Interspecific interactions regulate plant reproductive allometry in cereal-legume intercropping systems

Autor: Isabelle Litrico, Etienne-Pascal Journet, Christophe Naudin, Elise Pelzer, Antoine Couëdel, Bochra Kammoun, Philippe Hinsinger, Florian Fort, Eric Justes, Catherine Bonnet, Laurent Bedoussac, Nathalie Moutier, Pierre Casadebaig, Henrik Hauggaard-Nielsen, Cyrille Violle, Guénaëlle Corre-Hellou, Rémi Mahmoud, Erik Steen Jensen, Safia Médiène, Xavier Gendre, Noémie Gaudio
Přispěvatelé: AGroécologie, Innovations, teRritoires (AGIR), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), 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, 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 Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO), Agronomie, AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Roskilde Universitet [Roskilde], École Nationale Supérieure de Formation de l'Enseignement Agricole de Toulouse-Auzeville (ENSFEA), Ecole supérieure d'Agricultures d'Angers (ESA), 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, Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Laboratoire des Interactions Plantes Microbes Environnement (LIPME), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Direction du département Performances des systèmes de production et de transformation tropicaux (Direction Persyst), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Unité de Recherche Pluridisciplinaire Prairies et Plantes Fourragères (P3F), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes (IGEPP), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest, Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-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, 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)-Université de Montpellier (UM), Laboratoire d'Analyse, Topologie, Probabilités (LATP), Université Paul Cézanne - Aix-Marseille 3-Université de Provence - Aix-Marseille 1-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AgroParisTech, Roskilde University, Unité Expérimentale Forestière Méditerranéenne (UEFM), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Légumineuses, Ecophysiologie Végétale, Agroécologie (LEVA), Ecole supérieure d'Agricultures d'Angers (ESA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), 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, 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, Département Performances des systèmes de production et de transformation tropicaux (Cirad-PERSYST), Unité de recherches de génétique et amélioration des plantes, ANR-16-CONV-0004,DIGITAG,Institut Convergences en Agriculture Numérique(2016), 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), 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 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), Cropping Systems Ecology, Department of Biosystems and Technology, Box 103, SE-230 53 Alnarp, Sweden, Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-AGROCAMPUS OUEST, H2020 European Research Council, Grant/Award Number: ERC-StG-2014-639706-CONSTRAINTS, Université de Rennes (UR)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest, European Project: 639706,H2020,ERC-2014-STG,CONSTRAINTS(2015)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
0106 biological sciences
F08 - Systèmes et modes de culture
[SDV]Life Sciences [q-bio]
[SDV.SA.AGRO]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Agronomy
F62 - Physiologie végétale - Croissance et développement
01 natural sciences
Interactions biologiques
Plante légumière
Allométrie
media_common
2. Zero hunger
[SDV.EE]Life Sciences [q-bio]/Ecology
environment
Biomass (ecology)
0303 health sciences
biology
Ecology
Intercropping
04 agricultural and veterinary sciences
Assembly rules
Resource (biology)
cereal–legume mixtures
media_common.quotation_subject
Competition (biology)
Culture intercalaire
03 medical and health sciences
Biomass allocation
[SDV.SA.STA]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences/Sciences and technics of agriculture
Plant reproductive allometry
030304 developmental biology
Plante céréalière
business.industry
Interspecific competition
15. Life on land
Metabolic scaling theory
biology.organism_classification
Agronomy
Agriculture
040103 agronomy & agriculture
0401 agriculture
forestry
and fisheries
Système de culture
Allometry
[SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology
business
010606 plant biology & botany
Zdroj: Dryad
Dryad, 2021
Journal of Applied Ecology
Journal of Applied Ecology, Wiley, 2021, ⟨10.1111/1365-2664.13979⟩
Journal of Applied Ecology, 2021, 58 (11), pp.2579-2589. ⟨10.1111/1365-2664.13979⟩
ISSN: 0021-8901
1365-2664
Popis: Calls for ecological principles in agriculture have gained momentum. Intercropping systems have long been designed by growing two, or more, annual crop species in the same field, aiming for a better resource use efficiency. However, assembly rules for their design are lacking. Notably, it is still unknown whether species performances are maximized during both the vegetative and reproductive phases given the sensitivity of reproductive allocation rules to resource limitation. Interestingly, ecological theory provides expectations regarding putative invariance of plant reproductive allometry (PRA) under non-limiting conditions for plant growth. Here we examined whether and how PRA changes in response to plant-plant interactions in intercropping systems, which can inform both ecological theory and the understanding of the functioning of intercropping systems.We analyzed a dataset of 28 field cereal-legume intercropping trials from various climatic and management conditions across Western Europe. PRA was quantified in both mixing and single-species situations.PRA was positively impacted in specific management conditions, leading to a greater increase in yield for a given increase in plant size. Variations in PRA were more beneficial for legumes grown in unfertilized mixture, which explains their use as a key component in actual intercrop systems. The response for cereals was similar but less pronounced in magnitude, and was greater under limiting resource conditions. Focusing on intercropping conditions, hierarchical competition (indicated by biomass difference between intercropped species) appears as a strong driver of the reproductive output of a given species.Synthesis and applications. Plant reproductive allometry behaves in crop species in the same way as it does in wild species. However, contrary to theoretical expectations about an overall invariance of PRA, we highlighted taxon-specific and context-dependent effects of plant-plant interactions on PRA. This systematic deviation to PRA expectations could be leveraged to cultivate each species up to its reproductive optimum while accounting for the performance of the other, whether farmer’s objective is to favor one species or to reach an equilibrium in seed production. Sowing density and cultivar choice could regulate the biomass of each component, with specific targets derived from allometric relationships, aiming for an optimal reproductive allocation in mixtures.
Databáze: OpenAIRE
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