el contrario, el cultivo de cobertura de viñedos se considera una estrategia de manejo sostenible del suelo, ya que impulsa los servicios ecosistémicos esenciales del suelo3, incluida la infiltración de agua superficial14, el secuestro de C15 y la reducción de la erosión del suelo7,16,17. Además, los cultivos de cobertura (CC) pueden ayudar a proteger el suelo de la erosión hídrica y/o eólica, ya que mejoran la estabilidad de los agregados del suelo18 y los protegen del impacto de las gotas de lluvia19.

Los CC también pueden ayudar a mejorar/mantener una estructura de suelo favorable y una porosidad estable en los viñedos20, ya que el desarrollo y la renovación de las raíces influyen directamente en la estructura del subsuelo, aumentando la macroporosidad. Durante el crecimiento, las raíces ejercen una presión que genera una reorganización de la red de poros del suelo21. Después de la descomposición de la raíz, los canales excavados por la raíz permanecen vacíos, formando bioporos22,23. Como consecuencia del aumento de la macroporosidad del suelo, la conductividad hidráulica de la superficie del suelo, la infiltración de agua y el relleno del subsuelo suelen mejorar durante la estación lluviosa 24,25. Durante un evento de lluvia, si el suelo se satura, la conductividad hidráulica de la superficie del suelo disminuye, lo que lleva a la escorrentía del agua superficial3. Tal disminución se ve parcialmente contrarrestada por la presencia de un CC26. Además, el área foliar de CC reduce la energía cinética de las gotas de lluvia y promueve la infiltración de agua a medida que aumenta el tiempo de permanencia del agua en la superficie del suelo24.

La tasa de infiltración de lluvia mejorada y el almacenamiento mejorado de agua en el suelo promovidos por los CC podrían justificar un almacenamiento adicional de agua en el suelo25. Esto es especialmente significativo en áreas donde la precipitación ocurre durante un tiempo relativamente corto en una serie de eventos de lluvia intensa3, como en el área del Mediterráneo. Sin embargo, los viticultores de las regiones mediterráneas siguen siendo bastante reacios a utilizar CC debido a la preocupación por la competencia de agua y nutrientes con el cultivo principal27,28, ya que el presupuesto de agua adicional mencionado anteriormente podría utilizarse rápidamente (es decir, transpirarse), en parte o en su totalidad por el propio CC29.

Por lo general, la técnica más común de cultivo de cobertura involucra el manejo de especies nativas que están fácilmente disponibles y son económicas4,30 y, sin embargo, suelen ser las más competitivas tanto para el agua como para los nutrientes28,31.

Para mitigar o eliminar la competencia, CC a menudo se termina en primavera con labranza4. No obstante, como efecto secundario negativo de esta decisión, se pierden varios beneficios ligados a la cobertura permanente del suelo del viñedo (p. ej., tránsito de máquinas facilitado con suelo húmedo, reducción de la erosión del suelo, etc.)4,32. Por lo tanto, aún es necesario identificar estrategias apropiadas (es decir, especies de CC y adopción de las mejores prácticas culturales) para mantener los beneficios de la cobertura permanente del suelo, mientras se reduce la competencia de CC en los viñedos.

Según la literatura, la siega se puede utilizar como una estrategia útil de conservación del agua a corto plazo28,33. Después de la siega, la masa residual de césped que se deja in situ protege aún más el suelo de la erosión y la escorrentía34,35 y mejora la salud del suelo a corto plazo36, al tiempo que reduce la competencia por el agua y la evaporación del suelo33,37.

Para explotar la mayor cantidad posible de externalidades positivas y reducir los problemas potenciales asociados con la presencia de CC en un viñedo, es recomendable pasar del uso de especies nativas a las sembradas (es decir, seleccionadas)30. Además, cuando se evalúa un alto riesgo de competencia hídrica hacia la vid asociada, la selección del tipo de CC adecuado se vuelve crucial, privilegiando aquellas que presenten una biomasa aérea y un desarrollo radicular reducidos30, asumiendo tales características como conducentes a un menor consumo de agua31 ,38.

Desafortunadamente, hasta la fecha, la demanda de los viticultores de especies poco competitivas sigue estando en gran parte insatisfecha38. Agroscope (Changins—Wädenswil, Suiza) ha iniciado la selección y propagación de genotipos de baja competencia para uso en viñedos39,40. Además, el ideotipo deseable debe poseer algunas otras características importantes: (i) buena capacidad de establecimiento y resistencia al pisoteo repetido; (ii) homogeneidad y cobertura duradera del suelo; (iii) control efectivo de malezas; (iv) habitus perenne (para reducir el costo de siembra); (v) desarrollo aéreo reducido (para reducir el mantenimiento y las intervenciones de viñedos) y (vi) retraso en el crecimiento de verano seguido de recuperación de otoño.

Entre casi cincuenta especies ensayadas, los mejores resultados se obtuvieron con Hordeum murinum y, en menor medida, Trifolium subterraneum y Trifolium repens39. Otros estudios han demostrado que las especies perennes (por ejemplo, Trifolium repens) tienden a ser más competitivas con las vides, en comparación con las anuales con resiembra espontánea40. No en vano, los menos competitivos son también los que tienen mayor dificultad para asegurar el establecimiento de la cubierta vegetal y mantener una buena cobertura del suelo en el tiempo, siendo muchas veces invadidos por pastos nativos al cabo de dos o tres temporadas41.

Este ensayo en maceta es, hasta donde sabemos, el primer caso de una evaluación comparativa para evaluar el uso del agua, la caracterización de las raíces y el potencial antierosión de una gran cantidad de especies herbáceas potencialmente destinadas al uso en viñedos. Junto con algunos CC ya utilizados, como gramíneas (GR) y leguminosas (LE), se incluyeron en el estudio nuevos rastreros (CR) por su interés potencial como mantillos vivos bajo el enrejado.

El presente estudio tuvo como objetivo comparar diferentes especies de CC para (i) evaluar la pérdida de agua (uso) antes y después de la siega, (ii) caracterizar las características de las raíces y aclarar sus efectos sobre la agregación del suelo, e (iii) identificar las especies más recomendadas para la cobertura de viñedos. cultivo

La Figura 1 muestra la evapotranspiración diaria (ET, mm día−1) de cada CC probado antes de la siega (DOY, día del año, 184) y a los 2, 8, 17 y 25 días después de la siega (DOY 190, 196, 205 y 213 ); el suelo desnudo también se incluyó como referencia. Antes de segar, las tasas de ET mostraron diferencias significativas entre y dentro de los tres grupos. Las plantas CR tuvieron una ET media de 8,1 mm día−1, que fue menor en comparación con los otros dos grupos (10,6 y 18,6 mm día−1 para GR y LE, respectivamente) y el control de suelo desnudo (8,5 mm día−1) . En DOY 184, se encontraron valores tan altos como 9,4 (Glechoma hederacea L., GH) y 9,8 mm día-1 (Trifolium subterraneum L. cv. Dinamarca, TS) (Fig. 1), mientras que oscilaron alrededor de 7 mm día-1 , Dichondra reprende JRForst. & G.Forst. (DR), Hieracium pilosella L. (HP) y Sagina subulata (Swartz) C. Presl (SS) ET fueron más bajas que la evaporación del suelo en sí.

