Analyse in natura et par modélisation des systèmes agroforestiers complexes cacaoyers sous contrainte hydrique : diagnostic de fonctionnement en vue d'une reconception pour un compromis entre production de cacao et de divers services écosystémiques.

par Stolïan Fayolle

Projet de thèse en Sciences agronomiques

Sous la direction de Eric Justes, Aurélie Metay et de Stéphane Saj.

Thèses en préparation à Montpellier, SupAgro , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec SYSTEM - Fonctionnement et conduite des systèmes de cultures tropicaux et méditerranéens (laboratoire) et de Modélisation, évaluation, conception des systèmes de culture (equipe de recherche) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    En Afrique subsaharienne, la cacaoculture est un des principaux moteurs de la déforestation alors que les pays producteurs sont parmi les plus pauvres du monde. Les systèmes agroforestiers (SAF) sont composés de plusieurs espèces végétales annuelles et pérennes dans un même champ, pouvant fournir un large panel de services écosystémiques (SES). Saj et al. (2017) ont émis l'hypothèse que les SAF cacaoyers complexes seraient plus durables grâce à leur diversité spécifique permettant une complémentarité dans l'utilisation des ressources naturelles (Jagoret et al., 2012). Mais avec le changement climatique, une publication récente suggère que les cacaoyers subiraient plus de stress hydrique en SAF qu'en monoculture du fait de la concurrence des arbres associés, notamment en limite de zone de production optimale (Abdulai et al., 2017), avec des conséquences sur la production de cacao et des autres services écosystémiques. Cette hypothèse est toutefois controversée par Niether et al. (2017) et Wanger et al. (2017). Des travaux récents de thèse menés à l'UMR SYSTEM au Cameroun (A. Nijmeijer, 2018) et au Brésil (L. Gateau-Rey, en cours) indiquent que de fort stress hydriques inhabituels subis en 2016 ont pu induire une mortalité des cacaoyers en SAF. Aussi un travail s'impose pour tester l'hypothèse d'un lien entre complexité des SAF cacaoyers (SAFc) et capacité de résilience face à des contraintes d'alimentation hydrique qui pourrait subvenir plus fréquemment avec le changement climatique. Pour cela, le fonctionnement hydrique des cacaoyers pourrait être diagnostiqué à l'aide de modèles dynamiques. Ces modèles auraient vocation à permettre la simulation de scénarios, climatiques et techniques, dont les résultats pourraient être ensuite mobilisés par des acteurs et des paysans, en vue de re-concevoir des systèmes capables de mieux faire face aux stress hydriques présents et futurs. Cependant, avant d'utiliser de tels modèles, il est nécessaire de vérifier leur capacité à simuler le fonctionnement biophysique des SAFc, dont le bilan hydrique, les interactions entre leurs diverses composantes biologiques et les impacts de la gestion technique des SAF. En effet, pour les SAFc camerounais, Jagoret et al. (2017) ont récemment souligné l'importance de la gestion des producteurs pour assurer durabilité et productivité sur le long terme, dont notamment la gestion continue des arbres ligneux associés pour favoriser le partage des ressources (eau, lumière, minéraux) dans le temps, en limitant la concurrence interspécifique et en favorisant la complémentarité entre cacaoyers et arbres associés. Enfin, Saj et al. (2017) ont montré que, si les pratiques de rajeunissement et de densification permettaient le maintien d'une bonne production, une meilleure connaissance du fonctionnement des SAFc est nécessaire pour prédire les impacts de ces pratiques sur la production de cacao et des divers SES associés et leur résilience. La question principale est la suivante : Quel sera l'effet du changement de régime pluviométrique dû au changement climatique qui pourra induire des contraintes d'alimentation hydrique contrastées sur la production de cacao au Centre Cameroun, notamment dans les zones sub-optimales ? L'hypothèse testée est que les SAF cacaoyers complexes (forte diversité d'espèces associées) sont plus résilients face au stress hydrique que les systèmes simplifiés. Ce travail de recherche est construit sur 3 objectifs complémentaires : 1) Réaliser une analyse du fonctionnement des SAFc, en particulier pour caractériser le bilan hydrique dynamique. 2) Établir des relations entre traits agronomiques, fonctions écologiques activées et services écosystémiques rendus, notamment pour caractériser leur réponse au bilan hydrique. 3) Évaluer la capacité d'un modèle dynamique (WaLNuCAS) pour représenter le fonctionnement des SAFc complexes, et notamment le bilan hydrique dynamique. Les travaux de terrain seront réalisés au Cameroun dans le cadre des dispositifs suivis depuis de nombreuses années par les chercheurs du CIRAD.

