Etude des fonctions agro-écologiques des principes de l'agriculture de conservation dans l'amélioration de la production du riz pluviale dans la région du lac Alaotra (Madagascar)

Study on agroecological functions of conservation agriculture principles on rainfed rice production in the lake Alaotra region (Madagascar)

• Auteur / Autrice : Lalaina Ranaivoson
• Direction : Marc Corbeels, Lilia Rabeharisoa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 13/12/2017
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro en cotutelle avec Université d'Antananarivo
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Agroécologie et intensification durable des cultures annuelles (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Tantely Razafimbelo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Corbeels, Lilia Rabeharisoa, Tantely Razafimbelo, Marie-Hélène Jeuffroy, Harilala Andriamaniraka, Florian Celette, Krishna Naudin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tantely Razafimbelo, Marie-Hélène Jeuffroy

Mots clés

Mots clés libres

Zéro labour

Couverture du sol

Rotation culturale

Mulch

Adventice

Azote minéral

Zero till

Residues cover

Crop rotation

Mulch

Weed

Mineral N

Résumé

L’Agriculture de conservation (AC) repose sur trois principes: le minimum de travail du sol, la couverture permanente du sol et la diversification des espèces cultivées. Elle a été introduite vers la fin des années 90 dans la région du lac Alaotra, Madagascar, dans l’objectif d’augmenter la productivisté de l’agriculture pluviale qui, généralement, pâtit des problèmes liés à la faible fertilité des sols, aux contraintes hydriques et à l’enherbement. L’objectif principal de la thèse consiste à quantifier et caractériser les impacts des fonctions agro-écologiques de l’AC dans l’amélioration du rendement en riz pluvial par rapport aux pratiques conventionnelles (CT). Une revue de la littérature sur les fonctions agro-écologiques du mulch en fonction de leur quantité retenue sur la parcelle a tout d’abord montré que la quantité de couverture nécessaire va dépendre essentiellement des fonctions agro-écologiques attendues. Une quantité de couverture de 2 à 3 t ha-1 permet d’obtenir des effets très nets en ce qui concerne l’amélioration de l’infiltration de l’eau, la limitation du ruissellement et de l’érosion du sol. En revanche, les données sur le contrôle de l’enherbement, la disponibilité des nutriments ainsi que la faune du sol en fonction de la quantité de mulch étaient très variables, suggérant l’interaction de ses fonctions agro-écologiques avec d’autres facteurs, notamment le type de résidus et les conditions pédoclimatiques. Une première expérimentation dont l’objectif était la quantification des effets physiques du mulch sur l’enherbement, avec différentes quantités de résidus de 0 à 45 t ha-1 a montré que l’émergence et la biomasse des adventices sur les parcelles couvertes dépend essentiellement de la quantité et de la distribution de la pluviométrie durant la saison culturale. L’émergence ainsi que la biomasse des mauvaises herbes diminuent en général avec l’augmentation de la quantité de mulch maintenue sur les parcelles. Toutefois, une quantité de résidus de l’ordre de 10 t ha-1 est nécessaire pour réduire significativement la pression des adventices sur le riz par rapport à un sol nu dans les conditions de notre dispositif expérimental. Un deuxième dispositif maintenu durant 6 ans (2009/10 à 2014/15), combinait une rotation biennale de maïs + dolique // riz et une rotation triennale de maïs + stylosanthes // stylosanthes // riz ; trois modes de gestion du sol et des résidus et deux niveaux de fertilisation. Deux niveaux d’enherbement en split plot ont été ajoutés en 2013/14 et 2014/15. L’amélioration du rendement en riz sur les parcelles en AC par rapport aux parcelles en CT est essentiellement liée à une diminution de la pression des adventices sur les parcelles AC pendant la période de végétation du riz. La dynamique de l’eau dans le sol ainsi que la dynamique de l’azote minéral sont fortement influencées par le régime pluviométrique et ne différent généralement pas entre AC et CT. Enfin, l’analyse de stabilité et l’écart de rendement au potentiel utilisés pour étudier les variations de rendements en riz sur les 6 saisons culturales du second dispositif expérimental ont montré que les effets des traitements étaient en interaction avec d’autres facteurs probablement liés à la variabilité spatiale du sol sur le dispositif expérimental. Les résultats de cette étude nous suggèrent de tenir compte aussi bien des fonctions agro-écologiques du mulch attendues que les régimes pluviométriques lors de la promotion d’un système AC pour améliorer la productivité des cultures. L'AC avec une quantité de résidus généralement retenus dans les parcelles de l'agriculteur (i.e. 1 - 2 t ha-1) serait efficace pour lutter contre le ruissellement et l'érosion. Cependant, des quantités supplémentaires de résidus, qui pourraient être produites avec l’introduction de rotations culturales avec une forte production de biomasse, seraient nécessaires pour lutter efficacement contre les adventices et diminuer les charges liées au sarclage.

