Introducción

En la Comarca Lagunera la producción de forraje para alimentar el ganado lechero se realiza intensamente bajo riego con cultivos perennes como alfalfa y tres ciclos de cultivos anuales de maíz, sorgo y cereales de otoño-invierno. El principal cereal de invierno es la avena, mientras que en primavera y verano se obtienen dos cosechas de maíz o de sorgo (^{Santamaría et al., 2006}), todos producidos con un sistema de labranza convencional. La alfalfa es importante en la rotación de cultivos en la región porque produce forraje de calidad y contribuye a la acumulación de C y N lábiles, además de mejorar la utilización del N por las siguientes especies anuales en la rotación de cultivos (^{Chen et al., 2019}; ^{Zhou et al., 2019}). Sin embargo, considerando que los cultivos anuales se establecen con labranza convencional, con al menos un paso de arado en el año y una o dos pasadas de rastra antes de la siembra de cada cultivo, el periodo de transición del cultivo perenne a la siembra de cultivos anuales es crítico porque ocurren pérdidas de carbono orgánico en el suelo.

De acuerdo con ^{Chen et al. (2019}) estas pérdidas pueden alcanzar hasta 30% en cultivos anuales con labranza convencional respecto a la labranza reducida. La adición de residuos agrícolas al suelo es una práctica que se realiza con el objetivo de mejorar las propiedades físicas y químicas del suelo y aportar nutrientes, pero para estos nutrientes puedan ser absorbidos por las plantas debe ocurrir un proceso de transformación denominado mineralización. Durante el proceso de mineralización, diversos factores como los organismos del suelo, la temperatura, la humedad, la textura, el tipo de suelo y la concentración de C y N intervienen en la descomposición de los residuos de cultivos (^{Monsalve et al., 2017}). Adicionalmente, la composición bioquímica de los residuos influye de manera importante ya que diversos estudios describen la calidad de los residuos por el contenido de N y C y el criterio de calidad que utilizan comúnmente para predecir la mineralización, es la relación C/N de los residuos (^{Trinsoutrot et al., 2000}).

En la producción de forrajes anuales en la región, la cantidad de residuos de cosecha incorporados al suelo es limitada porque la mayor proporción de la parte aérea es cosechada en los cultivos forrajeros. Además, los residuos de avena, maíz y sorgo son considerados de baja calidad para el suelo porque presentan valores altos de la relación C/N (31.4 a 56.4). Estos niveles de la relación C/N indican que probablemente ocurre un proceso de inmovilización de C y N en el suelo disminuyendo la disponibilidad de N para el aprovechamiento de los siguientes cultivos en la rotación (^{Lynch et al., 2016}; ^{Singh et al., 2021}). Para mejorar el manejo de los residuos de cosecha es importante incrementar la cantidad y calidad de residuos orgánicos aportados al suelo por medio de una mayor diversificación de cultivos forrajeros. ^{Zhou et al. (2019}) encontraron que una alta diversidad de especies aumenta la calidad de los residuos de plantas con una disminución de la relación C/N, lo cual favorece indirectamente la acumulación de carbono en el suelo.

Al respecto, los cultivos alternativos como canola, remolacha, garbanzo y brásicas forrajeras presentaron un potencial de rendimiento de MS similar o mayor al de las especies tradicionales (avena, trigo y triticale), mientras que su composición nutricional fue superior, con contenidos de proteína cruda de196 a 281 g kg^-1 (^{Reta et al., 2008}). El alto contenido de N en el forraje de los cultivos alternativos (31.36-44.96 g kg^-1) (^{Reta et al., 2008}) respecto a los observados en cultivos tradicionales (17.47-22.4 g kg^-1) (^{Reta et al., 2018}; ^{Sánchez-Duarte et al., 2019}) sugiere que sus residuos pueden ser de mayor calidad, con potencial para mejorar la disponibilidad del N en la rotación de cultivos, además de afectar favorablemente la acumulación de C en el suelo. El objetivo del estudio fue evaluar el aporte potencial de C y N al suelo en los residuos de forrajes alternativos y tradicionales durante el ciclo otoño-invierno.

