Paysages virtuels et analyse de scénarios pour évaluer les impacts environnementaux des systèmes de production agricole - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Virtual landscapes and scenario analysis to assess the environmental impacts of agrosystems

Paysages virtuels et analyse de scénarios pour évaluer les impacts environnementaux des systèmes de production agricole

Résumé

The environmental assessment of agrosystems is a critical issue for the design of sustainable agricultural practices and for the preservation or recovery of the ecological functions of agrosystems. However, this assessment is difficult to achieve through expert opinion and experimentation alone, due to the diversity of transformation and transfer processes of organic matter within agricultural landscapes, their interactions, and their dynamics. This project aimed at proposing a spatialized and dynamic environmental assessment method to integrate the effects of the physical environment, climate, and agricultural practices. Our approach was structured by the development of a landscape modeling platform (Qualscape), which provided the conceptual framework for the different steps of this study:
- analysis of observed field crop sequences to identify the spatial and temporal drivers of crop transitions, because landcover plays a major role in the location of agricultural practices;
- the construction of a set of virtual agricultural landscapes based on the intensively farmed Naizin catchment (12 km2, Morbihan department, France) that differed in terms of climate, soil-type patterns, and crop management;
- the multi-target and multi-criteria assessment of these agrosystems by coupling and integrating the outputs of the nitrogen (N) fate model TNT2 and a soil phosphorus (P) budget model. In addition, Stochastree, a crop-transition model based on stochastic decision trees, was developed. It maintained the spatial distribution of crops around the farmsteads while accounting for other constraints such as soil waterlogging and farm-production objectives. Environmental assessments of the virtual landscapes showed the relative influence of climate, soil-type patterns, and cropping systems on a set of agricultural, soil, and hydrological indicators. Although a moderate, less-intensive cropping system reduced soil P surpluses and improved N- and P-use efficiencies, climate series and soil-type patterns influenced the stream N concentration more heavily than cropping systems. Moreover, the magnitude of soil-climate interactions on stream N concentrations was equivalent under certain scenarios to a 15% reduction in the amount of total N applied. This shows that remediation practices aimed at achieving a specific environmental goal (such as not exceeding the 50 mg NO3.l-1 threshold in streams) must take local landscape characteristics into account, and that transplanting them to another landscape may not attain the expected goal.
L'évaluation environnementale des systèmes de production agricole est un enjeu majeur pour le développement de pratiques agricoles durables, la préservation ou la restauration du bon état écologique des ressources naturelles. Cependant, cette évaluation est compliquée à réaliser par expertise ou par expérimentation à cause de la diversité des processus de transformation et de transfert de la matière organique au sein des paysages agricoles, leurs interactions et leurs dynamiques. L'objectif de ce projet était de de proposer une méthodologie d'évaluation environnementale qui soit spatialisée et dynamique afin d'intégrer les effets du milieu physique, du climat et des pratiques agricoles. L'approche suivie dans ce projet est basée sur le développement d'une plateforme de modélisation des paysages agricoles (Qualscape), comme support conceptuel commun aux différentes étapes de ce travail :
- l'analyse de successions culturales parcellaires observées afin d'identifier les déterminants spatiaux et temporels des transitions de cultures ; l'occupation du sol spatialisant les pratiques agricoles ;
- à partir du bassin versant de Naizin (12 km2, Morbihan, France) caractérisé par des activités d'élevage bovin et porcin intensives, la construction d'un jeu de paysages agricoles virtuels différant par leur milieu physique, les forçages climatiques et les pratiques agricoles auxquels ils sont soumis ;
- la réalisation d'une évaluation environnementale multi-cibles et multi-critères de ces agrosystèmes en permettant le couplage et l'intégration des sorties entre le modèle agro-hydrologique TNT2 et un modèle de bilan de phosphore du sol. Stochastree, un modèle de transition de cultures basé sur des arbres de décision stochastiques a été développé. Il a notamment permis de maintenir la distribution spatiale des cultures autour du corps d'exploitation, tout en respectant des contraintes d'hydromorphie des sols et d'objectif de production des exploitations. L'évaluation environnementale des paysages virtuels a quantifié l'influence du climat, du milieu et des systèmes de culture sur différents indicateurs agricoles, pédologiques et hydrologiques. Nous avons constaté que l'adoption d'un système de culture modéré (réduction d'intrants, intercultures hivernales) réduit significativement les flux excédentaires de phosphore vers les sols et accroît l'efficience des apports d'azote et de phosphore. Cependant, cet effet s'atténue pour des indicateurs incorporant des processus de transformation et de transfert de la matière organique, comme la concentration en nitrate à l'exutoire. De plus, les effets des interactions sol-climat sur cette concentration sont du même ordre qu'une réduction de 15% des apports totaux d'azote. Ainsi, la définition de pratiques agricoles alternatives devant satisfaire un objectif environnemental précis (cf. le non-dépassement du seuil des 50 mg NO3.l-1 dans les cours d'eau) ne peut se faire qu'en lien avec les caractéristiques du paysage et que leur transposition directe à un autre paysage peut ne pas atteindre l'effet escompté.
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Dates et versions

tel-00440205 , version 1 (09-12-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00440205 , version 1

Citer

Luc Sorel. Paysages virtuels et analyse de scénarios pour évaluer les impacts environnementaux des systèmes de production agricole. Sciences de la Terre. Agrocampus - Ecole nationale supérieure d'agronomie de rennes, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00440205⟩
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