Effects of dispersal and competition with "Avena Sterilis" L. on the spatial structure and dynamics of "Lolium rigidum" Gaudin in dryland cereal fields

Abstract

[eng] This thesis focuses on different spatial issues in relation to the commonest weed species ( Avena sterilis L. and Lolium rigidum Gaudin) in dryland cereal crops. A 3-year detailed study of L. rigidum and A. sterilis mixed weed community at contrasting scales offered an insight on the various factors that affect weed distribution across space and time. A. sterilis showed fairly constant spatial structure of its population across time at large scale, with well-defined patches. L. rigidum showed poorly defined patches that were not stable across time. Interaction between species explained to some degree the spatial distribution at large scale: there was a progressive replacement of L. rigidum by A. sterilis . At fine scale both species showed a clear interaction effect from primary dispersal (more important in A. sterilis ) and secondary dispersal from combine harvesting (more important in L. rigidum ) which generated a clearly banded pattern in L. rigidum populations but not in A. sterilis . Many attempts have been made to characterise the competition against wheat from L. rigidum and A. sterilis , but no attention has been paid to within field spatial and temporal variation. The stability of competition in crop-weed mixtures dominated by L. rigidum and A. sterilis across time and location was examined. A. sterilis was more competitive than L. rigidum , and this relationship was stable over time and location. However, L. rigidum performed better in a dry season, whilst its effect was hardly noticeable in a wetter one. The competitive relationships between weeds and this changes in competitive ability could explain to some degree the spatial distribution of weeds and the replacement of L. Rigidum by A. sterilis that was found. Dispersal behaviour had been reported for A. sterilis , but not for L. rigidum . Therefore, the relationship between the dispersal of seeds and the distribution pattern of weeds at fine scale was only analysed for L. rigidum . Primary dispersal of L. rigidum seeds occurs in a very limited space around the parent plants, but the density of seed is low since most seeds do not spontaneously fall from spikes. In contrast, many seeds are spread by combine harvesters. Maximum dispersal distance exceeded 18 m from established stands in cereal fields, although most seeds remained within the established stands. In addition, the action of the combine harvesters tended to accumulate L. rigidum seeds predominantly under the straw swath, with some lateral movement. This action could explain the fine scale banded pattern of L. rigidum in cereal fields. Seed dispersal equations were included in a demographic model in order to assess the population dynamics and the spread of Lolium rigidum from a point source. The model was used to describe the behaviour of L. rigidum populations in the absence of control practices and to predict the effect of various control strategies. The sensitivity of the model to variation in demographic parameters was low except for seed production, for which sensitivity was up to 99%. Spread rate was hardly affected by changes in demographic parameters except fecundity, which at its lowest limit keeps the population at a critical size and leads to occasional extinction. Thus, the management practices with the greatest influence on population growth would be those affecting seed production or seed losses during dispersal. However, factors most affecting patch spread would be weed phenology (mainly rate of spontaneous seed shed at harvest) and disruption of the cereal cycle (fallow), but not demographic parameters, since these do not affect dispersal distance. The contribution of dispersal to spatial patterning was clear, since the simulation model predicted a fine scale banded-pattern similar to that found in the field.

[cat] L'agricultura de precisió, i en concret els tractaments localitzats de males herbes, presenta certes limitacions en la pràctica. Aquesta tesi intenta analitzar aquestes limitacions mitjançant l'estudi de diferents aspectes de l'ecologia de les espècies de males herbes més freqüents i abundants als conreus de cereals de secà de Catalunya ( Avena sterilis L. i Lolium rigidum Gaudin). L'estudi al llarg de tres anys d'una comunitat mixta d' A. sterilis i L. rigidum a diferents escales de treball va mostrar que hi ha diferents factors que afecten al llarg del temps i l'espai la distribució espacial de les males herbes. A. sterilis va mostrar una estructura espacial constant al llarg del temps a escala de finca, amb rodals ben definits. L. rigidum però va presentar rodals poc definits que no van ser estables al llarg del temps. La interacció entre les dues espècies va ser una de les causes dels canvis en la distribució espacial a escala de finca: es va produir un reemplaçament progressiu de L.rigidum per A. sterilis . A escala de detall totes dues espècies van mostrar una clara interacció entre la dispersió primària (més important a A. sterilis ) i la dispersió secundària per les segadores (més important a L. rigidum ) que genera un patró en bandes en L. rigidum . Tot i que sovint s'ha analitzat la competència d'aquestes males herbes amb els cereals, no s'ha donat gaire importància al fet que els efectes d'aquestes puguin variar en funció de l'espai i del temps. En la comunitat examinada A. sterilis va mostrar-se més competitiva que L. rigidum , i aquesta relació va ser estable tan en el temps com en l'espai. No obstant, L. rigidum va ser més competitiu en una campanya seca, mentre que gairebé no va causar pèrdues en una campanya més humida. La relació de competència entre espècies y els seus canvis poden explicar fins a cert punt la distribució espacial de les males herbes y el reemplaçament d'unes espècies per altres. Com que la dispersió ja havia estat caracteritzada per altres espècies del gènere Avena , es va treballar la relació entre dispersió i estructura espacial a petita escala per L. rigidum . Com que bona part de les llavors de L. rigidum no es desprenen abans de la sega, moltes són dispersades per les segadores. Aquesta dispersió té un gran abast (més de 18 m) tot i què la majoria de llavors no recorren grans distàncies. A més, les segadores acumulen les llavors de L. rigidum sota la palla segada, amb poca dispersió lateral. Aquest fenomen explica el patró en bandes de les plantes de L. rigidum als camps de cereals. Les dades de dispersió van ser incorporades en un model demogràfic espacialment explícit per avaluar la dinàmica de poblacions a partir d'un focus puntual, així com per avaluar l'efecte de les pràctiques de control. La sensibilitat del model a la variació dels paràmetres demogràfics va ser baixa, excepte per a la fecunditat. La taxa d'expansió no es va veure afectada pels paràmetres demogràfics excepte per la fecunditat, que al seu límit inferior manté la població al marge de la extinció per atzar. Les pràctiques de control més efectives per reduir el creixement de les poblacions són aquelles que afecten la incorporació de llavors al sòl. No obstant, els factors que més afecten l'expansió de les poblacions són la proporció de llavors que romanen a les plantes en el moment de la sega i la disrupció del cicle del cereal amb el guaret, però no els paràmetres demogràfics, ja que aquests no afecten la distància de dispersió.