Modélisation des successions post-culturales : application à la gestion durable des agro-écosystèmes des hautes Andes tropicales

Modelling old-field successions towards the sustainable management of long-fallow cropping systems of the high tropical Andes

• Auteur / Autrice : Yann Martineau
• Direction : Bernard Saugier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, Océan, Espace. Ecologie
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Azote

Bolivie

Carbone

Paramo

Photosynthèse

Venezuela

Résumé

Le système agricole traditionnel des hautes Andes tropicales alterne courtes périodes de culture et jachères longues. La croissance démographique des populations locales induit une intensification aux conséquences risquées (perte de fertilité et de biodiversité). Le projet européen TROPANDES a étudié les processus agro-écologiques qui contrôlent la fertilité du sol pour proposer une alternative durable à l'intensification. La végétation naturelle qui colonise les parcelles abandonnées est incorporée à la terre au moment de rompre la jachère. Aussi avons-nous développé un modèle biogéochimique de succession végétale qui permet de quantifier l'accumulation de biomasse pendant la jachère. FAPROM (Fallow Production Model) décrit un mélange multicouche de six espèces en compétition pour la lumière et l'azote minéral. Il simule divers processus : photosynthèse au pas de temps horaire ; allocation du carbone, respiration, sénescence, absorption et fixation d'azote au pas de temps journalier ; et reproduction au pas de temps annuel. Le modèle a été appliqué à deux sites particuliers : le paramo humide (Venezuela) et la puna semi-aride (Bolivie). Nos simulations montrent l'importance du turn-over de la matière (respiration, sénescence) pour estimer la croissance des plantes, la dynamique de la végétation et la production primaire de l'écosystème. La dynamique de la végétation et le fonctionnement de l'écosystème dépendent étroitement des conditions initiales (graines) et des ressources (eau et azote). Le modèle permet en outre de quantifier l'importance relative des processus qui contrôlent le bilan azoté sous différents scénarios (avec ou sans légumineuses).

The traditional cropping system of the high tropical Andes alternates short cropping periods and long fallows. Demographic growth induced an intensification with hazardous consequences (loss of fertility and biodiversity). The European project TROPANDES studied the agro-ecological processes that control soil fertility to give a basis for a sustainable alternative. The natural vegetation colonizing fallow plots is incorporated to the ground at crop start. Therefore we built a biogeochemical model of plant succession to account for the accumulation of biomass during fallow. FAPROM (Fallow Production Model) describes a multi-layer mixture of six species in competition for light and mineral nitrogen. It simulates various processes: photosynthesis at a hourly time step; assimilates allocation, respiration, tissue mortality, nitrogen absorption and nitrogen fixation at a daily time-step; and reproduction at a yearly time step. The model was applied to two particular sites: the wet paramo (Venezuela) and the semi-arid puna (Bolivia). Simulations show the importance of matter turnover (respiration, senescence) to estimate plant growth, vegetation dynamics and ecosystem primary production. Vegetation dynamics and ecosystem functioning depend on initial conditions (seed bank) and on resources (water and nitrogen). The model helps quantifying the relative importance of the processes that control the nitrogen balance under several scenarios (with or without legumes).