[ca] L'agricultura europea està fortament especialitzada en la producció de cereals, fet que presenta riscos agronòmics i mediambientals i incrementa la dependència en les importacions de proteïna d'alt valor. L'agricultura Mediterrània n'és un exemple, ja que està basada, en molts casos, en monocultius de cereals d'hivern al secà i de panís (Zea mays L.) a les zones de regadiu. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral és avaluar, en termes de productivitat i sostenibilitat, sistemes de cultiu Mediterranis redissenyats. Aquests sistemes inclouen una major proporció de lleguminoses, material vegetal adequat i pràctiques de maneig més sostenibles. La primera part de la tesi es centra en redissenyar i avaluar sistemes de cultiu Mediterranis de secà (Capítol I) i de regadiu (Capítol II). La segona part es centra en explorar material vegetal de soja (Glycine max Merr.) per maximitzar-ne el rendiment (Capítol III) i estudiar alternatives sostenibles per al maneig de males herbes en soja per a sistemes de collita única i doble collita (SCU i SDC, respectivament) (Capítol IV). Es van dur a terme quatre experiments de camp a la província de Lleida (NE Espanya) durant tres campanyes. Per als Capítols I i II, es van avaluar sistemes de cultiu redissenyats en dos camps experimentals localitzats en finques d'agricultors (recerca on-farm) i en sembra directa. A la zona de secà, l'experiment es va centrar en la diversificació de cultius amb pèsol (Pisum sativum L.), favó (Vicia faba L.) o una coberta vegetal d'espontànies combinada amb dosis creixents de fertilitzant nitrogenat (0, 40, 80 i 120 kg N ha-1). En condicions de regadiu es va estudiar la diversificació de cultius (amb la introducció de soja) i la intensificació dels sistemes de cultiu (de SCU a SDC) com a alternatives al monocultiu de panís. En ambdós casos, es va calcular la productivitat i l'eficiència en l'ús del nitrogen a escala de sistema de cultiu. Per als capítols III i IV, els experiments es van centrar en (i) l'avaluació de grups de maduresa de soja (des del 00 al III) per SCU i SDC i (ii) l'avaluació de tècniques sostenibles de maneig de males herbes en soja. Aquestes tècniques incloïen la reducció en la distància entre línies de sembra (de 75 a 37.5 cm), l'aplicació d'herbicides i l'ús d'una coberta vegetal de sègol (Secale cereale (L.)M.Bieb.) controlada amb corró laminat (de l'anglès, roller crimper) per al SCU. En el SDC, només es van incloure les dues primeres tècniques. La introducció de lleguminoses als sistemes de cultiu Mediterranis de secà i regadiu va comportar un augment de la producció de proteïna i una disminució de la producció d'energia per unitat de superfície. En condicions de secà, el sistema de cultiu amb favó va superar el monocultiu de blat en termes de proteïna produïda, independentment de la dosi de fertilitzant nitrogenat (de 0 a 120 kg ha-1). En condicions de regadiu, la diversificació de cultius amb soja no va portar a un increment de la proteïna produïda (921 kg ha-1 any-1). En canvi, la intensificació amb els SDC d'ordi (Hordeum vulgare L.)-panís i, especialment, ordi-soja van mostrar increments significatius en els rendiments de proteïna (1129 i 1778 kg ha-1 any-1, respectivament). Es va observar un increment en el rendiment en gra d'un 17 a un 28% en els cereals precedits per una lleguminosa, tant en condicions de secà com de regadiu. En els de secà, la fixació biològica de N va representar un 18 i un 40% de les entrades de N als sistemes de cultiu amb pèsol i favó, respectivament. Es va mesurar un balanç net de N positiu en la majoria de casos (i.e. N fixat > N exportat), el qual va contribuir als augments de rendiment mencionats. En soja, l'ús de grups de maduresa més llargs (II i III) dels utilitzats tradicionalment (00 a I) va portar a increments del rendiment d'entre el 33 i el 80%. La producció de soja podria ser menys dependent de l'ús d'herbicides amb l'ús d'una coberta vegetal de sègol controlada amb corró laminat. En aquest sentit, es va observar una reducció del 92% en biomassa de males herbes amb una coberta de sègol que va acumular 11.4 t ha-1, mentre que no es va trobar cap efecte sobre les males herbes quan la quantitat de coberta era inferior a les 4 t ha-1. Una menor distància entre línies de sembra no va afectar la pressió de males herbes ni el rendiment de la soja, probablement degut a la presència de restes vegetals en superfície (sègol en el SCU i restes de collita d'ordi en el SDC). PhD thesis Genís Simon Miquel vi Redissenyar els sistemes de cultiu incloent una major proporció de lleguminoses és una estratègia per incrementar la producció de proteïna vegetal. Al mateix temps, redueix la dependència en els fertilitzants sintètics nitrogenats, fet que incrementa la sostenibilitat dels sistemes de producció d'aliments. Els increments en producció de proteïna van acompanyats d'una disminució en la producció d'energia, la qual es compensa parcialment amb l'efecte positiu de les lleguminoses en el cereal successiu. El rendiment de soja en condicions Mediterrànies de regadiu es pot incrementar amb l'ús de grups de maduresa més llargs. L'ús d'una coberta vegetal controlada amb corró laminat pot ser una eina de control de males herbes sostenible i efectiva en soja de collita única, sempre que la biomassa acumulada de sègol sigui suficient.

