Thèse : "Impact des innovations agro-écologiques sur les flux de carbone et d’azote des cultures pluviales, Cas des Hautes Terres de Madagascar"

Laingo Irintsoa RASOLOFO a soutenu cette thèse le 4 août 2017 auprès de A2E (Agriculture - Elevage - Environnement) - Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques - Université d'Antananarivo, Madagascar.

Résumé :

L’agriculture de conservation (AC) a été introduite à Madagascar dans l’objectif de maintenir la durabilité des cultures pluviales. L’AC et l’élevage de ruminants doivent être considérés comme des activités complémentaires et synergiques mais des compétitions pour l’utilisation de la biomasse peuvent néanmoins apparaître dans certaines circonstances. En effet, l’AC permet de fournir des ressources fourragères pour l’alimentation des ruminants. En contrepartie les ruminants recyclent une partie de la biomasse ingérée, mais non digérée, sous forme de fumier. Les ruminants permettent ainsi d’améliorer la fertilité du sol via l’apport de fumier. Le recyclage des nutriments au sein d’une exploitation mixte d’agriculture-élevage peut être optimisé en améliorant les techniques de conservation des résidus des cultures et des effluents d’élevage. Cette thèse vise à acquérir des connaissances pour une gestion optimisée des biomasses végétales et animales afin d’améliorer la production agricole. Le principe est de favoriser le recyclage des biomasses végétales et animales en limitant les pertes en nutriments au sein de l’exploitation agricole. Pour cela, trois systèmes de culture pluviale ont été suivis en milieu contrôlé durant trois campagnes (2013 à 2016) : (i) rotation du riz avec du maïs associé à crotalaire en AC, (ii) rotation du riz avec de l’avoine en AC et (iii) rotation du riz avec du maïs associé au haricot en labour. À l’intérieur de chaque système de culture, quatre types de fertilisation ont été comparés : (i) aucune fertilisation, (ii) 5 t ha-1 de fumier conventionnel, (iii) 5 t ha-1 de fumier amélioré et (iv) 5 t ha-1 de fumier conventionnel + fumure minérale. Nous avons installé et suivi également les systèmes de culture ii et iii, et les deux fertilisations ii et iii en milieu paysan, pendant deux campagnes (2013 à 2015). Les rendements en grain de riz sont 27% et 48% supérieurs en utilisant le fumier amélioré ou la fumure minérale, respectivement, par rapport à la situation sans fertilisation. Pour les autres cultures, l’ordre d’importance des rendements en grain ou paille est similaire : fumure minérale > fumier amélioré > fumier conventionnel > sans fertilisation, mais la différence n’est significative que pour le maïs en milieu contrôlé. La production totale en grain (detoutes les cultures de la rotation) est plus élevée avec la rotation riz//maïs associé à la crotalaire et riz//maïs associé au haricot par rapport àla rotation riz//avoine. La production totale en paille de la rotation riz//maïs associé à la crotalaire est toujours significativement importante (10 à 17 t MS ha-1) en comparant à celle des deux autres systèmes de culture, grâce à la forte production de la crotalaire. Les rendements en paille ou en grain en milieu contrôlé et paysan sont similaires. Les racines de l’ensemble des plantes de chaque système de culture étudié permettent de restituer 18%, 27% et 28% du carbone total de toutes les biomasses aériennes et racinaires de la rotation riz//maïs associé à la crotalaire (10,0 t C ha-1 sur 2 ans), riz//avoine (3,1 t C ha-1 sur 2 ans) et riz//maïs associé au haricot (3,6 t C ha-1 sur 2 ans), respectivement. La simulation sur vingt ans du stock en C du sol (horizon 0 à 30 cm) montre que le delta carbone est toujours positif sous la rotation riz//maïs associé à la crotalairequand le stock en C total initial est inférieur à 160 t ha-1. Sous culture de riz//avoine et riz//maïs associé au haricot, le stock en C du sol peut être maintenu à l’équilibre, même en exportant 90% de la biomasse végétale aérienne pour l’alimentation animale, si le stock en C initial est de 60 t C ha-1. À chaque augmentation de 10 t C ha-1 du stock en C initial, les biomasses des rotations riz//avoine et riz//maïs associé au haricot exportées doivent être réduites respectivement de 17% et de 13% pour maintenir le stock en C initial. Ainsi, le delta carbone des rotations riz//avoine et riz//maïs associé au haricot devient négatif si les stocks en C de départ sont respectivement supérieurs à 110 et 130 t C ha-1. Pour ce qui concerne la restitution d’azote au sol, elle est également plus importante avec la rotation riz//maïs associé à la crotalaire (164 kg N ha-1 an-1) en comparant avec les deux autres rotations (de l’ordre de 45 kg N ha-1 an-1). En contrepartie, la rotation riz//avoine permet une production importante de lait (jusqu’à 3 640 l ha-1 an-1) par rapport aux autres rotations, riz//maïs associé au haricot (19% inférieur) et riz//maïs associé à la crotalaire (41% inférieur). En revanche, la rotation riz//maïs associé au haricot permet une production plus importante en grain plus riche en protéine par rapport aux deux autres rotations. Cependant, en tenant compte de toutes les productions (lait, grain, azote resitué au sol), la rotation riz//maïs associé à la crotalaire est la plus intéressante économiquement, avec un gain de 330 à 430 kAr ha-1 an-1 par rapport à la rotation riz//avoine, et de 60 à 620 kAr ha-1 an-1 par rapport à la rotation riz//maïs associé au haricot, suivant le taux d’exportation de la biomasse végétale consommable par les animaux. Pour chaque système de culture, la vente du lait produit, en valorisantla biomasse végétale comme fourrage, permet d’acheter une forte quantité de fumier et des engrais minéraux pour améliorer la fertilité du sol afin d’accroître les productions en grain dont celles du riz pour l’alimentation humaine. Le choix du système de culture utilisé dépendra, au final, de l’objectif de chaque paysan et de la taille de son exploitation.

Published: 30/08/2017

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