Uso y manejo de leguminosas y su aporte a la sostenibilidad de sistemas de producción

en zonas tropicales

Ing. Teresa Barrera

RESUMEN

Las leguminosas son importantes para el desarrollo sustentable de la agricultura,

debido a su capacidad para fijar N atmosférico en simbiosis con Rhizobium, lo cual es

importante desde el punto de vista del mejoramiento de la fertilidad del suelo, el ahorro de

fertilizantes nitrogenados y de la reducción de los costos de producción. Varias zonas del

país ofrecen las condiciones agro-climáticas necesarias para el desarrollo de diversas

especies. La amplia adaptabilidad de algunas variedades facilita la producción durante todo

el año. No obstante, en general son cultivos de bajo rendimiento generando cosechas

pobres e inestables.

El uso y manejo agrícola de las leguminosas debe hacerse considerando sus aportes

y desempeños, tanto como abonos verdes y cultivos asociados, como en la rotación con

otros cultivos.  Cada especie, tanto si es como cultivo principal como si es cultivo asociado,

tiene unas características específicas definidas por su biomasa, su rapidez de crecimiento, la

cantidad de residuos que aporta, la incompatibilidad o compatibilidad con el cultivo

anterior o siguiente en la rotación o asociación, los diferentes requerimientos químicos,

físicos y biológicos. Todo esto hay que tenerlo presente a la hora de seleccionar su uso y

manejo en los agrosistemas del trópico en la búsqueda de la sustentabilidad.

INTRODUCCIÓN

La abundante radiación solar junto a una marcada disponibilidad de humedad en las

regiones tropicales estimulan la descomposición de la materia orgánica del suelo. En

agroecosistemas con bajo uso de insumos, este proceso puede ser compensado con el

cultivo de leguminosas utilizadas como abonos verdes, cultivos asociados y en rotación con

otros cultivos. 

Las leguminosas son cultivos claves para el desarrollo sustentable de la agricultura,

debido a su capacidad para fijar N atmosférico en simbiosis con Rhizobium, lo cual es

importante desde el punto de vista de ahorro de fertilizantes nitrogenados y de la reducción

de los costos de producción. Además, el uso de cultivos fijadores de nitrógeno representa:

1) reducción de la contaminación del agua del subsuelo en comparación a otros cultivos

como los cereales, los cuales requieren de mayor fertilización; 2) aumento de la producción

de proteína debido al alto contenido proteico de las leguminosas; 3) contribución de N para

los cultivos siguientes y 4) aumento de la fertilidad del suelo, lo cual permite desarrollar

agroecosistemas sustentables con mínima utilización de agroquímicos (Hardarson, 1999;

Martínez et al., 2007).

Dada la importancia de las leguminosas en la búsqueda de la sostenibilidad en los

sistemas de producción en las zonas tropicales, a continuación se realizará una revisión del

uso y manejo agrícola de estos cultivos, considerando sus aportes y desempeños tanto como

abonos verdes y cultivos asociados, como en la rotación con otros cultivos. 

FIJACIÓN BIOLÓGICA DEL NITRÓGENO POR LAS LEGUMINOSAS Y

BIOFERTILIZACIÓN

Las leguminosas fijan N atmosférico (N2) en simbiosis con Rhizobium, por lo que la

aplicación de este elemento es relativamente baja comparada con otros cultivos agrícolas no

leguminosos. El proceso de fijación biológica del N atmosférico (N2) implica su conversión

a NH3 en organismos y la combinación del NH3 con productos metabólicos para formar

aminoácidos y proteínas. En las leguminosas este proceso ocurre mediante la asociación

simbiótica que establecen con bacterias de la familia Rhizobiaceae, principalmente con los

géneros Rhizobium, BradyRhizobium y AzoRhizobium, las cuales infectan y nodulan las

raíces de la planta. La cantidad de N2 fijado por la planta depende del suelo, de las

condiciones ambientales y el genotipo (Fageria et al., 1997; Jimenez y Peña, 2000).