Las barras verticales representan el uso diario de agua referido a la unidad de suelo (ET, mm día−1) para el suelo desnudo (amarillo) y todas las especies de cultivos de cobertura divididas en plantas rastreras (tonos de azul), leguminosas (tonos de verde ) y pastos (tonos anaranjados). La evapotranspiración se midió mediante un método gravimétrico antes (es decir, −4) ya los 2, 8, 17 y 25 días después de la siega. Los datos de ET son valores medios ± SE (n = 4).

El mismo día, se registró una gran variación de ET dentro del grupo GR como Festuca arundinacea Schreb. CV. Thor (FA) obtuvo los valores diarios de ET más altos (13,4 mm día−1), mientras que en Festuca ovina L. cv. Ridu (FO), la pérdida de agua se redujo en un 45 % (7,5 mm día−1). Dentro de los 15 CC, LE registró la mayor ET presiega con Trifolium michelianum Savi cv. Bolta (TM) con un máximo de 22,6 mm día−1. Sin embargo, dentro de LE, Medicago polymorpha L. cv. Scimitar (MP) mostró valores de ET tan bajos como 12,1 mm día−1 (Fig. 1).

Dos días después de la siega, todos los CC probados registraron valores de ET inferiores a 9 mm día−1 (Fig. 1). Además, la reducción del uso de agua entre los LE osciló entre el 56 % (M. polymorpha, MP) y el 73 % (T. michelianum, TM), de modo que T. michelianum (TM, 6,1 mm día−1), Medicago truncatula Gaertn. CV. Paraggio (MT, 5,6 mm día−1) y M. polymorpha (MP, 5,2 mm día−1) registraron valores de ET inferiores al suelo desnudo (7,0 mm día−1). A pesar de registrar una reducción constante de ET después de la siega, GR retuvo tasas de ET ligeramente superiores a las del suelo desnudo, excepto para F. ovina (FO), que registró la más baja con 6,3 mm día−1. Los muestreos posteriores mostraron que la mayoría de los CC tuvieron una recuperación progresiva en el uso del agua (Fig. 1) y los datos tomados 17 días después de la siega confirmaron que Lotus corniculatus L. cv. Leo (LC) y todos los GR obtuvieron tasas de ET previas a la siega. Medicago lupulina L. cv. Virgo (ML) registró una recuperación parcial con tasas similares (alrededor de 13 mm día−1) a los 17 y 25 días después del evento de siega. F. ovina y todos los LE restantes se mantuvieron por debajo de 10 mm día−1 con valores de ET cercanos al control hasta el final de la prueba. A los 17 días del corte del césped, bajo una biomasa superior a la maceta bastante alta, tanto G. hederacea (GH) como T. subterraneum (TS) alcanzaron valores de ET de hasta 12,0 y 11,4 mm día−1, respectivamente. Por otro lado, D. repens (DR), H. pilosella (HP) y S. subulata (SS), aunque con valores de ET ligeramente superiores a los registrados al inicio del ensayo (DOY 184), se mantuvieron cerca de las tasas de evaporación del suelo hasta DOY 213.

La biomasa aérea cortada en seco en la primera fecha de siega (ADW_MW1, DOY 188) mostró grandes diferencias entre los grupos, como se representa en la Tabla 1. ADW_MW1 dentro de LE fue bastante variable, ya que los valores oscilaron entre 274,3 gm−2 (M. polymorpha, MP) y 750,0 gm-2 (T. michelianum, TM). Con un valor medio de 565,9 gm-2, la biomasa aérea de LE fue un 80% superior a la media de GR ADW_MW1 (110,2 g m-2). F. ovina (FO) obtuvo el valor más bajo con 48,4 gm-2 entre las gramíneas, mientras que dentro del grupo rastrero, G. hederacea (GH) y T. subterraneum (TS) tuvieron un desarrollo de biomasa fuera de los bordes de la maceta con un total de 89,6 gm-2 y 23,2 gm−2, respectivamente.

El índice de área foliar (LAI, m2 m−2) al momento de la siega mostró los valores más altos en LE con un máximo de LAI de 12,4 (Tabla 1). Entre GR, LAI no mostró diferencias significativas, situándose en torno a 1,2. En cuanto a CR, el LAI se evaluó en 0,2 y 0,8 para T. subterraneum (TS) y G. hederacea (GH) respectivamente, mientras que el LAI estimado a través de análisis fotográfico osciló entre 1,3 (D. repens, DR) y 3,6 (T. subterraneum TS) .

La evapotranspiración por unidad de área foliar (ETLEAF) fue notablemente mayor en GR, oscilando entre 7,75 (F. ovina, FO) y 9,22 (Lolium perenne L. cv. Playfast, LP) mm m−2 día−1 (Cuadro 1). En orden descendente, ETLEAF fue el más alto en D. repens (DR, 5,46 mm m-2 día-1). Se encontró un ETLEAF similar al comparar algunas especies de LE y CR como M. truncatula (MT, 3,40 mm m-2 día-1), M. lupulina (ML, 4,05 mm m-2 día-1), G. hederacea (GH , 3,68 mm m-2 día-1), H. pilosella (HP, 3,86 mm m-2 día-1) y T. subterraneum (TS, 2,74 mm m-2 día-1). T. michelianum (TM), con 1,81 mm m-2 día-1 obtuvo el ETLEAF más bajo de todas las especies (Cuadro 1).

Trazar LAI frente a la ET antes de cortar el césped produjo una relación cuadrática significativa (R2 > 0,76) (Fig. 2a) que ayudó a distinguir dos nubes de datos diferentes. Hasta valores LAI de alrededor de 6, el modelo era lineal, teniendo en su extremo inferior todas las especies GR y CR con la inclusión de M. polymorpha (MP) como leguminosa, mientras que, en el otro extremo, M. truncatula (MT), Se agruparon L. corniculatus (LC) y M. lupulina (ML). Se aisló T. michelianum (TM) de todos los CC a 22,56 mm día−1.

Panel (a): regresión cuadrática del índice de área foliar (LAI, m2 m−2) frente a la evapotranspiración del cultivo de cobertura por unidad de suelo (ET, mm día−1). Cada punto de datos es el valor medio ± SE (n = 4). La ecuación del modelo cuadrático es y = − 0,128x2 + 2,9968x + 5,4716, R2 = 0,76. Panel (b): la regresión cuadrática entre LAI correspondiente a la biomasa recortada (m2 m−2) y la reducción de ET del cultivo de cobertura (%). Cada punto de datos es el valor medio ± SE (n = 4). La ecuación del modelo cuadrático es y = − 0,8985x2 + 16,503x + 5,1491, R2 = 0,94.

