Assessment of tillage systems in organic farming: influence of soil structure on microbial biomass. First results

Soil tillage modifies environmental conditions of soil microorganisms and their ability to release nitrogen. We compare the influence of reduced tillage (RT) and mouldboard ploughing (MP) on the soil microbial functioning in organic farming. In order to connect soil structure generated by these tillage systems on the soil microbial biomass we adopt a particular sampling scheme based on the morphological characterisation of the soil structure by the description of the soil profile. This method reveals the influence of soil structure on soil microbial biomass and allows a more precise assessment of the impact of tillage managements on the soil microbial functioning

Weeds and crop yields under conservation tillage in organic farming.

Conservation tillage in conventional agriculture tends to make the cropping systems more dependent on herbicides. Organic farming principles could solve this problem. However, direct drilling under a cover crop in organic farming remains difficult. We need innovative techniques, such as knife roller and adapted cover crops. Reduced tillage is possible if weeds are well controlled with mechanical tools, such as hoeing for spring crops, i.e. maize in 2005 and soybean in 2006 (site A). If though weed infestation increases during one year, it will be difficult to control it in subsequent crops in case of reduced tillage

Spatial variability of microbial indicators and assessment of tillage systems on the soil microbiological functioning on organic farming.

Reduction tillage, in modifying the soil microorganisms’ environment, modifies their potential to supply plants nutrients. This is of primary importance in organic farming as the nutrients availability is mainly dependent on the organic matter degradation by microorganisms. To study the effect of tillage on soil physical and microbiological properties, we compare 4 tillage practises (deep and shallow ploughing, chisel and no tillage) in an experimental field near Lyon. Our objective is to link a structural statement with a microbiological functioning in order to study the microorganisms’ abilities to supply nitrogen and phosphorus. For such studies, it is of primary importance to use a convenient sampling design as the microbiological properties are highly variable in space and time. So, we first studied, before the treatments differentiation, the spatial variability of some microbiological properties. We first present this study briefly and its utilities for the future assessment of the tillage practises on the soil microbiological functioning

Soil and Pest Management in French Polynesian Farming Systems and Drivers and Barriers for Implementation of Practices Based on Agroecological Principles

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Test Bêche. Guide d'ultilisation

Afin de suivre l’état physique d’un sol, différents outils d’observation au champ existent. En Europe du Nord, on retrouve le test VESS (Visual Evaluation of Soil Structure) issu du test Peerlkamp. Ce test VESS permet d’apprécier la qualité de la structure des sols au niveau des premiers horizons. Il est basé sur un système de notation de 1 (très bonne qualité de structure du sol) à 5 (mauvaise qualité de structure du sol). En pratique, sa réalisation sur le terrain dure 5 à 15 minutes. Il permet d’avoir diverses informations sur les agrégats du sol (taille, forme, force, couleur) et les éléments biologiques (présence de racines). On peut aussi apprécier les éventuelles porosités. En Nouvelle-Zélande, le test VSA (Visual Soil Assessment) est pratiqué. Tout comme le test VESS, iI permet d’évaluer la qualité de la structure des sols au niveau des premiers horizons mais aussi les interrelations avec la production. Le sol prélevé est lâché depuis une hauteur de hanche, puis évalué selon différents critères. Ensuite, une note est attribuée prenant en compte ces différents critères pondérés. Les informations recueillies concernent la texture et la structure du sol, la porosité, les mottes, la couleur, la présence de lombrics, l’odeur, et les racines. En France, la méthode du profil cultural a été retenue pour évaluer la qualité des premiers horizons et des horizons profonds du sol. Cette méthode se base sur l’observation des modes d’assemblage et de la structure interne des mottes en lien avec les travaux du sol. Une observation de l’activité biologique (racines, macroorganismes, etc.) est également pris en compte dans la démarche. Ce test est assez contraignant étant donné qu’il faut creuser une fosse. Cela demande du temps et du matériel. Mais ce profil permet d’obtenir un diagnostic complet et plus précis sur l’état du sol et l’ensemble de ces horizons (Batey et al,2015). Issu de ce profil cultural, un test bêche a été mis en place, plus simple et plus rapide à mettre en œuvre. Il est basé sur la caractérisation de la structure du sol via l’assemblage et l’état interne des mottes de terre, telle que décrite par la méthode du profil cultural (Cf. Guide du profil cultural, 2016). Cette caractérisation se fait dans un premier temps à l’aide d’une bêche puis sur une bâche. Le diagnostic final permet de classer la structure du sol en 5 classes, en fonction de son degré de tassement. Ce test a été élaboré en 2007 par Yvan Gautronneau, Joséphine Peigné et JeanFrançois Vian au sein de l’ISARA-Lyon dans le cadre de l’enseignement. Suite à son développement dans deux projets CASDAR, il s’est peu à peu répandu au sein du monde professionnel, nécessitant alors un guide de réalisation de ce test adapté et formalisé. L’objectif de ce test est d’assurer un suivi simplifié de la structure du sol comme facteur explicatif de l’élaboration du rendement le long du cycle cultural. Il est réalisable rapidement, accessible à tous et peut être répété afin d’apprécier la variabilité structurale du sol d’une parcelle. Un diagnostic rapide peut alors être établi afin de voir la nécessité d’analyses plus approfondies (réalisation d’un profil cultural). Ce guide a été élaboré afin d’accompagner au mieux les utilisateurs lors de la réalisation de ce test. Il présente les différentes étapes à suivre pour son bon déroulement. Pour recueillir les informations lors de la réalisation du test, un dossier conçu pour le terrain est détachable à la fin de ce guide. Ce guide est réalisé dans le cadre du projet Agrinnov’ et SolAB, soutenus par le CASDAR (Compte d’Affectation Spéciale Développement Agricole et Rural). Il fait également partie du projet européen Fertilcrop (CORE organnic)