Conservation agriculture (CA) is based on the principles of minimum soil disturbance, permanent soil cover and diversification of crop species grown in rotations and/or associations. CA was introduced in the late 90s in the Lake Alaotra region, Madagascar, in order to improve rainfed crop productivity which is commonly constrained by low soil fertility, soil water stress and weed infestation. The main objective of this study was to quantify and understand the impact of CA on rainfed rice productivity as compared to the practice of conventional tillage (CT). First, a review of literature was conducted on the agro-ecological functions of mulching with crop residues in relation to their quantity. The literature review showed that the optimal amount of residues required principally depends on the agro-ecological function searched for. Residue amounts of 2 to 3 t ha-1 had clear positive effects in terms of improving water infiltration and limiting water runoff and soil erosion. On the other hand, results on weed control, nutrient availability and soil fauna in relation to the amount of mulch were highly variable, suggesting the interaction of these agro-ecological functions with other factors, including residue type and soil-climate conditions. Second, two field experiments were monitored at the research center of FOFIFA in the Lake Alaotra region. A first experiment aiming at quantifying the physical effect of a mulch of crop residues on weed infestation, with amounts of surface residues ranging from 0 to 45 t ha-1 showed that the emergence and biomass of weeds on mulched plots depend mainly on the quantity and distribution of rainfall during the cropping season. Overall, weed emergence and biomass decreased with increasing amounts of mulch. However, a large quantity of residues, i.e. in the order of 10 t ha-1, was required to significantly (p<0.05) reduce weed pressure as compared to a bare soil under the agro-ecological conditions of our experiments. The second experiment was conducted during six years (2009/10 to 2014/15), and a 2-year rotation of maize + Dolichos lablab // rice and a 3-year rotation of maize + Stylosanthes guianensis // S. guianensis // rice were combined with three soil/residue management practices and two level of fertilization. Two levels of weed pressure were added as split-plot in 2013/14 and 2014/15. Higher rice grain yields on CA plots as compared to CT plots in the fifth and sixth year of the CA practice were mainly related to a decline of weed pressure under CA. Soil water and mineral nitrogen dynamics did not differ markedly between CA and CT and were strongly influenced by the rainfall pattern. Finally, the use of the concept of stability analysis and the yield gap approach to analyze the variation of rice yield under the 6 crop seasons from 2009/10 to 2014/15 showed that the effects of treatments including crop rotation, soil and residue management, and fertilization levels interact with other factors likely related to the spatial variability of the experimental design. Results of our study suggest that both agro-ecological function of mulch searched for and rainfall conditions should be taken into account when promoting CA systems to improve crop productivity in the Lake Alaotra region. Practicing CA with typical amounts of residues that are produced on farmer’s field (i.e. 1 – 2 t ha-1) is sufficient to control water runoff and soil erosion. However, extra amounts of crop residues are required to effectively control weed infestation. These extra amounts could be produced with the introduction of high biomass-producing crop rotations and could decrease the labor pressure from weeding.