Analyse et prédiction de la réponse des variétés de cotonnier (Gossypium hirsutum L.) à l’intensification écologique des agrosystèmes au Bénin

: Analysis and prediction of the response of cotton varieties (Gossypium hirsutum L.) to ecological intensification of agrosystems in Benin

• Auteur / Autrice : Degbedji Aboua
• Direction : Philippe Debaeke
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences agronomiques, biotechnologies agro-alimentaires
• Date : Inscription en doctorat le 13/01/2022
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingénieries
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ENSAT AGroécologie, Innovations, TeRritoires

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation - interactions génotype x environnement – cotonnier - sélection variétale- idéotypes-agroécologie

Modeling - genotype x environment interactions - cotton plant - varietal selection – ideotypes- agroecology

Résumé

Dans un contexte de dégradation des sols notamment en lien avec des pratiques culturales de plus en plus peu adaptées et de perturbations pluviométriques observées dans les zones cotonnières du Bénin, des systèmes agroécologiques de culture basés sur les trois principes d’un travail de sol réduit voire absent, d’une couverture permanente du sol et sur la pratique de rotations culturales diversifiées sont proposés comme une alternative aux systèmes conventionnels de culture. En effet, les systèmes agroécologiques de culture, de par leurs caractéristiques, offrent des conditions d’accroissement de la résilience et permettent aussi de résoudre les problèmes de baisse importante et rapide du stock de carbone et de l’acidification des sols. Pour assurer une performance agronomique et technique d’un système de culture, le choix de la variété est déterminant. Le défi pour l’amélioration variétale est donc de sélectionner de nouveaux cultivars adaptés aux systèmes de culture innovants. L’environnement biophysique et particulièrement celui créé par les conditions de pratiques culturales influencent la performance des génotypes et les interactions qui en résultent sont de plus en plus exploitées et valorisées par les sélectionneurs lors de l’évaluation variétale. L’objectif de la thèse est de concevoir des idéotypes variétaux de cotonnier les plus performants dans des systèmes de culture optimisés sur le plan agroécologique. Pour y parvenir, des expérimentations agricoles seront conduites au Bénin en milieu réel de 2020 à 2023, au cours desquelles, 6 variétés de coton différentes par leur provenance, leur précocité et leur port seront évaluées dans 4 systèmes de culture (3 systèmes agroécologiques et 1 conventionnel). Des variantes de pratiques culturales de mode de travail du sol, de production et de gestion de la biomasse et de rotation culturale seront combinées permettant d’obtenir des systèmes de culture à intensification écologique croissante. Le dispositif expérimental de split plot à 6 répétitions sera utilisé sur le site de Soaodou situé dans la zone nord et celui de Savalou représentant le centre du Bénin. L’utilisation de la modélisation écophysiologique pour la conception d'idéotype se révèle être importante dans une démarche agroécologique, du fait que l’idéotype se complexifie rapidement par l’implication conjointe de plusieurs caractères. Dans une première partie, nous évaluerons d’une manière systémique les effets des systèmes agroécologiques et conventionnels de culture sur les caractéristiques physico-chimiques et biologiques du milieu cultivé pour en déduire la performance agronomique des combinaisons des pratiques culturales mises en œuvre. Dans la deuxième partie, le modèle de simulation de culture CROPGRO-Cotton de DSSAT sera utilisé pour construire un modèle prédictif permettant de simuler le fonctionnement dynamique des variétés de cotonnier soumises à des pratiques culturales et dans des environnements contrastés pour en déduire leurs performances agrotechnologiques. La compréhension du fonctionnement des agroécosystèmes par une décomposition des interactions des génotypes avec les environnements et l’exploitation des mécanismes d’adaptation des génotypes à partir de l’utilisation du modèle permettront de tester l’efficience de la valorisation des ressources des systèmes de culture pour en déduire leurs impacts écologiques. Dans le domaine de l’amélioration variétale, l’utilisation de la modélisation dynamique permettra d’améliorer le processus d’évaluation des variétés de cotonnier par une meilleure compréhension des caractères impliqués dans la réponse aux contraintes environnementales et en déduire des critères de sélection spécifiques à partir des héritabilités des caractères et des corrélations génétiques.

Given the context of soil degradation exacerbated by poor farming practices and climate change in the cotton-growing areas in Benin, agroecological practices based on the three pillars of conservation agriculture are proposed as an alternative to conventional cropping systems. Indeed, agroecological cropping systems inherently offer favorable conditions for increasing resilience and also make it possible to address the issues of rapid carbon stock depletion and soil acidification. The choice of germplasm is key to ensure high agronomic and technical performances of any cropping system. The emerging challenge for breeders is therefore to select new cultivars adapted to innovative cropping systems. The biophysical environment, being altered by the crop management practices, influence the performances of genotypes and the resulting interactions are increasingly exploited and valued by breeders during variety screening. The objective of the thesis is to design the best performing cotton varietal ideotypes in agroecologically optimized cropping systems. To achieve this, on-station trials will be conducted in Benin from 2020 to 2023 in 2 zones. Six 6 contrasted cotton cultivars of different origins, cycles and growth habits will be evaluated in 4 cropping systems (3 agroecological systems and 1 conventional). Variants of farming practices including minimum tillage, production and management of biomass, and crop rotation will be combined to define innovative cropping systems with increasing levels of ecological intensification. The 6-replicated split-plot design will be used on both Soaodou (located in North) and Savalou (in Centre) sites. Ecophysiological modeling of ideotype has proved to be an important tool in agroecological studies, since several traits can be combined at once in the ideotype, and their complexity analyzed accordingly. In the first part of this project, we will assess the effects of individual and combined agroecological practices on the physicochemical and biological properties of the cultivated environment and on the agronomic performances of the crops. In the second part, because available statistical models are not satisfactory, the CROPGRO-Cotton crop simulation model from DSSAT will be used to build a predictive model to simulate the dynamic functioning of cotton varieties subjected to selected farming practices, in contrasting environments. Understanding the functioning of agroecosystems by decomposing the Genotype by Environment interactions and exploiting the adaptation mechanisms of genotypes will allow testing hypotheses related to resource use efficiency and their ecological impacts on the cropping systems. In the domain of breeding, the use of dynamic modeling will make it possible to improve the evaluation process of cotton varieties through a better understanding of the traits involved in the crop response to environmental constraints, and to identify specific selection criteria based on large heritability of selection traits and genetic correlations.