rotación de cultivos

En un sistema de rotación de dos campos, la mitad de la tierra se cultivaba en un año, mientras que la otra mitad permanecía en barbecho . Luego, al año siguiente, se invertía el ciclo de cultivo. En China, tanto el sistema de dos campos como el de tres campos se utilizaban desde el período Zhou Oriental . ^{[ 3 ]}

Entre los siglos IX y XI, los agricultores europeos transitaron de un sistema de dos campos a uno de tres . Este sistema persistió hasta el siglo XX. La tierra disponible se dividía en tres secciones. En la primera se cultivaban cosechas de otoño, como centeno y trigo . En la segunda, cosechas de primavera, como avena , cebada y legumbres (guisantes, lentejas o habas). La tercera se dejaba en barbecho. Los tres campos se rotaban de esta manera, de modo que cada tres años uno de ellos descansaba. Con el sistema de dos campos, solo se cultivaba la mitad de la tierra cada año. Con el nuevo sistema de rotación de tres campos, se cultivaban dos tercios de la tierra, lo que potencialmente resultaba en una mayor cosecha. Pero los cultivos adicionales tuvieron un efecto más significativo que la mera productividad cuantitativa. Dado que los cultivos de primavera eran principalmente legumbres, que fijan el nitrógeno necesario para que las plantas produzcan proteínas , aumentaron la nutrición general de la población europea. ^{[ 4 ]}

El agrónomo británico Charles Townshend (1674-1738) popularizó este sistema en el siglo XVIII. La secuencia de cuatro cultivos ( trigo , nabos , cebada y trébol ) incluía un cultivo forrajero y un cultivo para pastoreo, lo que permitía la cría de ganado durante todo el año. La rotación de cultivos en cuatro campos se convirtió en un avance clave de la Revolución Agrícola Británica . ^{[ 5 ]}

Durante la Revolución Verde de mediados del siglo XX, la rotación de cultivos dio paso en el mundo desarrollado a la práctica de complementar los insumos químicos del suelo mediante la aplicación de fertilizantes , como nitrato de amonio o urea , y la restauración del pH del suelo con cal . Estas prácticas tenían como objetivo aumentar los rendimientos, preparar el suelo para cultivos especializados y reducir el desperdicio y la ineficiencia al simplificar la siembra , la cosecha y el riego .

Muchos cultivos que son críticos para el mercado, como las hortalizas , son cultivos en hileras (es decir, cultivados en hileras muy juntas). ^{[ 8 ]} Si bien suelen ser los más rentables para los agricultores, estos cultivos son más exigentes para el suelo. ^{[ 8 ]} Los cultivos en hileras generalmente tienen poca biomasa y raíces superficiales: esto significa que la planta aporta pocos residuos al suelo circundante y tiene efectos limitados en la estructura. ^{[ 10 ]} Debido a que gran parte del suelo alrededor de la planta está expuesto a la alteración por la lluvia y el tránsito, los campos con cultivos en hileras experimentan una descomposición más rápida de la materia orgánica por parte de los microbios, dejando menos nutrientes para las futuras plantas. ^{[ 10 ]}

En resumen, si bien estos cultivos pueden ser rentables para la explotación agrícola, agotan los nutrientes. Las prácticas de rotación de cultivos existen para lograr un equilibrio entre la rentabilidad a corto plazo y la productividad a largo plazo. ^{[ 9 ]}

Una gran ventaja de la rotación de cultivos radica en la interrelación entre los cultivos fijadores de nitrógeno y los cultivos que lo requieren. Las leguminosas, como la alfalfa y el trébol, captan el nitrógeno disponible de la atmósfera y lo almacenan en nódulos en sus raíces. ^{[ 11 ]} Al cosechar la planta, la biomasa de las raíces no recolectadas se descompone, liberando el nitrógeno almacenado para futuros cultivos. ^{[ 12 ]}

Los cereales y las gramíneas son cultivos de cobertura frecuentes debido a las numerosas ventajas que aportan a la calidad y estructura del suelo. ^{[ 13 ]} Los sistemas radiculares densos y extensos dan una estructura amplia al suelo circundante y proporcionan una biomasa significativa para la materia orgánica del suelo .