Materiales y métodos

La investigación se realizó en los ciclos otoño-invierno 2017-2018 y 2018-2019 en el Campo Experimental la Laguna (CELALA) del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), ubicado en el municipio de Matamoros, Coahuila, México (103° 13’ 42” longitud oeste y 25° 31’ 41” latitud norte, a una altura de 1 100 msnm). Se utilizó un suelo con textura franco-arcillosa sin problemas de salinidad, con una profundidad mayor a 1.8 m y un pH de 8.14. El suelo presentó en el estrado 0-30 cm, un contenido de materia orgánica de 1.41% y concentraciones de NH₄-NO₃ y P de 11.05 mg kg^-1 y 5.16 mg kg^-1, respectivamente.

En los dos ciclos de crecimiento, la preparación del suelo consistió en realizar un barbecho, rastreo y la nivelación del terreno. Antes de la siembra se realizó el trazo del experimento y en cada parcela experimental se fertilizó con sulfato de amonio y fosfato monoamónico granulados, a razón de 50 kg N y 80 kg P₂O₅ ha^-1, respectivamente. Posteriormente, entre los cortes y después de los cortes se completó una dosis de fertilización nitrogenada de 250 kg ha^-1. Los fertilizantes se aplicaron y se incorporaron en forma manual. La siembra de todos los cultivos se realizó manualmente en suelo seco el 15 de septiembre de 2017 y el 12 de octubre en el 2018. Se evaluaron 11 especies forrajeras en 17 tratamientos basados en cultivos alternativos y tradicionales con capacidad de rebrote y adaptación al ciclo de producción otoño-invierno en la región.

Los cultivos y cultivares tradicionales utilizados fueron los siguientes: de avena (Avena sativa L.) variedades Cuauhtemoc y Karma; de cebada (Hordeum vulgare L.) variedades Cántabra y Narro 95; de triticale (x Triticosecale Wittmack) variedades Río Nazas y AN 105; de trigo (Triticum aestivum L.) variedades Salamanca y AN 265; de trébol Alejandrino (Trifolium alexandrinum L.) cultivar Multicut; de ballico anual (Lolium multiflorum Lam.), Tetraploide Oregón. Las especies alternativas y cultivares evaluados fueron las siguientes: de garbanzo (Cicer arietinum L.), variedad garbanzo porquero; de canola (Brassica napus L.), cultivar de primavera Ortegón y cultivar de invierno Riley; de remolacha (Beta vulgaris L.) cultivar Starmon; de brásicas, cultivar ‘Winfred’ (Brassica oleracea L. x Brassica rapa L.) y cultivar Hunter (Brassica rapa L. x Brassica napus L.); de rábano forrajero, cultivar Graza (Raphanus sativus L. x Brassica oleracea L., Raphanus maritumus L.). Los cultivos brásica ‘Winfred’, brásica ‘Hunter’ y rábano ‘Graza’ sólo se evaluaron en el ciclo 2018-2019.

El área experimental fue irrigada mediante un sistema de tubos de plástico PVC con compuertas. Se midió el volumen de agua aplicada en cada parcela, aforando el caudal de agua en las compuertas de los tubos instalados para el riego y considerando el tiempo de riego en cada parcela experimental. Se aplicó un riego el mismo día de la siembra con una lámina de 150 mm; ocho días después, se aplicó un riego ligero con una lámina de 60 mm. Durante el ciclo de producción se aplicaron seis riegos de auxilio con una lámina total de 75 cm en avena, triticale, trigo, trébol y brásica Hunter, mientras que, en cebada, brásica Winfred y rábano Graza se aplicaron cinco riegos de auxilio con una lámina de 63 cm.

También se completó la dosis de fertilización nitrogenada (250 kg ha^-1), con 55 kg ha^-1 a los 33 dds, 90 kg ha^-1 después del primer corte en cada especie entre los 77 y 112 dds, y 55 kg ha^-1 antes del segundo corte entre los 112 y 135 dds. Se utilizó un diseño experimental de bloques completos al azar con cuatro repeticiones, en cada una de las cuales se distribuyeron al azar los 17 tratamientos. Cada una de las 68 parcelas experimentales consistió en 20 surcos a 0.18 m de separación y 6 m de longitud. En la cosecha se determinaron los rendimientos de forraje fresco y de MS. La parcela útil para determinar el rendimiento de forraje fue de 14.4 m², cosechando 16 surcos centrales de 5 m de longitud.

