Hydrological processes (water use and balance) in a coffee (Coffea arabica L.) monoculture and a coffee plantation shaded by Inga densiflora in Costa Rica

Under suboptimal site condition for arabica coffee cultivation the shade trees increase the coffee production due to an enhancement of the microclimate and the soil fertility. Under optimal site conditions, the use of shade are more controversial, nevertheless the agroforetry systems (AFS) provide others services as the reduction of erosion and the diversification of production. The present study compare in optimal site conditions in Costa Rica a coffee monoculture (MC) and AFS with Inga densiflora Benth in terms of microclimate, productivity and water balance. In reference to MC, the shade trees reduced the global radiation between 40% to 50%, the maximal coffee leaf temperature to 6°C, the leaf to air VPD during the day and increased the leaf temperature in 0,5°C during night. According to the year of measurement, the trees increased the rainfall interception (12% to 85%) and the total system transpiration (29% to 33%), at the same time trees reduced the runoff (50%) and the drainage (1% to 14%). The trees reduced the throughfall, increased the stemflow and contributed 40% to 50% to the total transpiration of the AFS reducing the coffee transpiration in the AFS. In other hand, higher reductions in the AFS compared to MC in soil water in depper soil layers indicate a complementarity interaction in the use of water between coffee and trees. Despite the absence of water competition under these site conditions, the coffee yield was reduced by 29% in the AFS in comparison to the MC, due to a reduction in the radiation and flowering intensity. In other hand, the total aerial biomass was 3 times in the AFS compared to MC, contributing to carbon sequestration and renewable energy.En zones marginales, les arbres d'ombrage augmentent la production de café arabica en améliorant le microclimat et la fertilité du sol. En zones optimales, ces effets sont plus controversés mais les systèmes agroforestiers (SAF) procurent toujours d'autres services tels que la lutte antiérosive ou la diversification des productions. Le présent travail compare en zone optimale du Costa Rica une monoculture (MC) et un SAF avec Inga densiflora Benth en termes de microclimat, productivité et bilan hydrique. Par rapport à MC, les arbres d'ombrage ont réduit la radiation globale de 40-50%, les températures maximales foliaires du caféier de 6°C en journée et le VPD foliaire, mais augmenté de nuit les minimales foliaires de 0,5°C. Selon l’année, les arbres ont augmenté l'interception de la pluie (12% à 85%) et la transpiration du système (29% à 33%) mais réduit le ruissellement de 50% et le drainage (1% à 14%). Le SAF a augmenté l'interception (13% de la pluie) par rapport à MC (7%) lorsque le LAI total augmentait de plus d'une unité. Les arbres ont réduit l'égouttement, augmenté l'écoulement le long des troncs et ont contribué pour 40-50% à la transpiration du SAF avec des caféiers transpirant moins qu'en MC. L’assèchement profond du sol sous SAF indique une certaine complémentarité avec les arbres utilisant vraisemblablement des ressources en eau non accessibles au caféier. Malgré l'absence de compétition en eau dans ces conditions de site, la production de café a été réduite de 29% en SAF par rapport à MC du fait d’une radiation et floraison réduites. Par contre, la production de biomasse a été multipliée par 3, contribuant au stockage du carbone et à la production d'énergie.En zonas marginales, los árboles de sombra aumentan la producción de café arabica mejorando el microclima y la fertilidad de suelo. En zonas óptimas, los efectos de la sombra son más controversiales, aun así los sistemas agroforestales (SAF) proveen siempre otros servicios tales como la lucha antierosiva o la diversificación de producción. El presente trabajo compara en una zona óptima de Costa Rica un sistema de monocultura (MC) y un SAF con Inga densiflora Benth en términos de microclima, productividad y balance hídrico. Con respecto al MC, los árboles de sombra redujeron la radiación global de 40-50%, las temperaturas foliares máximas de café en 6°C durante el día y el VPD foliar, pero aumento los mínimos foliares durante la noche en 0,5°C. Según el año, los árboles han aumentado la intercepción de la lluvia (12% a 85%) y la transpiración del sistema (29% a 33%) pero redujo la escorrentía en 50% y el drenaje (1% a 14%). El SAF aumento la intercepción de la lluvia (13% de la lluvia) con respecto al MC (7%) cuando el LAI total aumento en mas una unidad. Los árboles redujeron el goteo, aumentaron el escurrimiento del tronco y contribuyeron entre 40-50% a la transpiración de SAF reduciendo la transpiración de café en comparación de MC. Una mayor reducción de humedad en los horizontes profundos del suelo en SAF indica una cierta complementariedad con los árboles utilizando realmente recursos hídricos no accesibles al café. A pesar de la ausencia de competencia por agua en estas condiciones de sitio, la producción de café fue reducida en 29% en el SAF con respecto al MC debido a una reducción en la radiación y floración. Por otro lado, la producción de biomasa en SAF fue 3 veces la de MC, contribuyendo a la fijación de carbono y a la producción de energía