Smart agricultural land-use changes and their effects on soil microbial communities enhance the maintenance of soil fertility and sustainable crop production in humid savannas of Ivory Coast
Impact de pratiques agricoles conventionnelles et innovantes sur la fertilité des sols et les acteurs microbiens impliqués dans la zone de savanes humides de Côte d’Ivoire
Résumé
In West Africa, humid savanna soils are characterized by extremely low concentrations of organic matter, mineral nitrogen, phosphorus and basic cations, which limit primary production. We analyzed how particular changes in land-uses can influence the functioning and fertility of soils, to support the production of agroecosystems in this savanna zone. We compared six land-use types at 9 experimental plots across a landscape: traditional slash-and-burn; conventional chemical fertilization; and innovative use of mulching (tested with or without inserting legumes in the crop rotation). Bare soil was also considered as a reference situation. Soil was sampled on the 54 sub-plots, before and 3 times after treatment inception. We surveyed seven soil enzyme activities (denitrification, nitrification, β glucosidase, N-acetyl-β-D-glucosaminidase, acid and alkaline phosphatase, dehydrogenase), key soil variables (moisture, organic C, mineral and total N, pH, and available P) and the abundances and diversity of microbial communities involved in the N cycle (bacterial and archaeal ammonia oxidizers; Nitrobacter; Nitrospira; and nirS-, nirK- and nosZ-like denitrifiers). Our results showed that (i) C. org, K, Mg and soil enzymes activities decreased with soil depth, reflecting a low rate of nutrient accumulation in soil depth. In contrast, fallow periods (0 to 10 years) did not significantly affect the majority of soil properties, excepted soil Ntot and K, which were high in old fallows. In addition, C. org decreased as a function of the fallow period, but Mg follow-up an inverse trend; (ii) the land use type strongly affects most soil enzymatic activities and the microbial communities involved in nutrient cycling; (iii) innovative mulching practices have a positive impact on soil characteristics and microbial communities, thereby maintaining the maintenance of soil fertility and the sustainability of agricultural production in the long term. According to our results, the practice of mulching, possibly with the insertion of legumes, could be less expensive and more appropriate to progressively and sustainably increase nitrogen availability in these agro-ecosystems
En Afrique de l'Ouest, les sols de savanes humides se caractérisent par des concentrations extrêmement basses de matières organiques, d'azote minéral, de phosphore et de cations basiques, ce qui limite la production primaire. Ce travail a analysé comment des changements particuliers dans les utilisations des terres peuvent influencer le fonctionnement et la fertilité des sols, pour in fine soutenir la production des agroécosystèmes dans cette zone de savane. Six différents types d'utilisation des terres sur 9 parcelles expérimentales répartis à l’échelle du paysage du centre-sud de la Côte d’Ivoire ont été comparé : (i) le brûlis comme pratique traditionnelle ; (ii) la fertilisation chimique comme pratique conventionnelle ; et le mulching comme pratique innovante, testé (iii) sans insertion de légumineuses ou (iv et v) avec insertion de haricot ou soja dans des cycles de rotations culturales ; (vi) le sol nu était considéré comme une situation de référence (le témoin). Le sol a été prélevé dans 54 sous-parcelles, avant et 3 fois après la mise en place des traitements. Sept activités enzymatiques (activités dénitrifiante, nitrifiante, β glucosidase, N-acétyl-β-D-glucosaminidase, phosphatase acide et alcaline, déshydrogénase) du sol, les principales variables du sol (humidité, carbone organique, azote total, pH et Phosphore assimilable), l'abondance et la diversité des communautés microbiennes impliquées dans le cycle de l’azote (bactéries et archées oxydatrices de l’ammonium ; les genres Nitrobacter et Nitrospira qui jouent un rôle clé dans la production de nitrate ; les bactéries réductrices du nitrite porteuses des gènes nirS ou nirK ; et les bactéries réductrices du N2O porteuses de gènes nosZI ou nosZII). Les résultats ont montré que (i) le C. org, le K, le Mg et les activités enzymatiques du sol ont diminué avec la profondeur du sol, indiquant un faible taux d’accumulation des nutriments dans les profondeurs les plus importantes du sol. Par ailleurs, les durées de jachère (0 à 10 ans) n’ont pas significativement affecté la majorité des propriétés du sol, à l'exception de l’Ntot et du K du sol qui étaient élevés dans les vieilles jachères. De plus, le C. org a diminué en fonction de la durée de la jachère tandis que le Mg a suivi une tendance inverse ; (ii) le type d'utilisation des terres a affecté fortement la plupart des activités enzymatiques du sol et les communautés microbiennes impliquées dans le cycle de l’azote; (iii) les pratiques de mulching pourraient avoir un impact positif sur les caractéristiques du sol et les communautés microbiennes, avec pour conséquence le renforcement du maintien de la fertilité des sols et la durabilité de la production agricole à long terme. D’après les résultats obtenus, la pratique de paillage, possiblement avec insertion de légumineuses, pourrait être moins onéreuse et plus adaptée pour augmenter progressivement et de façon durable la disponibilité en azote dans ces agroécosystèmes
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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