Effects of cover crop litters on the supply of organic nitrogen in live-mulch based maize cropping systems - Case study in the semi-deciduous forest area of Ivory Coast
Effets de litières sur l'offre en azote d'origine organique dans des systèmes de culture de maïs à couvertures végétales Etude de cas dans la zone à forêt semi-décidue de Côte d'Ivoire
Résumé
An agronomic device was conduced between 1995 and 1999 with maize cropping systems in the ecological zone of the semi-deciduous forest of Ivory Coast. We compared the supply of organic origin N to the maize with two fallow periods, 6 months (SC6MJ) and 18 months (SC18MJ). The fallows are occupied either by Chromolaena odorata (subspontaneous) or Pueraria phaseoloides (introduced). These four systems are compared to two controls, a non-Chromolaena fallow (artificially) for SC6MJ and with burning of Chromolaena for SC18MJ. Systems cover crops are managed as live-mulch with herbicides. Systems SC6MJ received moderate phosphorus fertilization. The study poses as assumptions that (i) determinants of short-term supply (crop cycle) and medium term (cumulative effects) mainly depend on quantities and litter quality original surface fallow (ii) these effects will concentrate on the surface of the soil. Mineralization potential litter is correlated with the laboratory / N, lower their report Pueraria C (C / N between 20 to 23) for Chromolaena (C / N of 25 to 43). In 1998 the rate of disappearance of litter followed with litterbags is much faster than in 1999 in relation the rainfall pattern. Two years the amount of litter present after cutting determines the rate of decomposition of litter in the medium term. These dynamics, modeled for two years, used to distinguish a litter compartment that disappeared rapidly and another one that disappeared slowly. Comparisons of losses in C in the litterbags with different mesh sizes showed that the activity of mesofauna and soil macrofauna could be responsible for the disappearance of 50% of the litter at the beginning of the decomposition process and 35% at the end of decomposition process. Their action of fragmentation and soil incorporation of litter (fungus growing termites) allowed a comparatively rapid loss of both litters, Chromolaena and Pueraria. The application of models to the data obtained on the mobilization of N fallow in relation to the needs of culture N indicates (i) a risk of "asynchrony" early cycle (ii) insufficient supply at end of cycle for SC6MJ (iii) little differentiation between the supply of Chromolaena and Pueraria. The supply of in situ mineral N in situ at soil surface (0-10 cm) in 1998 and 1999, estimated for periods of 90 days during the maize cycle was evaluated by measurement and incubations. With SC6MJ the mobilization of N in corn is greater with Pueraria the two years and this N offer is comparable to SC18MJ. The supply of N varies little SC18MJ treatments. The rainfall occurs (i) a multi-level, by determining the peak intensity of N mineralization soil mineral N and accumulation in the aerial parts of fallow (ii) the scale of the campaign interaction with the surface litter and activity of root systems of vegetation cover. Litter Pueraria seemed to conserve better the soil moisture. In limiting water situations, the net mineralization is correlated with soil moistures. Litters increased microbial biomass of the soil surface thus creating a potential source of temporary immobilization of N. In 1998 the supply of estimated net N mineralization indicates a better synchrony with the needs of the crop despite a more abundant rainfall cycle start over in 1999. A study using the 15N natural abundance to estimate the litter Pueraria can contribute significantly to the nitrogen nutrition culture, 30 to 41% in 1998 and 64 to 87% in 1999 in the culture system fallow 6 months. Differentiations on soil organic matter (SOM) indicate early effect on stocks valued at 0-10 cm averaged 2.34 t ha-1 N for SC6MJ and averaged 2.83 t ha-1 N for SC18MJ. For difference SC6MJ obtained between inputs and losses over four years suggests that Chromolaena best preserved stocks of C and N that Pueraria. The comparison with forest fallow located outside the device indicates that the availability of materials easily mineralizable in our agroecosystems (i) is reduced at the end of the rainy season (ii) reduced by the practice of burning (iii) slightly increased by fallowing. Studies on long-term incubations (106 and 85 days) show significant effects on the models made by fitting the experimental points on the kinetics of respiration and cumulative net mineralization (expressed in proportion to the total C and N soil). They identify important factors of differentiation in compartment MOS rate high turnover. For SC6JM this compartment represents a larger part with Pueraria certainly directly related to a better biochemical quality (ratio lignin / N). The duration of the fallow does not improve the availability of easily mineralizable N indicating a block of C and N in the soil physical and / or biochemical nature