Al realizar una regresión de la fracción de reducción de ET, en comparación con los valores previos al corte frente al LAI (Fig. 2b), el mismo modelo cuadrático logró un ajuste muy estrecho (R2 = 0,94, p < 0,01). El agrupamiento de CC fue similar a los patrones resaltados para ET, aunque se alcanzaron predicciones más precisas en LAI, variando de 0 a 3. Se mostró una reducción lineal de ET cuando LAI se eliminó a través del recorte osciló entre 0 y 6, mientras que a partir de entonces, la reducción de ET fue menor. que proporcional a la cantidad de LAI eliminado. Esto sugiere un LAI de 5–6 como punto de referencia, dentro del cual es posible maximizar la reducción del uso de agua después del recorte.

La densidad de la longitud de la raíz (RLD, cm cm-3) determinada para cada CC a 0–10 cm y 10–20 cm de profundidad se muestra en la Tabla 2. Dentro de la capa superior del suelo, la RLD de Poa pratensis L. cv. Tetris (PP), Festuca rubra L. var. conmutata Gaud. CV. Casanova (FRC) y F. arundinacea (FA) alcanzaron un máximo de 52,5; 53,7 y 59,0 cm cm−3, respectivamente, mientras que M. polymorpha, (MP), M. truncatula (MT), T. subterraneum (TS) y T. michelianum (TM) no alcanzaron el umbral de 10 cm cm−3 ( Tabla 2). L. corniculatus (LC) registró el RLD más alto (29,7 cm cm-3) a 0-10 cm entre las especies LE, mientras que estuvo muy cerca de F. ovina (FO, 30,3 cm cm-3), que tuvo el RLD más bajo dentro de el grupo GR. En el grupo CR, los valores RLD más altos y más bajos dentro de la capa superior se encontraron en G. hederacea (GH) y T. subterraneum (TS), con 26,9 y 7,4 cm cm−3 respectivamente (Cuadro 2). En cuanto a la colonización de raíces del horizonte del suelo de 10 a 20 cm, F. arundinacea mantuvo la RLD más alta (10,7 cm cm-3), seguida por L. corniculatus (7,9 cm cm-3). En general, se registró un RLD muy bajo a través de esta capa en todos los CC restantes.

Los valores más altos de clase diamétrica longitud (DCL, mm cm−3) para raíces muy finas (DCL_VF, < 0,075 mm) en los primeros 10 cm de suelo se registraron en GR, oscilando entre 9,75 (F. ovina, FO) y 23,35 ( P. pratensis, PP) cm cm−3 (Cuadro 2). Todas las especies restantes registraron valores bastante bajos, comprendidos en el rango de 0 a 4 cm cm−3. Se observó un patrón similar en la misma capa de suelo para la clase de raíces finas (DCL_F, 0,075–0,2 mm), aunque F. arundinacea (FA) y F. rubra commutata (FRC) obtuvieron los valores más altos (25,74 y 26,10 cm cm− 3, respectivamente). Para la misma longitud de clase de diámetro, ninguno entre LE y CR superó los 9 cm cm-3, excepto G. hederacea, que se evaluó en 16,32 cm cm-3.

Se encontró un comportamiento más uniforme entre las especies para raíces medianas (DCL_M, 0,2–1,0 mm) y gruesas (DCL_C, > 1,0 mm), aunque, en particular, las raíces de L. corniculatus mostraron la mayor abundancia tanto para DCL_M (23,08 cm cm−3 ) y DCL_C (0,54 cm cm−3).

A la profundidad del suelo de 10 a 20 cm, GR confirmó los valores más altos para raíces muy finas y finas, con F. arundinacea alcanzando un DCL máximo de 2.269 y 5.215 cm cm-3, respectivamente (Cuadro 2). L. corniculatus superó en gran medida a cualquier otra especie en diámetro de raíz medio y grueso (6,173 y 0,037 cm cm-3, respectivamente), con F. arundinacea en segundo lugar (3,157 y 0,016 cm cm-3, respectivamente).

El peso seco de raíz más alto (RDW, mg cm-3) dentro de la capa superior del suelo fue alcanzado por L. corniculatus (8,7 mg cm-3) y F. arundinacea (7,6 mg cm-3). En particular, dichos valores fueron significativamente más altos que los registrados en las especies restantes, excepto por la comparación de F. arundinacea vs F. rubra commutata (Cuadro 2). A 10–20 de profundidad, se registró una escasa variación en el RDW medido en pastos, mientras que L. corniculatus mantuvo su supremacía dentro de las leguminosas (4,5 mg cm−3). Dentro del tipo rastrero, D. repens (DR) y G. hederacea (GH) obtuvieron valores de RDW tan altos como los determinados para las especies de gramíneas (a saber, F. arundinacea, P. pratensis y F. rubra commutata), mientras que S. subulata ( SS) esencialmente no tuvo desarrollo de raíces.

La Tabla 3 informa el peso agregado proporcional (g kg−1) para profundidades de suelo de 0–10 y 10–20 cm. En comparación con el suelo desnudo, L. corniculatus logró el mayor aumento de macroagregados grandes (LM, > 2000 µm) en los 10 cm superiores del suelo con 461 g kg−1. L. corniculatus se diferenció del resto del grupo LE, cuya gran media (90 g kg−1) fue la más baja de los tres grupos evaluados. Como leguminosa, T. subterraneum (TS, 122 g kg−1) registró los valores más bajos en comparación con otras especies CR, que oscilan entre 211 (D. repens, DR) y 316 g kg−1 (G. hederacea, GH). GR registró valores de LM ligeramente inferiores a los de CR, con un valor medio de 217 vs 224 g kg-1.

Los macroagregados pequeños más altos (sM; 250–2000 µm) en la capa superior del suelo se encontraron en el suelo desnudo y se encontraron valores altos similares en M. polymorpha (MP), M. lupulina (ML) y M. truncatula (MT) , mientras que L. perenne (LP), con 298 g kg−1 presentó la menor cantidad. Dentro de la capa de suelo de 0 a 10 cm, GR obtuvo la media más baja de sM (340 g kg−1), mientras que las especies de CR oscilaron entre 343 (G. hederacea, GH) y 439 (T. subterraneum, TS) g kg−1. El rango general de variación entre especies dentro de la fracción sM a 0-10 cm fue del 66 % (suelo desnudo frente a L. perenne) frente al 707 % de variación (L. corniculatus frente a T. michelianum) registrada para la fracción LM (Cuadro 3 ). Dentro de la capa superior del suelo, T. michelianum (TM) se destaca por los valores más altos tanto para microagregados (m, 53–250 µm) como para fracciones de limo y arcilla (s + c, < 53 µm) registrando 346 y 173 g kg- 1, respectivamente. Aunque perteneciente al mismo grupo, L. corniculatus tuvo el comportamiento contrario, registrando los valores más bajos tanto para m (163 g kg−1) como para s + c (63 g kg−1).

