Dynamics of diversification through crop rotations
Date
2022-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Diversification through crop rotation was assessed on agronomic performance and biotic factors
within a Conservation Agriculture (CA) farming system located in the Swartland region of the
Western Cape province, South Africa.
Results indicated the positive impact of diversification practices on the agronomic performance of
two cash crops: wheat (Triticum aestivum) and canola (Brassica napus). Furthermore, this study also
provides a measure, in the form of a scoring system, to evaluate the level of diversification
through crop rotations within each crop rotation system. In addition, the scoring system could also
serve as a potential framework for farmers to make more informed decisions regarding their
diversification practises.
When assessing the biotic factors of the selected crop rotation systems within a more extensive
trial which was initiated 20 years ago, I not only highlighted how different diversification
practices can influence above and below-ground arthropods but also how responses differed
significantly between arthropod groups. Therefore, this study showed that multi-taxa assessments
within studies are needed to ensure reliable treatment comparisons. Furthermore, despite the range
of organism s investigated and arthropod samples taken, the study was limited to the 2020 cropping
season due to time and logistical limitations within this study. More research is, therefore,
needed over consecutive years to fully understand the impact of diversification through crop
rotations within CA farming practices in different climatic regions.
The results of the species composition analysis of the above-ground arthropods indicated that the
crop rotation system and sequence were important factors in above-ground arthropod dynamics.
However, the results needed to be interpreted according to which sampling method was used since the
sweep-net sampling method indicated more crop-specific differences. In contrast, the pitfall
sampling method only differentiated between the wheat monoculture and the crop rotation system that
rotated wheat, canola, and medics (Medicago truncatula and Medicago polymorpha). Overall, the
results indicated that diversification through crop rotations had a variable impact on above -
ground arthropod groups, which could be related to species-specific resources in relation to the
crop
rotation sequences.
The Collembola species richness and abundance were less affected by crop rotation sequence.
However, the sampling interval had a significant (P<0.05) impact which correlated with the
dissimilarities observed between sampling intervals in the community composition analysis.
Therefore, this suggested that the crop rotation sequence could have influenced other factors, such
as environmental requirements (temperature and humidity), both important factors in Collembola's
growth and development.
In the last chapter, nematodes as bioindicators were used to study soil ecosystem health and
function within four crop rotation systems as part of the crop rotation trial. Results indicated
that crop rotation systems wheat-wheat-wheat-wheat, wheat-canola-wheat-cover crop, and wheat-wheat-
cover crop–canola were more similar in terms of ecosystem health and function. However, these crop
rotation systems differed from the medics-wheat-medics-canola crop rotation system, which had a
higher (P<0.05) bacterivorous nematode composition. Therefore, this suggests that the integration
of legumes and livestock could have potentially affected soil health and ecosystem function in
terms of nutrient availability and dynamics within the soil. Due to that, the long-term use of
manure and legumes have been found by previous studies to positively contribute to the build-up
of slow-releasing nutrients over time, supporting and maintaining soil fertility.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die agronomiese prestasie en biotiese faktore was gebruik om diversifisering deur wisselboustelsels binne ‘n bewaringslandbou boerderystelsel te evalueer. Die studie het binne 'n langtermynproef, geleë in die Swartland streek van die Wes-Kaap provinsie van Suid-Afrika, plaasgevind. Diversifiseringspraktyke het ʼn positiewe impak op die agronomiese prestasie van die twee kontantgewasse, naamlik koring (Triticum aestivum) en kanola (Brassica napus) gehad. Verder bied hierdie studie ook 'n maatstaf, in die vorm van 'n tellingstelsel, om die vlak van diversifisering tussen die wisselboustelsels te meet. Die tellingstelsel kan ook as ’n potensiële raamwerk deur boere gebruik word om meer ingeligte besluite oor diversifiseringspraktyke te neem. Wanneer die biotiese faktore van die geselekteerde wisselboustelsels binne die groter proef ondersoek was, lig dit uit hoe verskillende diversifiseringspraktyke die bo- en ondergrondse geleedpotiges kan beïnvloed. Verder word die reaksies tussen die verskillende geleedpotige groepe, wat aansienlik kan verskil, uitgelig. Daarom is multi-taksa-studies nodig om meer betroubare vergelykings tussen behandelings te neem. Alhoewel, monsterneming slegs tot die 2020-seisoen as gevolg van die tydbeperkings en die logistieke uitdagings gedurende die studie beperk was, behoort meer navorsing oor opeenvolgende jare geneem word om die impak van diversifisering deur wisselboustelsels binne bewaringsboerderypraktyke in verskillende klimaatstreke ten volle te verstaan. Resultate van die spesiesamestellingsontledings van die bogrondse geleedpotiges het egter aangedui dat die wisselboustelsel en volgorde van die wisselboustelsel belangrike faktore was op bogrondse geleedpotiges dinamika. Alhoewel, die resultate egter afgehang het van die spesifieke steekproefmetode wat gebruik was. Omrede die swaainet-steekproefneming het meer