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Thèse Année : 2021

Performances and impacts of conservation agriculture cropping systems in magnesic soil in New Caledonia

Performances et impacts de systèmes de culture en agriculture de conservation sur sols magnésiens en Nouvelle-Calédonie

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Résumé

With the arable land use intensification in recent decades, depletion of soil fertility and soil erosion have emerged as major issues for the sustainability of agricultural production systems in New Caledonia. Like other islands in the South Pacific, agricultural intensification has had positive impacts on agricultural production and food security but also detrimental impacts on biodiversity, soil, and water resources. New cropping system management is needed to better manage ecological functions and ultimately, enhance the provision of ecosystem services. Conservation agriculture (CA) is a farming system based on minimum soil disturbance (i.e., no tillage), maintenance of a permanent soil cover, and diversification of plant species. CA practices are a promising way to reduce the negative impacts of agriculture, especially on soil, while conserving production and ecosystem services. In this study, we propose an original framework based on integrative and systemic approaches of the relationships between agricultural practices, ecological functions, and cropping system performances. The study was conducted on the West coast of New Caledonia and three questions were addressed to assess the impacts of CA on the provision of ecosystem services: i) what are the impacts of CA on soil health and cropping system performances compared with conventional tillage (CT)?, ii) what are the impacts of CA on functional biodiversity (soil macrofauna)?, and iii) what are the resource use efficiency and cropping system performances of intercropping systems compared to maize monoculture? To answer the first two questions, a long-term experiment was started in 2011 to compare three maize-based cropping systems: i) mono-cropping under CT, which is the predominant practice in the region, ii) CA with direct seeding of maize in a dead mulch (a mixture of four annual species) (CA-DM), and iii) CA with direct seeding of maize in a living mulch (Stylosanthes guianensis) (CA-LM). Furthermore, an analytical experiment was conducted in 2018 to assess the impacts of a maize-Stylosanthes guianensis intercropping system on resource use efficiency and productivity compared to monoculture. On the one hand, the impact of the three contrasted cropping systems (i.e., CT, CA-DM and CA-LM) on soil health were assessed and compared using Biofunctool®. Biofunctool® is a functional assessment of soil health based on an integrative approach taking into account the links between the physico-chemical properties and the biological activity of soils. It allows an analysis of the three main functions of the soil: i) carbon transformation, ii) nutrient cycling, and iii) soil structure maintenance. On the other hand, a soil macrofauna services (SMS) index was proposed as an integrative tool to evaluate and compare the effects of these cropping systems on soil macrofauna services. This index integrates three key macrofauna functions: i) decomposition of organic matter, ii) ecosystem engineering, and iii) pest control. Finally, the resource use efficiency (i.e., water, light, nitrogen and land) and the performance of intercropping systems were assessed and compared with monoculture.
La dégradation des terres liée à l'intensification agricole, principalement due à la baisse de la fertilité des sols et à l’érosion, est devenue une problématique majeure en Nouvelle-Calédonie. Le contexte insulaire et les spécificités pédoclimatiques rendent en outre les enjeux d’autosuffisance alimentaire, de préservation des agroécosystèmes et de la biodiversité, d’autant plus prégnants. Les systèmes de culture (sdc) doivent donc évoluer en mobilisant les processus biologiques afin d’être viables, performants et durables. L’agriculture de conservation (AC) consiste en un ensemble de pratiques culturales basé sur trois principes : une réduction, voire une suppression du travail du sol, une couverture végétale du sol permanente et une diversification des espèces cultivées. L’AC peut répondre à ces problématiques en alliant durabilité et productivité, et en favorisant un certain nombre de services écosystémiques. A travers une démarche originale intégrant approches fonctionnelle et systémique, cette thèse vise à quantifier les relations entre pratiques, fonctions et services écosystémiques au sein de sdc complexes. Dans le contexte spécifique de la côte ouest de la Nouvelle-Calédonie, afin de savoir si l’AC pourrait maximiser la fourniture de services écosystémiques, trois questions sont apparues importantes à aborder : quels sont les impacts des pratiques de l’AC sur la santé du sol et les performances agronomiques de sdc ?, quels sont les effets de l’AC sur la biodiversité fonctionnelle (macrofaune) ?, et quelles sont les performances et l’efficience d’utilisation des ressources de sdc en AC notamment sous couvert végétal vivant ? Afin de répondre aux deux premières questions, une expérimentation système, initiée en 2011, a permis de comparer en 2018 trois sdc en production de maïs : un sdc en monoculture et en labour, représentant la pratique de référence de la région (CT), un sdc en AC sous couvert végétal mort (mélange de 4 espèces annuelles) (CA-DM), et un sdc en AC sous couvert végétal vivant (Stylosanthes guianensis) (CA-LM). Une expérimentation analytique a également été mise en place en 2018 afin d’évaluer les performances et l’efficience d’utilisation des ressources d’une association maïs-Stylosanthes guianensis en AC sous couvert végétal vivant. D’une part, l’impact du mode de conduite de ces trois sdc sur la santé du sol a été caractérisé via l’utilisation de Biofunctool®. Biofunctool® est une méthode d’évaluation fonctionnelle de la santé des sols basée sur une approche intégrative prenant en compte les liens entre les propriétés physico-chimiques et l'activité biologique des sols. Elle permet de mener une analyse des fonctions principales du sol : i) la transformation du carbone, ii) le recyclage des nutriments, et iii) le maintien de la structure du sol. D’autre part, un outil fonctionnel (SMS) est proposé afin de mesurer l’impact de pratiques culturales sur l’activité de la macrofaune du sol. Il permet d’intégrer trois fonctions de la macrofaune : i) la dégradation de la matière organique, ii) l’ingénierie de l’écosystème, et iii) la régulation des ravageurs. Enfin, l’évaluation de l’efficience d’utilisation des ressources (i.e., eau, azote, lumière, surface) et des performances de ces sdc contrastés a été menée à l’aide de la modélisation par équations structurelles.
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Citer

Rémy Kulagowski. Performances et impacts de systèmes de culture en agriculture de conservation sur sols magnésiens en Nouvelle-Calédonie. Agronomie. Université de la Nouvelle-Calédonie, 2021. Français. ⟨NNT : 2021NCAL0001⟩. ⟨tel-03666962⟩

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