Productivité et Biodiversité dans les systèmes agroforestiers à base de cacaoyers

Matériels et Méthodes

Le Costa Rica est le pays qui présente à la fois une production de cacao en plein essor et la plus forte densité d’espèces animales et végétales au monde (InBio, 2011). Ce pays, qui fait figure de pionnier dans le domaine de la conservation des ressources naturelles en Amérique centrale, héberge près de 5% des 14 millions d’espèces vivantes estimées sur la planète. La région de Talamanca (Figure 3) contient plusieurs réserves indigènes limitrophes du Parc International La Amistad1 et se situe à la frontière panaméenne au Sud!Est du pays.Elle combine le fait d’être la plus importante zone de production de cacao du pays et l’une de ses zones d’endémisme majeur regroupant, avec la Cordillère centrale, 80% des espèces vivantes endémiques du pays, 60% des espèces animales et le plus grand nombre d’espèces de mammifères en voie de disparition (Elizondo et al. 1989).Parc International « La Amistad », hotspot de la Biodiversité mondiale, inscrit au patrimoine mondial de et situé à cheval sur le Sud du Costa Rica et le Nord du Panama.Notre objet d’étude sera la parcelle cultivée. Nous définissons la parcelle comme une unité élémentaire de gestion agricole de surface donnée (Da Lage and Métaillé, 2005). Dans notre cas, il s’agit d’une parcelle cultivée dont la surface a été semée ou plantée de cacaoyers d’un seul tenant et non par étapes comme cela est souvent le cas en Afrique de l’Ouest par exemple.
Cette parcelle est conduite par un seul et même propriétaire. Nous nous situerons aux échelles parcellaire et intra!parcellaire, les plus généralement utilisées dans les approches des systèmes de culture (Nesme et al., 2010).Le concept de composition du peuplement végétal, défini comme l’ensemble des espèces présentes dans l’écosystème cultivé et leurs populations ou abondances relatives, permet de différencier les cultures mono!spécifiques ou monovariétales, composées d’une seule espèce ou variété végétale et de sa population, des cultures plurispécifiques, constituées d’au moins deux espèces végétales cultivées et pouvant en réunir une grande diversité allant jusqu’à plusieurs dizaines d’espèces. C’est à cette dernière catégorie des cultures plurispécifiques que nous nous intéresserons ici.L’organisation des individus d’un peuplement plurispécifique dans l’espace possède deux dimensions : la structure verticale, ou répartition en hauteur des individus, et la structure horizontale, ou position des individus sur la surface de la parcelle (Goreaud, 2000). Le peuplement végétal est dit pluristratifié s’il est composé d’individus de hauteurs différentes.La stratification du peuplement végétal dans un système de culture implique différents niveaux d’interception de la lumière en particulier, mais aussi de l’eau de pluie et du vent, et crée ainsi un ou plusieurs microclimats propres à la parcelle (Martens et al., 2000).En termes de structure horizontale, la zone sous le couvert de la canopée et la zone entre les couverts ne bénéficieront pas du même microclimat. La présence d’une strate supérieure influence les rendements des populations végétales des strates inférieures et sa hauteur influence le pourcentage d’interception de la lumière (Somarriba, 2002) et de l’eau de pluie (Dietz, 2006). Au sein des systèmes de culture plurispécifiques, les systèmes les plus clairement stratifiés sont les systèmes agroforestiers.Dans la région de Talamanca, la principale association de producteurs de cacao définit les systèmes agroforestiers à base de cacaoyers de ses 850 membres par une structure verticale unique et schématisée comme le montre la figure 4. La réalité est largement plus diverse (Figure 1, clichés 1 à 6) mais comporte souvent au moins trois des cinq strates représentées par les produits qu’elles fournissent et les usages qui en sont faits.

Nous postulons ici que la structure de ces systèmes agroforestiers est donnée par la végétation terrestre qui compose la parcelle cultivée. Il s’agit de la manière dont sont disposés dans un espace à deux dimensions, verticale et horizontale, les différentes plantes qui forment l’écosystème cultivé. Nous postulons également que le niveau d’organisation de cette structure dépend de trois facteurs :
– les facteurs du milieu correspondant à la région géographique dans laquelle se situe le système agroforestier ; cette région offre au producteur une topographie, un climat et un pool d’espèces végétales endémiques ou introduites dans lequel il pourra puiser pour alimenter son écosystème cultivé ;
– la qualité du sol sur lequel le champ est cultivé et qui garantira un certain niveau de croissance et de compétition entre plantes ;
– la stratégie du producteur et son mode de gestion des peuplements végétaux planifiés et associés sur sa parcelle.