Los pastos y los cereales son clave en el control de malezas, ya que compiten con plantas no deseadas por el espacio y los nutrientes del suelo. ^{[ 14 ]}

El abono verde es un cultivo que se mezcla con el suelo. Tanto las leguminosas fijadoras de nitrógeno como las que absorben nutrientes, como los pastos, pueden utilizarse como abono verde. ^{[ 11 ]} El abono verde de leguminosas es una excelente fuente de nitrógeno, especialmente para sistemas orgánicos; sin embargo, la biomasa de leguminosas no contribuye a la materia orgánica duradera del suelo como lo hacen los pastos. ^{[ 11 ]}

Los sistemas de rotación de cultivos pueden enriquecerse con otras prácticas, como la incorporación de ganado y estiércol ^{[ 16 ]} , y mediante el cultivo simultáneo de más de un cultivo en un mismo campo. Un monocultivo es un cultivo que crece solo en un campo. Un policultivo implica el crecimiento de dos o más cultivos en el mismo lugar y al mismo tiempo. Las rotaciones de cultivos pueden aplicarse tanto a monocultivos como a policultivos, lo que da lugar a múltiples maneras de aumentar la biodiversidad agrícola (tabla) ^{[ 17 ] .}

La introducción de ganado permite un uso más eficiente del césped y los cultivos de cobertura críticos ; el ganado (a través del estiércol ) puede distribuir los nutrientes de estos cultivos por todo el suelo en lugar de extraerlos de la granja mediante la venta de heno. ^{[ 10 ]}

La agricultura mixta, o la práctica de cultivar plantas con la incorporación de ganado, puede ayudar a gestionar los cultivos mediante la rotación y el ciclo de nutrientes. Los residuos de los cultivos proporcionan alimento para los animales, mientras que estos proporcionan estiércol para reponer los nutrientes de los cultivos y fuerza de tiro. Estos procesos promueven el ciclo interno de nutrientes y minimizan la necesidad de fertilizantes sintéticos y maquinaria pesada. Como beneficio adicional, el ganado vacuno, ovino y/o caprino proporciona leche y puede constituir un cultivo comercial en épocas de dificultades económicas. ^{[ 18 ]}

Los sistemas de policultivo , como el cultivo intercalado o la siembra asociada , ofrecen mayor diversidad y complejidad dentro de la misma temporada o rotación. Un ejemplo es el sistema de las Tres Hermanas , que consiste en el cultivo intercalado de maíz con frijoles trepadores y calabazas trepadoras. En este sistema, los frijoles aportan nitrógeno; el maíz sirve de soporte para los frijoles y como barrera contra el barrenador de la calabaza; y la calabaza trepadora proporciona una cubierta vegetal que suprime las malas hierbas y disuade a los mapaches que se alimentan de maíz. ^{[ 7 ]}

El doble cultivo es común cuando se cultivan dos cultivos, generalmente de especies diferentes, de forma secuencial en la misma temporada de cultivo, o cuando un cultivo (por ejemplo, hortalizas) se cultiva continuamente con un cultivo de cobertura (por ejemplo, trigo). ^{[ 6 ]} Esto resulta ventajoso para las pequeñas explotaciones, que a menudo no pueden permitirse dejar cultivos de cobertura para regenerar el suelo durante períodos prolongados, como sí pueden hacerlo las explotaciones más grandes. Cuando se implementa el cultivo múltiple en pequeñas explotaciones, estos sistemas pueden maximizar los beneficios de la rotación de cultivos en los recursos de tierra disponibles. ^{[ 9 ]}

La rotación de cultivos es una práctica obligatoria en los Estados Unidos para las granjas que buscan la certificación orgánica . ^{[ 19 ]} El “Estándar de Práctica de Rotación de Cultivos” para el Programa Nacional Orgánico bajo el Código de Regulaciones Federales de los Estados Unidos , sección §205.205, establece que

Los agricultores están obligados a implementar una rotación de cultivos que mantenga o aumente la materia orgánica del suelo, controle las plagas, gestione y conserve los nutrientes y proteja contra la erosión. Los productores de cultivos perennes que no se rotan pueden utilizar otras prácticas, como cultivos de cobertura, para mantener la salud del suelo . ^{[ 10 ]}

