Evaluation de la résilience des systèmes de culture légumineuses - céréales face à la sècheresse : Analyse multi-échelle de l’efficience de l’utilisation de l’eau et de l’azote par la validation des modèles biophysiques

Abstract

Les effets du changement climatique accentuent les contraintes agro-climatiques naturelles et pèsent sur le développement de l’agriculture algérienne. La pratique de la céréaliculture est souvent pluviale en extensif, sur des sols pauvres. Malheureusement les leviers (irrigation de complément et apports d’engrais azotés) proposés pour l’accroissement des rendements des céréales ont un coût élevé avec des impacts environnementaux certains qui pénalisent ainsi leur efficience agro-économique. Dans ce contexte, et grâce aux principes écologiques et aux services écosystémiques qui en résultent, l’introduction d’une légumineuse dans un système d’association avec les céréales pourrait améliorer la durabilité des agro- écosystèmes. Notre étude a pour but d’évaluer et d’estimer les performances des cultures associées en matière d'utilisation et de stockage des ressources (en particulier les éléments C et N). Une approche combinant l'analyse de données expérimentales (via les indices de compétitivité agro écologiques) et la modélisation quantitative (modèles MOMOS et STICS) des indicateurs agro-écologiques a été appliquée pour relier les cycles C, P et N. Nous avons effectué la première estimation des taux d'échange de C et N entre les plantes, le sol, la biomasse microbienne et les symbiotes nodulaire. Nous avons également amélioré les paramètres du modèle MOMOS par les mesures des variables d'état (plante, sol et météo) et validé les modèles calibrés actuels (MOMOS-C et MOMOS-N) à l'échelle de la parcelle, de l'exploitation, et du territoire, pour les espèces associées (Haricot-Maïs). Dans le système de culture intercalaire, nous avons constaté que tous les échanges quotidiens de C et N entre les organes végétaux et les micro-organismes varient fortement entre les stades phrénologiques, une partie considérable du N fixé est préférentiellement stockée dans les nodules de la légumineuse intercalée, favorisant le fonctionnement microbien. Nous avons confirmé la robustesse de cette version paramétrée MOMOS pour évaluer et analyser les mécanismes régulant les échanges globaux de C et N entre les symbiotes végétaux, le sol, la biomasse microbienne et l'atmosphère. Sur une association de cultures hivernale « blé dur-pois chiche » la première évaluation avec des indices de compétitivité a mis l’évidence sur deux conditions qui rendent la culture intercalaire avantageuse :(I) un apport d'azote suffisamment élevé pour maximiser la fixation symbiotique de N2 et contribuer à la nutrition de la culture céréalière (II) la légumineuse doit être la composante dominante de l’association. La compétition interspécifique entre le pois chiche et le blé dur a été directement affectée par les changements de conditions climatiques de fertilisation N, le blé intercalaire était plus compétitif que la légumineuse dans des conditions de faible pluviométrie et d'application d'azote. La calibration et la validation du modèle STICS pour la culture du pois chiche en conditions pluviales ont été réalisées, en se basant sur une méthode d'optimisation (algorithme simplex). Une grande précision de la calibration a été confirmée statistiquement pour la plupart des variables d'intérêt. Le modèle a été capable de reproduire la dynamique temporelle des variables étudiées dans des situations contrastées (systèmes de culture, saisons de croissance et taux d'application de N). Enfin, cette étude de calibration permet au modèle STICS de bien simuler des pratiques culturales innovantes basées sur la diversification des cultures (légumineuses à grains et céréales) et la gestion de la fertilisation azotée.