Relations entre paysage, pratique agricoles et contrôle biologique par conservation : exploration par la revue de littérature et la modélisation spatialement explicite

Relationship between landscape and conservation biological control : exploration through literature review and proposal of a spatially explicit modelling framework

• Auteur / Autrice : Nirina Ratsimba
• Direction : Aude Vialatte, Olivier Thérond, Claude Monteil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosystèmes, Écosystèmes et Environnement
• Date : Soutenance le 03/12/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamiques et écologie des paysages agriforestiers (Castanet-Tolosan, Haute-Garonne ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Porcher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aude Vialatte, Olivier Thérond, Claude Monteil, Emmanuelle Porcher, Philippe Tixier, David Bohan, Jane Lecomte, Antoine Gardarin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Tixier, David Bohan, Jane Lecomte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Assolement

Modèles écologiques

Ennemis des cultures

Mots clés libres

Biocontrôle

Méta-analyse

Hétérogéneité du paysage

Modélisation spatialement explicite

Biocontrol

Meta-analysis

Landscape heterogeneity

Spatialy-explicit modelling

Résumé

Le contrôle biologique par conservation (CBC), comme moyen de réguler les bio-agresseurs des cultures en favorisant les populations de leurs ennemis naturels par la gestion des habitats au sein des agroécosystèmes, fait l’objet de nombreuses publications depuis plus de deux décennies : l’influence de la complexité du paysage sur la présence des ennemis naturels et le taux de prédation/parasitisme des bio-agresseurs est ainsi largement admise. Toutefois, ces effets apparaissent instables et contexte-dépendants. Cette thèse, financée par la Région Occitanie ainsi que le métaprogramme Ecoserv d’INRAE et co-encadrée par les laboratoires Dynafor et LAE, a pour objectif la mobilisation de ces connaissances dans le but d’aider à concevoir un modèle d’exploration des relations entre paysage, systèmes de culture et contrôle biologique en grandes cultures en vue d’établir des recommandations à destination des acteurs concernés. Dans un premier temps une revue de la littérature portant sur les déterminants paysagers du CBC en grandes cultures de milieu tempéré a été menée. Cette revue a été réalisée en utilisant une méthode originale d’analyse fine des indicateurs utilisés pour décrire le CBC et ses déterminants paysagers supposés. Ce travail met en avant la très grande diversité des indicateurs utilisés, à la fois dans leur définition, leur protocole de mesure et dans les échelles auxquelles ils sont mesurés. Nous avons pu illustrer la dispersion de l’information qu’engendre cette diversité, et identifier les trous de connaissances encore présents dans la littérature. Ce premier travail nous permet aussi de montrer que la chaîne tri-trophique (culture, bio-agresseur, ennemi naturel) est une unité pertinente pour étudier le CBC, par rapport à une approche plus globale intégrant l’ensemble des guildes de bio-agresseurs et des ennemis naturels. Dans un deuxième temps, nous avons initié un travail de modélisation portant sur deux chaines tri-trophiques se côtoyant dans les paysages agricoles tempérés: (i) le blé, les pucerons des céréales et leurs ennemis naturels et (ii) le colza, le méligèthe (Meligethes aeneus F.) et son parasitoïde (Tersilochus heterocerus). Les résultats de la première partie de la thèse montrant que ces deux chaines trophiques semblent répondre différemment à la structure du paysage ainsi qu’aux pratiques agricoles menées dans celui-ci, on se propose d’analyser les synergies et antagonismes possibles entre les deux services de régulation associés à ces chaînes dans un même paysage. Pour cela, le potentiel de modélisation de l’implémentation de deux modèles pré-existants (Mosaic-Pest de Vinatier et al. 2012 et le modèle de Jonsson et al., 2014) au sein d’une même plateforme de modélisation multi-agents (GAMA) est évalué au travers de la description détaillée de leur structure selon un protocole commun. Dans un troisième temps, un scénario de gestion des rotations visant à altérer la dynamique de population des méligèthes est construit et testé sur ces deux modèles. Son efficacité sur la régulation des deux bio-agresseurs, dans deux paysages de structure contrastée ainsi que ses contraintes sur la gestion des assolements sont testées et discutées. Ce travail préliminaire permet de dessiner ce que pourrait être un outil d’analyse des antagonismes et synergies entre leviers de gestion des bio-agresseurs de ces deux cultures via la simulation de scénarios d’organisation du paysage. Les résultats de cette thèse soulignent (i) les limites quant à l’hypothèse d’existence de processus généraux de régulation au moyen du CBC communs à tous les bio-agresseurs principaux des grandes cultures de milieu tempéré, et (ii) le potentiel de la modélisation comme outil de questionnement et de mobilisation des connaissances disponibles dans la littérature pour contribuer au développement de méthodes de gestion agroécologiques des bio-agresseurs des cultures au travers des services de contrôle biologique.

Conservation biological control, as a way of regulating pests in crops by promoting natural enemies populations through habitat management within agroecosystems, has been the subject of numerous publications for more than two decades: the influence of landscape complexity on the presence of natural enemies and on the predation/parasitism rate of pests is thus widely accepted. However, these effects appear unstable and context-dependent. This thesis, funded by the Occitanie Region and the INRAE Ecoserv meta-program and co-supervised by the Dynafor and LAE laboratories, aims to mobilise this knowledge in order to help design a model exploring the relationships between landscape, cropping systems and biological control in field crops in order to propose recommendations for stakeholders. First, a review of the literature on the landscape determinants of biological control in temperate field crops was conducted. This review was carried out using an original methodology based on a detailed analysis of the indicators used to describe biological control and its supposed landscape determinants. This work highlights the great diversity of the indicators used, both in their definition, their measurement protocol and the scales on which they are measured. We have been able to illustrate the dispersion of information that this diversity generates, and to identify the gaps in knowledge remaining in the literature. This preliminary work also enables us to show that the tri-trophic chain (crop, pest, natural enemy) is a relevant unit for studying conservation biological control, compared to a more global approach integrating all the guilds of bio-aggressors and natural enemies. Secondly, we have initiated a modelling project involving two tri-trophic chains that coexist in temperate agricultural landscapes: (i) wheat, cereal aphids and their natural enemies, and (ii) rapeseed, pollen beetle (Meligethes aeneus F.) and its parasitoid (Tersilochus heterocerus). As the results from the first part of this thesis show that these two trophic chains seem to respond differently to landscape structure and agricultural practices, we propose to analyse the possible synergies and antagonisms between the two regulation services associated with these chains in the same landscape. For this purpose, the modelling potential of implementing two pre-existing models (Mosaic-Pest of Vinatier et al. 2012 and the model of Jonsson et al., 2014) within the same multi-agent modelling platform (GAMA) is assessed through a detailed description of their structure according to a common protocol. In a third step, a rotation management scenario aimed at altering the population dynamics of pollen beetle is built and tested on these two models. Its effect on the regulation of the two pests in two landscapes with contrasting structures and its constraints on crop rotation management are tested and discussed. This preliminary work enables us to illustrate what could be a tool for analysing antagonisms and synergies between management levers for pests in these two crops via the simulation of landscape management scenarios. The results of this thesis underline (i) the limits to the hypothesis of the existence of general regulation processes by means of CBC common to all the main pests of field crops in temperate environments, and (ii) the potential of modelling as a tool for questioning and mobilising the knowledge available in the literature in order to contribute to the development of agroecological management methods of pests through biological control services.