Además de reducir la necesidad de insumos (al controlar plagas y malezas y aumentar los nutrientes disponibles), la rotación de cultivos ayuda a los productores orgánicos a aumentar la cantidad de biodiversidad en sus fincas. ^{[ 10 ]} La biodiversidad también es un requisito de la certificación orgánica, sin embargo, no existen reglas establecidas para regular o reforzar este estándar. ^{[ 10 ]} Aumentar la biodiversidad de los cultivos tiene efectos beneficiosos en el ecosistema circundante y puede albergar una mayor diversidad de fauna, insectos, ^{[ 10 ]} y microorganismos beneficiosos en el suelo ^{[ 10 ]} como encontraron McDaniel et al 2014 y Lori et al 2017. ^{[ 20 ]} Algunos estudios señalan una mayor disponibilidad de nutrientes de la rotación de cultivos en sistemas orgánicos en comparación con las prácticas convencionales, ya que las prácticas orgánicas tienen menos probabilidades de inhibir los microbios beneficiosos en la materia orgánica del suelo. ^{[ 21 ]}

Aunque los cultivos múltiples y los cultivos intercalados se benefician de muchos de los mismos principios que la rotación de cultivos, no satisfacen el requisito del NOP . ^{[ 10 ]}

La rotación de cultivos con diferentes especies permite aumentar la materia orgánica del suelo (MOS), mejorar su estructura y optimizar el entorno químico y biológico del suelo para los cultivos. Con mayor MOS, mejora la infiltración y retención de agua, lo que se traduce en una mayor tolerancia a la sequía y una menor erosión.

La materia orgánica del suelo es una mezcla de material en descomposición de biomasa con microorganismos activos . La rotación de cultivos, por naturaleza, aumenta la exposición a la biomasa de césped, abono verde y otros restos vegetales. La menor necesidad de labranza intensiva bajo la rotación de cultivos permite que la agregación de biomasa conduzca a una mayor retención y utilización de nutrientes, disminuyendo la necesidad de nutrientes adicionales. ^{[ 8 ]} Con la labranza, la alteración y oxidación del suelo crea un entorno menos propicio para la diversidad y proliferación de microorganismos en el suelo. Estos microorganismos son los que hacen que los nutrientes estén disponibles para las plantas. Por lo tanto, donde la materia orgánica del suelo "activa" es clave para un suelo productivo, un suelo con baja actividad microbiana proporciona significativamente menos nutrientes a las plantas; esto es cierto incluso si la cantidad de biomasa que queda en el suelo puede ser la misma.

Los microorganismos del suelo también disminuyen la actividad de patógenos y plagas mediante la competencia. Además, las plantas producen exudados radiculares y otras sustancias químicas que modifican tanto el entorno del suelo como el de las malas hierbas. Por lo tanto, la rotación permite aumentar los rendimientos gracias a la disponibilidad de nutrientes, pero también mitigar la alelopatía y la competencia con las malas hierbas. ^{[ 23 ]}

Las rotaciones de cultivos aumentan considerablemente el contenido de carbono orgánico del suelo (COS) , el principal componente de la materia orgánica del suelo . ^{[ 24 ]} El carbono, junto con el hidrógeno y el oxígeno, es un macronutriente para las plantas. Se ha demostrado que las rotaciones muy diversas que abarcan largos períodos de tiempo son aún más efectivas para aumentar el COS, mientras que las perturbaciones del suelo (por ejemplo, por la labranza) son responsables de una disminución exponencial en los niveles de COS. ^{[ 24 ]} En Brasil, la conversión a métodos de siembra directa combinados con rotaciones de cultivos intensivas ha demostrado una tasa de secuestro de COS de 0,41 toneladas por hectárea por año. ^{[ 25 ]}

Además de mejorar la productividad de los cultivos, el secuestro de carbono atmosférico tiene importantes implicaciones en la reducción de las tasas de cambio climático al eliminar el dióxido de carbono del aire.

