Agronomie 22 (2002) 801-815
DOI: 10.1051/agro:2002059

Modelling changes in nitrogen mineralisation following conversion of improved pasture to eucalypt plantation

Marc Corbeels^a, Anthony M. O'Connell^a, Ross E. McMurtrie^b, Tim S. Grove^a and Daniel S. Mendham<sup>a

a</sup>  CSIRO Forestry and Forest Products, Private Bag No. 5, Wembley, WA 6913, Australia
^b  School of Biological, Earth and Environmental Sciences, University of New South Wales, Sydney, NSW 2052, Australia

(Received 22 October 2001; accepted 14 August 2002)

Abstract
We used a plant-soil model, G'DAY, to analyse changes in soil N supply after conversion of legume-based pasture to Eucalyptus globulus plantation and to forecast effects on plantation productivity over the long-term. With the model we reproduced the observed decline in net N mineralisation and amount of inorganic N in soil after one rotation of eucalypt growth in south-western Australia. The changes in soil N cycling on the short-term were mainly due to the reduced N:C ratio and reduced decomposability of tree litter. When applied for successive rotations over the long-term, the model predicted a steady decline in N mineralisation and plantation productivity. The negative balance between N inputs and outputs under plantation, mainly due to the suppression of biological N fixation, is critical for this steady decline in soil N supply. A scenario analysis indicated that retention of harvest residues has an important role to play in maintaining soil N supply under plantation, but supplementary regular application of fertiliser N would be required to ensure sustained productivity.

Résumé
Modélisation du changement de la minéralisation d'azote lors de la conversion d'une prairie artificielle en plantation d'eucalyptus. Nous avons utilisé le modèle plante-sol G'DAY, pour analyser les modifications d'approvisionnement du sol en azote, lors de la conversion d'une prairie à base de légumineuses en une plantation d'Eucalyptus globulus, afin de prévoir les effets sur la productivité de la plantation à long terme. Grâce au modèle, nous avons reproduit le déclin observé de la minéralisation nette et de la quantité de N inorganique dans le sol après une rotation d'eucalyptus au sud-ouest de l'Australie. Les changements du cycle de N dans le sol à court terme étaient principalement dus au rapport N:C réduit et à la décomposabilité réduite de la litière des arbres. Appliqué à des rotations successives à long terme, le modèle a prédit un déclin constant de la minéralisation de N et de la productivité de la plantation. L'équilibre négatif entre les entrées et les sorties de N sous la plantation, principalement due à la suppression de la fixation biologique de N, est critique pour ce déclin constant de l'approvisionnement en N du sol. Une analyse de scénarios a indiqué que la rétention de résidus de récolte a un rôle important à jouer dans le maintien de l'approvisionnement en N du sol sous une plantation, mais une application régulière supplémentaire de fertilisants azotés sera nécessaire pour assurer une productivité soutenue.

Key words: ecosystem modelling / eucalypt plantation / land-use change / nitrogen mineralisation / pasture

Mots clés : modélisation d'écosystème / plantation d'eucalyptus / changement d'utilisation des terres / minéralisation d'azote / prairie

Correspondence and reprints: Marc Corbeels
    e-mail: marc.corbeels@cirad.fr

Communicated by Sylvie Recous (Laon, France), Bernard Nicolardot (Reims, France)

© INRA, EDP Sciences 2002