Identifier des légumineuses à graines productives en Europe par synthèses quantitatives de données à large échelle

Identifying productive grain legumes in Europe by large-scale quantitative data syntheses

• Auteur / Autrice : Charles Cernay
• Direction : David Makowski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 10/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Agronomie (Thiverval-Grignon, Yvelines ; 1964-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Lescoat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Lescoat, Eric Malézieux, Chantal Le Mouël
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eric Malézieux, Chantal Le Mouël

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tests

Assolement

Analyse

Récolte

Zone euro

Rendements

Semences

Identification

Variétés

Légumes secs

Mots clés libres

Légumineuse à graines

Production

Synthèse quantitative de données

Europe

Grain legume

Crop productivity

Quantitative data synthesis

Europe

Résumé

Plusieurs études ont souligné la nécessité d’augmenter la production des légumineuses à graines en Europe. Jusqu’à présent, il n’existait pas de synthèses quantitatives de données qui comparaient les performances productives (et environnementales) de différentes légumineuses à graines dans cette région. L’objectif de la thèse était d’identifier des espèces de légumineuses à graines caractérisées par des niveaux élevés de production en Europe. Trois sources de données ont été utilisées à large échelle : des données statistiques, des données expérimentales en Europe et dans d’autres régions du monde, et des données sur les propriétés nutritionnelles des légumineuses à graines. Au total, 29 espèces ont été comparées à partir de leurs niveaux de production, et de leurs effets sur les rendements des céréales suivantes. Nous avons estimé la variabilité interannuelle des rendements des légumineuses à graines en Europe et Amérique. Les résultats montrent que les rendements des légumineuses à graines sont significativement plus variables que les rendements des non-légumineuses en Europe. Ces différences sont plus faibles en Amérique. Nous avons construit un jeu de données expérimentales global incluant 173 articles publiés, 41 pays, et 8581 situations de culture. Une première méta-analyse a été conduite à partir de ce jeu de données expérimentales. Les résultats montrent que le soja (Glycine max), le lupin à feuilles étroites (Lupinus angustifolius), et la fèverole (Vicia faba), présentent, en général, des niveaux de production similaires, et parfois supérieurs, comparés à ceux du pois protéagineux (Pisum sativum) en Europe. D’après les résultats de cette méta-analyse, nous avons estimé qu’une substitution de 25% de la surface actuelle de pois protéagineux (Pisum sativum) par de la fèverole (Vicia faba), du lupin à feuilles étroites (Lupinus angustifolius), et du soja (Glycine max), augmenterait la production de protéines de +3%, +4%, et +28%, en Europe, respectivement. Une seconde méta-analyse a été conduite à partir du même jeu de données expérimentales. Les résultats montrent que les rendements des céréales cultivées après des légumineuses à graines sont, en moyenne, +29% significativement plus élevés que les rendements des céréales cultivées après des céréales ; cet effet positif est significatif pour 13 des 16 espèces de légumineuses à graines. L’effet des cultures précédentes de légumineuses à graines décroît en fonction de la dose de fertilisation azotée (N) appliquée sur les céréales suivantes, et devient négligeable quand la dose moyenne de fertilisation azotée est supérieure à 150 kg N ha-1. D’après les résultats de cette méta-analyse, nous avons estimé que la diminution relative attendue de production céréalière, résultant d’une augmentation de la proportion d’une légumineuse à graines dans une monoculture d’une céréale, est partiellement compensée par l’effet positif de la légumineuse à graines sur le rendement de la céréale suivante peu fertilisée en azote. Globalement, la thèse identifie la fèverole (Vicia faba) comme une espèce candidate intéressante en Europe, suivie du pois protéagineux (Pisum sativum), du soja (Glycine max), et des lupins (Lupinus spp.). La lentille (Lens culinaris), le pois chiche (Cicer arietinum), et le haricot commun (Phaseolus vulgaris), présentent des niveaux faibles de production. Cependant, ces espèces sont souvent reconnues pour leurs bénéfices nutritionnels en alimentation humaine. En croisant les regards depuis des expérimentations en Amérique du Nord et Océanie, nous suggérons d’évaluer les niveaux de production de plusieurs gesses (Lathyrus spp.), lupins (Lupinus spp.), et vesces (Vicia spp. excepté Vicia faba), dans de futures expérimentations agronomiques en Europe.

Several studies have stressed the importance of increasing grain legume production in Europe. To date, no quantitative data syntheses have been conducted to compare the productive (and environmental) performances of different grain legumes in this region. The objective of the PhD thesis was to identify grain legume species displaying high productivity levels in Europe. Three data sources were used on a large scale: statistical data, experimental data across Europe and other world regions, and food and feed composition data for grain legumes. In total, 29 species were compared on the basis of their productivity levels, and on their effects on the yields of the subsequent cereals. We estimated the interannual variability in grain legume yields across Europe and the Americas. Results show that grain legume yields are significantly more variable than non-legume yields in Europe. These differences are smaller in the Americas. We built a global experimental dataset including 173 published articles, 41 countries, and 8,581 crop observations. A first meta-analysis was conducted using this experimental dataset. Results show that soybean (Glycine max), narrow-leafed lupin (Lupinus angustifolius), and faba bean (Vicia faba), display, in general, similar productivity levels, and sometimes higher, compared with those of pea (Pisum sativum) in Europe. Based on the results of this meta-analysis, we estimated that a replacement of 25% of the area currently under pea (Pisum sativum) with faba bean (Vicia faba), narrow-leafed lupin (Lupinus angustifolius), and soybean (Glycine max), would increase protein production by +3%, +4%, and +28%, in Europe, respectively. A second meta-analysis was conducted using the same experimental dataset. Results show that the yields of cereals cultivated after grain legumes are, on average, +29% significantly higher than the yields of cereals cultivated after cereals; this positive effect is significant for 13 of 16 grain legume species. The effect of preceding grain legume cultivation decreases as a function of the nitrogen (N) fertilization rate applied to subsequent cereals, and becomes negligible when the mean nitrogen fertilization rate exceeds 150 kg N ha-1. Based on the results of this meta-analysis, we estimated that the expected relative decrease in cereal production, resulting from an increase in the proportion of a grain legume in a cereal monoculture, is partially mitigated by the positive effect of the grain legume on the yield of the subsequent cereal under low nitrogen input conditions. Globally, the PhD thesis identifies faba bean (Vicia faba) as an interesting candidate species in Europe, followed by pea (Pisum sativum), soybean (Glycine max), and lupins (Lupinus spp.). Lentil (Lens culinaris), chickpea (Cicer arietinum), and kidney bean (Phaseolus vulgaris), display low productivity levels. However, these species are often promoted for their nutritional benefits for the human diet. Based on comparative insight gained from experiments in North America and Oceania, we suggest assessing the productivity levels of several vetches and lupins (i.e., Lathyrus, Lupinus, and Vicia species excluding Vicia faba), in future field experiments in Europe.