Informations
Localisation :
Restinclières (34)
Beauvais (60)
Début du projet : 2009
Partenaires :
UMR System Montpellier
AGROOF
INRA Montpellier
SupAgro Montpellier
Documents
Rapport 2012 (10 Mo)
Web
Presse
L'agroforesterie peut-elle permettre de réduire les pollutions diffuses azotées d'origine agricole ?
Rapport de contrat de recherche n°2009 - 0009 avec l'Agence de l'Eau Rhône-Méditerranée-Corse
auteurs : Christian Dupraz, Fabien Liagre, Aurélie Querné, Sitraka Andrianarisoa,Grégoire Talbot
En bref ...
Les pollutions diffuses des eaux souterraines sont une source d'inquiétude majeure sur l'impact des pratiques agricoles.
Les systèmes agroforestiers ont un objectif de production, tout en stockant du carbone, en stimulant la
biodiversité, en protégeant les sols et, peut-être, en améliorant la qualité de l'eau (filtre à nitrates).
Ce projet propose d'évaluer l'efficacité des systèmes agroforestiers à réduire les pollutions diffuses d'origine agricole et ce, dans différentes conditions pédoclimatiques.
Sites de l'étude
Nous avons comparé les différents flux d'azote ainsi que les croissances des arbres dans trois situations
pédoclimatiques contrastées, qui correspondent à trois parcelles expérimentales de référence.
- Restinclières : Hérault - noyers-céréales sous climat méditerranéen et sur sols argilo-limoneux profonds. A
servi à la calibration du modèle
- Vézénobres : Gard - peupliers et céréales sous climat méditerranéen et sur sols sableux
- Lasalle-Beauvais : Oise - noyers et céréales sous climat océanique et sur sol de craie peu profond.
Organisation
- L'UMR SYSTEM (INRA-CIRAD-SUPAGRO) de Montpellier conçoit depuis 2002 un modèle de simulation biophysique du
fonctionnement d'une parcelle agroforestière (Hi-sAFe). Ce modèle intègre en 3D les compétitions pour
l'eau et la lumière entre arbres et cultures dans un système agroforestier.
Le modèle a été validé par l'INRA à partir des expériences de Restinclières (Hérault, noyers et céréales) et de
Vézénobres (Gard, peupliers et céréales). Une fois validé, le modèle a permis de calculer les bilans azotés
des mélanges arbres et cultures dans des conditions pédoclimatiques radicalement différentes, sous climat
océanique, à Lasalle-Beauvais (120 km au nord de Paris). Cela a permis de quantifier et comparer les pertes
en azote en parcelle de culture pure et en parcelle agroforestière, sous deux scénarios climatiques
contrastés.
- AGROOF a étudié les conséquences économiques de modification des pertes
d'azote en systèmes agroforestiers. Des hypothèses sur la valeur monétaire des services environnementaux
de réduction des pertes d'azote ont dues être faites pour ce travail. AGROOF a utilisé un modèle technicoéconomique
(Farm-sAFe) qui permet d'évaluer la faisabilité des projets agroforestiers à l'échelle de la
parcelle et de l'exploitation.
Notre travail a été organisé selon les 4 actions suivantes:
- Action 1 : Validation du modèle Hi-sAFe de prédiction des interactions arbres/cultures pour le
partage de l'eau et l'azote (2009-2010).
- Action 2 : Finalisation du modèle de prédiction technico-économique intégrant les prédictions
biophysiques du modèle Hi-sAFe (2010-2011).
- Action 3 : Réalisation de bilans azotés des parcelles concernées par des projets agroforestiers, en
comparaison avec la situation agricole d'origine (2011).
- Action 4 : Expérimentations virtuelles sur ordinateur permettant d'évaluer l'impact de différents
facteurs sur l'efficacité hydrologique des arbres hors forêts sur le bilan azoté (2010). On proposait
initialement de quantifier les aspects suivants : impact de la densité des arbres ; efficacité dans
différents contextes pluviométriques ; impact de méthodes de gestion spécifiques des arbres pour le
contrôle des flux (cernages racinaires, enherbement des bandes d'arbres). Au final, compte tenu du
retard pour obtenir un modèle opérationnel, nous avons travaillé sur l'impact des contextes
pluviométriques.
Le modèle a été validé par l'INRA à partir des expériences de Restinclières (Hérault, noyers et céréales) et de Vézénobres (Gard, peupliers et céréales). Une fois validé, le modèle a permis de calculer les bilans azotés des mélanges arbres et cultures dans des conditions pédoclimatiques radicalement différentes, sous climat océanique, à Lasalle-Beauvais (120 km au nord de Paris). Cela a permis de quantifier et comparer les pertes en azote en parcelle de culture pure et en parcelle agroforestière, sous deux scénarios climatiques contrastés.
