Los servicios del ecosistema que proporciona un cultivo de cobertura (CC) dependen enormemente de la elección de especies y del sistema de labranza. Aquí evaluamos el impacto de (a) tres CC de invierno -centeno (L.) y trébol cuadrado (L.) en monocultivo y su mezcla, y (b) dos sistemas de labranza -aplastamiento con rodillo del residuo de CC como mantillo muerto para sistemas de siembra directa (SD) e incorporación del residuo de CC en el suelo como abono verde para sistemas de labranza convencional (LC)- en el rendimiento del tomate de procesamiento orgánico, es decir, crecimiento de la planta, acumulación de nutrientes, rendimiento de frutos y biomasa de malezas. Las evaluaciones se realizaron durante dos años en experimentos de campo llevados a cabo en condiciones mediterráneas. En el momento de la terminación, el centeno y la mezcla fueron los CC más productivos y los mejores para suprimir malezas. Durante la temporada de crecimiento del tomate, el trébol cuadrado, independientemente del sistema de labranza, estimuló el crecimiento del tomate, el contenido y la absorción de nitrógeno y el rendimiento en comparación con otros cultivos de cobertura. Sin embargo, la SD generalmente afectó el estado nutricional del tomate e incrementó la biomasa de malezas en comparación con la LC a pesar de algún control potencial de malezas por los cultivos de cobertura. Estos dos aspectos causaron una disminución significativa en el rendimiento del tomate en todos los sistemas de SD. Los resultados sugirieron que, a pesar de los múltiples beneficios que los CC comparados pueden ofrecer en los agroecosistemas mediterráneos, los CC de leguminosas podrían ser clave para desarrollar sistemas orgánicos factibles de siembra directa de hortalizas.