Limiting factors for the establishment of <i>Cordia dodecandra</i> A.DC. and <i>Bixa orellana</i> L. on semi-arid calcareous soils in Yucatan, Mexico

Abstract

In Northern Yucatan, huge areas of abandoned sisal plantations, now assigned to the communities, require agroforestry management strategies that take into account the high spatial variability of soil, the lack of surface water, and the generation of income for farmers. To meet this challenge, an experimental plantation with the indigenous multi-purpose tree species <i>Cordia dodecandra </i>A.DC. (Siricote) for production of fruits and highly valuable timber and the food coloring crop <i>Bixa orellana</i> L. (Achiote) was established. The objective was to investigate the relationship between nutrient and water availability on the two dominant soils as limiting factors for growth of the two species and for nutrient uptake of <i>C. dodecandra</i>. <br /> A total of 184 circles of four m diameter were planted with eight plants, each with four <i>C. dodecandra </i>and four<i> B. orellana </i>on red Cambisol and black Leptosol. Seven fertilizer treatments were applied in minus-one-trials (complete fertilizer minus N, P, K, Mn, and Zn), with three irrigation levels. An additional treatment consisted in the inoculation of seedlings with exotic VA mycorrhizae. The irrigation levels were defined as regular irrigation during the dry season, sporadic irrigation at the peak of dry season only, and a non-irrigated control. <i>C. dodecandra </i>trees from homegardens were used as a reference for the evaluation of foliar nutrient levels of <i>C. dodecandra</i> seedlings.<br /> Results show that on calcareous semi-arid Yucatan soils, nutrient-water interactions and the availability of P, K, and Mn limited growth of <i>C. dodecandra</i>. Growth on Cambisol with adequate water supply was limited by low availability of P, K, and Mn. On Leptosol with adequate water supply, low K availability was a growth-limiting factor. When water was scarce, low P availability had a significant impact on growth on both soils. Our data indicate the importance of P-Zn interactions for nutrient uptake of <i>C. dodecandra</i>. The application of P fertilizer interfered with Zn uptake, while Zn applications had a negative impact on foliar P levels. Foliar nutrient concentrations of <i>C. dodecandra</i> trees in homegardens indicated a potential deficiency of P, Zn and Mn. On the experimental area, foliar Mn and Zn levels on both soils were at the lower limit for adequate growth. Nitrogen did not seem to be a growth-limiting element on none of the two soils. Inoculation of <i>C. dodecandra</i> with a mixture of <i>Glomus mosseae, Glomus intraradices </i>and<i> Glomus deserticola</i> reduced both survival as well as growth of seedlings. The dominant influence on survival and growth of <i>B. orellana</i> was water availability during the dry season. Although water availability had a major impact on growth of <i>C. dodecandra</i> as well, survival during the dry season of this species was high (between 93 and 96%) regardless of irrigation. <i>C. dodecandra</i> established and grew well on both soils with only sporadic irrigation during the dry season. <br /><i>C. dodecandra</i> seems to be suitable as a major component of agroforestry systems in Northern Yucatan, providing farmers a promising management option for degraded sisal plantation lands. The planting of <i>B. orellana</i> is recommended if regular irrigation during the first dry season is feasible. The inoculation of seedlings with exotic VA mycorrhizae is not advisable. The impact of low availability of P, K, and of the micronutrients Zn and Mn on plant growth and yields should be investigated further in order to develop measures for mitigation of low nutrient availability on Yucatan soils.