Las rotaciones de cultivos pueden aportar nutrientes al suelo. Las leguminosas , plantas de la familia Fabaceae , poseen nódulos en sus raíces que contienen bacterias fijadoras de nitrógeno llamadas rizobios . Durante un proceso denominado nodulación, las bacterias rizobios utilizan los nutrientes y el agua que les proporciona la planta para convertir el nitrógeno atmosférico en amoníaco, que posteriormente se transforma en un compuesto orgánico que la planta puede utilizar como fuente de nitrógeno. ^{[ 26 ]} Por lo tanto, desde el punto de vista agrícola, resulta beneficioso alternarlas con cereales (familia Poaceae ) y otras plantas que requieren nitratos . La cantidad de nitrógeno disponible para las plantas depende de factores como el tipo de leguminosa, la eficacia de las bacterias rizobios, las condiciones del suelo y la disponibilidad de los elementos necesarios para su nutrición. ^{[ 27 ]}

La rotación de cultivos ayuda a controlar las plagas y enfermedades que pueden establecerse en el suelo con el tiempo. El cambio de cultivos en una secuencia disminuye el nivel de población de plagas al (1) interrumpir los ciclos de vida de las plagas y (2) interrumpir su hábitat. ^{[ 9 ]} Las plantas dentro de la misma familia taxonómica tienden a tener plagas y patógenos similares. Al cambiar regularmente los cultivos y mantener el suelo ocupado por cultivos de cobertura en lugar de dejarlo en barbecho, los ciclos de las plagas pueden romperse o limitarse, especialmente los ciclos que se benefician de la hibernación en los residuos. ^{[ 28 ]} Este principio se utiliza en la agricultura orgánica , donde el control de plagas debe lograrse sin pesticidas sintéticos. ^{[ 16 ]}

La integración de ciertos cultivos, especialmente cultivos de cobertura , en las rotaciones de cultivos es de particular valor para el manejo de malezas . Estos cultivos desplazan a las malezas mediante la competencia. Además, el césped y el compost de los cultivos de cobertura y el abono verde ralentizan el crecimiento de las malezas que aún logran penetrar en el suelo, lo que les otorga una ventaja competitiva adicional. Al ralentizar el crecimiento y la proliferación de malezas mientras se cultivan los cultivos de cobertura, los agricultores reducen considerablemente la presencia de malezas en cultivos futuros, incluidos los cultivos de raíces superficiales y los cultivos en hileras, que son menos resistentes a las malezas. Por lo tanto, los cultivos de cobertura se consideran cultivos de conservación porque protegen las tierras en barbecho de ser invadidas por malezas. ^{[ 28 ]}

Este sistema presenta ventajas sobre otras prácticas comunes para el control de malezas, como la labranza . La labranza busca inhibir el crecimiento de malezas mediante la remoción del suelo; sin embargo, esto tiene el efecto contrario de exponer semillas de malezas que podrían haber quedado enterradas y, a su vez, enterrar semillas valiosas de los cultivos. Con la rotación de cultivos, la cantidad de semillas viables en el suelo se reduce gracias a la disminución de la población de malezas.

Además de su impacto negativo en la calidad y el rendimiento de los cultivos, las malas hierbas pueden ralentizar el proceso de cosecha. Las malas hierbas hacen que los agricultores sean menos eficientes al cosechar, ya que malezas como la correhuela y el polígono pueden enredarse en la maquinaria, lo que provoca una cosecha intermitente. ^{[ 29 ]}

La rotación de cultivos puede reducir significativamente la cantidad de suelo perdido por erosión hídrica. En áreas altamente susceptibles a la erosión, las prácticas de manejo agrícola, como la labranza cero o reducida, pueden complementarse con métodos específicos de rotación de cultivos para disminuir el impacto de las gotas de lluvia, el desprendimiento y transporte de sedimentos , la escorrentía superficial y la pérdida de suelo. ^{[ 30 ]}

La protección contra la pérdida de suelo se maximiza con métodos de rotación que dejan la mayor masa de rastrojo (residuo vegetal que queda después de la cosecha) sobre el suelo. La cobertura de rastrojo en contacto con el suelo minimiza la erosión hídrica al reducir la velocidad del flujo superficial, la fuerza de la corriente y, por lo tanto, la capacidad del agua para desprender y transportar sedimentos. ^{[ 31 ]} La erosión y el sellado del suelo evitan la alteración y el desprendimiento de los agregados del suelo que causan el bloqueo de los macroporos, la disminución de la infiltración y el aumento de la escorrentía. ^{[ 32 ]} Esto mejora significativamente la resiliencia de los suelos cuando se someten a períodos de erosión y estrés.

