Competitive capacity and rhizosphere mineralization of organic matter during weed-soil microbiota interactions

Abstract

The competition between weeds and crops is one of the main factors responsible for productivity losses in agricultural fields. This review aimed at presenting and discussing how the interactions between weeds and microorganisms can affect the competitive capacity of weeds and soil physicochemical properties. We also discuss how changes in the elemental stoichiometry of weeds can reflect their competitive and adaptative capacity. Although weeds are more dependent on associations with soil microorganisms than crops for growth, few studies have assessed the contribution of the soil microbiota to their competitive success in agroecosystems. When in competition, plants can change the elemental stoichiometry of their tissues in environments with varied nutrient availability. Elemental stoichiometry of plants has been particularly well studied using ecological approaches on the dynamics of weed populations in natural ecosystems, being a promising tool for understanding weed capacity to adapt to different agricultural managements. Plants control the biogeochemical cycles of carbon (C) and nitrogen (N) in the rhizosphere through a phenomenon known as the rhizosphere priming effect (RPE). Although this review has found some information in the literature that provides strong indications that the coexistence of weeds and crops may increase soil organic matter mineralization, we are not aware of studies investigating the effects of competition among these plants on RPE.

A competição entre plantas daninhas e culturas é um dos principais fatores responsáveis por perdas de produtividade nos campos agrícolas. Esta revisão teve como objetivo apresentar e discutir como a interação entre plantas daninhas e microrganismos pode afetar a capacidade competitiva de plantas daninhas, bem como as propriedades físico-químicas do solo. Ainda, abordamos como as mudanças na estequiometria elementar de plantas daninhas podem refletir a capacidade competitiva e adaptativa das mesmas. Embora as plantas daninhas sejam mais dependentes de associações com microrganismos do solo do que as culturas para o crescimento, há poucos trabalhos que avaliaram a contribuição da microbiota do solo para o sucesso competitivo dessas plantas em agroecossistemas. Quando em competição, as plantas podem mudar a estequiometria elementar de seus tecidos em ambientes com variada disponibilidade de nutrientes. A estequiometria elementar de plantas tem sido particularmente bem estudada em abordagens ecológicas sobre a dinâmica de populações de plantas invasoras em ecossistemas naturais e parece ser ferramenta promissora para conhecer a capacidade das plantas daninhas para adaptar a diferentes manejos agrícolas. As plantas controlam os ciclos biogeoquímicos do carbono e do nitrogênio na rizosfera por meio de um fenômeno denominado efeito priming rizosférico (EPR). Embora esta revisão tenha levantado um conjunto de informações da literatura que fornecem fortes indícios de que a convivência das culturas com plantas daninhas pode aumentar a mineralização da matéria orgânica do solo (MOS), não se tem conhecimento de estudos que investiguem os efeitos da competição entre tais plantas sobre o EPR.