Cacao grafting increases crop yield without compromising biodiversity

Abstract

• Yields of tropical tree crops decline with time, often forcing smallholders to establish new deforestation‐derived plantations. Consequently, alternative strategies reconciling crop yield and biodiversity conservation are essential. Grafting is a common propagation method to boost yield in crops as cacao, but it alters tree structure potentially affecting associated insect diversity.

• We investigated how grafting affects cacao yield and biodiversity, modulated by local management and landscape, that is shade‐tree cover and distance to nearest forest. Within nine organic agroforests in Peru, we monitored the number of pods yielded over 2 years by ~190 trees per plot, and compared production levels with non‐grafted trees. We collected arthropods on 54 trees shortly after grafting and replicated surveys in the dry and rainy season, with standardized diurnal and nocturnal inspection of tree branches. We expected grafting would increase yield after a brief gap, while the arthropod community associated with freshly grafted cacao would differ from that of full‐grown cacao trees.

• Cacao grafting increased yields after 2 years by an average of 45% more than adjacent non‐grafted trees. Compared to non‐grafted trees, arthropod abundance was 25% lower 3 months after grafting and 12% lower after 6 months, indicating a recovery of arthropod communities shortly after grafting. Similar patterns were observed for species richness (22% and 12%) and Hill–Shannon diversity (18% and 13%). Abundance of phytophagous insects (mainly aphids) was unchanged with grafting. However, we found 46% fewer beetles and 39% fewer predatory arthropods (mainly spiders) on young—but not old—grafted cacao, indicating a possible decrease in pest control services by predatory arthropods at early grafting stages.

• We observed richer, more diverse, but less abundant arthropods during nocturnal surveys than on diurnal surveys. Arthropods were richer, more abundant and diverse in the rainy season than in the dry season. Increasing shade‐tree cover decreased arthropod diversity but did not affect species richness or abundance. Shorter distances from forest decreased richness and diversity, but not abundance, possibly due to higher pressure from vertebrate predators nearby forests.

• Synthesis and applications. Grafting is a successful approach for rejuvenating old, unproductive cacao trees, enhancing smallholder income opportunities and thus reducing pressure for new deforestation‐based plantations. Grafting briefly reduced arthropod abundance and diversity, but recovered in a short time. Hence, rejuvenation of cacao trees by grafting should be promoted and implemented as a promising strategy for more sustainable social‐ecological cacao management, with economic and ecological benefits for smallholders.

Resumen

• La productividad de cultivos arbóreos disminuye con el tiempo, lo que frecuentemente fuerza a pequeños productores a establecer nuevas plantaciones derivadas de deforestación. Reconciliar este conflicto entre productividad agrícola y conservación de biodiversidad requiere identificar estrategias alternativas con urgencia. La injertación es un método común de propagación que incrementa el rendimiento de cultivos como el cacao, pero altera la estructura de los árboles, con potenciales consecuencias para la diversidad de insectos asociada a los mismos.

• Investigamos cómo la injertación afecta la productividad del cacao y la biodiversidad, modulado por el manejo local y del paisaje, i.e. la cobertura de árboles de sombra y la distancia al bosque más cercano. Dentro de nueve sistemas agroforestales de cacao en Perú monitoreamos el número de mazorcas producidas durante dos años por aprox. 190 árboles por cultivo y comparamos los niveles de productividad con aquellos de árboles no injertados. Colectamos artrópodos en 54 árboles poco después de la injertación y replicamos estos monitoreos en la temporada seca y húmeda, con réplicas de colecta en las ramas del árbol tanto en el día como en la noche. Esperábamos que la injertación de cacao incrementaría la productividad después de una breve pausa, mientras que la comunidad de artrópodos asociada a cacaos recientemente injertados sería diferente de aquella en cacaos adultos.

• Los árboles de cacao injertado presentaron un rendimiento 45% superior al de plantas no injertadas. La abundancia de artrópodos fue 25% menor que en plantas no injertadas luego de tres meses del injerto, y 12% menor después de 6 meses. Esto indica una recuperación rápida de la comunidad de artrópodos brevemente después de la injertación. Encontramos patrones similares para la riqueza de especies (22% y 12%) y la diversidad de Hill‐Shannon (18% y 13%). La abundancia de insectos fitófagos (principalmente áfidos) no fue alterada con la injertación. Sin embargo, encontramos 46% menos escarabajos y 39% menos artrópodos predadores (principalmente arañas) en cacao injertado joven, más no antiguo. Esto indica una posible reducción en servicios de control de plagas ofrecidos por artrópodos en las primeras etapas post‐injertación.

• Observamos comunidades de artrópodos más ricas, más diversas, pero menos abundantes en los monitoreos nocturnos que en los diurnos. Los artrópodos fueron más ricos, abundantes y diversos en la temporada húmeda que en la temporada seca. Los incrementos en la cobertura de sombra redujeron la diversidad de artrópodos, mas no afectaron la riqueza o diversidad de especies. La riqueza y diversidad de artrópodos disminuyeron a menores distancias al bosque, pero este no fue el caso para la abundancia, posiblemente debido a mayor presión de vertebrados predadores cerca del bosque.

• Síntesis y aplicaciones. La injertación es un método exitoso para rejuvenecer árboles de cacao viejos y no productivos, potenciando las oportunidades de ingreso para pequeños productores y reduciendo así la presión para establecer nuevos cultivos asociados a deforestación. Injertar redujo brevemente la abundancia y diversidad de artrópodos, pero se recuperó después de poco tiempo. Por tanto, recuperar árboles de cacao por medio de injertos debe ser promovido e implementado como una estrategia prometedora para un manejo del cacao más sostenible socio‐ecológicamente, al brindar beneficios económicos y ecológicos para pequeños productores.