Impact de l’association sur l’élaboration du rendement du blé

Présentation des systèmes en semis direct sous couvert (SCV)

Les SCV regroupent les systèmes de culture dans lesquels la plante commerciale est semée directement au travers d’une couverture végétale, morte ou vivante. Cette couverture peut être constituée de résidus des cultures commerciales qui ne sont plus enfouis par le travail du sol ou bien d’une plante de couverture spécifiquement semée à cet effet et non récoltée, qui joue le rôle d’une « plante de service » dans l’agrosystème. En conditions tropicales, où ces systèmes de culture sont largement répandus pour leur rôle protecteur du sol contre les processus d’érosion et la perte de fertilité des sols (Scopel et al., 2005), on distingue trois types de SCV selon la nature de la couverture végétale (Séguy et Bouzinac, 1998 ; Teasdale, 2003) :
Les systèmes avec une couverture morte : La couverture du sol est assurée par des résidus de culture qui proviennent soit de la culture commerciale précédente soit d’une culture implantée en été (en interculture) et détruite avant le semis de la culture principale. La destruction de la plante de couverture est assurée par l’utilisation d’herbicide pour laisser la place à la culture principale.
Les systèmes avec une couverture vivante ou « living mulch »: La couverture du sol est cultivée en même temps que la culture commerciale sur une période significative de leurs croissances, conduisant ainsi à un système de cultures associées. La plante de couverture dans ce système est présente en permanence sur la parcelle. Le développement du couvert est freiné avant le semis de la culture commerciale par des herbicides ou des moyens mécaniques pour réduire sa compétition vis-à-vis de la culture principale. A la récolte de la plante commerciale, la plante de couverture est maintenue vivante et sa croissance reprend activement en période d’interculture.
Les systèmes mixtes :Ces systèmes sont construits sur des successions annuelles comprenant deux cultures ncommerciales (apportant une récolte de grain et une production de biomasse végétale importante) associées à une culture fourragère qui est aussi exploitée qui tient aussi le rôle de couverture. Les cultures principales sont récoltées pendant la saison des pluies tandis que les cultures fourragères sont pâturées par les bétails durant la saison sèche.

Quelles sont les fonctions remplies par la plante de couverture vivante dans un système en SCV ?

L’introduction d’une plante de couverture présente des intérêts multiples pour le fonctionnement de l’agrosystème. Les plantes de couverture assurent une couverture permanente du sol, luttant ainsi contre la dégradation des sols (Lal et al., 1991). Elles contribuent ainsi à limiter les processus d’érosion en protégeant les agrégats du sol en surface de l’action déstabilisante des gouttes de pluies et en diminuant très fortement le transport de particules solides par ruissellement (Gallien, 1995 ; Kwaad et al., 1998 ; Doring et al., 2005).
Elle permet aussi l’accroissement de la stabilité structurale des sols grâce à la création d’une porosité biologique (Dexter, 1991) par l’action de ses racines et par l’apport de matières organiques au sol, source de carbone nécessaire à la croissance des micro-organismes (Angers et Caron, 1998). Cela permet de stimuler et d’améliorer l’activité biologique des sols (creusement de galeries) ce qui participe également à l’augmentation de la porosité (Kushwaha et al., 2000). Carof, (2007 c) a observé de larges pores fonctionnels et un grand nombre de tubules en présence d’une plante de couverture en non travail du sol (semis direct), il a attribué cette propriété à l’activité racinaire ce qui permet d’une part la stabilisation des agrégats du sol et d’autre part une meilleure infiltration des eaux de surface (Triomphe, 1996).
Il est généralement admis aussi dans les conditions tropicales que la présence d’une plante de couverture du sol en l’absence de travail du sol permet à long terme la séquestration accrue du carbone organique au niveau des horizons superficiels (Triomphe, 1999 ; Scopel et al., 2005). Six et al. (2002) montrent qu’en milieu tropical, le stockage moyen de carbone est de 325 Kg C. ha-1. an-1. Ce stockage est lié essentiellement à une diminution de la minéralisation en non travail du sol combiné à l’apport d’amendement organique par les exsudats racinaires et les résidus de la plante de couverture (Fortin et al., 1996).
Une plante de couverture permanente permet une absorption efficace de l’azote disponible dans le sol jouant ainsi le rôle de plante piège à nitrate dès la récolte de la plante commerciale alors que les cultures intermédiaires des systèmes conventionnels nécessitent un délai pour leur implantation et leur développement (Dorsainvil, 2002). Hartwig and Ammon (2002) mentionnent que les plantes de couverture légumineuses peuvent fixer l’azote, dont une partie sera disponible à la culture suivante, et permettent ainsi d’améliorer la gestion de la fertilisation azotée pour la culture suivante, même si leur capacité d’absorption d’azote minéral est généralement plus faible que d’autres espèces comme par exemple les crucifères (Mueller and Thorup-Kristensen, 2001 ; Justes et al., 2009). Les plantes de couverture peuvent agir aussi comme une « pompe biologique » grâce au recyclage et au transfert des éléments nutritifs des horizons profonds vers les horizons de surface par l’intermédiaire de leurs système racinaire, ce qui les rend plus accessibles à la culture commerciale (Capillon and Séguy, 2002).