A 10–20 cm de profundidad del suelo, L. corniculatus con 319 g kg−1 LM nuevamente superó a todos los demás CC. Dentro de GR se puede observar una situación bastante homogénea; Las fracciones de LM medidas que oscilan entre 65 y 136 g kg-1 destacaron a GR como el grupo más eficiente en la producción de LM en la profundidad inferior de 10 a 20 cm. T. michelianum (TM) es el único que presenta un valor de LM tan bajo como el del suelo desnudo (36 g kg-1).

Dentro de la capa de suelo de 10–20 cm, se encontró un comportamiento más uniforme entre especies para sM, m y s + c bajo un rango de variación de 64% (suelo desnudo vs L. corniculatus), 56% (F. rubra commutata vs L. corniculatus), y 46% (F. rubra commutata vs suelo desnudo) respectivamente vs la variación de 811% (L. corniculatus vs suelo desnudo) registrada para la fracción LM (Cuadro 3).

L. corniculatus registró el diámetro de peso medio (MWD, mm) más alto entre todos los CC en las capas de suelo superior (2,68 mm) e inferior (1,98 mm) (Cuadro 3), mientras que T. michelianum ocupó el lugar más bajo (0,92 y 0,74 mm, respectivamente). Dentro de los primeros 10 cm, GR mostró un patrón más homogéneo con una variabilidad de MWD de 32% (F. rubra commutata vs F. arundinacea), aumentando a 73% en CR (T. subterraneum vs G. hederacea) y 226% en LE (T. michelianum frente a LC). De manera similar, a 10–20 cm de profundidad, la mayor variabilidad se registró en LE (167 % para la comparación de T. michelianum vs L. corniculatus). Por el contrario, se encontró menor variabilidad dentro de GR (41% para FRC vs L. perenne) y CR (26% para T. subterraneum vs G. hederacea).

Los coeficientes de Spearman (ρ) calculados para las correlaciones entre las fracciones de tamaño de agregado, RLD, DCL y RDW se muestran en la Fig. 3 para profundidades de suelo de 0 a 10 cm (A) y de 10 a 20 cm (B). Para la capa superior del suelo (Fig. 3a), LM tuvo una estrecha correlación positiva con RLD (ρ = + 0,56), DCL_M (ρ = + 0,69) y RDW (ρ = + 0,62). Por el contrario, sM se correlacionó negativamente con las longitudes de la misma clase de diámetro (ρ = − 0,68, − 0,74 y − 0,65, respectivamente). En general, se mantuvo un patrón similar para la profundidad de 10 a 20 cm, aunque las correlaciones en general fueron menos estrechas (Fig. 3b).

Correlaciones de Spearman para las diferencias en el patrón de agregados del suelo y las características de las raíces para profundidades de suelo de 0 a 10 cm (a) y de 10 a 20 cm (b). El color azul indica correlación positiva, mientras que el rojo indica correlación negativa.

La matriz de correlación de Pearson calculada a través del Análisis de Componentes Principales (PCA) (Tabla S1) para el conjunto de datos de los 15 CC mostró que la evapotranspiración antes de cortar el césped (UMW_ET) no estaba correlacionada con RLD o cualquier DCL; más bien, se encontró una correlación muy estrecha (r = 0,96) frente a ADW_MW1. Por el contrario, la ET evaluada 25 días después de la siega (MW_ET_25) mostró una correlación positiva significativa con varias variables de crecimiento de raíces, incluidas DCL_C, DCL_M, RDW y el peso seco total sobre el suelo (es decir, la suma del primer y segundo corte, ADW_TOTAL).

El análisis de la bi-parcela (Fig. 4) que informa el posicionamiento de cada CC y la dirección y magnitud de la variación de cada variable a lo largo de los componentes F1 y F2, permite una separación bastante nítida de los tres grupos familiares, aunque con algunos dentro del grupo. excepciones

Análisis de componentes principales para 15 especies diferentes de cultivos de cobertura divididas en gramíneas (tonos anaranjados), leguminosas (tonos verdes) y plantas rastreras (tonos azules). Las líneas rojas representan variables activas como (i) evapotranspiración antes (UNMW_ET) y (ii) 25 días después de la siega (MW_ET_25), (iii) biomasa cortada seca sobre el suelo en el primer evento de siega (ADW_MW1) y (iv) total (ADW_TOTAL) ; (v) clase de diámetro longitud para raíces muy finas (DCL_VF), (vi) finas (DCL_F), (vii) medianas (DCL_ M) (viii) gruesas (DCL_C); (ix) densidad de longitud de raíz (RLD) y (x) peso seco de raíz (RDW). Los rasgos de la raíz son valores medios de 0 a 20 cm de profundidad del suelo.

Dentro de LE, L. corniculatus (LC) se aisló claramente de las demás especies. L. corniculatus combinó una fuerte y positiva correlación con RDW, DCL_C y DCL_M a lo largo del componente F1 y con UMW_ET y ADW_MW1 a lo largo del componente F2. Por el contrario, la ubicación de M. truncatula (MT), T. michelianum (TM) y M. lupulina (ML) en el biplot dependía de una estrecha correlación positiva a lo largo de F2 con UMW_ET y ADW_MW1. M. polymorpha (MP) mostró un comportamiento distinto adicional, determinado por una fuerte correlación negativa con RDW, DCL_C, DCL_M a lo largo del componente F1.

GR agrupados en el cuadrante inferior derecho, excepto F. ovina (FO). Una vez más, sin embargo, fue evidente un comportamiento diferente entre F. arundinacea (FA) y F. ovina (FO), con el resto de especies de gramíneas teniendo un comportamiento intermedio. F. arundinacea mostró una estrecha correlación positiva con RLD y RDW a lo largo de F1, y una correlación negativa con DCL_F y DCL_VF a lo largo de F2 (Fig. 4). Por el contrario, F. ovina (FO) tiene una correlación negativa con UMW_ET y ADW_MW1 (F2) y, aunque de menor magnitud, con DCL_M, DCL_C y RDW (F1). Las tres especies de gramíneas restantes (L. perenne, F. rubra commutata y P. pratense) se agruparon esencialmente, aunque su comportamiento fue impulsado por puntajes de factores negativos a lo largo de los componentes principales de F2. Estos CC se establecen para una correlación negativa con UMW_ET y ADW_MW1 y una correlación positiva con DCL_VF y DCL_F.

CR tuvo un comportamiento algo más homogéneo, aunque G. hederacea (GH) también tendió a aislarse en la distribución de dos parcelas. S. subulata (SS), H. pilosella (HP) y T. subterraneum (TS) fueron casi insensibles a las variables representadas en F2, mientras que su comportamiento estuvo determinado en gran medida por una correlación negativa con algunas variables F1, a saber, DCL_C, DCL_M y RDW.

Los resultados del presente estudio arrojan luz sobre un tema clave para la transición ecológica de la viticultura moderna bajo la amenaza de un clima cambiante, a saber, cómo y qué especies de CC deben usarse a nivel de campo para mejorar el rendimiento del agroecosistema.

Aunque nuestro ensayo se llevó a cabo en macetas bajo condiciones inherentemente limitadas y un régimen de riego abundante, la naturaleza detallada y rica de los datos recopilados permite la identificación de especies de CC adecuadas o menos adecuadas. Si bien estos CC se analizaron aquí con la idea de implementación vitivinícola, los resultados obtenidos pueden considerarse información valiosa para su aplicación en huertas genéricas.