Cuando un cultivo forrajero se descompone, se forman productos aglutinantes que actúan como un adhesivo en el suelo, lo que hace que las partículas se adhieran entre sí y formen agregados. ^{[ 33 ]} La formación de agregados del suelo es importante para el control de la erosión, ya que resisten mejor el impacto de las gotas de lluvia y la erosión hídrica. Los agregados del suelo también reducen la erosión eólica, porque son partículas más grandes y más resistentes a la abrasión producida por las prácticas de labranza. ^{[ 34 ]}

El efecto de la rotación de cultivos en el control de la erosión varía según el clima. En regiones con condiciones climáticas relativamente constantes, donde se asumen niveles anuales de precipitación y temperatura, las rotaciones de cultivos rígidas pueden producir un crecimiento vegetal y una cobertura del suelo suficientes. En regiones donde las condiciones climáticas son menos predecibles y pueden ocurrir períodos inesperados de lluvia y sequía, es necesario un enfoque más flexible para la cobertura del suelo mediante la rotación de cultivos. Un sistema de cultivo de oportunidad promueve una cobertura del suelo adecuada bajo estas condiciones climáticas erráticas. ^{[ 35 ]} En un sistema de cultivo de oportunidad, los cultivos se siembran cuando la humedad del suelo es adecuada y existe una ventana de siembra confiable. Es probable que este tipo de sistema de cultivo produzca una mejor cobertura del suelo que una rotación de cultivos rígida porque los cultivos solo se siembran en condiciones óptimas, mientras que los sistemas rígidos no necesariamente se siembran en las mejores condiciones disponibles. ^{[ 36 ]}

Las rotaciones de cultivos también afectan el momento y la duración del barbecho en un campo. ^{[ 37 ]} Esto es muy importante porque, dependiendo del clima de una región en particular, un campo podría ser más vulnerable a la erosión cuando está en barbecho. Un manejo eficiente del barbecho es esencial para reducir la erosión en un sistema de rotación de cultivos. La labranza cero es una práctica de manejo fundamental que promueve la retención de rastrojo de cultivo durante barbechos no planificados más prolongados cuando no se pueden sembrar cultivos. ^{[ 35 ]} Estas prácticas de manejo que logran mantener una cobertura de suelo adecuada en áreas en barbecho reducirán en última instancia la pérdida de suelo. En un estudio reciente que duró una década, se encontró que un cultivo de cobertura de invierno común después de la cosecha de papa, como el centeno de otoño, puede reducir la escorrentía del suelo hasta en un 43%, y este suele ser el suelo más nutritivo. ^{[ 38 ]}

El aumento de la biodiversidad de los cultivos tiene efectos beneficiosos en el ecosistema circundante y puede albergar una mayor diversidad de fauna, insectos ^{[ 10 ]} y microorganismos beneficiosos en el suelo ^{[ 10 ]} como encontraron McDaniel et al. 2014 y Lori et al. 2017. ^{[ 20 ]} Algunos estudios señalan una mayor disponibilidad de nutrientes a partir de la rotación de cultivos en sistemas orgánicos en comparación con las prácticas convencionales, ya que las prácticas orgánicas tienen menos probabilidades de inhibir los microbios beneficiosos en la materia orgánica del suelo, como las micorrizas arbusculares, que aumentan la absorción de nutrientes en las plantas. ^{[ 21 ]} El aumento de la biodiversidad también aumenta la resiliencia de los sistemas agroecológicos. ^{[ 8 ]}

La rotación de cultivos contribuye a aumentar los rendimientos mediante una mejor nutrición del suelo. Al requerir la siembra y la cosecha de diferentes cultivos en momentos distintos, se puede cultivar más tierra con la misma cantidad de maquinaria y mano de obra.

La rotación de cultivos puede reducir los riesgos de condiciones climáticas adversas para el agricultor individual. ^{[ 39 ] [ 40 ]}