gewas- spesifieke verskille aangedui. Terwyl die “pitfall traps” slegs tussen die koringmonokultuur en die wisselboustelsel wat koring, kanola en eenjarige medics (Medicago truncatula en M. polymorpha) geroteer het, onderskei het. Oor die algemeen het die diversifisering deur wisselboustelsels ’n veranderlike impak op bogrondse geleedpotiges gehad soos aangedui in resultate, wat verband kan hou met spesiespesifieke hulpbronne in verhouding tot die wisselbouvolgorde. Verder is die Collembola-spesierykheid en -oorvloed minder deur die wisselbouvolgorde beïnvloed. Alhoewel, die steekproef-interval egter ’n beduidende (P<0.05) impak gehad het. Die resultate stem ooreen met die gemeenskap samestellingsanalise wat verskille tussen die steekproef-intervalle aandui. Dus kan dit moontlik wees dat die wisselbou-volgorde ander faktore soos omgewingsvereistes (temperatuur en humiditeit) wat met Collembola-spesies se groei en ontwikkeling korreleer, kan beïnvloed. In die laaste hoofstuk is aalwurms as biologiese aanwysers gebruik om grond- ekosisteemgesondheid en -funksie binne vier wisselboustelsels te ondersoek wat deel vorm van die wisselbouproewe. Resultate dui aan dat koring-koring-koring-koring, koring-kanola-koring- dekgewas en koring-koring-dekgewas-kanola wisselboustelsels meer soortgelyk was in terme van ekosisteemgesondheid en -funksie. Die stelsels het egter van die medics-koring-medics-kanola wisselboustelsel as gevolg van die hoër (P<0.05) bakterieëvoedende aalwurms verskil. Daarom word voorgestel dat die integrasie van peulgewasse en vee moontlik grondgesondheid en ekosisteemfunksie, in terme van voedingstofbeskikbaarheid en dinamika binne die grond, kan beïnvloed, omrede die langtermyngebruik van mis en peulgewasse deur vorige studies gevind was. ʼn Moontlike positiewe bydrae kan maak tot die opbouing van stadig-vrystellende voedingstowwe, wat grondvrugbaarheid kan ondersteun en in stand hou.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die agronomiese prestasie en biotiese faktore was gebruik om diversifisering deur wisselboustelsels binne ‘n bewaringslandbou boerderystelsel te evalueer. Die studie het binne 'n langtermynproef, geleë in die Swartland streek van die Wes-Kaap provinsie van Suid-Afrika, plaasgevind. Diversifiseringspraktyke het ʼn positiewe impak op die agronomiese prestasie van die twee kontantgewasse, naamlik koring (Triticum aestivum) en kanola (Brassica napus) gehad. Verder bied hierdie studie ook 'n maatstaf, in die vorm van 'n tellingstelsel, om die vlak van diversifisering tussen die wisselboustelsels te meet. Die tellingstelsel kan ook as ’n potensiële raamwerk deur boere gebruik word om meer ingeligte besluite oor diversifiseringspraktyke te neem. Wanneer die biotiese faktore van die geselekteerde wisselboustelsels binne die groter proef ondersoek was, lig dit uit hoe verskillende diversifiseringspraktyke die bo- en ondergrondse geleedpotiges kan beïnvloed. Verder word die reaksies tussen die verskillende geleedpotige groepe, wat aansienlik kan verskil, uitgelig. Daarom is multi-taksa-studies nodig om meer betroubare vergelykings tussen behandelings te neem. Alhoewel, monsterneming slegs tot die 2020-seisoen as gevolg van die tydbeperkings en die logistieke uitdagings gedurende die studie beperk was, behoort meer navorsing oor opeenvolgende jare geneem word om die impak van diversifisering deur wisselboustelsels binne bewaringsboerderypraktyke in verskillende klimaatstreke ten volle te verstaan. Resultate van die spesiesamestellingsontledings van die bogrondse geleedpotiges het egter aangedui dat die wisselboustelsel en volgorde van die wisselboustelsel belangrike faktore was op bogrondse geleedpotiges dinamika. Alhoewel, die resultate egter afgehang het van die spesifieke steekproefmetode wat gebruik was. Omrede die swaainet-steekproefneming het meer gewas- spesifieke verskille aangedui. Terwyl die “pitfall traps” slegs tussen die koringmonokultuur en die wisselboustelsel wat koring, kanola en eenjarige medics (Medicago truncatula en M. polymorpha) geroteer het, onderskei het. Oor die algemeen het die diversifisering deur wisselboustelsels ’n veranderlike impak op bogrondse geleedpotiges gehad soos aangedui in resultate, wat verband kan hou met spesiespesifieke hulpbronne in verhouding tot die wisselbouvolgorde. Verder is die Collembola-spesierykheid en -oorvloed minder deur die wisselbouvolgorde beïnvloed. Alhoewel, die steekproef-interval egter ’n beduidende (P<0.05) impak gehad het. Die resultate stem ooreen met die gemeenskap samestellingsanalise wat verskille tussen die steekproef-intervalle aandui. Dus kan dit moontlik wees dat die wisselbou-volgorde ander faktore soos omgewingsvereistes (temperatuur en humiditeit) wat met Collembola-spesies se groei en ontwikkeling korreleer, kan beïnvloed. In die laaste hoofstuk is aalwurms as biologiese aanwysers gebruik om grond- ekosisteemgesondheid en -funksie binne vier wisselboustelsels te ondersoek wat deel vorm van die wisselbouproewe. Resultate dui aan dat koring-koring-koring-koring, koring-kanola-koring- dekgewas en koring-koring-dekgewas-kanola wisselboustelsels meer soortgelyk was in terme van ekosisteemgesondheid en -funksie. Die stelsels het egter van die medics-koring-medics-kanola wisselboustelsel as gevolg van die hoër (P<0.05) bakterieëvoedende aalwurms verskil. Daarom word voorgestel dat die integrasie van peulgewasse en vee moontlik grondgesondheid en ekosisteemfunksie, in terme van voedingstofbeskikbaarheid en dinamika binne die grond, kan beïnvloed, omrede die langtermyngebruik van mis en peulgewasse deur vorige studies gevind was. ʼn Moontlike positiewe bydrae kan maak tot die opbouing van stadig-vrystellende voedingstowwe, wat grondvrugbaarheid kan ondersteun en in stand hou.
Description
Thesis (MScConsEcol)--Stellenbosch University, 2022.