Con respecto a la ET, las mediciones realizadas después de 105 días de crecimiento sin perturbaciones indicaron tasas muy altas (alrededor de 20 mm día−1 en condiciones de riego abundante) en todas las leguminosas, con la excepción parcial de M. polymorpha (MP). Tomando LC como ejemplo, con el mismo LAI estimado (alrededor de 5), la ET fue más alta que las registradas en Nueva Zelanda42, alcanzando un máximo de alrededor de 11 mm día−1. Las razones de esta discrepancia probablemente estén relacionadas con la demanda evaporativa significativamente menor en su experimento que en el nuestro, ya que las temperaturas del aire durante las horas centrales no superaron los 21 °C, mientras que nuestra temperatura diaria osciló entre 17 y 29 °C (Fig. S1). En condiciones de riego abundante y además del papel que desempeña la demanda evaporativa, la ET diaria está impulsada principalmente por dos factores: la cantidad de biomasa aérea producida y la ETLEAF genéticamente determinada. Nuestros resultados mostraron que la ET alta del grupo LE se derivó principalmente de un desarrollo muy rápido después de la siembra, en lugar de una ETLEAF más alta, siendo esta última más de la mitad en comparación con el valor promedio en el grupo GR (Tabla 1).

Si bien se sabe que cortar el césped es una herramienta valiosa para limitar el consumo de agua por CCs33, la disponibilidad de resultados anteriores que cuantifican la cantidad y la dinámica del ahorro de agua debido al corte de césped es limitada. Un estudio encontró que tres semanas después de cortar Medicago sativa L., la ET diaria era alrededor del 60-70 % de la anterior al corte43. Nuestro MW_ET_25 confirma un comportamiento similar con ML, mientras que L. corniculatus (LC) recuperó rápidamente las tasas previas a la siega (Fig. 1).

Aquí, por primera vez, encontramos que trazar la reducción de LAI frente a ET para los datos agrupados de las 15 especies (Fig. 2b) arrojó un ajuste muy cercano a los datos observados, lo que sugiere que (i) se espera una disminución lineal en ET cada vez que se elimine el LAI a través de rangos de recorte entre 0 y 6; (ii) parece que se alcanza un efecto de saturación más allá de este límite, probablemente porque con un dosel de cobertura que aumenta en altura y densidad, las capas inferiores de las hojas se vuelven muy sombreadas, minimizando así su contribución a la transpiración33. Esto tiene algunas implicaciones relevantes cuando un cultivo de cobertura de invierno temporal, que generalmente contiene leguminosas, se siembra para la terminación en primavera con fines de abono verde. Si una característica deseable es obtener la biomasa más alta antes de la terminación para maximizar el retorno de N al cultivo, un crecimiento de leguminosas por encima de un LAI de 6–7 no causará un uso de agua de lujo, según el mecanismo destacado anteriormente.

El alto uso de agua por parte de L. corniculatus (LC) fue corroborado por la RLD más alta en la capa de suelo de 10–20 cm (7,9 cm cm−3) y RDW tanto en la capa de 0–10 cm (8,7 mg cm−3) como en la de 10– 20 cm (4,5 mg cm−3) de profundidad. Sin embargo, nuestros resultados también aclaran que dicho efecto se debe principalmente a los valores muy altos de DCL_M y DCL_C, que a su vez explican por qué L. corniculatus (LC) también pudo excavar en la capa inferior del suelo. Dado que se ha informado que las raíces más gruesas son más efectivas para superar los problemas relacionados con la resistencia mecánica del suelo44, nuestros resultados también sugieren la importancia de L. corniculatus (LC) para mejorar la calidad física del suelo al disminuir la densidad aparente y prevenir la compactación del suelo, aunque las operaciones de labranza están suspendidos.

Volviendo a GR, nuestros resultados agregan conocimiento significativo a estudios previos 45,46,47 que conducen al uso potencial de CC permanentes a mitad de hilera a base de pasto en el manejo del piso de la huerta. El presente ensayo indica que F. arundinacea (al menos en lo que se refiere al cultivar probado) debe considerarse como una gramínea bastante competitiva, mientras que F. ovina se comporta de manera contraria. El potencial de transpiración de F. arundinacea se basa más en una ETLEAF alta que en la biomasa aérea fomentada: de ahí la capacidad para una mayor interceptación de la luz (Fig. 1 y Tabla 1). Esto es sustancialmente diferente de lo que se informó anteriormente sobre el grupo LE (especialmente L. corniculatus) y sugiere una implicación relevante para el uso a nivel de campo: en el mismo LAI, cualquiera de nuestras especies GR probadas probablemente usará una cantidad significativamente mayor de agua que las especies de leguminosas.

Nuestros resultados sobre GR ET son confirmados por la literatura, donde F. arundinacea y F. ovina son evaluadas como las gramíneas más y menos competitivas, con valores tan altos como 8.5 y 12.6 mm día-1, respectivamente45,48. Además, un estudio46 mostró la diferencia existente entre los cultivares de F. arundinacea cultivados en condiciones de nutrientes de agua no limitantes cuyas tasas de ET oscilaron entre 10 y 13,5 mm día-1, lo que se ajusta perfectamente a nuestros datos. Introduciendo nuestros valores segados de F. arundinacea (161,8 g m-2) en un modelo de reducción de ET frente a biomasa cortada en seco realizado en Festuca arundinacea var. Barfelix33 conduce a una reducción del 36 % de la ET, que se ajusta mucho a la reducción del 35 % registrada con un LAI de 1,52 (Tabla 1 y Fig. 2b).

En particular, mientras que L. corniculatus (LC) y F. arundinacea (FA) comparten la capacidad de extender sus raíces en la capa más profunda del suelo, nuestro análisis PCA reveló que los valores de DCL para cualquier diámetro de raíz, incluidas raíces muy finas y finas, bajo F. arundinacea en la capa de suelo de 10 a 20 cm fueron varias veces más altos que aquellos bajo otras gramíneas. Es ampliamente aceptado que un sistema de raíces bien establecido y desarrollado es esencial para la absorción eficiente de agua49. Por lo tanto, nuestros resultados en DCL indican que F. arundinacea también puede mejorar aún más la absorción de nutrientes y agua, al aumentar la superficie del cabello de la raíz incluso en las capas inferiores del suelo.

Todas las especies de GR analizadas, a pesar de las grandes diferencias en los parámetros de crecimiento de las raíces, mantuvieron valores de ETLEAF altos y similares. La explicación de tal comportamiento se encuentra en las tasas de ET dadas por bote (Fig. S2). Es bastante sorprendente que para cualquier GR, la ET diaria de maceta se mantuvo dentro del 60% del suministro diario de agua (1.0–1.1 L por maceta). Presumiblemente, esto permitió una función foliar óptima, lo que explica por qué ETLEAF no difirió. En consecuencia, bajo una disponibilidad persistente y no limitante de agua en el suelo, el uso total de agua en nuestro GR probado se convierte en una función principal de LAI (Fig. 2b).

