A functional diversity approach of crop sequences reveals that weed diversity and abundance show different responses to environmental variability. Issue 6 (22nd April 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Mahaut, Lucie; Gaba, Sabrina; Fried, Guillaume
• Editors: Mateos, David Moreno
• Is Part Of: Journal of applied ecology. Volume 56:Issue 6(2019)
• Page Start: 1400
• Page End: 1409
• Publication Date: 2019-04-22
• Subjects: agroecology -- crop rotation -- crop sequences -- disturbance -- functional diversity -- Hill's number -- resource availability -- weed management; Agriculture -- Periodicals; Biology, Economic -- Periodicals; Agricultural ecology -- Periodicals; Applied ecology -- Periodicals; 577
• DOI: 10.1111/1365-2664.13389
• Languages: English
• ISSNs: 0021-8901

Abstract

Abstract: Combining several crop species and associated agricultural practices in a crop sequence has the potential to control weed abundance while promoting weed diversity in arable fields. However, how the variability in environmental conditions that arise from crop sequences affects weed diversity and abundance remains poorly understood, with most studies to‐date simply opposing weed communities in monoculture and in crop rotation. Here, we describe crop sequences along gradients of disturbance and resource variability using a crop functional trait and associated agricultural practices. We tested the hypothesis that in disturbances reduces weed abundance, whereas variability in resources promotes weed diversity. We used functional Hill's numbers to compute crop sequence functional diversity based on sowing date, herbicide spectrum and crop height—these are the respective proxies of disturbance timings, disturbance types and light availability. Using a large‐scale weed monitoring database, we assessed crop sequence diversity for 1, 045 crop sequences of five consecutive cropping seasons. We computed weed richness and abundance at pluri‐annual (pool of weeds observed across five cropping seasons) and annual (pool of weeds observed during a winter cereal cropping season preceded by five cropping seasons) scales. We also accounted for herbicide and tillage intensities to test whether management intensity affects the response of weed diversity and abundance to crop sequence diversity. At the pluri‐annual scale, weed richness increased with the diversity of crop height and sowing date, whereas weed abundance decreased with sowing date diversity. Annual weed richness decreased with sowing date diversity, whereas annual weed abundance poorly relied on crop sequence diversity. Synthesis and applications . This study establishes a scientific basis for designing crop sequences according to specific weed management goals. We show that farmers may enhance arable weed diversity on a pluri‐annual scale by sequentially sowing crop species that differ in their competitive ability and sowing date. They may also achieve a better control of weed abundance by increasing the diversity of crop sowing dates across the crop sequence. Abstract : This study establishes a scientific basis for designing crop sequences according to specific weed management goals. We show that farmers may enhance arable weed diversity on a pluri‐annual scale by sequentially sowing crop species that differ in their competitive ability and sowing date. They may also achieve a better control of weed abundance by increasing the diversity of crop sowing dates across the crop sequence. Résumé: Combiner différentes espèces cultivées avec leurs pratiques agricoles spécifiques au sein d'une séquence de cultures peut permettre de contrôler l'abondance des adventices tout en favorisant une plus grande diversité d'espèces. A ce jour, la plupart des études ayant adressé ce sujet se sont bornées à comparer les communautés adventices observées dans des parcelles en monoculture ou en rotation de cultures. Cette comparaison dichotomique ne permet pas de comprendre quels sont les paramètres, dans la variabilité environnementale induite par les séquences de cultures, qui affectent la diversité et l'abondance des communautés adventices. Pour aller plus loin, nous proposons ici de décrire les séquences de cultures le long de gradients de perturbation et de variabilité des ressources en utilisant un trait fonctionnel de la culture et les pratiques agricoles associées. Se faisant, nous testons l'hypothèse selon laquelle la variabilité des perturbations réduit l'abondance des adventices et si au contraire, la variabilité des ressources disponibles favorise la diversité des adventices. Nous avons utilisé les nombres fonctionnels de Hill pour calculer la diversité fonctionnelle des séquences de cultures en fonction de la date de semis, du spectre des herbicides et de la hauteur des espèces cultivées. Ces trois paramètres sont des approximations des dates de perturbation, des types de perturbation et de la disponibilité de la lumière. À l'aide d'une base de données sur le suivi des adventices à grande échelle (Biovigilance Flore), nous avons évalué la diversité fonctionnelle de 1045 séquences de cultures sur cinq campagnes culturales consécutives. Nous avons calculé la richesse spécifique et l'abondance des adventices aux échelles pluriannuelle (pool des adventices observées au cours de cinq campagnes culturales) et annuelle (pool des adventices observées au sein d'une céréale d'hiver précédée de cinq campagnes culturales). Nous avons également pris en compte les intensités des traitements herbicides et du travail du sol pour vérifier si l'intensité de la gestion affectait la manière dont la diversité et l'abondance des adventices répondent à la diversité de la séquence des cultures. À l'échelle pluriannuelle, nos résultats montrent que la richesse des communautés adventices augmente avec la diversité de la hauteur de la culture et de la date de semis, tandis que l'abondance des adventices diminue avec la diversité des dates de semis. La richesse spécifique annuelle des communautés adventices (dans les céréales d'hiver) diminue avec la diversité des dates de semis de la séquence culturale passée, tandis que l'abondance annuelle des adventices dans les céréales d'hiver dépend peu de la diversité des séquences de cultures. Synthèse et applications . Cette étude établit une base scientifique pour concevoir des séquences de cultures en fonction d'objectifs spécifiques de gestion des adventices. Nos résultats montrent que les agriculteurs peuvent augmenter la diversité du pool d'adventices présent à l'échelle pluriannuelle de la séquence de cultures en alternant des espèces cultivées dont la capacité concurrentielle et la date de semis diffèrent. Tout en favorisant une plus grande diversité d'espèces adventices, augmenter la diversité des dates de semis des cultures dans la séquence culturale permet également aux agriculteurs d'obtenir un meilleur contrôle de l'abondance des adventices.