El color interno de los nódulos constituye una característica utilizada para medir la

efectividad de la fijación. Cuando la simbiosis funciona con efectividad, tienen una

coloración de rosada a roja debido a la presencia del pigmento leghemoglobina, cuya

función consiste en regular los niveles de O2 y aportar este elemento a las bacterias. Los

nódulos de color claro indican en general poca o ninguna eficiencia en la fijación de N2

(Martínez et al., 2007).

Un requerimiento importante para la fijación de N2 de forma asociativa en las

leguminosas es la presencia de P asimilable, debido a que tiene un efecto fundamental en el

intercambio del carbono, en la multiplicación de las bacterias y en el mismo proceso de

fijación. El K también es necesario, pero en cantidades relativamente más pequeñas que el

P, e incluso es suficientemente conocido que altas dosis del elemento impiden el desarrollo

de las bacterias fijadoras. La falta de molibdeno (Mo), hierro (Fe), manganeso (Mn), boro

(B), cobalto (Co) y calcio (Ca) es crítica y puede inhibir la capacidad de fijación. La

presencia de amonio puede inhibir la fijación debido a que los microorganismos utilizan

preferiblemente el N mineral en lugar del N2 de la atmósfera (Martínez et al., 2007).

Los biofertilizantes son productos a base de microorganismos que viven

normalmente en el suelo, aunque en poblaciones bajas, y que, al incrementar sus

poblaciones por medio de la inoculación artificial, son capaces de poner a disposición de

las plantas, mediante su actividad biológica, una parte importante de los nutrientes que

necesitan para su desarrollo, así como de suministrar sustancias hormonales o promotoras

del crecimiento. Los mismos son utilizados en sistemas sustentables debido a que

constituyen un medio económicamente atractivo y ecológicamente aceptable de reducir los

insumos externos y mejorar la cantidad y calidad de los recursos internos (Martínez et al.,

2007).

Los únicos biofertilizantes que son utilizados extensamente en muchos países son

los que contienen las bacterias fijadoras de los géneros Rhizobium y BradyRhizobium que

establecen la fijación de N2 en las leguminosas (Martínez et al., 2007). La inoculación de

las semillas con una apropiada cepa de Rhizobium constituye una importante estrategia para

suplir de N a las leguminosas e incrementar sus rendimientos (Baligar y Fageria, 2007).

En el mismo sentido, la inoculación con microorganismos solubilizadores o

captadores de P (micorrizas) representa una solución a la baja disponibilidad de P en el

suelo, factor limitante en el rendimiento de las plantas fijadoras de N2 especialmente en los

agrosistemas tropicales (Gómez et al., 2000).

LEGUMINOSAS COMO ABONOS VERDES Y COMO CULTIVOS ASOCIADOS

La aplicación oportuna de materiales orgánicos con una baja relación C/N (abonos

verdes), como las leguminosas, puede sincronizar la liberación de nutrientes con la

demandas nutricionales de las plantas y reducir al mínimo la cantidad de fertilizantes

inorgánicos necesarios para mantener cultivos de alto rendimiento y ciclo corto como el

maíz, el arroz y la soja, todos los cuales tienen una alta demanda de nutrientes.

Las leguminosas como cultivos abonos verdes y cultivos asociados son capaces de:

Enriquecer el suelo con N fijado biológicamente;

Conservar y reciclar los nutrientes minerales del suelo;

Proporcionar cobertura superficial al suelo para reducir al mínimo la erosión del

suelo, y

Requieren poca inversión.

Sin embargo, se requiere mano de obra adicional para el establecimiento oportuno,

el mantenimiento y la incorporación de la leguminosa como abono verde. Además, es

importante señalar que la utilización de dichos abonos verdes no va a poder eliminar a corto

plazo un déficit nutricional específico, en cambio, va a aportar una gran parte de los

requisitos que son necesarios para mejorar y estabilizar las condiciones del suelo a mediano

y largo plazo, y así mejorar el crecimiento y el rendimiento del cultivo principal. Se debe

considerar por otra parte que cuando ciertas leguminosas no son indígenas, las cepas de

Rhizobium compatibles pueden no estar presentes; en este caso puede que sea necesaria la

inoculación o biofertilización con una cepa apropiada de Rhizobium (Hossner y Juo, 1999;

Martínez et al., 2007).