Principaux résultats
- Site de Restinclières - association Noyers - blé
Les travaux à l'échelle de la parcelle mettent en évidence une réduction très significative des reliquats d'azote en automne dans les parcelles agroforestières.
Ces parcelles associées limitent le risque de lixiviation par les pluies d'automne et d'hiver.
- Validation du modèle et résultats comparatif sur les autres sites :
Les parcelles de Restinclières ont également permis de calibrer le modèle de
simulation numérique. Nous avons pu calculer des bilans complets d'azote des systèmes agroforestiers et de les comparer avec
ceux des systèmes agricoles non arborés. L'approche par modélisation a été effectuée pour deux régimes pluviométriques :
méditerranéen (Sites de Restinclières et Vézénobres) et océanique (Site de Beauvais), pour des peuplements de noyers et/ou de
peupliers associés à des céréales. Les bilans mettent en évidence une forte réduction des lixiviations d'azote par les parcelles
agroforestières, à condition que les peuplements d'arbres soient suffisamment développés. Pour une centaine d'arbres à l'hectare,
les lixiviations sont quasiment supprimées pendant la deuxième moitié de la vie des arbres.
Deux processus principaux expliquent ce résultat :
1- l'assèchement estival des horizons profonds du sol par les arbres ralentit fortement les transferts verticaux lors des
pluies d'automne et d'hiver ;
2- le prélèvement direct d'azote par les arbres diminue le potentiel de lixiviation, en captant l'azote qui a
quitté les horizons de sol colonisés par les racines des cultures. Sur la durée complète du cycle de vie des arbres, on peut prévoir
une réduction de 75% des lixiviations d'azote.
- itinéraires technique et bilan économique
L'agroforesterie avec des cultures intercalaires conventionnelles (sans réduction d'apports d'azote à la culture), est
moins radicale pour la réduction des lixiviations qu'une conversion à l'agriculture biologique (arrêt de la fertilisation chimique) ou
un boisement (arrêt de la culture).
Néanmoins, ce type d'agroforesterie présente l'avantage d'être une mesure plus facilement acceptable par les agriculteurs, peu onéreuse et très efficace
pour les collectivités publiques, dans le cadre d'une politique de
prévention des pollutions.
Lorsqu'on évalue l'efficacité financière des différentes alternatives, on constate que chaque euro investi
en soutien à la mise en place de parcelles agroforestières génère une économie de traitement des eaux de 29 ?, contre 10 ? pour le
passage au bio et 4 ? pour l'achat des terres et leur boisement en régie. Mais surtout, pour l'agriculteur, sur le long terme,
l'agroforesterie est l'option la plus simple à adopter. Un nouveau scénario associant la mise en place de parcelles agroforestières à
une réduction raisonnée de la fertilisation azotée des cultures intercalaires durant les premières années pourrait avoir une efficacité
remarquable de contrôle des lixiviations, pour un coût un peu supérieur pour les collectivités.
Ces travaux ont été difficiles, car la mise au point du modèle de simulation numérique du cycle de l'azote des parcelles
agroforestières s'est révélée très ardue. La présence de nappes alluviales à forte fluctuation dans nos parcelles expérimentales a
considérablement compliqué les travaux. Des améliorations sont sans cesse apportées au modèle. Nous
allons pouvoir prochainement évaluer l'efficacité de systèmes agroforestiers avec des cultures intercalaires à très fort risque lixiviant
(maraichage).
Les travaux à l'échelle de la parcelle mettent en évidence une réduction très significative des reliquats d'azote en automne dans les parcelles agroforestières.
Ces parcelles associées limitent le risque de lixiviation par les pluies d'automne et d'hiver.
Les parcelles de Restinclières ont également permis de calibrer le modèle de simulation numérique. Nous avons pu calculer des bilans complets d'azote des systèmes agroforestiers et de les comparer avec ceux des systèmes agricoles non arborés. L'approche par modélisation a été effectuée pour deux régimes pluviométriques : méditerranéen (Sites de Restinclières et Vézénobres) et océanique (Site de Beauvais), pour des peuplements de noyers et/ou de peupliers associés à des céréales. Les bilans mettent en évidence une forte réduction des lixiviations d'azote par les parcelles agroforestières, à condition que les peuplements d'arbres soient suffisamment développés. Pour une centaine d'arbres à l'hectare, les lixiviations sont quasiment supprimées pendant la deuxième moitié de la vie des arbres.
Deux processus principaux expliquent ce résultat :
1- l'assèchement estival des horizons profonds du sol par les arbres ralentit fortement les transferts verticaux lors des pluies d'automne et d'hiver ;
2- le prélèvement direct d'azote par les arbres diminue le potentiel de lixiviation, en captant l'azote qui a quitté les horizons de sol colonisés par les racines des cultures. Sur la durée complète du cycle de vie des arbres, on peut prévoir une réduction de 75% des lixiviations d'azote.
