1. Agroecosystem diversification with legumes or non-legumes improves differently soil fertility according to soil type
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Seguy Enock, Clémentine Allinne, Béatrice Rhino, Richard Randriamanantsoa, Patrice Autfray, Thierry Becquer, Stéphane Saj, Gaëlle Damour, Peninna Deberdt, Elias de Melo Virginio Filho, Miora Rakotoarivelo, Elisabeth Rosalie, Aude Ripoche, Philippe Tixier, Marie Sauvadet, Isabelle Bertrand, Mickaël Hedde, Grégoire T. Freschet, Bodovololona Rabary, Eric Blanchart, Raphaël Achard, Claude Plassard, Jean-Michel Harmand, Jean Trap, Jean-Daniel Essobo, Karel Van den Meersche, Fonctionnement écologique et gestion durable des agrosystèmes bananiers et ananas (UR GECO), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Département Performances des systèmes de production et de transformation tropicaux (Cirad-PERSYST), Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza - Tropical Agricultural Research and Higher Education Center (CATIE), Agrosystèmes Biodiversifiés (UMR ABSys), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre International de Hautes Etudes Agronomiques Méditerranéennes - Institut Agronomique Méditerranéen de Montpellier (CIHEAM-IAMM), Centre International de Hautes Études Agronomiques Méditerranéennes (CIHEAM)-Centre International de Hautes Études Agronomiques Méditerranéennes (CIHEAM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, Agroécologie et Intensification Durables des cultures annuelles (UPR AIDA), Centre National de Recherche Appliquée au Développement Rural (FOFIFA), Fonctionnement agroécologique et performances des systèmes de cultures horticoles (UPR HORTSYS), World Agroforestry Centre [CGIAR, Cameroun] (ICRAF), World Agroforestry Center [CGIAR, Kenya] (ICRAF), Consultative Group on International Agricultural Research [CGIAR] (CGIAR)-Consultative Group on International Agricultural Research [CGIAR] (CGIAR), Station d'Ecologie Théorique et Expérimentale (SETE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de Recherche Agrobiosciences, Interactions et Biodiversité (FR AIB), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, Université d'Antananarivo, Université de Montpellier (UM), The present work was funded by the Agropolis Foundation, STRADIV project (no. 1504-003), CIRAD (Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement), IRD (Institut de Recherche pour le Développement). Part of this work was also carried out within the framework of the CGIAR Research Program on Forests, Trees and Agroforestry (FTA)., Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Centre International de Hautes Etudes Agronomiques Méditerranéennes - Institut Agronomique Méditerranéen de Montpellier (CIHEAM-IAMM), Centre International de Hautes Études Agronomiques Méditerranéennes (CIHEAM), INRAE l'unité technologie et système d'information (TSCF) du centre de Clermont-Ferrand, Station d'écologie théorique et expérimentale (SETE), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre International de Hautes Etudes Agronomiques Méditerranéennes - Institut Agronomique Méditerranéen de Montpellier (CIHEAM-IAMM), Centre International de Hautes Études Agronomiques Méditerranéennes (CIHEAM)-Centre International de Hautes Études Agronomiques Méditerranéennes (CIHEAM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques
- Subjects
0106 biological sciences ,Agroecosystem ,Nematoda ,F08 - Systèmes et modes de culture ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,legumes ,[SDV.SA.AGRO]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Agronomy ,tropical soils ,01 natural sciences ,Soil ,Soil pH ,plant diversification ,functional traits ,Biomass ,Waste Management and Disposal ,Soil Microbiology ,2. Zero hunger ,Sol volcanique ,food and beverages ,Fabaceae ,04 agricultural and veterinary sciences ,Soil type ,Pollution ,Sol tropical ,Agroécosystème ,Diversification ,Environmental Engineering ,Indicateur écologique ,[SDV.SA.SDS]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Soil study ,Biology ,complex mixtures ,010603 evolutionary biology ,Fertilité du sol ,Animals ,Environmental Chemistry ,Agroecology ,Méthode statistique ,fungi ,P35 - Fertilité du sol ,Plant community ,légume ,15. Life on land ,Crop rotation ,C-N-P cycling ,Agronomy ,nematodes ,Soil water ,040103 agronomy & agriculture ,0401 agriculture, forestry, and fisheries ,U30 - Méthodes de recherche ,Soil fertility ,Caractère agronomique - Abstract
International audience; Plant diversification through crop rotation or agroforestry is a promising way to improve sustainability of agroecosystems. Nonetheless, criteria to select the most suitable plant communities for agroecosystems diversification facing contrasting environmental constraints need to be refined. Here, we compared the impacts of 24 different plant communities on soil fertility across six tropical agroecosystems: either on highly weathered Ferralsols, with strong P limitation, or on partially weathered soils derived from volcanic material, with major N limitation. In each agroecosystem, we tested several plant communities for diversification, as compared to a matching low diversity management for their cropping system. Plant residue restitution, N, P and lignin contents were measured for each plant community. In parallel, the soil under each community was analyzed for organic C and N, inorganic N, Olsen P, soil pH and nematode community composition. Soil potential fertility was assessed with plant bioassays under greenhouse controlled climatic conditions. Overall, plant diversification had a positive effect on soil fertility across all sites, with contrasting effects depending on soil type and legumes presence in the community. Communities with legumes improved soil fertility indicators of volcanic soils, which was demonstrated through significantly higher plant biomass production in the bioassays (+18%) and soil inorganic N (+26%) compared to the low diversity management. Contrastingly, communities without legumes were the most beneficial in Ferralsols, with increases in plant biomass production in the bioassays (+39%), soil Olsen P (+46%), soil C (+26%), and pH (+5%). Piecewise structural equation models with Shipley's test revealed that plant diversification impacts on volcanic soil fertility were related to soil N availability, driven by litter N. Meanwhile, Ferralsols fertility was related to soil P availability, driven by litter P. These findings underline the importance of multifactorial and multi-sites experiments to inform trait-based frameworks used in designing optimal plant diversification in agroecological systems.Highlights:• We compared plant diversification impacts on soil fertility across 6 agroecosystems.• Benefits of plant diversification depended on both legume presence and soil type.• Legume-based diversification was mostly beneficial on the younger soils.• Ferralsols' fertility was improved with plant communities' litter P content.• Plant communities' traits were linked with diversification impacts on contrasting soils.
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- 2021
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