FO confirma su actitud ante baja ET debido a sus características de "empequeñecimiento". Un ADW_MW1 muy bajo (Cuadro 1) asociado con un sistema de raíces superficiales con una colonización mínima del suelo por debajo de los 10 cm de profundidad hace que este CC sea un candidato bastante interesante para un establecimiento permanente entre hileras. Según el análisis PCA, F. ovina (FO) aisló para una correlación negativa con ADW_MW1 y UMW_ET. Idealmente, en el campo, su sistema radicular poco profundo podría facilitar el secado temporal y parcial en el verano, con una pronta recuperación con la llegada de las precipitaciones en el otoño.

Volviendo al manejo de las franjas debajo de la vid, se ha trabajado mucho para investigar cómo las mezclas autóctonas vs. siembras comerciales pueden afectar el grado de competencia hacia el sistema radicular de las vides asociadas (esencialmente insistiendo dentro del mismo volumen de suelo) con posibles efectos sobre el RLD y la distribución de raíces50. Varios autores han encontrado que la capa superior del suelo conquistada por un CC inducirá al sistema radicular de la vid a explorar horizontes más profundos del suelo o preferentemente a extenderse lateralmente desde el eje de la hilera50,51,52. Investigaciones realizadas anteriormente53 mostraron que las vides bien establecidas con pasto F. rubra en el sotobosque desarrollaron una distribución de raíces más profunda y mostraron poca evidencia de absorción de agua restringida. Solo a 10 cm de profundidad del suelo, el agotamiento del isótopo O 18O (δ18O, ‰) fue significativamente más negativo en el suelo con CC en relación con el suelo cultivado, pero no hubo un efecto significativo del tratamiento por debajo de eso.

El trabajo preliminar realizado en Francia40,41 ha demostrado que el establecimiento de CC de raíces poco profundas, aunque reptantes y asfixiantes, debajo de la franja de hileras puede tener bastante éxito en el control de malezas, reduciendo así la necesidad de labranza o herbicidas. Al mismo tiempo, el sistema de raíces de la vid crecerá debajo del CC, donde es probable que haya más humedad disponible en el suelo. El manejo de tales CC implica que no se corte el césped hasta que la cubierta crece y tiende a invadir el callejón. Por lo tanto, en nuestra prueba, evitamos cualquier corte de manteca vegetal hasta que la cubierta comenzó a desbordar la superficie de la maceta. Tal estado fue alcanzado por G. hederacea (GH) y T. subterraneum (TS) solamente. La ET informada en la Fig. 1 apoyó firmemente la suposición de que todas las especies CR retienen buenas características de ahorro de agua y para tres de ellas (DR, HP y SS), las tasas de ET antes de la siega fueron ligeramente más bajas que las medidas en el control y menos de Se utilizaron 400 g de H2O pot−1 día−1 (Fig. S2). A pesar de la falta real de siega, los datos tomados en estas especies a los 17 y 25 días después de la siega mostraron un leve aumento en las tasas de ET que se debe atribuir inherentemente a un probable engrosamiento de la CC dentro de la superficie de la maceta. La segunda característica que también compartían todos los CR era que la colonización de las raíces estaba esencialmente restringida a la capa superior del suelo (Cuadro 2), obedeciendo así a la necesidad de tener, en condiciones de campo, dos capas de suelo bien separadas, incluidas las raíces de la hierba en la parte superior. y raíces de uva a mayor profundidad.

En nuestro estudio, se realizó una evaluación cuidadosa de los efectos de los CC sobre la estabilidad de los agregados del suelo y la MWD y se asoció con las características de las raíces. Es bien sabido que el tamaño y la estabilidad de los agregados del suelo se asocian positivamente con la infiltración (y retención) de agua y la mitigación de la erosión del suelo, debido a una mejor distribución del tamaño de los poros54. Además, LM juega un papel importante en la mejora de la concentración y estabilización de MOS55, lo que aumenta aún más la disponibilidad de agua y nutrientes para las plantas cultivadas. De hecho, es bien sabido que los macroagregados brindan protección física a la MOS al unir compuestos orgánicos a los minerales del suelo y crear una barrera entre los microorganismos y su sustrato56. Dado que los viñedos mediterráneos generalmente se establecen en pendientes pronunciadas57, nuestro estudio muestra que los CC seleccionados pueden considerarse una herramienta prometedora para impulsar la agregación del suelo, lo que sugiere una mayor infiltración de agua, así como una menor erosión del suelo y pérdidas de nutrientes58. Dado que la evaporación del agua del suelo se ve afectada principalmente por el contenido de agua del suelo, la materia orgánica, la textura y la estructura59, es razonable suponer que los CC pueden contribuir a su cambio con diferente magnitud dependiendo de las características de las especies. Sin embargo, en nuestro ensayo no se pudieron distinguir los componentes de la evapotranspiración (es decir, la evaporación y la transpiración), y fue difícil evaluar el diferente efecto de la agregación del suelo inducida por el cultivo de cobertura sobre la evaporación del suelo, ya que las mediciones de la pérdida de agua se realizaron unos meses antes del muestreo del suelo. y las siguientes determinaciones agregadas. Más en general, parece haber poca información disponible: se evaluó una mayor estabilización de los agregados para aumentar la cantidad de agua disponible en los suelos para las plantas al reducir las pérdidas por evaporación60, mientras que un trabajo más reciente no mostró un impacto significativo del tamaño de las partículas del suelo en la tasa de evaporación61.

Nuestros resultados también muestran una correlación positiva entre los macroagregados grandes y los parámetros de desarrollo de raíces, como RLD y RDW, lo que sugiere que las raíces son los principales impulsores de la formación y estabilización de agregados del suelo en este sistema. De hecho, se sabe que las raíces producen mucílago y otros exudados que mantienen unidas las partículas y, por lo tanto, promueven la formación de LM62. Resultados similares fueron reportados en estudios previos63,64,65, que observaron una correlación positiva entre la densidad de biomasa/longitud de la raíz y la estabilidad de los agregados. Por lo tanto, se deben sugerir CC con alto RLD y RDW para promover la estabilización de los agregados, aumentando la protección del carbono orgánico del suelo (COS) y la infiltración/retención de agua.

