Prensado con rodillos de cultivos de cobertura para controlar la presión de las malezas en la producción de cáñamo orgánico regenerativo con CBD

Dr. Dinesh Panday, Dr. Reza K. Afshar, Dr. Arash Ghalehgolabbehbahani

Rodale Institute, Kutztown, PA, Estados Unidos

Resumen

En la agricultura orgánica regenerativa, el manejo de las malezas es crucial para proteger la calidad de los cultivos. Este estudio exploró el prensado con rodillos como método para eliminar los cultivos de cobertura de centeno como estrategia de manejo de malezas para la producción de cáñamo CBD. La investigación de campo de dos años se llevó a cabo en Rodale Institute- Pocono Organic Center evaluará la eficacia de la biomasa de cultivos de cobertura de centeno para suprimir las malezas durante el cultivo de cáñamo CBD. El estudio comparó diferentes enfoques: método de terminación de cultivos de cobertura (incorporación/disqueado vs. prensado con rodillo), espaciamiento entre hileras (30 vs. 60 pulgadas) y espaciamiento entre plantas (24 vs. 30 pulgadas). Aunque el mayor rendimiento de CBD se encontró en parcelas con cultivos de cobertura en discos, espaciamiento entre hileras de 30 pulgadas y espaciamiento entre plantas de 24 pulgadas, el prensado con rodillo redujo significativamente la presión de las malezas de hoja ancha en las últimas etapas de crecimiento. Este método es prometedor para reducir la necesidad de un control de malezas que requiere mucha mano de obra y favorece la salud del suelo al minimizar la alteración del suelo en la producción de cáñamo CBD orgánico regenerativo.

Introducción

cáñamo (Cannabis sativa. L.) es un cultivo reemergente en los Estados Unidos desde 2014, habiendo estado prohibido durante más de medio siglo debido a alternativas más baratas y restricciones legales relacionadas con el compuesto psicoactivo, es decir, delta-9-tetrahidrocannabinol (THC). El sector del cáñamo floral, que ocupa el 26% del total de acres, aportó 179 millones de dólares en Estados Unidos. Las ventas minoristas de cannabidiol (CBD) derivado del cáñamo están aumentando rápidamente y se prevé que alcancen los 4.5 millones de dólares en 2024.

A pesar de estas perspectivas prometedoras, existen importantes lagunas de conocimiento sobre las mejores prácticas agronómicas para la producción de cáñamo industrial, particularmente en el manejo de malezas (Dhakal et al., 2023). Actualmente, no hay ningún herbicida registrado para el cáñamo, lo que hace que el control de malezas sea un desafío importante que puede afectar significativamente los rendimientos. Se utilizan métodos de control de malezas, como mantillo plástico, deshierbe mecánico y deshierbe manual, pero cada uno tiene desventajas. El mantillo plástico genera preocupaciones ambientales, el deshierbe mecánico puede dañar la estructura del suelo y el deshierbe manual es costoso.

Los cultivos de cobertura se están convirtiendo en una herramienta viable para mejorar la salud del suelo y la calidad del agua en los Estados Unidos (Adeli et al., 2019), y también pueden suprimir las malezas (Bozzolo et al., 2024). El método utilizado para terminar los cultivos de cobertura influye significativamente en su capacidad para suprimir las malezas en cultivos posteriores. Rodale Institute desarrolló un rodillo-engarzadora, una herramienta que pasa sobre los cultivos de cobertura y los engarza en la superficie. El tallo rizado ya no puede absorber humedad y nutrientes, lo que hace que el cultivo de cobertura muera en el lugar y forme una barrera natural sobre el suelo (Davis, 2010). Como resultado, el campo permanece libre de malezas y más saludable para el crecimiento y desarrollo de los cultivos.

Este proyecto tiene como objetivo explorar la aplicación de un rizador de rodillos para mejorar el manejo de malezas en campos orgánicos certificados. Además, el proyecto tiene como objetivo explorar el espaciamiento óptimo entre hileras y plantas para una mejor producción de cultivos, incluido el efecto sobre el cambio en las concentraciones de metabolitos secundarios en el cáñamo CBD.

Materiales y métodos

El experimento se realizó en un campo de investigación en Pocono Organics, Long Pond, PA en 2022 y 2023. La textura del suelo es franca Clymer (pH 6.8, 4.1 % OM, 2.4 % C total y 0.2 % N total) y el sitio de investigación Tenía una pendiente del 3 al 8%. El clima de la región se caracteriza por veranos calurosos y húmedos e inviernos fríos.

Para esta investigación se dispuso un ensayo experimental en un diseño de bloques completos tres factoriales con cuatro repeticiones. Esos tres factores fueron el método de terminación del cultivo de cobertura (A), el espacio entre hileras (B) y el espacio entre plantas (C). Cada factor incluía dos niveles: terminación del cultivo de cobertura: incorporación/disquete (A1) y prensado con rodillo (A2), espacio entre hileras: 30 pulgadas (B1) y 60 pulgadas (B2), y espacio entre plantas: 24 pulgadas ( C1) y 30 pulgadas (C2). El tamaño de la parcela individual fue de 10 pies de ancho y 20 pies de largo.

