Diversifying crop rotations with temporary grasslands - Université de ...

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SHORT VERSIONS (ABOUT 270 WORDS) Short summary in English Résumé court en français Kurze Zusammenfassung auf Deutsch Crop rotation may be used to prevent the continuous selection of particular weed species adapted to one crop type. This might be useful for weed management, economy in herbicide applications and promoting biodiversity. Common simple crop sequences might be diversified by introducing perennial forage crops. Impacts of such perennial crops on weeds were studied with four approaches: 1) Large-scale weed surveys in 632 fields in western France showed that weed species composition differed most strongly between perennial alfalfa crops and annual crops. Comparisons of fields before, during and after perennial alfalfa suggested that community composition varies in a cyclic way during such crop rotations. Several weed species problematic in annual crops were suppressed during and after perennial crops, but the appearance of other species led to equal or even higher plant diversities. 2) A 3-year field experiment with contrasting crop management options allowed an investigation of the underlying mechanisms for this: The absence of soil tillage reduced weed emergence but increased the survival of established plants. The permanent vegetation cover and frequent hay cuttings reduced weed growth, plant survival and seed production. 3) Greenhouse experiments testing the regrowth ability of individual plants after cutting showed strong differences between species and functional groups. An two-factorial experiment suggested that the negative impacts of cutting and competition on weed growth were mainly additive. 4) Special measurements of weed seed predation in the field experiment showed positive correlations with vegetation cover, indicating that this ecosystem service may be particularly fostered by perennial crops. Consistent preferences of seed predators for certain weed species indicates that seed predation may be another cause of the observed weed community shifts. More details may be found in the extended summaries (in English, French, and German), page XI. La rotation de cultures peut être utilisée pour empêcher la sélection continue d’espèces adventices adaptées à un type de culture. Elle pourrait favoriser la gestion des adventices, l’économie d’herbicides et la biodiversité. Les successions de cultures simples d’aujourd’hui pourraient être diversifiées par des cultures fourragères pérennes. Les impacts des ces cultures sur les adventices ont été étudié utilisant quatre approches : 1) Des relevés d’adventices sur 632 champs dans l’ouest de la France ont montré que la composition spécifique varie le plus entre des cultures fourragères pérennes et des cultures annuelles. Une comparaison des champs avant, pendant, et après des cultures fourragères pérennes a suggéré que la composition des communautés varie d’une manière cyclique pendant ces rotations. Plusieurs espèces problématiques dans des cultures annuelles ont été supprimées pendant et après les cultures pérennes, mais l’apparition d’autres espèces a produit une diversité de plantes comparable, voire supérieure. 2) Une expérimentation au champ de trois ans avec des modes de gestion contrastés a permis d’étudier les mécanismes sous-jacents: L’absence de travail du sol a réduit la levée des adventices, mais a augmenté la survie des plantes adultes. Le couvert végétal permanent et les fauches fréquentes ont réduit la croissance, la survie des plantes et la production de graines. 3) Des expérimentations sous serre analysant la croissance poste fauche de plantes individuelles ont montré des différences importantes entre espèces et groupes fonctionnels. Une expérimentation à deux facteurs a suggéré que les impacts négatifs de la fauche et de la compétition sur la croissance des adventices ont été additifs. 