Spade test

The spade test is a diagnosis tool to assess soil structure (scoring from 1 to 5 = very compacted). This tool is a simplified version of the soil profile diagnosis method that quickly provides information to the user and helps for decision making (e.g. tillage operations). The guideline document explains how to extract a soil block with a spade (20 cm * 20 cm * 25 cm or more) and interpret the observed soil structure. The spade test only requires a spade and a tarp. The leaflet contains an interpretation table for scoring the soil structure based on the observation of the clods. It also contains a notation sheet. The tool has been developed for organic agriculture but could be used in conventional agriculture. The test is applicable in all European pedo-climatic conditions

Comparaison de différentes techniques de travail du sol en agriculture biologique: effet de la structure et de la localisation des résidus sur les microorganismes du sol et leurs activités de minéralisation du carbone et de l'azote

Over the last decades, the surface traditionally ploughed has tended to decrease and replaced by shallow working tillage techniques without soil inversion, i.e., no tillage or reduced tillage with tines or discs. These techniques were mostly developed in conventional farming systems but nowadays they are also developed in organic farming systems. Nevertheless, these tillage techniques could generate crop nutrients deficiencies and a deterioration of soil structure, especially during the first years of their application. As the use of synthetic fertilizers is forbidden in organic farming, a decrease of the soil fertility could be very detrimental for crop growth. Indeed, soil micro-organisms are key contributors to the soil functioning in organic farming as nutrient supply is mainly dependent on the degradation of soil organic matter by their mineralization activity. The objective of this work was to study - during the first years of their application (< 5 years) - the effects of different tillage techniques on soil structure, crop residues distribution and to evaluate their consequences on soil micro-organisms as well as their potential activity to mineralize organic carbon and nitrogen. To fulfill this objective, a particular sampling scheme was used, based on a morphological characterisation of soil structure. In each horizon delimited by the working depth of the successive tillage tools, we sampled different areas with distinct physical properties : compacted clods (D clods) without any visible structural porosity and loose clods with a clearly visible structural porosity (G clods). This sampling method enabled us to make connections between soil structure and soil microbial functioning, and to reveal the spatial organisation of soil micro-organisms at a macroscopic scale, quantitatively (soil microbial biomass and its activities of C and N mineralization) and qualitatively (soil microbial community structure). In this way, during the first years of treatments differentiation, quantity, activity and soil microbial community structure were modified : firstly, by crop residue distribution and secondly, by soil compaction within the horizons where substrates availability was not restricted. The integration of the spatial heterogeneities of soil structure enabled us to precise the effects of each tillage technique on the potential ability of soil micro-organisms to mineralize organic carbon and nitrogen. Thus, in the experimental conditions of this work, the application of a reduced tillage technique in organic farming doesn't reduce the potential of nitrogen mineralization in comparison with mouldboard ploughing during the first years of its application.Depuis quelques décennies, le labour, comme mode de travail du sol, tend à diminuer au profit de différents modes de préparation du sol, allant du travail du sol réduit sans retournement jusqu'au semis direct. De tels modes alternatifs de travail du sol méritent une étude approfondie avant leur diffusion en agriculture biologique (AB) car ils peuvent occasionner des problèmes de nutrition des cultures et une dégradation de la structure du sol au cours des premières années de leur application. L'objectif de ce travail a donc été d'étudier à court terme (< 5 ans) les modifications que génèrent l'adoption de différentes techniques de travail du sol en AB sur la structure du sol, la répartition des résidus de culture et des microorganismes au sein du profil cultural, puis d'en évaluer les conséquences sur la minéralisation potentielle du carbone et de l'azote. Pour cela, le travail s'est appuyé sur deux dispositifs agronomiques mis en place l'un sur sol alluvial sableux (Lyon), l'autre sur sol limoneux de Bretagne (Kerguéhennec) pour comparer les effets de quatre modes de travail du sol : labour traditionnel, labour "agronomique", travail réduit et superficiel. Dans chacun de ces sites, des prélèvements ont été réalisés à partir de l'observation des profils culturaux au sein de zones compactées (mottes delta) et non compactées (mottes gamma) à différentes profondeurs correspondant aux limites de travail des outils étudiés. Cette stratégie d'échantillonnage a permis de relier la structure du sol au fonctionnement microbien et de mieux comprendre les facteurs qui gouvernent l'organisation spatiale des microorganismes à une échelle macroscopique et ce, aussi bien d'un point de vue quantitatif (biomasse microbienne, activités de minéralisation) que qualitatif (structure des communautés microbiennes). Ainsi, dès les premières années de différenciation des traitements, la quantité, l'activité mais aussi la structure des communautés microbiennes sont influencées par la profondeur et le mode d'enfouissement des résidus puis, dans les horizons où la quantité de substrat disponible n'est pas limitante, par le tassement du sol généré par chaque technique. La prise en compte de l'hétérogénéité spatiale de la structure du sol permet de préciser l'effet de chaque technique étudiée sur le potentiel de minéralisation du carbone et d'azote des microorganismes. Ainsi, dans les conditions expérimentales de ce travail, il apparaît que l'adoption de techniques de travail du sol réduit ou superficiel ne limite pas le potentiel d'azote minéralisable total (sur l'ensemble de la couche de sol) par rapport au labour au cours des premières années de leur application