Cada año, el campo se preparaba después de terminar el cultivo de cobertura de cereal de centeno utilizando labranza con rodillo o disco a principios de junio. Las plántulas de cáñamo, cultivadas dentro de un invernadero en una mezcla para macetas, se trasplantaron manualmente a las 3 semanas de edad entre principios y mediados de junio. En 2023, debido a la escasez de semillas orgánicas certificadas, empleamos diferentes cultivares: Kirsche en 2022 y Lindorea en 2023. El fertilizante orgánico incluido en la lista de OMRI (harina de sangre, NPK 12:0:0) se esparció uniformemente a una dosis de 150 lb de N. C.A^-1 en dos divisiones: 1/3^rd durante el trasplante (dosis basal) y 2/3^rd después de 2 semanas desde el trasplante a la superficie del suelo. Se instaló un sistema de riego por goteo en cada hilera de planta a planta después del trasplante de las plántulas.

Siguiendo un enfoque de muestreo sistemático (tamaño de cuadrante de 0.25 m²), recopilamos datos de muestreo de malezas de cada parcela dos veces: 4 semanas después del trasplante (Evento 1) y 4 semanas antes de la cosecha de cáñamo CBD (Evento 2). Las muestras de malezas se clasificaron en tres grupos: (i) de hoja ancha, (ii) pasto y (iii) juncia y se expresaron en términos de porcentaje de cobertura. También se registró la altura de las plantas durante la temporada de crecimiento.

El cáñamo CBD se cosechaba a finales de septiembre de cada año. Se recopilaron datos sobre el rendimiento total de biomasa de cáñamo, el perfil de metabolitos secundarios (CBD y THC), el rendimiento de CBD y el peso de las yemas. Los perfiles de metabolitos secundarios se analizaron en un laboratorio comercial certificado (Lancaster DHIA, Manheim, PA). Los efectos del tratamiento sobre los parámetros observados se probaron utilizando el procedimiento PROC MIXED en SAS, con significación estadística evaluada en P < 0.05 a menos que se indique lo contrario.

Resultados

Altura y rendimiento de la planta. La altura de las plantas mostró un aumento significativo con los efectos de interacción del método de terminación del cultivo de cobertura y el espacio entre hileras en 2022 (Tabla 1). Las plantas más altas se observaron en parcelas donde se cortaron cultivos de cobertura y se plantaron plantas de cáñamo con un espacio entre hileras de 60 pulgadas (Figura 1a). En 2023, solo observamos un efecto significativo del método de terminación del cultivo de cobertura en la altura de las plantas, con las plantas más altas en el tratamiento con cultivos de cobertura en disco (Tabla 2).

De manera similar, el peso de las yemas secas se vio significativamente afectado por los efectos de interacción del método de terminación del cultivo de cobertura y el espacio entre hileras en 2022 (Tabla 1). El mayor peso de yema seca (17.9 g) se observó en el tratamiento con cultivos de cobertura en discos y un espacio entre hileras de 60 pulgadas (Figura 1b). Los pesos de las yemas secas fueron comparativamente menores en 2023 que en 2022 (Tabla 2).

El rendimiento de la biomasa del cáñamo CBD se vio significativamente afectado por las interacciones del método de terminación del cultivo de cobertura, el espacio entre hileras y el espacio entre plantas en 2022 (Tabla 1). El mayor rendimiento de biomasa se observó en el tratamiento con cultivos de cobertura ondulados con rodillos, un espacio entre hileras de 30 pulgadas y un espacio entre plantas de 24 pulgadas, seguido de un espacio entre plantas de 30 pulgadas (Figura 1c). Cualquier combinación de tratamientos con un espacio entre hileras de 30 pulgadas mostró un mejor rendimiento que otras. También se observaron resultados consistentes en 2023 (Tabla 2 y Figura 2c).

El rendimiento de CBD se vio significativamente afectado por las interacciones del método de terminación del cultivo de cobertura, el espacio entre hileras y el espacio entre plantas en 2022 (Tabla 1). El mayor rendimiento de CBD (587 t ac^-1) se observó en el tratamiento con cultivos de cobertura cortados en disco y plantados manteniendo un espacio entre hileras de 30 pulgadas y un espacio entre plantas de 24 pulgadas, mientras que se observaron rendimientos más bajos en cualquier combinación de tratamiento, incluidos los cultivos de cobertura ondulados con rodillos (Figura 1d). El rendimiento de CBD se vio afectado solo por el espaciamiento entre hileras en 2023 (Tabla 2).

