Topic description
L'agriculture doit répondre à de nombreux enjeux tels que la dégradation des sols, la réduction de l'usage des produits phytosanitaires et bien sûr l'adaptation au changement climatique qui implique une intensification des stress thermiques et hydriques (IPCC ). Ces modifications du climat altèrent dès aujourd'hui les rendements agricoles, la qualité des productions (Ollat et al. ), mettent en péril la rentabilité des entreprises agricoles (Touzard et al. ), et tout indique que ces effets corrélés au changement climatique augmenteront dans le futur. Les systèmes agroforestiers (associations d'arbres et de cultures et/ou élevage) font déjà partie des pratiques recommandées auprès des agriculteurs comme levier d'adaptation au changement climatique (Cardinael et al. ). Néanmoins, le nombre d'études portant sur l'impact de l'agroforesterie sur le microclimat et la résilience des cultures reste très limité. L'effet de la présence d'arbres sur le microclimat commence à être caractérisé dans des systèmes silvoarables (Kanzler et al. ), vitiforestiers (Grimaldi ) et silvopastoraux (Richards et al. ), mais toutes ces études ne concernent que des systèmes simples (deux strates) et aucune ne s'est encore intéressée à l'impact microclimatique des systèmes agroforestiers multistrates. Ces-derniers s'inspirent de la stratification des systèmes naturels et sont aujourd'hui principalement étudiés et utilisés pour leurs effets positifs sur la biodiversité. Bien que des études en climat tropical montrent en général des effets positifs sur leur résilience face au changement climatique, il n'existe aucune étude sur la résilience des systèmes multistrates en climat tempéré (Jacobi et al. ). Il serait donc intéressant d'explorer par suivi de parcelles et par modélisation l'effet de différentes combinaisons de leviers (choix des espèces d'arbres et de cultures à associer, organisation spatiale du système, conduite des arbres et des cultures) sur les interactions entre plantes des différentes strates et le microclimat. Cela permettrait d'apporter des informations utiles aux agriculteurs pour concevoir et gérer des systèmes agroforestiers multistrates de façon à garantir leur rentabilité tout en leur assurant une meilleure résilience face aux aléas climatiques. Ainsi, cette thèse explorera la résilience au changement climatique associée aux systèmes agroforestiers multistrates méditérennéens (ex. vignes-arbres-couverts pâturées, vignes-oliviers-plantes aromatiques, ou fruitiers-arbres-cultures maraichères) en s'intéressant particulièrement au microclimat au sein de ces systèmes.
La thèse testera quatre hypothèses :
1.La canopée des strates hautes offre de l'ombre le jour et masque la voûte céleste la nuit, créant un effet « tampon » face aux variations de températures, ce qui protège les strates basses contre les extrêmes de températures (canicules, gels printaniers…) ;
2.La complexité structurelle du système (nombre de strates, densité, diversité…) augmente l'efficacité de cette capacité « tampon » via la superposition de l'effet de chaque strate et la complémentarité temporelle liée aux différences phénologiques entre les différentes espèces ;
3.Les marges de manœuvre pour s'adapter aux stress thermiques et hydriques augmentent en systèmes agroforestiers multistrates par rapport aux systèmes simples grâce à la possibilité d'une gestion dynamique du partage des ressources par exemple via les pratiques de taille et de fauche ;
4.La modélisation permet d'accompagner les acteurs dans leur transition via la création d'outils d'évaluation ex ante et d'optimisation pour la conception/gestion de leur système .
Afin de tester ces différentes hypothèses, cette thèse combinera une approche empirique in-situ (enquêtes de terrain et suivi de parcelles par On-Farm-Experimentation) avec une approche prédictive in-silico (modélisation et méta-modélisation).
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The agricultural sector faces numerous challenges, including soil degradation, the urge for reduced use of plant phytosanitary products, and climate change. This latter involves increased heat and water stress, ranging from severe droughts to extreme flooding (IPCC, ). These extreme weather events are already affecting yields and products quality (Ollat et al., ) as well as the economic viability of farms (Touzard et al., ). All these is expected to worsen in the future. Among other systems, the adoption of agroforestry systems, which combine trees with crops and/or livestock, is recommended for farmers to adapt to climate change (Cardinael et al., ). However, scientific evidences on the impact of agroforestry on microclimate and crop resilience is still very limited. The effect of trees on microclimate has been recently characterized in silvoarable (Kanzler et al., ), viticultural-forestry (Grimaldi, ), and silvopastoral (Richards et al., ) systems. However, all of these studies have only examined simple two-layer systems, and none have yet examined the impact of multi-layer agroforestry systems. These latter are inspired by the stratification of natural systems and are currently mostly studied for their positive effects on biodiversity. While studies in tropical climates generally demonstrate the positive effects of these systems on resilience to climate change, no studies have considered the resilience of multi-layer systems in temperate climates (Jacobi et al., ). Hence, it would be beneficial to explore the effects of different combinations of levers, such as the choice of tree and crop species, the spatial organization of the system, and the management of trees and crops, on interactions between plants and the microclimate. This would help farmers design and manage profitable, climate-resilient multi-layer agroforestry systems. Therefore, this thesis aims to explore the resilience of Mediterranean multi-layer agroforestry systems to climate change (e.g. vineyards with trees and grazed cover crops, vineyards with olive trees and aromatic plants, and fruit trees in agroforestry with market garden crops). The focus will be on exploring the microclimate within these systems.
Four hypotheses to test have been formulated:
1. The canopy of the upper stratas provides shade during the day and masks the sky at night, creating a “buffer” effect against temperature variations, which protects the lower strata from extreme temperatures (heat waves, spring frosts, etc.);
2. The structural complexity of the system (number of layers, density, diversity, etc.) increases the effectiveness of this “buffer” capacity through the superimposition of the effect of each layer and the temporal complementarity linked to the phenological differences between the different species;
3. Practices to manage thermal and water stress are more flexible in multi-layer agroforestry systems compared to simple systems, thanks to the possibility of dynamic management of resource sharing, for example via pruning and mowing practices.
4. Modeling can support stakeholders in their transition by creating ex ante assessment and optimization tools for the design and management of their system.
In order to test these different hypotheses, this thesis will combine an empirical in-situ approach (field surveys and plot monitoring through on-farm experimentation) with a predictive in-silico approach (modeling and meta-modeling).
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Début de la thèse : 01/10/
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