<strong>Wachstumslimitierende Faktoren beim Anbau von <i>Cordia dodecandra</i> A.DC. und <i>Bixa orellana</i> L. auf semi-ariden kalkhaltigen Böden in Yukatan, Mexiko</strong><br /> Im Norden Yukatans befinden sich weitgehend unbewirtschaftete Flächen ehemaliger Sisalplantagen im Besitz der Gemeinden. Für diese sind Rekultivierungsstrategien gefragt, die die hohe räumliche Bodenvariabilität, das limitierte Wasserangebot und den Mangel an Einkommensmöglichkeiten für die Bauern berücksichtigen. Aufgrund dessen wurde eine Versuchsplantage mit der heimischen Baumart <i>Cordia dodecandra</i> A.DC. (Siricote) und dem Busch <i>Bixa orellana</i> L. (Achiote) angelegt. Während die Samen von <i>B. orellana</i> Lebensmittelfarbstoff liefern, produziert C. dodecandra Früchte und Wertholz. Das Ziel war die Erforschung der Bedeutung von Nährstoff-Wasser-Interaktionen für die Nährstoffaufnahme von <i>C. dodecandra</i> sowie für das Wachstum beider Spezies auf den zwei dominanten Bodentypen der Region. <br /> Auf rotem Cambisol und schwarzem Leptosol wurden insgesamt 184 Kreise von 4 m Durchmesser mit je 4 Individuen von <i>C. dodecandra</i> und <i>B. orellana</i> bepflanzt. 7 Düngervarianten wurden als substraktive Mischungen (Komplettdünger minus N, P, K, Mn und Zn) appliziert. Für die Dauer der Trockenzeit wurden 3 Bewässerungsstufen definiert: Regelmäßige, sporadische sowie keine Bewässerung. Zusätzlich wurde eine Anzahl Setzlinge vor dem Pflanzen mit exotischen VA Mykorrhizen inokuliert. <i>C. dodecandra</i> aus Hausgärten dienten als Referenz für die Bewertung der Blattnährstoffwerte der Versuchsplantage. <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass sich in Nord-Yukatan Nährstoff-Wasser-Interaktionen und die Verfügbarkeit von P, K und Mn je nach Bodentyp limitierend auf das Wachstum von <i>C. dodecandra</i> auswirken. Bei Bewässerung während der Trockenzeit wurde das Wachstum auf Cambisol durch die geringe Verfügbarkeit von P, K und Mn begrenzt, während sich auf Leptosol allein die geringe Verfügbarkeit von K wachstumslimitierend auswirkte. Bei fehlender Bewässerung hatte die geringe Phosphorverfügbarkeit auf beiden Böden eine limitierende Wirkung. Phosphor-Zink-Interaktionen beeinflussten die Nährstoffaufnahme beider Elemente. Blattnährstoffgehalte von <i>C. dodecandra</i> in Hausgärten wiesen auf einen potentiellen Mangel an P, Zn und Mn hin. Auch auf der Versuchsfläche waren die Mangan- und Zinkgehalte der Blätter auf beiden Böden gering. Die Stickstoffversorgung hatte auf keinem der Böden eine wachstumslimitierende Wirkung. Die Wasserverfügbarkeit während der Trockenzeit war der Haupteinflussfaktor für das Überleben und das Wachstum von <i>B. orellana</i>. Im Gegensatz dazu wurde zwar das Wachstum der <i>C. dodecandra</i> Setzlinge, nicht aber ihre Überlebensrate während der Trockenzeit (zwischen 93 und 96%) von den Bewässerungsstufen beeinflusst. <i>C. dodecandra</i> erzielte mit geringem Bewässerungsaufwand auf beiden Böden hohe Wachstumsraten. Die Inokulation von <i>C. dodecandra</i> mit einer Mischung aus <i>Glomus mosseae, Glomus intraradices </i>und<i> Glomus deserticola</i> verringerte sowohl das Überleben als auch das Wachstum der Setzlinge. <br /> Die Baumart <i>C. dodecandra</i> bietet gute Voraussetzungen für den erfolgreichen Einsatz in Agroforstsystemen im Norden Yukatans. Der Anbau von <i>B. orellana</i> wird nur bei ausreichend gewährleisteter Bewässerung empfohlen. Der Einsatz von exotischen VA Mykorrhiza ist nicht ratsam. Die weitere Erforschung der Verfügbarkeit von P, K, Zn und Mn wird zur Entwicklung von nachhaltigen Maßnahmen zur Verbesserung der Nährstoffversorgung empfohlen.