Qu’est ce que changent les associations dans le fonctionnement de l’agrosystème ?

Les associations d’espèces sont la culture simultanée de deux espèces ou plus sur la même surface pendant une période significative de leur croissance mais sans nécessairement être semées et récoltées en même temps (Willey, 1979). L’association de culture peut induire deux types d’interaction (Vandermeer, 1989) : la compétition et la facilitation. La compétition d’une plante sur une autre a lieu quand une espèce modifie d’une façon négative l’environnement pour la seconde : effet d’ombrage, réduction des ressources du milieu… La facilitation intervient lorsque le changement se fait d’une manière positive en améliorant les conditions du milieu pour la deuxième espèce : réduction des maladies, des adventices, accroissement des ressources…(Bruno et al., 2003). Ces deux types d’interactions interviennent dans la productivité de l’association de culture, en réduisant ou en améliorant la productivité de l’association des deux espèces.
Les phénomènes de compétition peuvent induire un gain de rendement lorsque les deux espèces en association utilisent des niches différentes des ressources du milieu (Anil et al., 1998) ou/et lorsqu’il existe une complémentarité d’utilisation de ces ressources entre les deux espèces (Willey, 1979). Ceci a été observé dans différents travaux d’une association d’une céréale avec une légumineuse (Jensen and Hauggaard-Nielsen 2003 ; Stevenson and van Kessel, 1996) qui montrent une plus grande stabilité des rendements en association en comparaison avec la légumineuse cultivée seule. Toutefois, dans le cas d’une association de culture avec une plante de couverture, il est généralement démontré que le rendement de la plante commerciale est pénalisé. Hilbrunner et al. (2007a) montrent que la réduction du rendement d’un blé associé à différentes espèces de plante de couverture peut dépasser 60% lorsque la compétition pour les ressources est intense. La même tendance a été rapportée par den Hollander et al. (2007) dans la réduction du rendement du poireau en association avec le trèfle et par Carof et al. (2007a) avec une réduction du rendement du blé associé à différentes espèces de graminées et de légumineuses. Ceci peut mettre en péril la durabilité économique de ces systèmes. Toutefois, grâce aux phénomènes de facilitation, il est possible d’améliorer la performance agronomique de ces associations de culture en réduisant par exemple la prolifération des adventices et les attaques par les maladies (Hauggaard-Nielsen et al., 2001a).

Quelle gestion des associations de cultures ?

Les interactions au sein de l’association de culture sont donc complexes. Dans le cas d’une association d’une plante de couverture avec une culture commerciale il existe un double enjeu de gestion : assurer une production satisfaisante de la plante commerciale et maintenir vivante la plante de couverture pour les services écologiques qu’elle peut apporter au système. Ceci ne peut être réalisé que si les relations de compétition sur les ressources du milieu (lumière, eau et nutriments) qui s’exercent entre les deux espèces en association sont maîtrisées (Carof et al., 2007b) et orientées au détriment des adventices. Différents travaux montrent que le choix variétal de la plante de couverture est déterminant pour la réussite de ce système (Ross et al., 2001 ; Bergkvist, 2003 ). den Hollander et al., (2007) en testant différents variétés de trèfle comme couverts végétaux, concluent que la sélection selon les traits morphologiques et physiologiques de l’espèce conduit à une variabilité importante de la durée de la période de leur croissance, de leur capacité à couvrir le sol, de leur capacité à accumuler de la biomasse et de l’azote. Buhler et al., (2001) montrent aussi que le choix de la plante de couverture doit se faire sur la base de leur vitesse de croissance, dont le pic doit coïncider avec la croissance des adventices mais pas avec celle de la plante commerciale pour ne pas pénaliser son rendement.
Plusieurs travaux montrent aussi qu’il est possible d’éviter cette compétition sur la plante commerciale en jouant sur les décalages des cycles de croissance entre culture commerciale et plante de couverture. Picard et al., (in press) montrent que la faible réduction du rendement du blé semé en même temps que la fétuque est due à l’émergence plus tardive de la fétuque de quatre mois après celle de la plante commerciale. Des résultats similaires ont été obtenus sur des systèmes avec couverture végétale en décalant la date de semis de la plante commerciale et la plante de couverture. Lawson et al., (2007) ont testé différents intervalles de date de semis entre le maïs et deux types de couverts (le Canavalia et le pois mascate) et montrent que dans tous les cas, le semis du couvert un mois après celui de la plante commerciale permet une réduction efficace des adventices et le maintien d’un bon rendement en grain du maïs.