En nuestro estudio, GR generalmente mejoró RLD y RDW, en comparación con las plantas LE y CR, a excepción de L. corniculatus y G. hederacea. En particular, F. arundinacea mostró el RLD más alto (59,0 cm cm-3) entre todas las especies y uno de los contenidos más altos de LM (251 g kg-1 de suelo) en la capa de suelo de 0–10 cm, lo que confirma la interacción positiva entre Estabilización RLD y LM. Entre las leguminosas, L. corniculatus tuvo la mayor cantidad de LM en ambas capas del suelo, estableciéndose como un CC prometedor para mejorar la estructura del suelo, al mismo tiempo que es una fuente externa de N debido a la fijación de N. Esto puede explicarse por el mayor DCL (Ø > 1,0 mm) de L. corniculatus en comparación con otras especies, lo que indica el importante papel de las raíces grandes en los niveles de agregación del suelo. Se ha informado la fuerte influencia de L. corniculatus en la resistencia del suelo cuando se cultiva en monocultivos en comparación con otras leguminosas. Curiosamente, H. pilosella tenía un LM más alto en comparación con la mayoría de las otras especies, mientras que tenía un RLD y RDW más bajos. Estudios previos informaron un pH más bajo del suelo bajo H. pilosella que bajo otras plantas66,67, lo que a su vez se encontró correlacionado negativamente con los agregados estables al agua68. Los autores explicaron la correlación negativa entre el aumento del pH y el nivel de agregación del suelo por la mayor carga de ácidos húmicos en las superficies minerales y por una disminución en las fuerzas repulsivas electrostáticas entre sustancias cargadas negativamente en condiciones ácidas del suelo, lo que resulta en una mayor coagulación de la materia orgánica. y partículas minerales. Por lo tanto, para H. pilosella, el efecto sobre la agregación del suelo está más relacionado con los cambios en las propiedades químicas del suelo que con las características de las raíces.

La prueba actual en macetas es, hasta donde sabemos, el primer caso de una evaluación comparativa para evaluar el uso del agua, la caracterización de las raíces y el potencial de agregación del suelo de una gran cantidad de especies herbáceas y definir las más recomendadas para el uso en viñedos. . Las tasas de ET más altas registradas para las leguminosas se debieron principalmente a un desarrollo muy rápido después de la siembra, más que a una ETLEAF más alta. Tanto para las leguminosas como para las gramíneas, se confirmó que la siega es una práctica valiosa para limitar el uso de agua proporcionalmente en cualquier momento hasta un LAI de 5–6, mientras que parece alcanzarse un efecto de saturación más allá de este límite. Entre las gramíneas, se evaluó que F. ovina era la que tenía la ET más baja, lo que la convierte en una candidata interesante como mantillo vivo permanente entre hileras. Además, idealmente, una vez que se usa en el campo, su sistema de raíces superficiales podría facilitar el secado temporal y parcial en verano, con una pronta recuperación con las lluvias entrantes en otoño. CR confirmó su potencial para el manejo de franjas debajo del enrejado ya que, mientras mantenían una cobertura total del suelo (es decir, potencialmente exitosos en el control de malezas), no necesitaban ningún corte para reducir la altura, registraron bajas tasas de uso de agua y una superficial (es decir, 0–10 cm) colonización de raíces. Por último, nuestro estudio mostró que los CC con RLD y RDW mejorados, como GR, G. hederacea y L. corniculatus, pueden considerarse especies prometedoras para impulsar la agregación del suelo, aumentar la protección del COS y la infiltración de agua, así como reducir la erosión del suelo y las pérdidas de nutrientes.

El estudio se realizó en 2020 en el Departamento de Producción de Cultivos Sostenibles de la Università Cattolica del Sacro Cuore (Piacenza, norte de Italia, 45°2' N; 09°42' E) en 64 macetas de 15 L de volumen (0,27 m de profundidad, con un diámetro interno de 0,27 m) mantenido al aire libre en una maceta. Las macetas se llenaron con suelo franco-arcilloso que tenía un 35% de arena, un 36% de limo y un 29% de arcilla. La capacidad de campo, el punto de marchitez permanente y la densidad aparente del suelo se estimaron en 32,8%, 18,7% y 1,42 g cm-3, respectivamente69.

El experimento se estableció como un diseño de bloques completos al azar (RCBD) con cuatro repeticiones y dieciséis tratamientos: un control (es decir, suelo desnudo) y quince CC, que se probaron divididos en tres grupos: (i) pastos, (ii) leguminosas , y (iii) plantas rastreras (Tabla S2).

La tasa de siembra de CC se calculó de acuerdo con una prueba de germinación anterior (Tabla S2) y todas las CC se sembraron manualmente el 20 de abril de 2020. Cuando se realizaron las primeras mediciones, todas tenían una cobertura de suelo del 100 % y no se registró crecimiento de malezas. Para ayudar al establecimiento de la planta y evitar cualquier déficit de agua, durante todo el período de prueba, cada maceta recibió 350 ml de agua tres veces al día (es decir, el 55 % del agua total disponible) suministrada por un único gotero automatizado. El riego automático se detuvo un día antes de las mediciones de ET y se administró manualmente la cantidad exacta de 1 L pot-1.

Durante la temporada de prueba, el manejo de macetas consistió en dos eventos de siega y dos operaciones de labranza. El 6 de julio y el 20 de septiembre de 2020, las gramíneas y las leguminosas se cortaron a mano a ~ 4 cm por encima de la superficie del suelo, mientras que las plantas rastreras solo se podaron, en lo que respecta a la biomasa aérea que excede los bordes de la maceta, ya que no se deben podar en altura. en condiciones de campo abierto. En los mismos días, se realizó una labranza ligera del suelo (alrededor de 3 cm de profundidad) en las macetas de suelo desnudo con un rastrillo de tres dientes.

La medición de la ET de CCs se realizó por método gravimétrico ya que en cada fecha de medición se pesaron todas las macetas a las 8 am y 7 pm con una balanza electrónica con una resolución de 0.01 g. La CC ET diaria (mm d-1) se calculó como ΔW/S, donde ΔW es el cambio en la masa de la maceta entre los 2 pesos diarios y S es el área superficial de la maceta33. Las tasas de ET medidas se referían luego a por metro cuadrado de área foliar eliminada (ETLEAF) cuando era necesario. La temperatura del aire máxima, media y mínima diaria (°C), junto con la precipitación diaria (mm), se monitorearon durante todo el experimento, y los datos se recopilaron de una estación meteorológica automatizada ubicada junto al lote de maceta del experimento (Fig. S1).

El 6 de julio y el 20 de septiembre de 2020 se recolectó la biomasa cortada a mano y se colocó en estufa ventilada a 105 °C hasta peso constante y luego se midió el peso seco aéreo como primera (ADW_MW1) y segunda (ADW_MW2) siega. El peso seco aéreo total (ADW_TOTAL) se calculó como la suma de los dos cortes.

Antes de segar, se tomaron muestras de la biomasa fresca sobre el suelo de 20 plantas de cada CC probado (es decir, cinco plantas por maceta) y se midió el área foliar equivalente usando el software de análisis de imágenes Image J (Institutos Nacionales de Salud, Bethesda, MD, UU.) 70. Posteriormente, la biomasa muestreada se secó en estufa ventilada a 105 °C hasta peso constante. El LAI del cultivo de cobertura en el primer día de la medición de ET se estimó ajustando el ADW_MW1 en la regresión lineal del área foliar frente a la regresión lineal del peso seco obtenida para todos los CC probados (Tabla S3).

