Contrasting impacts of two weed species on lowbush blueberry fertilizer nitrogen uptake in a commercial field

Citation

Marty, C., Lévesque, J.A., Bradley, R.L., Lafond, J., Paré, M.C. (2019). Contrasting impacts of two weed species on lowbush blueberry fertilizer nitrogen uptake in a commercial field. PLoS ONE, [online] 14(4), http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0215253

Plain language summary

NE PAS RÉVISER - À LA DEMANDE DE LA CLIENTE Plusieurs études ont émis comme hypothèse que le bleuet nain sauvage (Vaccinium angustifolium Ait) était peu efficace pour obtenir l’azote inorganique provenant des fertilisants minéraux comparativement aux autres plantes qu’ils l’accompagnent dans les champs. Cette hypothèse remet donc en question l’efficacité des fertilisants azotés appliqués dans cette culture. Par ailleurs, la compétition entre le bleuet et les autres espèces pour acquérir l’azote est peu documentée. Ainsi, nous avons évalué la capacité du bleuet et deux autres espèces à acquérir l’azote provenant des engrais minéraux. Les deux autres espèces sont la comptonie voyageuse (Comptonia peregrine),un arbuste ayant la capacité de fixé l’azote atmosphérique, et la danthonie à épi (Danhonia spicata), une graminée vivace sans capacité de fixé l’azote atmosphérique. Ces deux espèces poussent dans le même milieu que le bleuet sauvage. En 2015, de l’engrais azoté marqué a été appliqué sur des parcelles de bleuet accompagné par une des deux autres espèces. L’azote marqué permet de différencier l’azote apporté par l’engrais versus l’azote provenant du sol ou de l’atmosphère et d’évaluer ainsi la quantité d’engrais utilisé par les plantes. Ainsi, la quantité d’azote provenant des engrais a été plus élevée dans le bleuet que dans la comptonie et la danthonie. Cependant, le bleuet a produit une biomasse racinaire 4 fois plus élevée que celle des deux autres espèces pour prélever une quantité équivalente d’azote provenant des engrais. Par ailleurs, la quantité d’azote provenant des engrais prélevée par la danthonie a augmenté avec l’accroissement de la densité, résultant ainsi à une diminution de la quantité d’azote provenant des engrais prélevée par le bleuet et à une diminution de la biomasse aérienne du bleuet. Avec la comptonie, la quantité d’azote provenant des engrais a augmenté avec l’accroissement de la densité mais la quantité d’azote provenant des engrais n’a pas été influencé, indiquant la contribution de l’azote atmosphérique à la nutrition de la plante. Cette capacité de fixer l’atmosphérique de la comptonie explique la plus grande biomasse et la plus grande quantité d’azote prélevé par le bleuet contrairement avec la danthonie où les deux plantes entrent en compétition pour l’azote. Cette étude confirme que le bleuet est peu performant pour prélever l’azote provenant des engrais comparativement aux deux autres espèces et met en évidence les interactions complexes entre le bleuet et les deux autres espèces et les capacités différentes de la comptonie et de la danthonie pour le prélèvement de l’azote.
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Abstract

Numerous studies have speculated that lowbush blueberry (Vaccinium angustifolium) is less efficient than weed species at taking up inorganic nitrogen (N) derived from fertilizers, thus raising questions as to the effectiveness of N fertilization in commercial fields. However, competition for acquiring N as well as specific interactions between blueberry and companion weeds characterized by contrasted functional traits remain poorly documented. Here, we assessed fertilizer-derived N acquisition efficiency and biomass production in lowbush blueberry and two common weed species that have different functional traits—sweet fern (Comptonia peregrina), a N 2 -fixing shrub, and poverty oat grass (Danthonia spicata), a perennial grass—in a commercial blueberry field in Québec, Canada. In 2015, 15 N-labelled ammonium sulfate was applied at a rate of 45 kg ha -1 to 1 m 2 field plots containing lowbush blueberry and one of the two weeds present at several different density levels (0 to 25 plants m -2 ). In 2016, each plot was harvested to determine vegetative biomass and the percentage of fertilizer-derived N recovered (PFNR) in each species. The PFNR was higher in blueberry (24.4 ± 9.3%) than in sweet fern (13.4 ± 2.6%) and poverty oat grass (3.3 ± 2.9%). However, lowbush blueberry required about four times more root biomass than sweet fern and poverty oat grass to uptake an equivalent amount of N from ammonium sulfate. The PFNR in poverty oat grass increased with plant density (from 0.8% to 6.4% at 2–3 and >6 plants m -2 , respectively), which resulted in a decrease in blueberry’s PFNR (from 26.0 ± 1.4% to 8.6 ± 1.8%) and aboveground vegetative biomass production (from 152 ± 58 to 80 ± 28 g m -2 ). The increase in biomass production and N content in sweet fern with increasing plant density was not accompanied by an increase in PFNR (29.7 ± 8.4%), suggesting an increasing contribution of atmospherically-derived N. This mechanism (i.e., N sparing) likely explained blueberry’s higher biomass production and N concentration in association with sweet fern than with poverty oat grass. Overall, our study confirms lowbush blueberry low efficiency (on a mass basis) at taking up N derived from the fertilizer as compared to weeds and reveals contrasted and complex interactions between blueberry and both weed species. Our results also suggest that the use of herbicides may not be necessary when poverty oat grass is present at a low density (<15 plants of poverty oat grass m -2 ) and that adding inorganic N fertilizer is counterproductive when this species is present at a high density as it takes up as much fertilizer as lowbush blueberry.

Publication date

2019-04-01

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