L'agroforesterie avec des cultures intercalaires conventionnelles (sans réduction d'apports d'azote à la culture), est moins radicale pour la réduction des lixiviations qu'une conversion à l'agriculture biologique (arrêt de la fertilisation chimique) ou un boisement (arrêt de la culture).
Néanmoins, ce type d'agroforesterie présente l'avantage d'être une mesure plus facilement acceptable par les agriculteurs, peu onéreuse et très efficace pour les collectivités publiques, dans le cadre d'une politique de prévention des pollutions.
Lorsqu'on évalue l'efficacité financière des différentes alternatives, on constate que chaque euro investi en soutien à la mise en place de parcelles agroforestières génère une économie de traitement des eaux de 29 ?, contre 10 ? pour le passage au bio et 4 ? pour l'achat des terres et leur boisement en régie. Mais surtout, pour l'agriculteur, sur le long terme, l'agroforesterie est l'option la plus simple à adopter. Un nouveau scénario associant la mise en place de parcelles agroforestières à une réduction raisonnée de la fertilisation azotée des cultures intercalaires durant les premières années pourrait avoir une efficacité remarquable de contrôle des lixiviations, pour un coût un peu supérieur pour les collectivités.
Conclusion
Il y a en France 700.000 hectares de périmètres de captage d'eau potable, et plusieurs millions d'hectares
situés sur les impluviums alimentant les captages. La directive cadre européenne sur l'eau de 2004 impose
des objectifs de qualité à atteindre très rapidement. Il y a donc urgence à agir.
Nos travaux permettent de replacer l'option agroforestière parmi l'ensemble des mesures possibles dont disposent les collectivités
locales afin de progresser vers ces objectifs.
A ce jour, le modèle ne nous permet pas encore de quantifier les réductions de lixiviations de nitrates sous
un peuplement agroforestier dans des conditions pédoclimatiques quelconques. Il nécessite pour cela des
calages qui restent à effectuer, et qui n'ont été achevés que pour deux situations (Languedoc et Beauvais).
Mais pour ces deux situations contrastées, ce modèle nous as permis de montrer qu'en opérant un prélèvement à la source, les arbres agroforestiers sont efficaces pour réduire les flux de
nitrates générés par les cultures agricoles vers les eaux souterraines. Leur enracinement profond et leur
cycle de prélèvement d'azote, souvent décalé du cycle des cultures, sont les deux explications majeures de
cette efficacité. Ainsi :
- En zone méditerranéenne, les arbres seront particulièrement efficaces lors des chasses d'eau et de nitrate déclenchées par les fortes précipitations d'automne. Le risque de lixiviation est alors intense, notamment à cause des températures qui sont alors encore élevées.
- En climat océanique à pluies mieux réparties, les arbres seront très efficaces pour ce piégeage si des drainages importants ont lieu au cours de la saison de croissance.
Nos simulations montrent que dans les deux cas de figure (climat méditerranéen et océanique), les systèmes agroforestiers sont très efficaces pour réduire les pertes d'azote à partir du moment où les arbres sont suffisamment développés. En pratique, il faut que les arbres atteignent une hauteur égale à la moitié de l'espacement entre les lignes de plantation. Cela correspond à une dizaine d'années pour des noyers plantés à 20 m d'espacement entre lignes, où à 5 années pour des peupliers plantés à 25 m d'espacement entre lignes. On peut généraliser ce résultat en suggérant que le peuplement agroforestier devient efficace à partir du quart de la durée de la rotation, et très efficace pendant la seconde moitié de la rotation. Dans ces conditions, la conversion à l'agroforesterie des zones de captage est la stratégie la moins coûteuse pour les collectivités locales et les autorités responsables de la potabilisation des eaux de captage. Nous avons calculé une efficacité du retour sur investissement très supérieure à celle que l'on peut attendre des autres options (achat du foncier et boisement, ou conversion à l'agriculture biologique). Bien entendu, lorsque la conversion à l'agriculture biologique est possible, elle doit être favorisée. Mais l'agroforesterie est une option moins contraignante qui peut séduire un plus large panel d'agriculteurs, à un coût raisonnable pour la collectivité. Ces deux options peuvent d'ailleurs se rejoindre, sous la forme d'une agroforesterie avec cultures intercalaires biologiques. Nous suggérons enfin une stratégie nouvelle : une conversion agroforestière accompagnée d'une réduction forte et contractuelle des fertilisations azotées, qui pourrait faire l'objet d'un accompagnement spécifique par les collectivités.
Lire le rapport final - 2012
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creation © 2009AGROOF - bureau d'étude en agroforesterie