Diversifying crop rotations with temporary grasslands : potentials for weed management and farmland biodiversity

Abstract

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. 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.