Table des matières

NTRODUCTION GENERALE 
Chapitre 1. Etude bibliographique et problématique
1.1 Contexte et enjeux
1.1.1 Présentation des systèmes en semis direct sous couvert (SCV)
1.1.2 Quelles sont les fonctions remplies par la plante de couverture vivante dans un système en SCV ?
1.1.3 Qu’est ce que changent les associations dans le fonctionnement de l’agrosystème ?
1.1.4 Quelle gestion des associations de cultures ?
1.2 Problématique de la thèse 
1.3 Stratégie de recherche
Chapitre 2. Matériels et méthodes
2.1 Approche de modélisation (cas blé*Fétuque) 
2.1.1 Présentation du modèle STICS
2.1.2 Présentation des jeux de données expérimentales
2.1.3 Méthodes de paramétrage et d’évaluation du modèle
2.2 Approche expérimentale (Cas blé*luzerne)
2.2.1 Conditions expérimentales
2.2.2 Dispositif et traitements expérimentaux
2.2.3 Itinéraire technique
2.2.4 Mesures réalisées
2.2.5 Indicateurs calculés
2.2.6 Analyses statistiques
Chapitre 3. Modélisation du fonctionnement de l’association Blé * Fétuque
3.1 Evaluation de la qualité du paramétrage du modèle
3.1.1 Qualité de l’ajustement des paramètres plante
3.1.2 Qualité de l’ajustement des paramètres sol
3.2 Etude des performances agronomiques et environnementales de l’association blé * fétuque à l’échelle annuelle : Approche de modélisation
1. Introduction
2. Materials and methods
2.1. Model overview
2.2. Experimental data
2.3. Calibration and evaluation of the model
2.4. The scenarios simulated
3. Results
3.1. Evaluation of the model
3.2. Performance of wheat-fescue intercropping, as assessed by the model
3.3. Analysis of four simulated scenarios for emergence dates over 35 climatic years
4. Discussion
4.1. Model performance
4.2. Effects of intercropping on plant growth
4.3. Effect of intercropping on water and nitrogen fluxes
4.4. Impact of the timing of the fescue growth cycle on the performance of the system
5. Conclusion
Chapitre 4. Approche expérimentale de l’association blé * luzerne
4.1 Evolution des biomasses de blé, luzerne et adventices
4.1.1 Evolution de la biomasse aérienne de la luzerne
4.1.2 Evolution de la biomasse aérienne du blé
4.1.3 Evolution de la biomasse aérienne d’adventices
4.1.4 Biomasses racinaires
4.1.5 Analyse de la productivité de l’association
4.2 Interception des ressources lumineuses
4.2.1 Structure aérienne des deux espèces associées
4.2.2 Absorption du rayonnement par les deux espèces associées
4.3 Evolution du statut hydrique
4.3.1 Evolution du stock hydrique
4.3.2 Profils de teneur en eau du sol
4.4 Evolution du statut azoté
4.4.1 Disponibilité de l’azote dans le sol
4.4.2 Statut azoté des espèces en association
4.4.3 Fixation symbiotique de la luzerne
4.4.4 Dynamique d’accumulation de l’azote dans l’association
4.5 Impact de l’association sur l’élaboration du rendement du blé
4.6 Discussion
4.6.1 Effet du travail du sol sur le fonctionnement de l’association
4.6.2 Effet de la présence de la luzerne sur l’élaboration du rendement du blé
4.6.3 Evaluation de l’effet compétitif et facilitatif de l’insertion de la plante de couverture en  association avec le blé
4.6.4 Efficacité des techniques pour piloter l’équilibre entre compétition et facilitation
Chapitre 5. Discussion générale et perspectives
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES

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