La région de Talamanca

L’isthme interaméricain est une région remarquable pour sa biodiversité. La réserve indienne Bribri de Talamanca au Costa Rica (9°00´–9°50´ N, 82°35´–83°05´ W) se situe à l’interface de plusieurs aires protégées du Corridor Biologique Mésoaméricain.
Elle se trouve également en bordure du Parc International et Réserve de Biosphère La Amistad (Somarriba et al., 2003 ; Dubois, 2007), ce qui en fait une région de premier plan pour la conservation de la biodiversité.
La réserve couvre environ 44 000 ha et se situe dans une zone écologique de forêts tropicales humides de piémont (Holdridge et al., 1975). Le canton de Talamanca abrite 65% de la population indienne costaricienne et 9 des 12 grands écosystèmes du Costa Rica (Holdridge, 1967; Villalobos and Borge, 1995 ; Trujillo, 2004). La forêt tropicale humide en constitue la végétation prédominante.
A Talamanca, la zone de production de cacao, s’étend dans les territoires indigènes sur environ 150 km². Le contexte paysager est une plaine alluviale située entre 50 m et 100 m d’altitude, inondée annuellement et parcourue par le fleuve Telire et 6 principales rivières et une multitude d’affluents secondaires qui décrivent un réseau hydrographique dense. L’absence de ponts rend obligatoires les transports et déplacements en pirogue et à pied, dont la traversée de ces cours d’eau. C’est ainsi que sont acheminés en dehors de la zone les productions agricoles destinées à la vente, dont le cacao.Cette plaine alluviale, partie basse du bassin versant du fleuve Telire, est enclavée dans les premiers contreforts de la cordillère volcanique de Talamanca. Cette plaine inondable est une mosaïque dominée par des systèmes agroforestiers à base de bananiers et de petites monocultures de plantain, parsemées d’agroforêts cacao et de pâturages (Suatunce, 2003).
La zone de piémont, comprise entre 100 et 400 m d’altitude présente un paysage de fragments de forêt primaires et secondaire couvrant moins de 25% de cette région (Somarriba et al.,2003). Ces fragments alternent avec une prédominance d’agroforêts cacao, des champs de riz et de haricots en rotation et des jachères de 5 à 15 ans d’âge dont certaines montrent un couvert arbustif dense. La matrice de fragments de forêt primaire ou secondaire devient de plus en plus dense pour se fermer, au!delà de 600 m d’altitude, en un paysage uniquement forestier.Les caractéristiques biogéochimiques des sols dans la réserve Cabécar2 voisine en font des Hapludults typiques sur les hauts de collines et jusqu’à mi!pente, puis ce sont des Dystrudepts typiques et des Dystric Eutrudepts qui occupent le piémont. Enfin, des Udifluvents et des Fluventic Eutrudepts caractérisent le secteur de plaine inondable (Winowiecky, 2008; Xavier! Rousseau et al., unpublished data).La température moyenne journalière est de 25,9°C et les températures moyennes annuelles mini et maxi sont de 22°C et 27°C (Trujillo, 2004).Les précipitations moyennes annuelles sont de l’ordre de 3 000 mm (IMN, 2010) avec une distribution relativement homogène liée à la forte influence caribéenne. On note néanmoins deux périodes de moindre pluviométrie en mars!avril ainsi qu’en septembre!octobre (Herrera, 1985).Ces deux périodes de moindre pluviométrie (Fig. 4) sont chacune immédiatement suivies d’un pic de précipitations qui stimule la floraison (Braudeau, 1969 ; Mossu, 1992 ; Wood and Lass, 1984) et qui correspond également aux deux périodes de pic de production pour les cacaoyères.La réserve de Talamanca est fortement imprégnée de culture indienne et le mode de culture du cacaoyer en agroforesterie est l’un des éléments de cette culture. Les communautés les plus retirées des axes de communication –principalement en forêt– ne parlent parfois que leur langue indienne.