[en] European agriculture is strongly specialized in cereal production, presenting agronomic and environmental risks and increasing the dependence on imported high-value protein. For instance, rainfed and irrigated Mediterranean agriculture is highly based on continuous winter cereals and maize (Zea mays L.), respectively. The objective of this dissertation was to evaluate redesigned Mediterranean cropping systems with a larger share of grain legumes, adequate cultivars and maturity groups and more sustainable management practices in terms of productivity and sustainability. The first part of the thesis tackled the redesign and assessment of Mediterranean rainfed (Chapter I) and irrigated (Chapter II) cropping systems. The second part focused on exploring soybean (Glycine max Merr.) plant material to maximise its yield (Chapter III) and studying alternative soybean weed management strategies for irrigated single and double cropping systems (SCS and DCS, respectively) (Chapter IV). Four field experiments were conducted in Lleida (NE Spain) during three experimental cropping seasons. For Chapters I and II, redesigned cropping systems were assessed in two on-farm field experiments under no-till conditions. In the rainfed area, the focus was on crop diversification with pea (Pisum sativum L.), faba bean (Vicia faba L.) and a multiservice cover crop as alternatives to wheat (Triticum aestivum L.) combined with increasing N fertilization rates (0, 40, 80, 120 kg N ha-1). Under irrigated conditions, crop diversification (soybean introduction) and intensification (from SCS to DCS) were studied as alternatives to continuous maize. In both cases, cropping systems' productivity and N use efficiency were calculated. For Chapters III and IV, the field experiments focused on (i) soybean maturity groups (from 00 to III) for SCS and DCS and (ii) sustainable soybean weed management strategies including row width narrowing (75 to 37.5 cm), herbicide application and using a roller-crimped rye (Secale cereale (L.)M.Bieb.) cover crop for SCS and the two former ones for DCS. Legumes introduction in rainfed and irrigated cropping systems led to an increase in protein production and a decrease in energy production per unit of surface. Under rainfed conditions, the faba bean cropping system outyielded continuous wheat in terms of protein production, regardless of the N fertilizer rate (0 to 120 kg ha-1). Under irrigated conditions, diversification with soybean in the SCS did not lead to an increase in protein production (921 kg ha-1 yr-1, on average). Instead, intensification with barley (Hordeum vulgare L.)-maize and especially barley-soybean DCS showed a higher protein production (1129 and 1778 kg ha-1 yr-1, respectively). A range of 17-28% yield increase was observed in cereals following legumes in rainfed and irrigated cropping systems. In the rainfed systems, 18% and 40% of the total N input in the pea and faba bean cropping systems was supplied by biological N fixation, respectively. A positive net N balance (i.e. biologically fixed N > N exported) was found in most cases, likely contributing to the pre-crop effects. The use of later soybean maturity groups (II and III) than currently used (00 to I) led to yield increases ranging from 33% to 80%. Soybean production could rely less on herbicides with the use of a roller-crimped rye cover crop. A reduction of 92% of weed biomass was observed when rye biomass was 11.4 t DM ha-1, whereas no effect was found below 4 t DM ha-1. Narrowing row widths did not affect weed pressure or soybean yield, probably due to the presence of mulches (rye in SCS and barley crop residues in DCS). In conclusion, cropping systems redesign with a larger share of grain legumes is a strategy to increase protein production while reducing the need for synthetic N fertilizer, thus contributing to their sustainability. Such an increase in protein production is accompanied by a decrease in energy production, although partially offset by the positive pre-crop effects of legume crops on the following cereal. Soybean yield under Mediterranean irrigated conditions can be improved with the use of later maturity groups. The use of a roller-crimped rye cover crop in a soybean SCS can be an effective weed control strategy, provided enough rye biomass is accumulated before soybean planting.