Solo para CR, dado que la biomasa aérea se recortó exclusivamente cuando excedía los bordes de las macetas, el LAI se estimó a través del fotoanálisis de las macetas. El número total de hojas por maceta se contó en las impresiones fotográficas (a pesar de que la superficie de la maceta estaba completamente cubierta, las hojas eran claramente visibles ya que solo se produjeron algunas superposiciones) y se multiplicó por el área foliar media CC (conocida a partir del muestreo de hojas mencionado anteriormente).

El muestreo de raíces se realizó el 29 de septiembre con un muestreador de tubo "Shelby" de construcción propia de volumen conocido (6,88 cm de diámetro y 23,2 cm de largo) que se insertó en el suelo hasta alcanzar 0,2 m de profundidad. Las muestras de suelo de cada maceta se tomaron en una posición intermedia entre los bordes y el centro de la maceta. Cada núcleo de suelo se dividió en dos capas: 0–10 cm y 10–20 cm de profundidad del suelo. Luego se tomaron dos muestras más por maceta al final del ensayo, el 4 de febrero de 2021, con un muestreador de suelo tubular (2,5 cm de diámetro) para el análisis de estabilidad de los agregados. Se eliminó la hojarasca (si la había) y cada núcleo de suelo se dividió en profundidades de 0 a 10 y de 10 a 20 cm. Las muestras de suelo se pasaron por un tamiz de 8 mm con rotura suave71, se secaron al aire y se almacenaron a temperatura ambiente para las determinaciones posteriores.

Los núcleos de suelo se almacenaron a -20 °C hasta que se llevó a cabo la separación de raíces y el análisis. Después de la descongelación, las muestras se mantuvieron en una solución de ácido oxálico (2%) durante 2 h para facilitar la separación de las raíces del suelo72. Luego se lavaron y limpiaron las muestras de suelo. Las raíces se recuperaron del agua utilizando un tamiz de 2 mm72. Finalmente, las raíces se limpiaron a mano de partículas orgánicas, se sumergieron en una solución de etanol al 10 % (v/v)73 y se almacenaron a + 4 °C. Para escanear, las raíces se colocaron en una bandeja de plástico transparente. Se agregó agua destilada a la bandeja para facilitar el diseño de la raíz y minimizar la superposición.

Las imágenes de las raíces fueron adquiridas por un escáner (Epson Expression 10000xl, 600 dpi) equipado con una fuente de luz doble para evitar la superposición de raíces74. Se utilizó el software WinRHIZO Reg 2012 (Regent Instrument Inc., Quebec, Canadá) para determinar la RLD (cm cm-3) y el diámetro de la raíz (RD, mm). El RLD dentro de cada clase de diámetro, es decir, el DCL (mm cm-3), se calculó para muy fino (DCL_VF, < 0,075 mm), fino (DCL_F, 0,075–0,2 mm), medio (DCL_M, 0,2–1,0 mm) y grueso. (DCL_C, > 1,0 mm) raíces, según la adaptación de Reinhardt y Miller75. Además, el ADE (mg cm-3) se determinó gravimétricamente después de secar las raíces en estufa ventilada a 60 °C hasta peso constante.

Se sumergieron submuestras de 80 g en agua desionizada durante 5 min y se tamizaron en húmedo. Se utilizaron tres tamices de mallas de 2000 µm, 250 µm y 53 µm para separar las cuatro fracciones de agregado: LM (> 2000 µm), sM (250–2000 µm), m (53–250 µm) y s + c (< 53 micras). Cada fracción se aisló moviendo manualmente el tamiz hacia arriba y hacia abajo 50 veces. Después de cada fase, los agregados de suelo que quedaban en la parte superior del tamiz se transfirieron a una bandeja de aluminio, se secaron en horno a 105 °C y se pesaron. El agua y el suelo que pasaban por el tamiz se vertían sobre la malla de tamiz más pequeña, comenzando así la siguiente fase (tamizado en húmedo). Todas las fracciones se corrigieron por el contenido de arena y la MWD se calculó de acuerdo con van Bavel76 de la siguiente manera:

donde \({x}_{i}\) es el diámetro medio de cada fracción de tamaño de agregado separada por tamizado, y \({w}_{i}\) es la proporción de cada fracción de tamaño de agregado libre de arena de todo el peso de la muestra.

Todos los datos se sometieron a un análisis de varianza unidireccional (ANOVA) utilizando IBM SPSS Statistics 27 (SPSS Inc., Chicago, EE. UU.). En caso de significación de la prueba de Fisher, la separación de medias se realizó a través de la prueba de Student-Newman Keuls (SNK) (p < 0,05).

También se llevó a cabo un análisis de componentes principales (PCA) en 10 variables representativas del crecimiento subterráneo y superficial (RLD, DCL_VF, DCL_F, DCL_M, DCL_C, RDW, ADW_MW1 y ADW_TOTAL) y el uso del agua (UMW_ET y MW_ET_25) utilizando el Paquete estadístico XLSTAT (Addinsoft, Nueva York, NY, Estados Unidos). El PCA elegido fue una matriz de correlación de Pearson. El número de factores de filtro se fijó en 5 y la visualización final de los datos se realizó en forma de bigráfico de distancia.

Se realizó un análisis de correlación por separado para las dos profundidades del suelo consideradas (0–10 y 10–20 cm) para evaluar la relación entre las características de la raíz (RLD, DCL_VF, DCL_F, DCL_M, DCL_C, RDW) y las fracciones de tamaño de los agregados (LM, sM , m, s + c, MWD), utilizando el coeficiente de rango de Spearman no paramétrico (ρ). Un valor de p de 0,05 se consideró significativo para la prueba. Usamos R 4.0.3.77 con el paquete factoextra78 para las correlaciones de rango de Spearman, respectivamente.

La investigación experimental y los estudios en macetas sobre las plantas cultivadas, incluida la recolección de material vegetal que se informa aquí, cumplen con las directrices y leyes institucionales, nacionales e internacionales pertinentes. Además, la recolección de especímenes de plantas se realizó de acuerdo con los permisos correspondientes.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado y sus archivos de información complementaria.

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Departamento de Producción Sostenible de Cultivos, Universidad Católica del Sagrado Corazón, Via Emilia Parmense 84, 29122, Piacenza, Italia

Caterina Capri, Matteo Gatti, Andrea Fiorini, Federico Ardenti, Vincenzo Tabaglio y Stefano Poni

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CC, MG y SP iniciaron la investigación, el diseño experimental y establecieron el experimento de campo. CC recopiló los datos experimentales y, junto con AF y FA, realizó el análisis de datos. CC, SP y AF escribieron el manuscrito. SP, MG, VT, AF, FA y CC revisaron, revisaron y finalizaron el manuscrito.

Correspondencia a Caterina Capri.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Capri, C., Gatti, M., Fiorini, A. et al. Un estudio comparativo de quince especies de cultivos de cobertura para el manejo de suelos de huertos: absorción de agua, características de densidad de raíces y estabilidad de los agregados del suelo. Informe científico 13, 721 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27915-7

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Recibido: 10 Agosto 2022

Aceptado: 10 de enero de 2023

Publicado: 13 enero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27915-7

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