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Table des matières

Introduction
CHAPITRE I. Productivité et Biodiversité dans les systèmes agroforestiers à base
de cacaoyers
I.1. Origines, écologie et recommandations agronomiques pour la culture du cacaoyer, un arbuste de sous!bois des forêts tropicales humides
I.1.1. Origines
I.1.2. Ecologie du cacaoyer
I.1.3. La recherche agronomique, les arbres et l’ombrage dans les cacaoyères
I.2. Productivité et structure des cacaoyères cultivées en milieu paysan
I.2.1. Productivité et modes de production
I.2.2. Les modes de production agroforestiers
I.3. Diversités végétale et animale des systèmes agroforestiers à base de cacaoyers : état des connaissances
I.4. Problématique
CHAPITRE II. Matériels et Méthodes
II.1. La région de Talamanca
II.2. Zone d’étude et méthodologie employée
II.2.1. La composante enquêtes
II.2.2. La composante relevés de terrain
II.3. Echantillonnage
II.3.1. Caractérisation du milieu biophysique
II.3.1.1. Le milieu environnant la parcelle ou contexte paysager
II.3.1.2. Le sol dans les parcelles
II.3.1.2.1. Description des caractéristiques physiques
II.3.1.2.2. Description des caractéristiques chimiques
II.3.1.3. Le climat dans les communautés du réseau expérimental
II.3.1.4. La topographie intra!parcellaire
II.3.2. Structure de la végétation
II.3.3. Productivité
II.3.3.1. Productivité des cacaoyers
II.3.3.2. Productivité du système
II.3.4. L’échantillonnage des espèces à valeur patrimoniale
II.3.4.1. Les invertébrés du sol et de la litière
II.3.4.2. Les amphibiens et les reptiles
II.3.4.3. Les mammifères
II.3.4.4. Les épiphytes des cacaoyers et des plantes associées
CHAPITRE III. Vegetation Structure and Productivity in Cocoa!based Agroforestry
Systems in Talamanca, Costa Rica
Abstract
III.1. Introduction
III.2. Material and methods
III.2.1. Study area and selection criteria for cocoa agroforests
III.2.2. Sampling
III.2.2.1. Vegetation structure
III.2.2.2. Productivity
III.2.3. Analytical methods
III.2.3.1. Vegetation structure
III.2.3.2. Productivity
III.3. Results
III.3.1. Structure variability
III.3.1.1. Complex and high density canopy AFS
III.3.1.2. High cocoa density AFS
III.3.1.3. High Musa density AFS
III.3.1.4. Complex and low density canopy AFS
III.3.2. Productivity
III.3. Discussion
III.3.1. Cocoa yield in our sample
III.3.2. Aboveground plant volume, cocoa yield and structure clustered AFS
III.4. Conclusions
Acknowledgements
CHAPITRE IV. How are Alpha!and Beta!diversity affected by vegetation structure in cocoa!based agroforests?
Abstract
IV.1. Introduction
IV.2. Material and methods
IV.2.1. Study area and selection criteria for cocoa agroforests
IV.2.2. Sampling
IV.2.2.1. Vegetation structure
IV.2.2.2. Epiphytes and animals
IV.2.2.3. Soil and litter invertebrates
IV.2.2.4. Amphibians and reptiles
IV.2.2.5. Mammals
IV.2.2.6. Epiphytes on cocoa trees and associated plants
IV.2.3. Analytical methods
IV.2.3.1. Alpha!diversity
IV.2.3.2. Beta!diversity
IV.2.3.3. Gamma!diversity
IV.3. Results
IV.3.1. Alpha!diversity in cocoa agroforests and forest patches
IV.3.2. Beta!diversity on a vegetation structural gradient
IV.3.3. Overall Gamma!diversity in cocoa agroforests and forest patches
IV.4. Discussion
IV.4.1. Alpha!diversity and the plot scale
IV.4.2. Beta!diversity on a gradient of vegetation structure
IV.4.3. Gamma diversity and the regional scale
IV.5. Conclusion
CHAPITRE V. Compromis et synergies entre productivités et biodiversités sur un
gradient d’intensité de gestion
V.1. Les limites à la construction d’un gradient : comment définir la complexité du système par la structure verticale de la végétation et l’intensité de gestion ?
V.2. Evaluation de la productivité de la culture principale : difficultés et limites de la méthode
V.3. Echantillonnage de la biodiversité animale et végétale
V.4. Biodiversités Alpha et Beta dans l’étude des compromis avec la productivité
V.4.1. Variabilité des relations de compromis productivité/biodiversité par
taxon7
V.4.2. Situation de compromis productivité/biodiversité intéressantes pour l’intensification écologique des systèmes de culture du cacaoyer
V.5. Conclusions et perspectives
Références
Annexes