Un dispositif agronomique pérennisé entre 1995 et 1999 avec des systèmes de culture de maïs à couvertures végétales a été installé dans la zone écologique à forêt semi-décidue de Côte d'Ivoire. L'offre en N d'origine organique est étudiée dans le cadre de systèmes de culture de maïs, avec une durée de jachère de 6 mois (SC6MJ) et 18 mois (SC18MJ). Les jachères sont occupées soit par Chromolaena odorata (subspontanée), soit par Pueraria phaseoloides (introduite). Ces quatre systèmes sont comparés à deux témoins, un sans Chromolaena pour les SC6MJ et un avec brûlis de Chromolaena pour les SC18MJ. Les systèmes à couvertures végétales sont gérés en couvertures vivantes avec des herbicides et leur pérennité est assurée par une reprise de croissance des espèces avant la récolte de la céréale. Les systèmes à SC6MJ bénéficient d'une fertilisation modérée en phosphore. L'étude réalisée pose comme hypothèses de départ que (i) les déterminants de l'offre à court terme (cycle cultural) et à moyen terme (effets cumulés) dépendront principalement des quantités et de la qualité des litières de surface d'origine des jachères (ii) ces effets se concentreront à la surface du sol. Le potentiel de minéralisation des litières au laboratoire est corrélé avec leur rapport C/N, plus faible pour Pueraria (C/N entre 20 à 23) que pour Chromolaena (C/N entre 25 à 43). En 1998 la vitesse de disparition des litières suivie avec des " sacs de décomposition " est beaucoup plus rapide qu'en 1999 en relation au début du cycle de décomposition avec le régime pluviométrique. Les deux années la quantité de litières présentes après la coupe détermine le taux de décomposition à moyen terme des litières. Ces dynamiques, modélisées sur deux années, permettent de distinguer un compartiment de litières à disparition rapide et un compartiment à disparition lente. La comparaison des pertes en C dans des " sacs de décomposition " à maille différente montre que l'activité de la mésofaune et de la macrofaune du sol pourrait être responsable de la disparition de 50 % des litières au début du processus de décomposition et de 35% à la fin du processus de décomposition. Leur action de fragmentation et d'incorporation au sol des litières (meules des termites champignonnistes situées à la surface du sol) permet une disparition comparativement plus rapide des litières de Chromolaena que celles de Pueraria. L'application des modèles aux données obtenues sur les mobilisations en N des jachères en relation avec les besoins de la culture en N indique (i) un risque " d'asynchronie " en début de cycle (ii) une offre insuffisante en fin de cycle pour les SC6MJ (iii) peu de différenciation entre l'offre de Chromolaena et celle de Pueraria. L'offre en N in situ du sol en surface (0-10 cm) en 1998 et 1999, estimée pendant des périodes de 90 jours durant le cycle du maïs par des mesures et des incubations de sol, est corrélée pour les SC6MJ avec les mobilisations en N du maïs dans les parties aériennes. C'est le traitement avec Pueraria qui les deux années satisfait le mieux les besoins en N de la culture et cette offre est comparable à celle des SC18MJ. L'offre en N varie peu selon les traitements des SC18MJ. Le régime pluviométrique intervient (i) à une échelle pluriannuelle, en déterminant, l'intensité du pic de minéralisation en N minéral du sol et les accumulations en N dans les parties aériennes des jachères (ii) à l'échelle de la campagne en interaction avec les litières en surface et l'activité des systèmes racinaires des couvertures végétales. La litière de Pueraria semble mieux conserver l'humidité du sol et le système racinaire de Chromolaena mobiliser de plus fortes quantités d'eau. En situations hydriques limitantes, la minéralisation nette est corrélée aux humidités de sol. Les litières semblent être à l'origine en 1998 de l'augmentation de la biomasse microbienne du sol en surface créant ainsi une source potentielle d'immobilisation temporaire de N. En 1998 l'offre en N estimée par minéralisation nette indique une meilleure synchronie avec les besoins de la culture malgré une pluviométrie plus abondante en début de cycle par rapport en 1999. Une étude utilisant l'abondance naturelle 15N permet d'estimer que la litière de Pueraria peut contribuer fortement à la nutrition azotée de la culture, de 30 à 41% en 1998 et de 64 à 87% en 1999 dans le cadre du système de culture à jachère de 6 mois. Les différenciations sur les matières organiques du sol (MOS) indiquent un début d'effet sur les stocks évalués sur 0-10 cm en moyenne à 2.34 t ha-1 N pour les SC6MJ et en moyenne à 2.83 t ha-1 N pour les SC18MJ. Pour les SC6MJ la différence obtenue entre les apports et les pertes sur quatre années suggère que Chromolaena conserve mieux les stocks en C et N que Pueraria. La comparaison avec une jachère forestière située hors dispositif indique que la disponibilité en matériaux facilement minéralisables dans nos agrosystèmes est (i) réduite en fin de saison des pluies (ii) diminuée par la pratique du brûlis (iii) peu augmentée par la pratique de la jachère. Les études sur des incubations de longue durée (106 et 85 jours) montrent des effets significatifs sur les modélisations faites par ajustement aux points expérimentaux sur les cinétiques de respiration et de minéralisation nette cumulées (exprimées en proportion par rapport au C et N total du sol). Elles permettent d'identifier d'importants facteurs de différenciation au niveau du compartiment des MOS à taux de renouvellement élevé. Pour les SC6JM ce compartiment représente une part plus importante avec Pueraria, certainement en relation directe avec des apports cumulés de plus grande qualité biochimique (rapport lignine / N). La durée de la jachère n'améliore pas la disponibilité en N facilement minéralisable indiquant ainsi un blocage de C et N au niveau du sol de nature physique et/ou biochimique.