Comparison of different tillage systems in organic farming : effect of soil structure and organic matter repartition on soil micro-organisms and their activities of carbon and nitrogen mineralization

Over the last decades, the surface traditionally ploughed has tended to decrease and replaced by shallow working tillage techniques without soil inversion, i.e., no tillage or reduced tillage with tines or discs. These techniques were mostly developed in conventional farming systems but nowadays they are also developed in organic farming systems. Nevertheless, these tillage techniques could generate crop nutrients deficiencies and a deterioration of soil structure, especially during the first years of their application. As the use of synthetic fertilizers is forbidden in organic farming, a decrease of the soil fertility could be very detrimental for crop growth. Indeed, soil micro-organisms are key contributors to the soil functioning in organic farming as nutrient supply is mainly dependent on the degradation of soil organic matter by their mineralization activity. The objective of this work was to study - during the first years of their application (&lt; 5 years) - the effects of different tillage techniques on soil structure, crop residues distribution and to evaluate their consequences on soil micro-organisms as well as their potential activity to mineralize organic carbon and nitrogen. To fulfill this objective, a particular sampling scheme was used, based on a morphological characterisation of soil structure. In each horizon delimited by the working depth of the successive tillage tools, we sampled different areas with distinct physical properties : compacted clods (D clods) without any visible structural porosity and loose clods with a clearly visible structural porosity (G clods). This sampling method enabled us to make connections between soil structure and soil microbial functioning, and to reveal the spatial organisation of soil micro-organisms at a macroscopic scale, quantitatively (soil microbial biomass and its activities of C and N mineralization) and qualitatively (soil microbial community structure). In this way, during the first years of treatments differentiation, quantity, activity and soil microbial community structure were modified : firstly, by crop residue distribution and secondly, by soil compaction within the horizons where substrates availability was not restricted. The integration of the spatial heterogeneities of soil structure enabled us to precise the effects of each tillage technique on the potential ability of soil micro-organisms to mineralize organic carbon and nitrogen. Thus, in the experimental conditions of this work, the application of a reduced tillage technique in organic farming doesn't reduce the potential of nitrogen mineralization in comparison with mouldboard ploughing during the first years of its application

Comparaison de différentes techniques de travail du sol en agriculture biologique (effet de la structure et de la localisation des résidus sur les microorganismes du sol et leurs activités de minéralisation du carbone et de l'azote)

PARIS-AgroParisTech Centre Paris (751052302) / SudocSudocFranceF

Intercropping with legume for agroecological cropping systems: complementarity and facilitation processes and the importance of soil microorganisms. A review

International audienceIntercropping is a powerful way to promote a more diversified plant community in the field, thereby enabling complementary and facilitative relationships. In these systems, legumes are a key functional group, and are highly valued for the agroecological services they provide. This review identifies the different complementarity and facilitation processes in soils in intercropped legume/cereal systems and the key role of soil microorganisms in these processes. The intercropped legumes/cereal systems reduce inter-specific competition by enhancing complementarity/facilitation processes thereby improving the exploitation of resources, which is, in turn, reflected in the increase in plant production corresponding to greater efficiency of the agroecosystem as a whole. Plant production, including above-and belowground biomass, is positively correlated with microbial abundance and diversity. This microbial life is assumed to play a significant role in the availability and transfer of soil nutrients to plants as well as in plant health and soil fertility. Although we are currently unable to identify a reliable and exhaustive pattern of plant-microbe interactions, perhaps simply because no universal relationship exists between plants and microorganisms, reliable scenarios reveal strong trends and define the conditions required for successful intercropping systems and microbial interactions. Given our incomplete knowledge of facilitation processes and belowground interactions, intercropping systems must learn from and apply the experience gained in successful experiments. Intercropping dynamics play a critical role in explaining the establishment of facilitative root interactions and finally suggest perennial plant associations may be more effective than annual ones