El sistema agroforestal espinal es un recurso de pastoreo valioso para ovejas y ganado en la región mediterránea del centro de Chile. Se caracteriza por un estrato leñoso dominado por Vachellia caven y un estrato herbáceo de pastizales que juntos proporcionan importantes servicios ecológicos. A pesar de su relevancia para la producción ganadera extensiva, el cambio de uso de la tierra en curso amenaza la integridad del sistema agroforestal espinal, subrayando la necesidad de estrategias de manejo sostenible para mejorar la productividad. Este estudio evaluó los impactos a largo plazo de las prácticas de manejo mejoradas en un sistema agroforestal espinal representativo, incluyendo fertilización anual, integración de cultivos de cereales suplementarios y aumentos progresivos en la carga animal, sobre la diversidad de plantas y el almacenamiento de carbono en el suelo en Cauquenes, Región del Maule, Chile (35 grados 58 S, 72 grados 17 W), durante 2014-2019. Se estableció un sistema de producción en 10 ha de pastizal espinal, complementado por 1 ha de rotación de cultivos suplementarios (intercultivo de avena y veza morada y triticale). Debido a la escala del sistema, se utilizó una única unidad experimental; sin embargo, se evaluaron múltiples áreas de muestreo a lo largo del tiempo para evaluar la composición botánica, el rendimiento forrajero y el carbono del suelo. Los pastizales fueron fertilizados anualmente con fósforo, potasio y boro. El rendimiento forrajero en primavera osciló entre 2 y 4 t de materia seca ha-1 año-1 durante seis años, con una fuerte variabilidad interanual impulsada por la lluvia. La carga animal aumentó progresivamente de 2 a 8 ovejas ha-1 y el peso vivo de los corderos de 80 a 370 kg ha-1 durante seis años. La composición botánica del pastizal cambió notablemente, con un aumento en la abundancia de leguminosas anuales (Trifolium subterraneum, Medicago polymorpha) y Leontodon leysseri. Los cultivos suplementarios produjeron entre 6.0 y 10.5 t de MS ha-1, mientras que el carbono orgánico del suelo aumentó del 1.6% al 2.2%. Estos resultados demuestran que la intensificación sostenible del sistema espinal puede mejorar la productividad mientras se mantiene la sostenibilidad ambiental.