Un estudio conducido por varias universidades y el Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA, por sus siglas en inglés) mostró que sistemas más diversos de producción de cultivos pueden usar cantidades mínimas de agroquímicos sintéticos como herramientas poderosas para afinar — en vez de impulsar — el desempeño de los agrosistemas.
El estudio fue conducido en tres campos productivos diferentes entre los años 2003 y 2011 en el estado de Iowa, EUA. Se compararon tres sistemas variando en longitud de secuencia de cultivo e agroinsumos: un campo manejado convencionalmente con dos años de rotación (maíz-soya) que recibió tasas de fertilización y herbicidas comparables a las utilizadas en campos cercanos, con dos o más diversos sistemas de cultivos; un campo con 3 años de rotación (maíz-soya-granos pequeños+trebol rojo), y uno de 4 años de rotación (maíz-soya-grano pequeño+alfalfa-alfalfa) manejado con niveles más bajos de fertilizante N sintético, herbicidas y aplicaciones periódicasde estiércol.
Triticale fue utilizado como el cultivo de grano pequeño entre 2003-2005; la avena fue utilizada entre 2006-2011, representando la rotación típica de dos años de los sistemas de cultivo comercial de cereales de la región. Las rotaciones de tres y cuatro años fueron representativas de sistemas de producción que incluyen ganado, típicos para la región.
Manejo de malezas
Las malezas son un problema ubicuo y recurrente en todos los sistemas de producción, siendo el grupo de herbicidas el químico dominante en el mercado mundial de agroquímicos. Sin embargo, con la preocupación creciente sobre contaminantes ambientales y el incremento en la prevalencia de resistencia a herbicidas por parte de las malezas, existe una necesidad importante de desarrollar estrategias de manejo que dependan menos de herbicidas.
Los resultados del estudio aludido mostraron que sistemas de mayor diversidad rotacional pueden ser optimizados en múltiples dimensiones, aprovechando pequeñas cantidades de agroquímicos con sinergías biológicas derivadas de una mayor diversidad de especies de cultivos y tácticas de manejo.
Un ejemplo de estos efectos sinérgicos puede ser visto en el manejo de malezas en las rotaciones de tres y cuatro años.
Las malezas fueron suprimidas efectivamente en estos sistemas, tal y como en las rotaciones de dos años, con la disminución de los bancos de semillas del suelo y cantidades insignificantes de biomasa de malezas. Sin embargo, la utilización de herbicidas en rotaciones de tres y cuatro años fueron de 6 a 10 veces más bajas, y la toxicidad de agua fresca, 200 veces más baja que en la de la rotación de dos años.
Rentabilidad de sistema
Las ganancias futuras en sistemas más diversos podrían depender de la aplicación de principios ecológicos al diseño inicial del sistema de cultivo. En el caso de la rotación de cuatro años, la diversificación temporal fue llevada a cabo al incluir una fase de cultivo perenne (paja de alfalfa) en un cuarto de la secuencia de rotación.
Los resultados mostraron ganancias de productividad asociadas a mayor diversidad en volumen cosechado a nivel de sistema y rendimiento de cultivos de maiz y soya. También se observó un incremento estable en ganancias en rotaciones de tres y cuatro años en comparación con rotaciones de dos años.
Adicionalmente, un incremento en mano de obra, manejo intensivo de información y servicios de ecosistemas derivados del incremento biológico de la fijación N (vía trébol y cultivos de alfalfa) y contrastantes fenológicas del cultivo y habilidades competitivas fueron sustituidas en las rotaciones de tres y cuatro años por los insumos más altos de N producido, herbicidas y energía de combustibles fósiles impulsores de la rotación de dos años.
Integración de sistemas
La reintegración de la producción de ganado y cultivos, como es representada por las leguminosas forrajeras y aplicaciones de estiércol presentes en sistemas más diversos, encarna un principio importante en la agricultura sostenible: los límites del sistema deben ser determinados para así poder minimizar externalidades.
Cuando los agroinsumos químicos son eliminados por completo, pueden existir brechas de rendimiento entre sistemas alternativos y convencionales. Sin embargo, estas brechas pueden ser superadas a través de la aplicación estratégica de bajas cantidades de agroinsumos químicos en el contexto de sistemas más diversos de cultivos.