Biotic and abiotic effects of multi-services cover crops on the quality of establishment and productivity of a popcorn crop | Effets biotiques et abiotiques de cultures intermédiaires multi-services sur la qualité d'implantation et la productivité d'une culture de popcorn

Английский. In South-West France, popcorn maize is generally grown under intensive cropping systems, where the soil is left bare during the fallow period entailing environmental risks. In the context of agroecological transition, the introduction of cover crops (CCs) during fallow period is emerging as a key lever for ecosystem service provisioning. The aim of our research was twofold: to understand the impact of the establishment quality of CCs on their biomass production potential, which is a prerequisite for ecosystem service provisioning; and to assess abiotic and biotic effects of different CCs on the establishment quality, roots mycorrhization, development and productivity of popcorn maize compared with the control treatment represented by a bare soil. Firstly, we conducted a global meta-analysis (275 studies, 53 127 observations) to quantify the response of maize germination, emergence, roots mycorrhization, plant height, biomass yield and grain yield to different CC botanical families and compositions. Secondly, we carried out a 2-year field experiments at Auzeville-Tolosane to assess the quality of establishment and biomass production potential of a wide range of CCs belonging to three major families (i.e. brassicas, legumes, grasses) grown in pure stands and mixtures, and to determine their abiotic and biotic effects on the following popcorn maize. The CC species tested in pure stands were: i) three species of brassicas (white mustard var.Architect, indian mustard var.Etamine, winter radish var.Daïkon CS), ii) four species of legumes (winter faba bean (var.Irena, var.Diva), spring faba bean (var.Nanaux, var.Scuro), common vetch (var.Spido, var.Veronica), purple vetch var.Titane), and one grass species (cereal rye var.Wastauro), while CCs tested in mixtures were: spring faba bean (var.Nanaux)-indian mustard, spring faba bean (var.Nanaux)-winter radish, common vetch (2 varieties)-indian mustard, common vetch (var.Spido)-field pea (var.Arkta), and winter faba bean (var.Irena)-phacelia (var.Maja). Our research showed that the quality of establishment is a determining factor in the biomass production of brassica CCs while it is not the case for legume CCs and mixtures that compensated emergence losses via ramification and branching. Popcorn productivity was significantly related to its stand density and its level of roots mycorrhization. Although CCs reduced the popcorn stand density, they maintained roots mycorrhization and grain yield in a system with high nitrogen inputs. On the other hand, CCs regulated weed development and improved nitrogen nutrition and popcorn grain sanitary quality. However, cereal rye and the common vetch-winter pea mixture resulted the least favourable for popcorn cultivation, especially cereal rye, which reduces population density, yield, and popcorn grain sanitary quality. In agreement with our meta-analysis, we conclude that brassica-legume mixtures are the most favourable combinations not only for sufficient biomass production but also for improved popcorn maize establishment and productivity, while regulating weeds and mycotoxins in the grains. In particular, popcorn maize can draw maximum benefits when grown under a low-input system, with the proportion of brassicas being adjusted in the mixture in relation to post-harvest nitrogen residues in the soil.

Французский. Dans le Sud-Ouest de la France, le maïs popcorn est généralement cultivé dans des systèmes de culture intensifs où le sol est laissé à nu pendant la période d’interculture, entraînant des risques environnementaux. Dans le contexte de la transition agroécologique, l’introduction de cultures intermédiaires (CI) pendant la période d’interculture émerge comme un levier clé pour la fourniture de services écosystémiques. L’objectif de notre travail de recherche était double : comprendre l’impact de la qualité d’implantation des CI sur leur potentiel de production de biomasse, qui est une condition préalable à la fourniture de services écosystémiques ; et d’évaluer les effets abiotiques et biotiques de différentes CI sur la qualité d’implantation, la mycorrhization racinaire, le développement et la productivité du maïs popcorn par rapport au traitement témoin représenté par un sol nu. Premièrement, nous avons réalisé une méta-analyse globale (275 études, 53 127 observations) pour quantifier la réponse de la germination, la levée, la mycorhization racinaire, la hauteur de la plante, le rendement en biomasse et le rendement en grain du maïs à différentes familles botaniques et compositions de CI. Deuxièmement, nous avons mené deux années d’expérimentations au champ à Auzeville-Tolosane pour évaluer la qualité d’implantation et le potentiel de production de biomasse d’une large diversité de CI appartenant à trois grandes familles (c’est-à-dire brassicacées, légumineuses, graminées) cultivées en monocultures ou mélanges, et pour déterminer leurs effets abiotiques et biotiques sur le maïs popcorn suivant. Les espèces de CI testées en monoculture étaient : i) trois espèces de brassicacées (moutarde blanche var.Architect), moutarde brune (var.Etamine), radis chinois (var.Daïkon CS), ii) quatre espèces de légumineuses (féverole d’hiver (var.Irena, var.Diva), féverole de printemps (var.Nanaux, var.Scuro), vesce commune (var.Spido, var.Veronica), vesce pourpre var.Titane), et une espèce de graminée (seigle forestier var.Wastauro), tandis que les CI testées en mélange étaient : féverole de printemps (var.Nanaux)-moutarde indienne, féverole de printemps (var.Nanaux)-radis d'hiver, vesce commune (2 variétés)-moutarde indienne, vesce commune (var.Spido)-pois de terre (var.Arkta), et féverole d'hiver (var.Irena)-phacélie (var.Maja). Nos recherches ont montré que la qualité d’implantation est un facteur déterminant dans la production de biomasse des CI de brassicacées, tandis que ce n’est pas le cas pour les CI de légumineuses et les mélanges qui compensent les pertes de levée par la ramification et le tallage. La productivité du maïs popcorn était significativement liée à sa densité de peuplement et à son niveau de mycorhization racinaire. Bien que les CI aient réduit la densité de peuplement du maïs popcorn, elles ont maintenu la mycorhization racinaire et le rendement en grain dans un système à hauts intrants azotés. D’autre part, les CI ont régulé le développement des adventices et amélioré la nutrition azotée et la qualité sanitaire des grains de popcorn. Cependant, le seigle forestier et le mélange vesce commune-pois d’hiver se sont avérés les moins favorables à la culture de maïs popcorn, en particulier le seigle forestier qui réduit la densité de peuplement, le rendement et la qualité sanitaire des grains de maïs popcorn. En accord avec notre méta-analyse, nous concluons que les mélanges de brassicacées-légumineuses sont les combinaisons les plus favorables, non seulement pour une production suffisante de biomasse, mais aussi pour une amélioration de la qualité d’implantation et la productivité du maïs popcorn, tout en régulant les adventices et les mycotoxines dans les grains. En particulier, le maïs popcorn peut tirer le maximum de bénéfices lorsqu’il est cultivé dans un système à faibles intrants azotés, avec la proportion de brassicacées ajustée dans le mélange par rapport aux reliquats azotés post-récolte dans le sol.