Quelle contribution de l'élevage à la gestion agroécologique des adventices en grande culture?

Topic description

1 - Contexte

En grande culture, les adventices (« mauvaises herbes ») sont un bioagresseur majeur, pouvant générer de fortes pertes de rendement et de qualité des récoltes [1]. D’un autre côté, elles constituent aussi l'essentiel de la biodiversité végétale des paysages agricoles et offrent une ressource trophique pour d’autres composantes de la biodiversité [2]. La gestion des adventices doit donc cibler les adventices les plus nuisibles. Comme aucune technique curative individuelle n’est aussi efficace que les herbicides, la gestion agroécologique de ces adventices nécessite de combiner l'ensemble des composantes du système de culture, et de mobiliser des mécanismes de régulation biologique (e.g. compétition pour les ressources, interactions allélopathiques entre plantes, prédation par des organismes auxiliaires ou des animaux d’élevage) [3].

Reconnecter productions végétales et animales pourrait s’inscrire dans cette optique. Si utiliser des engrais organiques d’origine animale (vs. minéraux) et boucler les cycles biogéochimiques sont des services classiquement recherchés, en particulier en agriculture biologique, des bénéfices pour la gestion des adventices pourraient être associés, avec (i) plus de possibilités de diversifier et d’allonger les rotations culturales, en intégrant des cultures fourragères et notamment des prairies temporaires, dont les bénéfices sur la régulation des adventices sont connus [4] et (ii) la possibilité de favoriser la régulation biologique des adventices par prédation (défoliation) lors du pâturage, pendant les périodes d’interculture et de prairies temporaires [5]. Cependant, les références sur les effets de cette reconnexion sur la régulation des adventices sont peu nombreuses en grande culture. Comme en cultures pérennes[2], l’efficacité du pâturage varie probablement selon le type d’animaux, ainsi que selon les modalités du pâturage, la flore adventice, les systèmes de culture et le pédoclimat. En outre, la fertilisation à base de déjections animales pourrait avoir des effets indésirables, en tant que source de semences adventices (ingérées, non digérées puis restituées) susceptibles d’augmenter le stock et la diversité des semences adventices du sol [6]. Enfin, modifier la forme d’engrais azoté (minéral -> organique) pourrait impacter la dynamique de l’azote du sol, avec des conséquences possibles sur la régulation biologique des adventices par compétition pour les ressources [7].

Ainsi, quel rôle l’élevage pourrait jouer dans la gestion agroécologique des adventices est une question ouverte, insuffisamment investiguée pour plusieurs raisons. D’une part, les effets sur les adventices font intervenir différentes composantes (rotation culturale, fertilisation, pâturage, apports de semences par les déjections animales) dont les effets sont difficiles à dissocier. D’autre part, la dynamique des adventices résulte d’effets complexes des systèmes de culture, étant donné (i) la diversité des pratiques culturales et des contextes (sol, climat, flore adventice), et (ii) la longue échelle de temps associée à la survie des adventices dans le stock de semences du sol (impliquant qu'une opération culturale une année donnée peut impacter les années suivantes).

Les modèles mécanistes de simulation sont des outils précieux pour quantifier, à différentes échelles de temps (y compris long terme), des variables/mécanismes qui sont difficiles à mesurer sur le terrain. Ils offrent une opportunité pour analyser et démêler des interactions complexes, et explorer un très grand nombre de scénarios (y compris de changement climatique), impossibles à tester sur le terrain. Enfin, ces modèles sont des outils de dialogue entre disciplines, et peuvent alimenter des outils d'aide à la décision pour les agriculteurs et conseillers.

FLORSYS est le modèle mécaniste répondant le mieux aux besoins de la conception de stratégies de gestion agroécologique des adventices [8]. Il s'agit d'une parcelle expérimentale virtuelle sur laquelle de nombreux systèmes de culture peuvent être testés sur plusieurs années, avec différents scénarios (climat, sol, flore), pour évaluer leur performance (production agricole, biodiversité et nuisibilité liée aux adventices). Pour cela, le modèle simule, chaque jour et en 3D, chaque plante individuelle (adventice et cultivée), à partir de la rotation, des opérations culturales, du pédoclimat et du stock de semences adventices du sol. Ce modèle est adapté pour analyser les effets de l’élevage et de la régulation biologique des adventices car il intègre les effets des rotations (dont les prairies temporaires) et de la fertilisation azotée (minérale et organique). Il prend en compte la compétition (lumière, azote, eau), les interactions allélopathiques entre plantes, et la prédation des adventices par des organismes auxiliaires. A ce jour, il n’intègre ni la défoliation des plantes par le pâturage, ni les apports de semences adventices par les déjections animales. Toutefois, comme illustré dans des thèses passées [9], la modularité de FLORSYS permet d’intégrer de nouveaux mécanismes, en mobilisant les connaissances disponibles sur leurs déterminants.

