Effect of cover crops on soil quality parameters of a Fraternidad soil (Typic Haplusterts) at Lajas Valley Agricultural Reserve, Puerto Rico

Abstract

Efforts to develop better soil management practices are the key for achieving sustainable ecosystems. Cover crops are one of the many tools available to achieve this goal, that is why we evaluated the effect of ten species on different soil quality parameters. The ten cover crop species were grouped in four types: 1) Legumes, that included, Mucuna pruriens (Mucuna), Crotalaria juncea (Sunn hemp), and Vigna unguiculata (Cowpea); 2) Grasses, that included, Sorghum bicolor (Soghum), and Pennisetum glaucum (Pearl millet); 3) Broadleaves, that included Fagopyrum esculentum (Buckwheat), Helianthus annuus (Sunflower), and Sesamum indicum (Sesame); and 4) Brassicas, that included, Eruca sativa (Arugula) and Raphanus sativus (Radish). Cover crops were sown individually in four growing cycles during a year with residue incorporation after each cycle. Three soil samplings were performed: before any incorporation of cover crop residues, after one incorporation, and after three incorporations. The soil quality parameters evaluated were texture, bulk density, aggregate stability, pH, electrical conductivity, organic carbon, nitrate, available phosphorus, exchangeable potassium, magnesium, sodium, calcium, basal respiration, and dehydrogenase activity. Aggregate stability significantly increased after cover crop incorporation from 35.2% to 50.3%. There was a significant increase in nitrate (N-NO₃^- ) from 1.55 mg/kg after one incorporation to 3.45 mg/kg after three incorporations, with legumes having the highest input of 3.95 mg/kg. Organic carbon increased from 1.91% to 2.14% after the third incorporation of cover crop residue, but no difference was observed among cover crop species. The legumes, grasses, and broadleaves evaluated are great cover crop options and can provide high fresh yield, mulch, weed suppression, and long and short-term ground cover. Brassicas did not tolerate water ponding conditions and had poor establishment, therefore are not recommended for locations where low permeability soils prevail. In just one year, with cover cropping an increase was observed in soil aggregate stability, organic carbon, NO₃^- - nitrogen and exchangeable potassium as well as a decreased in soil resistance to penetration.

Esfuerzos para desarrollar mejores prácticas de manejo de suelo son pieza clave para lograr ecosistemas sostenibles. Las plantas de cobertura son una de las herramientas para poder alcanzar este objetivo, por tal razón evaluamos el efecto de diez especies sobre diferentes parámetros de calidad de suelo. Las diez especies se agruparon en cuatro tipos: 1) Leguminosas, Mucuna pruriens (Mucuna), Crotalaria juncea (Crotalaria) y Vigna unguiculata (Caupí); 2) Gramíneas, Sorghum bicolor (Sorgo), y Pennisetum glaucum (Mijo perla), 3) Hoja ancha, Fagopyrum esculentum (Alforfón), Helianthus annuus (Girasol) y Sesamum indicum (Sésamo); y 4) Brassicas, Eruca sativa (Arúgala) y Raphanus sativus (Rábano). Las plantas fueron sembradas individualmente durante cuatro ciclos de crecimiento con incorporación de residuo vegetal luego de cada ciclo. Se realizaron tres muestreos de suelo: inicial, luego de una incorporación y luego de tres incorporaciones. Los parámetros de calidad evaluados fueron: textura, densidad aparente, estabilidad de agregados, pH, conductividad eléctrica, contenido de carbono orgánico y nitrato, fósforo disponible, potasio, magnesio, sodio y calcio intercambiables, respiración basal y actividad de deshidrogenasa. La estabilidad de agregados presentó un aumento luego de la incorporación del residuo vegetal de 35.2% a 59.3%. Hubo un aumento significativo en nitrato (N-NO₃^-) de 1.55 mg/kg luego de una incorporación, a 3.45 mg/kg luego de tres incorporaciones. Las leguminosas presentaron la mayor aportación de N-NO₃^- con 3.95 mg/kg. El carbono orgánico aumentó significativamente de 1.91% a 2.14% luego de tres incorporaciones de residuo vegetal, pero no hubo diferencia entre el tipo de cobertoras. Las leguminosas, gramíneas, y hojas anchas evaluadas son excelentes opciones como cobertoras por su alto rendimiento de materia fresca, su aportación de mantillo al suelo, capacidad de suprimir malezas, y proveer cobertura a corto y largo plazo. Las brassicas no toleraron estancamiento de agua y mostraron un pobre establecimiento, por lo que no se recomiendan para suelos con pobre permeabilidad. En tan solo un año de siembra de plantas de cobertura se pudo observar un aumento en estabilidad de agregados, carbono orgánico, nitrógeno y potasio y una disminución en la resistencia a penetración del suelo.