Study of macronutrient dynamics and biomass production of soybean (Glycine max (L.) Merr.) in no-till integrated crop-livestock systems under two types of fertilisation in southern Brazil

Abstract

As a result of rising food demand and evolving production technologies, modern agriculture is now characterised by standardised and efficient monoculture systems. This type of agricul tural production is common in rural areas around the world, but is beginning to show signs of saturation due to its high demand for energy and natural resources. Dependence on chemical fertilisers has a significant impact on soil fertility, making farming systems increasingly vulner able. Integrating livestock into farming systems has been shown to improve system resilience. In addition, a new approach to fertilisation is emerging, known as systemic fertilisation. This technique is based on the conceptual framework that fertilisers should be applied during the phase of the system when nutrient extraction is lowest and nutrient recycling capacity is high est. To evaluate the combination of these two promising techniques, this work compared the macronutrient dynamics and biomass production of soybean (Glycine max (L.) Merr.) in inte grated cropping systems with a cropping system subjected to two types of fertilisation in the Rio Grande do Sul region of southern Brazil. The conventional cropping system consisted of a soybean crop followed by an non-grazed Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) cover crop. The ICLS system consisted of a rotation of soybean and Italian ryegrass grazed by sheep in winter. In the conventional fertilisation strategy, phosphorus and potassium were applied when the soya was sown and nitrogen when the Italian ryegrass was planted. In the fertilisa tion system used, all nutrients were applied at the time of Italian ryegrass establishment. The results indicate that the integration of ICLS and systemic fertilisation improved the availability of nutrients in the soil. This allowed the plant to assimilate these elements more efficiently during its vegetative growth cycle, leading to an increase in biomass production compared to ungrazed systems. Favourable soil nutrient conditions led to an increase in the photosynthetic parameters of ICLS soybean plants, which declined more slowly at the end of the cycle. How ever, no difference in yield was observed between the systems. This could be explained by methodological limitations, differences in sampling or the possible influence of abiotic factors. In conclusion, this study has shown that ICLS combined with systemic fertilisation is a po tential means of increasing food production and improving the sustainability and productivity of agro-ecosystems. However, in view of the results of the present study, there are a num ber of avenues for further research, such as further investigation of soil-plant interactions at different horizons or the development of predictive models in different soil and climate contexts.

En raison de l’augmentation de la demande alimentaire et de l’évolution des technologies de production, l’agriculture moderne se caractérise aujourd’hui par des systèmes de monoculture standardisés et efficaces. Ce type de production agricole est courant dans les zones rurales du monde entier, mais commence à montrer des signes de saturation en raison de sa forte de mande en énergie et en ressources naturelles. La dépendance à l’égard des engrais chimiques a un impact significatif sur la fertilité des sols, ce qui rend les systèmes agricoles de plus en plus vulnérables. Il a été démontré que l’intégration de l’élevage dans les systèmes agricoles améliorait la résilience de ces derniers. En outre, une nouvelle approche de fertilisation, connue sous le nom de fertilisation systémique, est en train d’émerger. Cette technique est basée sur le cadre conceptuel selon lequel les engrais doivent être appliqués pendant la phase du système où l’extraction des éléments nutritifs est plus faible et où la capacité de recyclage des éléments nutritifs est plus élevée. Pour évaluer la combinaison de ces deux techniques prometteuses, ce travail a comparé la dynamique des macronutriments et la production de biomasse du soja (Glycine max (L.) Merr.) dans un système intégré culture-élevage avec un système de cul ture conventionnel soumis à deux types de fertilisation dans la région du Rio Grande do Sul, dans le sud du Brésil. Le système de culture conventionnel consistait en une culture de soja suivie d’une culture de couverture de ray-grass italien non pâturée. L’ICLS consistait en une rotation de soja et de ray-grass italien (Lolium multiflorum Lam.) pâturé par des moutons en hiver. Dans la stratégie de fertilisation conventionnelle, le phosphore et le potassium ont été appliqués au moment de l’ensemencement du soja et l’azote au moment de la plantation du ray-grass italien. Dans le système de fertilisation utilisé, tous les nutriments ont été appliqués au moment de l’implantation du ray-grass italien. Les résultats indiquent que l’intégration de l’ICLS et de la fertilisation systémique a amélioré la disponibilité des nutriments dans le sol. Cela a permis à la plante d’assimiler ces éléments plus efficacement pendant son cycle de croissance végétative, ce qui a entraîné une augmentation de la production de biomasse par rapport aux systèmes non pâturés. Les conditions nutritives favorables du sol ont entraîné une augmentation des paramètres photosynthétiques des plants de soja ICLS, qui ont diminué plus lentement à la fin du cycle. Cependant, aucune différence de rendement n’a été observée entre les systèmes. Cela pourrait s’expliquer par des limitations méthodologiques, des différences d’échantillonnage ou l’influence possible de facteurs abiotiques. En conclusion, cette étude a montré que l’ICLS combiné à la fertilisation systémique est un moyen potentiel d’augmenter la production alimentaire et d’améliorer la durabilité et la productivité des agro-écosystèmes. Cependant, au vu des résultats de la présente étude, il existe un certain nombre de pistes de recherche, telles que l’étude plus approfondie des interactions sol-plante à différents horizons ou le développement de modèles prédictifs dans différents contextes pédoclimatiques.