2 - Objectifs et originalité du projet

Couplant agronomie, zootechnie et écologie, ce projet vise (i) à synthétiser les connaissances disponibles pour les formaliser dans le modèle FLORSYS, (ii) afin d’utiliser ce modèle complété pour répondre à deux grandes questions :

1. Question A : Parmi différents facteurs (liés aux pratiques de culture et d’élevage, aux caractéristiques de la flore et du pédoclimat, etc), quels sont les principaux déterminants (i) de la défoliation des plantes par le pâturage et (ii) des apports de semences adventices par les déjections animales ?
2. Question B : Quels sont les effets d’une reconnexion entre productions animales et végétales sur la régulation des adventices ? Varient-ils selon le mode de production (agriculture biologique vs. agriculture conventionnelle par ex), les systèmes de culture/d’élevage, le contexte de production (sol, climat, flore, etc) ? Les effets bénéfiques sur la régulation des adventices sont-ils plutôt liés à la rotation (diversification/allongement) ou à la régulation biologique par pâturage ?

Ce projet sera à notre connaissance le premier à fournir une vision intégrée du rôle de la reconnexion culture-élevage sur la régulation des adventices, au regard d’autres leviers de gestion. Cette ambition est permise par l’approche de modélisation qui jouera un rôle-clef de synthèse des connaissances entre disciplines et d’analyse d’interactions complexes.

3 - Stratégie scientifique

Volet A : Synthétiser et formaliser les connaissances sur la défoliation des plantes adventices par pâturage et sur les apports de semences adventices par les déjections animales.

Ce volet synthétisera les connaissances, et les formalisera sous forme d’équations mathématiques afin de créer deux nouveaux modules pour le modèle FLORSYS. Le focus pourra être fait sur 1 ou 2 espèces animales pour lesquels les connaissances sont plus abondantes, notamment en ce qui concerne la quantité de biomasse ingérée, les préférences/rejets alimentaires, la quantité/composition des déjections, le parcours dans les parcelles, etc.

Ce travail synthétisera des connaissances issues : (i) de la littérature scientifique internationale, (ii) de l’expertise d’acteurs de la profession agricole (interGIS REVE, AgroTransfert, agriculteurs-éleveurs) qui sera appréhendée au travers d’enquêtes, et (iii) d’une expérimentation au champ (- ; projet PARAD[3]) qui fournira des données sur la défoliation des adventices par le pâturage (l’analyse des données de cette expérimentation fera partie intégrante du travail de thèse).

Ce travail de modélisation s’inspirera de l’approche mobilisée précédemment pour développer d’autres modules [10]. Les modules ainsi créés seront évalués en fonction des données disponibles.

Des premières simulations seront réalisées pour analyser les principaux déterminants de la défoliation des adventices par pâturage, et des apports de semences par les déjections animales (Question A ci-dessus).

Volet B : Mieux comprendre les effets d’une reconnexion entre productions animales et végétales sur la régulation des adventices (Question B ci-dessus).

Ce volet mobilisera le modèle FLORSYS complété au Volet A. Des analyses de sensibilité seront réalisées, en s'inspirant d’approches utilisées dans le passé [10, 11].

Pour différents types de systèmes de culture et d’élevage et de scénarios climatiques [dont des scénarios prospectifs établis par des climatologues : 12], il s’agira de (i) quantifier la plus-value d’une telle reconnexion sur la gestion des adventices, (ii) d’identifier les modes de production, les pratiques de culture et d’élevage, et les conditions de sol, de climat et de flore les plus propices aux effets bénéfiques de l’élevage sur la gestion des adventices, et (ii) de déterminer les contributions relatives des différents mécanismes sous-jacents (diversification/allongement de la rotation vs. régulation biologique par pâturage) aux effets bénéfiques de l’élevage sur la flore adventice.

Ce volet fournira les premiers éléments (règles sur les techniques et leurs combinaisons) pour intégrer le pâturage dans les systèmes de culture pour concilier production des cultures, suppression des adventices nuisibles, réduction des pesticides et promotion de la biodiversité.

[1]Se réfère ici à la capacité de certaines plantes à émettre des composés chimiques (dans leur rhizosphère) altérant la croissance de plantes voisines.

[2]

[3]

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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