  • Titre traduit

    In natura and modelling analysis of complex cocoa agroforestry systems under water constraint: a functional assessment aiming at a system re-design taking into account trade-offs between cocoa production and various ecosystem services.


  • Résumé

    In sub-Saharan Africa, cocoa farming is one of the main drivers of deforestation, while producing countries are among the poorest in the world. Agroforestry systems (AFS) are composed of several annual and perennial plant species in the same field, which can provide a wide range of ecosystem services (ES). Saj et al. (2017) hypothesized that complex cocoa AFS would be more sustainable thanks to their specific diversity which would allow for complementarity in the use of natural resources (Jagoret et al., 2012). But with climate change, a recent publication suggests that cocoa trees would suffer more from water stress in AFS than in monoculture because of the competition of associated trees, especially at the edges of optimal production zones (Abdulai et al., 2017), with consequences for cocoa production and other ecosystem services. This hypothesis is however controversial (see. Niether et al.,2017 ; Wanger et al., 2017)). Furthermore, during two recently PhD studies conducted at UMR SYSTEM in Cameroon (A. Nijmeijer, 2018) and in Brazil (L. Gateau-Rey, in progress), an unusual high water stress in 2016 seems to have led to significant cocoa trees mortality in AFS.As a consequence, the putative link between cocoa AFS (cAFS) complexity and water stress needs to be more thoroughly investigated in order to better evaluate complex cAFS abilities to face the forecasted climate changes in these regions. To do so, the water functioning of cocoa trees could be assessed using dynamic models. These models would be used to simulate climatic and technical scenarios, from which the results could then be mobilized by actors and farmers looking forward to re-designing systems capable of better coping with current and future water stresses. However, before using such models, it is necessary to verify their ability to simulate the biophysical functioning of the cAFS, including their water balance, interactions between their various biological components and the impacts of the technical management. Indeed, Jagoret et al. (2017) have recently emphasized in Cameroonian cAFS the importance of farmers' management to ensure long-term sustainability and productivity. This management includes the continuous management of associated trees community aims at the promotion of resources sharing (water, light, nutrients), limits interspecific competition and foster complementarities between cocoa trees and associated trees. Finally, Saj et al. (2017) have shown that, if rejuvenation and densification practices allow the maintenance of good production level, a better understanding of the functioning of the SAFc is needed to predict the impacts of these practices on cocoa production and the various associated ES and resilience. The main question is the following: what will be the effect of the change in rainfall regime due to climate change that may lead to contrasting water supply constraints on cocoa production in Central Cameroon, especially in sub-optimal areas? The hypothesis tested is that complex cAFS (high diversity and density of associated trees) are more resilient to water stress than simplified systems. This research work is built on 3 complementary objectives: 1) Conduct an analysis of the functioning of cAFS, in particular to characterize the dynamic water balance. 2) Establish relationships between agronomic traits, ecological functions and ecosystem services, particularly to characterize their response to the water balance. 3) Evaluate the capacity of a dynamic model (WaLNuCAS) to represent the functioning of complex SAFc, and in particular the dynamic water balance. The fieldwork will be carried out in Central Cameroon and builds on the knowledge and data gathered for many years by CIRAD researchers in this region.