El contenido de MS se obtuvo en una muestra de 0.72 m² tomada al azar de la muestra usada para las mediciones del rendimiento de MS. Para ello se muestrearon dos de los surcos centrales de cada parcela de 2 m de longitud. Las plantas muestreadas se secaron a 60 °C en una estufa de aire forzado Marca Shel Lab Modelo FX28-2 hasta alcanzar peso constante. El rendimiento de MS se determinó multiplicando el rendimiento de forraje fresco por el contenido de MS de cada parcela. En el ciclo 2017-2018 se realizaron tres cosechas en los cereales en la etapa de embuche, en el ballico y el trébol Alejandrino se realizaron cinco cosechas en etapa vegetativa; la canola y la remolacha se cosecharon en tres ocasiones también en etapa vegetativa, mientras que el garbanzo se cosechó sólo una vez en la etapa de floración.

En el ciclo 2018-2019, los cereales se cosecharon en dos ocasiones en la etapa de embuche; el garbanzo se cosechó sólo en una ocasión en la etapa de floración y formación de vainas; mientras que en el resto de las especies las cosechas se realizaron en la etapa vegetativa, con dos cosechas en las brásicas, remolacha, rábano y canola, mientras que el ballico y el trébol Alejandrino se cosecharon en cuatro y tres ocasiones, respectivamente. Después de la cosecha de todos los cultivos, el 20 de marzo de 2018 correspondiente al primer ciclo y el 26 de marzo 2019 del segundo ciclo, se recolectó el residuo de la cosecha en dos puntos de muestreo en una superficie de 0.25 m² (0.5 x 0.5 m) tomadas al azar en cada parcela experimental, donde se incluyeron la raíz (20 cm profundidad) y residuos de órganos de la parte aérea. En cada muestra se cribó el suelo separando los residuos de plantas, las cuales posteriormente fueron lavadas para eliminar el suelo adherido.

Las muestras se secaron en una estufa de aire forzado Marca Shel Lab Modelo FX28-2 a 60 °C hasta alcanzar un peso constante, y posteriormente se obtuvo el peso de la materia seca. Las muestras de forraje seco se molieron en un molino Wiley (Thomas Scientific Swedesboro, NJ USA) con malla de 1 mm. Se realizó un cuarteo de la muestra molida con el fin de obtener una submuestra representativa de cada parcela en todas las cosechas realizadas y posteriormente se realizó el proceso de tamizado utilizando un tamiz de 100 µm. Para determinar los contenidos de C y N por el método de combustión seca se pesaron entre 10 y 15 mg de forraje con una balanza analítica OAHUS PA224C, previamente secado a temperatura ambiente y tamizado a 100 µm. Las muestras se calcinaron en el Analizador Elemental (Thermo Fisher Scientific Modelo Flash 2000) a 950 °C usando oxígeno como agente oxidante (^{AOAC, 2005}).

Los datos meteorológicos fueron obtenidos de una estación de clima localizada en el sitio experimental. Las condiciones de clima en los dos años del estudio fueron similares en temperaturas medias, con una mayor precipitación pluvial en septiembre de 2018, lo cual retrasó el establecimiento del segundo ciclo hasta el 12 de octubre de 2018 (Cuadro 1). Debido a esta situación, junto con el hecho de que algunas especies sólo se evaluaron durante el segundo ciclo, los análisis estadísticos de las variables obtenidas se realizaron por año. Se realizaron análisis de varianza (p≤ 0.05) para los datos de rendimiento de MS total de forraje y para los contenidos de N y C, relación C/N y rendimiento de MS, N y C en los residuos (parte aérea y raíz). Para comparar las medias se utilizó la prueba de la diferencia mínima significativa protegida de Fisher (p≤ 0.05). El análisis de la información se efectuó con el programa estadístico SAS (^{SAS Institute, 2011}).

Resultados y discusión

Conclusiones

Una mayor diversidad de forrajes en el ciclo de producción de otoño-invierno con especies de forrajes alternativos como brásicas, rábano, canola y remolacha puede contribuir a mejorar la aportación de C y N al suelo en sus residuos de cosecha con mejor calidad respecto a forrajes tradicionales y al mismo tiempo a mantener o a incrementar el rendimiento de forraje en el ciclo de producción.