Tabla 1. Criterios adoptados por agricultores para la selección del uso y manejo de leguminosas en zonas tropicales

Especie leguminosa Aspectos positivos Aspectos negativos

Mucuna pruriens

- Mejora la fertilidad del suelo - No comestible- Suprime las malezas - No es buena como cultivo intercalado

- Produce abundante biomasa - Requiere de considerable mano de obra para incorporación

- Rápida maduración- Puede hospedar serpientes u otros animales indeseables

Canavalia ensiformis- Mejora la fertilidad del suelo - No comestible- Tiene valor forrajero- Buena como cultivo intercalado  

Crotalaria ochroleuca

- Mejora la fertilidad del suelo- Suprime las malezas- Las hojas se utilizan como hortalizas

Crotalaria grahamiana

- Mejora la fertilidad del suelo - Las orugas se comen las hojas- Suprime las malezas

Tephrosia vogelii- Mejora la fertilidad del suelo - Tiene problema de plagas que se

alimentan de las vainas, lo que conlleva a una pobre formación de semillas

Tithonia diversifolia - Mejora la fertilidad del suelo - Es una maleza- Medicinal

- Tiene propiedades plaguicidas

Fuente: Delve (2003).

La eficiencia de las leguminosas Crotalaria (Crotalaria juncea) y Mucuna-preta (Mucuna

aterrima), usadas como abono verde, en suplir el N para el cultivo de arroz; y la interacción entre

urea y abono verde en la utilización del N (urea) por el arroz fueron los aspectos evaluados por

Muraoka et al. (2002) en dos localidades de Brasil. Se corroboró que las leguminosas son

una buena alternativa como fuente de N, siendo equivalente o superior a la aplicación de 40

kg N ha-1 como urea para la producción de grano. Estas leguminosas pudieron suplir una

cantidad relativamente grande de N (149 kg N ha-1, Crotalaria y 362 kg N ha-1, Mucuna).

Los abonos verdes proporcionaron mejor uso del N del fertilizante, permitiendo una

eficiencia de hasta 79%.

Leguminosas como cultivos asociados

La práctica de cultivos asociados permite en muchos casos aumentar la

productividad o rendimiento, lo cual se atribuye a optimización del uso del espacio (físico y

temporal) y a una mejor utilización de los recursos por parte de las especies cultivadas, en

comparación con aquellas cultivadas de forma individual. En el caso de las leguminosas,

las mismas cumplen funciones de fuente de N, mejora de la estructura y de la actividad

microbiológica del suelo, conservación del agua, reciclaje de nutrientes y control de

malezas y plagas. Sin embargo, los efectos beneficiosos dependen de la maximización de

las interacciones positivas (facilitación) y la minimización de las interacciones negativas

(competencia) entre los cultivos involucrados (Ndakidemi, 2006; Baligar y Fageria, 2007).

Especies de leguminosas de crecimiento rápido como mucuna (Mucuna utilis) y

kudzú (Pueraria phaseoloides) pueden ser especialmente útiles como cultivos de cobertura

para el control de la erosión, la supresión de malezas y de restauración de la fertilidad del

suelo (Hossner y Juo, 1999).

Las características esenciales de los sistemas de cultivos asociados son la

intensificación en el espacio y el tiempo, y la competencia existente entre y dentro de los

componentes del sistema por luz, agua y nutrientes. Para mantener el rendimiento de

cultivos intercalados, hay que tener en cuenta la complementariedad en los patrones de uso

de los recursos (Oroka y Omoregie, 2007).

Aunque algunos investigadores han aportado pruebas de la transferencia directa de

N en la asociación con leguminosas (Hogh-Jensen y Schjoerring, 2000; Chu et al., 2004),

se cree que los beneficios N son principalmente para los cultivos siguientes a partir de las

raíces y nódulos se han podrido y las hojas caídas se han descompuesto (Evans et al.,

2001).