4) Des mesures spéciales de prédation de graines d’adventices sur l’expérimentation au champ ont montré des corrélations positives avec le couvert végétal et la prédation, indiquant une importance particulière de ce service écosystémique dans des cultures pérennes. La préférence des graines de certaines espèces montre que la prédation de graines peut être une autre cause des changements de communautés d’adventices. Pour plus de détails, voir les résumés substantiels (en français, anglais et allemand), page XI. xvi Fruchtfolgen können dazu dienen, die kontinuierliche Selektion von Unkrautarten zu verhindern, die an eine bestimmte Kultur angepasst sind. Dies könnte dem Unkrautmanagement, der Einsparung von Herbiziden, und der Biodiversität dienen. Heutige, sehr einfache Furchtfolgen könnten durch mehrjährige Futterkulturen diversifiziert werden. Die Einflüsse solcher mehrjähriger Kulturen auf Unkräuter wurden in vier Ansätzen untersucht: 1) Vegetationsaufnahmen auf 632 Feldern in Westfrankreich zeigten, dass die Unkrautzusammensetzung zwischen mehrjährigen Futterkulturen und einjährigen Kulturen stark variiert. Der Vergleich von Feldern vor, während und nach mehrjährigen Futterkulturen legte nahe, dass die Pflanzengemeinschaft während solcher Fruchtfolgen zyklisch variiert. Mehrere problematische Unkrautarten wurden während und nach den mehrjährigen Kulturen zurückgedrängt. Das Auftauchen anderer Arten führte jedoch zu einer gleichbleibenden oder leicht erhöhten Pflanzenvielfalt. 2) Ein dreijähriger Feldversuch mit verschiedenen Bearbeitungsoptionen ermöglichte es, die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen: Die fehlende Bodenbearbeitung hat das Auflaufen der Unkräuter reduziert und das Überleben der adulten Pflanzen erhöht. Die permanente Vegetationsbedeckung und die häufigen Heuschnitte haben das Wachstum, das Überleben und die Samenproduktion vermindert. 3) Gewächshausexperimente zum Nachwachsen von Unkrautpflanzen nach Heuschnitten zeigten große Unterschiede zwischen verschiedenen Arten und funktionellen Gruppen. Ein Experiment mit zwei Faktoren lässt vermuten, dass die negativen Effekte der Schnitte und der Konkurrenz auf das Unkrautwachstum sich addieren. 4) Spezielle Messungen der Prädation von Unkrautsamen auf den untersuchten Feldern zeigten positive Korrelationen mit der Vegetationsbedeckung, was auf eine besondere Wichtigkeit dieser Ökosystemdienstleistung in ausdauernden Kulturen hindeutet. Die Präferenz von bestimmten Samenarten deutet darauf hin, dass Samenprädation ein weiterer Grund für die beobachteten Änderungen der Unkrautgemeinschaften sein kann. Mehr Details können den ausführlichen Zusammenfassungen (auf Deutsch, Englisch und Französisch) auf Seite XI entnommen werden.
CONTEXT AND FUNDING This thesis is the result of a bi-national PhD project (‘cotutelle internationale de thèse’ /’joint supervision of doctorates’ /‘Binationales Promotionsverfahren’) between the Université de Bourgogne in Dijon, France and the Justus-Liebig-Universität Gießen in Germany. In France, the thesis was supervised by Dr. Jacques CANEILL, professor, and co-supervised by Dr. Nicolas MUNIER-JOLAIN, ingénieur de recherche, who both belong to the research group ‘UMR 1210 Biologie et Gestion des Adventices’ (BGA, weed biology and management) in Dijon 2 . This laboratory jointly belongs to the Institut National de la Recherche Agronomique (INRA 3 ), the Institut national supérieur des sciences agronomiques de l’alimentation et de l’environnement (AgroSup Dijon 4 ), and the Université de Bourgogne (uB 5 ) and is headed by Dr. Xavier REBOUD, directeur de recherche. In Germany, the thesis was supervised by Dr. Rainer WALDHARDT, professor, who belongs to the ‘Division of Landscape Ecology and Landscape Planning 6 ‘ headed by Dr. Dr. Annette OTTE, professor, which is part of the ‘Institute of Landscape Ecology and Resources Management 7 ‘ and the ‘Research Centre for Bio Systems, Land Use and Nutrition’ (IFZ 8 ) of the Justus-Liebig-University Giessen. Dr. Bernd HONERMEIER, professor at the ‘Institute of Crop Science and Plant Breeding I’ (IPZ 9 ) of the Justus-Liebig-University was the co- supervisor in Germany. The PhD project is scientifically embedded in: • the ECOGER project (ÉCOlogie pour la Gestion des Écosystèmes et de leurs Ressources, financed by INRA and ADEME) 10 . The correspondent sub-project is called ‘Gestion durable des ressources naturelles en plaine céréalière: le rôle central des surfaces pérennes dans les agro-écosystèmes céréaliers’, headed by Dr. Vincent BRETAGNOLLE, 2 http://www2.dijon.inra.fr/bga/umrbga2009 accessed on 11 March 2010 3 http://www.inra.fr 4 http://www.agrosupdijon.fr/ 5 http://www.u-bourgogne.fr 6 http://www.uni-giessen.de/cms/faculties/f09/institutes/ilr/loek-en/home 7 http://www.uni-giessen.de/cms/faculties/f09/institutes/ilr 8 http://www.uni-giessen.de/cms/fbz/zentren/ifz 9 http://www.uni-giessen.de/~gh1262/ipz/ipz.html, accessed on 11 Mars 2010 10 http://www.inra.fr/les_partenariats/programme_federateur_ecoger, accessed on 20 Oct. 2009 and http://www.zaplainevaldesevre.fr, accessed on 11 Mars 2010 xvii
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