Rendimiento de metabolitos secundarios. En este estudio, las concentraciones de CBD oscilaron entre 2.5 y 7.0 % en 2022 y entre 6.0 y 11.4 % en 2023. Observamos efectos significativos de la terminación del cultivo de cobertura en las concentraciones de CBD y THC en 2022 (Tabla 1), pero no en 2023 (Tabla 2). La concentración de CBD fue mayor en las parcelas con cultivos de cobertura en disco en comparación con las parcelas con rodillos. Esta tendencia también se observó para la concentración de THC en 2022. Se observó una relación positiva significativa entre las concentraciones de CBD y THC: r²= 0.72 y P < 0.001 en 2022 (Figura 3a) y r²= 0.77 y P < 0.001 en 2023 (Figura 3b). Esto indica que a medida que aumentan las concentraciones de CBD, también aumentan las concentraciones de THC.

Presión de malezas. Durante la temporada de crecimiento en ambos años, la presión de las malezas fue relativamente mayor durante la segunda fecha de medición (Evento 2) en comparación con la primera fecha de medición (Evento 1). En 2022, observamos un efecto significativo del método de terminación del cultivo de cobertura sobre la presión de las malezas de hoja ancha y la presión de las malezas de tipo pasto en el Evento 2 (Tabla 1). En particular, los cultivos de cobertura ondulados con rodillos fueron efectivos para reducir la presión de las malezas de hoja ancha en el Evento 2. Además, observamos los efectos principales del espaciado entre hileras y entre plantas sobre la presión de las malezas en el Evento 2.

En 2023, no hubo efecto del método de terminación del cultivo de cobertura sobre la presión de las malezas. Sin embargo, observamos efectos de interacción del método de terminación del cultivo de cobertura y el espaciamiento entre hileras sobre la presión de las malezas en el Evento 2 (Tabla 2). Las parcelas que tenían cultivos de cobertura prensados ​​con rodillos y mantuvieron un espacio entre hileras de 30 pulgadas experimentaron la mayor presión de malezas de hoja ancha en el Evento 2, mientras que aquellas con un rodillo prensado y un espaciado entre hileras de 60 pulgadas tuvieron la presión de malezas más baja (Figura 2a). Por el contrario, las parcelas que fueron prensadas con rodillo y mantenidas con un espacio entre hileras de 30 pulgadas recibieron la presión de malezas más baja en el Evento 2 (Figura 2b). Estos resultados ilustraron que la aplicación de rodillo-engarzadora puede disminuir la presión de las malezas de hoja ancha.

Resumen

Si bien nuestra exploración de la eficacia de los cultivos de cobertura ondulados con rodillo no condujo a una recomendación general, este estudio proporciona información valiosa:

Rendimiento de biomasa, rendimiento de CBD y CBD y THC:

2022:

• El rendimiento de biomasa de cáñamo CBD fue mayor con cultivos de cobertura ondulados con rodillos, con un espacio entre hileras de 30 pulgadas y un espacio entre plantas de 24 pulgadas.
• El rendimiento de CBD fue el más alto (587 lb ac^-1) con cultivos de cobertura en discos, espacio entre hileras de 30 pulgadas y espacio entre plantas de 24 pulgadas.
• Mayores concentraciones de CBD y THC en parcelas disqueadas.
• Relación positiva entre las concentraciones de CBD y THC (r² = 0.72, P <0.001).

2023:

• No hay efectos significativos de la terminación del cultivo de cobertura sobre las concentraciones de metabolitos.
• Relación positiva entre las concentraciones de CBD y THC (r² = 0.77, P <0.001).

Presión de malezas:

2022:

• Mayor presión de malezas en la segunda fecha de medición (Evento 2).
• Efecto significativo de la terminación del cultivo de cobertura sobre la presión de malezas de hoja ancha y gramíneas.
• Los cultivos de cobertura ondulados con rodillos redujeron la presión de las malezas de hoja ancha.
• El espaciamiento entre hileras y plantas afectó la presión de las malezas en el Evento 2.

2023:

• No hay efecto de la terminación del cultivo de cobertura sobre la presión de las malezas.
• Efectos de la interacción de la terminación del cultivo de cobertura y el espaciamiento entre hileras sobre la presión de las malezas en el Evento 2.
• Las parcelas prensadas con rodillos con un espacio entre hileras de 60 pulgadas tuvieron la presión de malezas de hoja ancha más baja.
• Las parcelas prensadas con rodillos con un espacio entre hileras de 30 pulgadas tuvieron la presión de malezas más baja.

Los hallazgos de nuestro estudio sobre la efectividad de los cultivos de cobertura ondulados con rodillos sugieren varias direcciones de investigación futuras: pruebas varietales, ensayos adicionales sobre el espaciamiento y la interacción de los cultivos de cobertura, comprensión de la dinámica de las especies de malezas, evaluación del impacto de los métodos de terminación de los cultivos de cobertura en la salud del suelo y la microbiota. actividades y realización de análisis económicos agrícolas. Además, el desarrollo de metodologías para mejorar el manejo de malezas utilizando un rizador de rodillos en campos orgánicos certificados mejorará la sostenibilidad de la producción de cáñamo.

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Información financiación

Este trabajo fue posible gracias a la financiación del Programa de subvenciones en bloque para cultivos especiales del Commonwealth del Departamento de Agricultura de Pensilvania (número de subvención C940000924) y el apoyo de Pocono Organics y la Rodale Institute.