Tabla 2. Leguminosas comúnmente empleadas como cultivos de cobertura y algunas condiciones que favorecen su desarrollo

EspecieTipo de suelo1

Densidad de siembra (kg ha -1)

Separación entre hileras (cm)

Caupí (Vigna unguiculata) aL-A 20-25 40-50

Maní forrajero (Arachis pintoi) aL-L 110-120 30-60

Crotalaria (Crotalaria juncea) aL-A 10-20 45-50

Frijol terciopelo (Mucuna pruriens) aL 45-90 Diseminada

Kudzú tropical (Pueraria phaseoloides) L-AL 6-8 80-100

Tefrosia blanco aL-A 15-20 Diseminada

Frijol mungo (Vigna radiata) aL-AL 20-25 20-30

Frijol de palo (Cajanus cajan) aL-AL 12-15 50-90

Canavalia (Canavalia ensiformis) aL-AL 25-30 60-75

Frijol lablab (Dolichos lablab) aL-AL 20-30 75-100

Añil dulce (Indigofera hirsuta) aL 6–10 Diseminada

Frijol lima (Phaseolus lunatus) aL AL 80-90

Lenteja negra (Vigna mungu) L-A 13-22 25-30

Frijol arroz (Vigna umbellata) aL-AL 70-90 Diseminada

Frijol adzuki (Vigna angularis) aL 25-30 30-40

Campanita (Clitoria ternatea) aL-A 5–6 20–30

Calopo (Calopogonium mucunoides) aL-A 1–3 Diseminada

1 a: arenoso, L: limoso, A: arcilloso, aL: areno limoso, AL: arcillo limoso.Fuente: Baligar y Fageria (2007).

En la asociación con cultivos que demandan altas cantidades de N, como los

cereales, la competición por dicho nutriente puede estimular la fijación de N2 por las

leguminosas. Sin embargo es importante manipular y establecer como las prácticas de

manejo pueden influir en la fijación del N2 y la nutrición en los sistemas de producción en

zonas tropicales. Las leguminosas sembradas comúnmente como cultivos asociados con

cereales como el maíz, el sorgo o el mijo, son la caraota, el caupí (frijol) y el maní

(Ndakidemi, 2006).

Tabla 3. Características agronómicas de algunas leguminosas empleadas como cultivos de cobertura en zonas tropicales

Característica / EspecieMucuna deeringianum

Canavalia ensiformis

Lysiloma latisiliquum

Lysiloma latisiliquum

Sincronización con el maíz deficiente deficiente deficiente deficiente

Poblaciones de lombrices promedio baja baja adecuada

Mejora del microclima adecuada deficiente adecuada mínima

Liberación de N no cuantificada no cuantificada deficiente adecuada

Contribución a la MOS baja muy baja adecuada deficiente

Regeneración buena deficiente no aplicable no aplicable

Protección del suelo bastante aceptable mínima aceptable mínima

Control de malezas promedio muy bajo bajo muy bajo

Mano de obra alta promedio alta alta

Producción de Maiz promedio baja promedio alta

Desplazamiento de otros cultivos sí sí no no

Producción de semillas alta baja posible posible

Fuente: Bautista et al. (2008), Caamal et al. (2001).

Teniendo en cuenta la importancia de la complementariedad y el mantenimiento de

los rendimientos, Mohammed et al. (2008) evaluaron el crecimiento y la producción de

materia seca de los componentes del cultivo de sorgo y caupí asociados. Los tratamientos

consistían en treinta genotipos de frijol con diferentes periodos de maduración y hábitos de

crecimiento, con sorgo local en un arreglo 1:1 (una fila). Obtuvieron que la altura de la

planta, el número de días para la madurez y la materia seca de sorgo no se vio afectada por

el caupí. El porcentaje de plantas después de la emergencia y a la cosecha de los genotipos

de caupí no fue afectada por el sorgo.

En otro estudio, Barrios et al. (2008) evaluaron la adaptación como cobertura viva

en palma aceitera, a las condiciones tropicales venezolanas del estado Monagas, de 11

variedades pertenecientes a cuatro especies de leguminosas: Arachis pintoi, Centrosema

rotundifolium, Desmodium ovalifolium y Stylosanthes capitata. Para cada una se presentó

un incremento progresivo en el tiempo del índice de cobertura, el cual fue afectado por la

disponibilidad hídrica en el suelo. Las especies C. rotundifolium (CIAT 5260) y D.

ovalifolium (CIAT 13110 y CIAT 23665) mostraron mayor índice de cobertura en las

primeras etapas, mientras que D. ovalifolium fue la especie que mostró la más alta

capacidad competitiva y tendió a desplazar la población de malezas nativas.

En cuanto a la evaluación de aspectos agronómicos de cultivos asociados, Oroka y

Omoregie (2007) evaluaron para arroz de secano y caupí el efecto de la densidad de

siembra de plantas y de la tasa de fertilización nitrogenada sobre los rendimientos, al

sembrarlos como monocultivo y de forma asociada. Los tratamientos consistieron en cuatro

niveles de N en forma de urea (0, 15, 30 y 45 kg ha-1), tres densidades de siembra (50 000,

100 000 y 200 000 plantas ha-1) y tres patrones de cultivo (arroz monocultivo, caupí

monocultivo y arroz-frijol asociado). Según sus resultados, el rendimiento del arroz en

general disminuyó con la densidad en el sistema asociado, mientras que la producción de

semilla o grano del caupí y el arroz aumentó significativamente (P <0,05) con la densidad

sólo en monocultivo. En la tabla 3 se muestra el efecto de la densidad y de la fertilización

con N sobre la producción de semillas en caupí. El aumento de la tasa de N sólo afectó de

forma significativa (P <0,05) el rendimiento de arroz en monocultivo, sin embargo aumentó

en cierto grado el rendimiento de frijol en ambos sistemas. El caupí mostró ser el cultivo

dominante sobre el arroz, al evaluar el coeficiente de agresividad y los índices de

hacinamiento. La eficiencia de utilización del N fue alta a mayor densidad de siembra con

cultivos asociados, pero pobre en siembras monocultivo de alta densidad de población. Al

relacionar y evaluar los rendimientos por unidad de superficie cultivada de ambos sistemas

(asociado y monocultivo), concluyeron que existe una mejora en el uso de los recursos con

la mezcla de los cultivos.

Tabla 4. Efecto de la densidad de siembra de plantas y de la fertilización nitrogenada sobre la producción de semillas en caupí cultivado en monocultivo y asociado con arroz

Fuente: Oroka y Omoregie (2007).ROTACIÓN CON LEGUMINOSAS

Esta práctica evita que el suelo quede desnudo después de la cosecha del cultivo

comercial. El efecto beneficioso de las leguminosas a los cultivos posteriores se atribuye a

la adición de N y factores tales como el control de malezas, plagas y enfermedades, y a la

mejora de la capacidad de retención de agua del suelo. Además, permite reducir las

pérdidas de N y C, e incrementar el secuestro de C en el suelo en los sistemas agrarios

(Fageria et al., 2005).

Las leguminosas son excelentes cultivos de rotación dentro del mismo año de

producción del cultivo principal. Un ejemplo de ello es la rotación de frijol con cereales

(maíz, sorgo, entre otros). Este sistema de producción disminuye sustancialmente los costos

directos de producción al aprovecharse el efecto residual de los fertilizantes aplicados al

cultivo principal, incrementando de esta forma la eficiencia en el uso de la tierra y de todos

los medios de producción disponibles en las fincas (Solórzano, 2001).

Madeiros et al. (2005) al evaluar la rotación con arroz, obtuvieron buenos

rendimientos en el cultivo de frijol en campos de arroz, demostrando por lo tanto ser una

buena alternativa de rotación con dicho cereal.

En otro estudio, García et al. (2002) evaluaron el comportamiento de sistemas de

rotación con leguminosas de piña sola e intercalada con varios cultivos anuales,

establecieron un experimento usado un diseño de parcelas divididas, con cuatro

repeticiones, en donde las parcelas grandes fueron Mucuna deeringiana, Canavalia

ensiformis y sin rotación (testigo). Las parcelas chicas fueron los cultivos intercalados, que

se establecieron en las calles anchas de las filas dobles de piña. El trabajo se desarrolló en

tres fases: siembra de leguminosas, siembra de piña y siembra de cultivos intercalados:

maíz y frijol negro asociados, maíz solo, y chile habanero solo. Los rendimientos de los

cultivos intercalados obtenidos después de las rotaciones fueron altos en comparación con

los de las parcelas sin rotación. En el caso de la rotación con mucuna, el rendimiento de

maíz solo fue de 3750 kg ha-1, y asociado con frijol fue de 3875 kg ha -1; para frijol fue de

634 kg ha-1; y para chile habanero fue de 7551,8 kg ha-1. La mayor productividad se obtuvo

con la rotación con leguminosas, y la aparente estabilidad se alcanzó en corto tiempo. El

potencial productivo de sistemas como este implicó beneficios económicos hasta ocho

veces mayores al simple monocultivo de piña.

La rotación de maíz y micorrizas arbusculares con Canavalia (Canavalia ensiformis)

fue evaluada por Martín et al. (2007) con la finalidad de cuantificar el aporte de

nutrimentos luego de la incorporación de la leguminosa al suelo y su efecto en los

rendimientos del maíz. El diseño experimental fue de bloques al azar, con 4 repeticiones, en

esquema de parcelas subdivididas. Las parcelas principales fueron: barbecho (tratamiento

1) y Canavalia (tratamiento 2), sembrada como abono verde en rotación con maíz. En el

tercer tratamiento se sembró canavalia y al maíz se le aplicó la cepa de hongos

micorrizógenos arbusculares (HMA) (tratamiento 3). El aporte de fitomasa y nutrimentos

de Canavalia fue superior al barbecho al igual que la multiplicación de propágalos nativos

de HMA en el suelo. El maíz crecido en rotación con Canavalia y Canavalia + HMA

presentó rendimientos superiores al barbecho. y no hubo diferencias en la colonización

radical por HMA en estos tratamientos, lo que ratifica la posible influencia del abono verde

en la multiplicación de los propágalos micorrízicos del suelo y la colonización por el

cultivo sucesor en la rotación. La incorporación de la Canavalia fue equivalente a la

aplicación de 158,28 kg N ha-1 como fertilizante químico.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Cada especie de leguminosa, tanto si es como cultivo principal como si es cultivo

asociado, tiene unas características específicas definidas por su biomasa, su rapidez de

crecimiento, la cantidad de residuos que aporta, la incompatibilidad o compatibilidad con el

cultivo anterior o siguiente en la rotación o asociación, los diferentes requerimientos

químicos, físicos y biológicos. Todo esto hay que tenerlo presente a la hora de seleccionar

su uso y manejo en los agrosistemas del trópico en la búsqueda de la sustentabilidad.

Para reducir el uso de fertilizantes nitrogenados y la contaminación potencial del

agua del subsuelo, es necesario aumentar el uso y la eficiencia de sistemas fijadores de N

(Rhizobium) y solubilizadores de P (micorrizas), para de esta forma incrementar la

efectividad del uso y manejo de las leguminosas y fomentar la práctica de una agricultura

sostenible.

La utilización como abono verde no va a poder eliminar a corto plazo un déficit

nutricional específico, en cambio, va a aportar una gran parte de los requisitos que son

necesarios para mejorar y estabilizar las condiciones del suelo a mediano y largo plazo y así

mejorar el crecimiento y el rendimiento del cultivo que se abona.

Se deberían realizar estudios centrados en la manipulación de los sistemas con

leguminosas como cultivos asociados, con la finalidad de establecer los diferentes

mecanismos de compatibilidad y mecanismos de supervivencia que son utilizados por las

plantas al ser sometidas a estos ambientes estresantes. Esto puede conducir a incrementar la

producción mediante el mejoramiento de la nutrición de las plantas y a la implementación

de mejores prácticas de manejo en los sistemas de producción en los trópicos.

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