Évaluation de la résilience des cultures associées de céréales et de légumineuses face au changement et à la variabilité climatiques en Afrique subsaharienne

Assessing the resilience of cereal legume intercropping to climate change and climate variability in Sub-Saharan Africa

• Auteur / Autrice : Mathilde De freitas
• Direction : Eric Justes
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : EFSA-Sciences Agronomiques
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2023
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AIDA-Agroécologie et intensification durable des cultures annuelles
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ESTIME

Mots clés

Mots clés libres

Cultures associées

Changement climatique

Modélisation

Intensification agroécologique

Résilience

Intercropping

Climate change

Modeling

Agroecological intensification

Resilience

Résumé

Contexte L'Afrique subsaharienne est caractérisée par de faibles rendements en raison de la disparition des jachères, de la faible disponibilité des intrants organiques et de l'accès limité aux engrais minéraux. La région connaît une augmentation de la fréquence des événements extrêmes (sécheresses et pluies intenses), qui devraient s'intensifier au cours des prochaines décennies en raison du changement climatique. L'intensification écologique des systèmes de culture pourrait contribuer à réduire l'insécurité alimentaire en Afrique subsaharienne en augmentant et en stabilisant la production agricole, offrant ainsi une voie prometteuse pour l'adaptation au changement climatique. Les cultures associées de céréales et de légumineuses (mélange d'espèces cultivées ensemble sur le même espace) sont une option pour l'intensification durable afin de sécuriser la production de denrées alimentaires. Les cultures associées de céréales et de légumineuses peuvent accroître la productivité et la stabilité des rendements par rapport aux cultures uniques grâce à une utilisation plus efficace des ressources (eau, lumière, nutriments, en particulier l'azote). À notre connaissance, il n'existe pas d'expérimentation à long terme en Afrique subsaharienne pour tester le niveau de production et la stabilité des cultures associées par rapport aux variations interannuelles des climats actuels et futurs. Dans ce contexte, l'utilisation de modèles sol-plante permet d'évaluer in silico les performances agronomiques des cultures associées de céréales et de légumineuses pour des climats et des modes de gestion des cultures contrastés (date de semis, variétés, fertilisation, etc.). Ce doctorat contribuera à évaluer la pertinence des performances des modèles sol-culture actuels pour simuler les cultures associées de céréales et de légumineuses dans des conditions pédo-climatiques et agricoles contrastées. L'objectif sera de comprendre si les cultures associées peuvent aider à s'adapter efficacement au changement climatique et à stabiliser le rendement face à la variabilité interannuelle du climat. Ce résultat est crucial pour fournir des informations aux petits exploitants agricoles du Sud qui sont déjà confrontés aux conséquences du changement climatique. Objectifs de l'étude Cette thèse vise à évaluer les performances et le domaine de validité du modèle STICS-Intercrop dans la simulation des cultures associées céréales-légumineuses pour des environnements contrastés (climat, texture du sol) et la gestion des cultures (engrais, irrigation) en Afrique sub-saharienne. Dans un premier temps, le doctorant sera chargé de calibrer, d'évaluer et, si nécessaire, d'améliorer les formalismes du modèle. Après une étape de validation, le doctorant utilisera le modèle calibré pour répondre à la question de recherche suivante par expérimentation in silico : les cultures associées de céréales et de légumineuses permettent-elle une meilleure productivité et une plus grande stabilité des rendements que les cultures uniques, compte tenu de la variabilité climatique interannuelle sur des sites contrastés en Afrique subsaharienne ?

Background Low yields characterize land-constrained sub-Saharan Africa due to disappearing fallows, low availability of organic inputs, and limited access to mineral fertilizers. The region is experiencing an increase in the frequency of extreme events (e.g., droughts and intense rains), which is expected to intensify in the coming decades due to climate change. Ecological intensification of cropping systems could contribute to reducing food insecurity in sub-Saharan Africa by increasing and stabilizing crop production, offering a promising avenue for adaptation to climate change. Cereal-legume intercropping (mixture of species grown together in the same land space) is one option for sustainable intensification to secure food and feed production. Intercrops of cereals and legumes can increase productivity and yield stability compared to sole crops thanks to greater resource use efficiency (water, light, nutrients, and particularly nitrogen). To our knowledge, there are no long-term experiments in Sub-Saharan Africa to test intercrop production and stability with respect to interannual variations in current and future climates. In that context, using soil-plant models helps evaluate in silico the agronomic performance of cereal-legume intercropping for contrasting climates and crop management (e.g., sowing date, cultivars, fertilization). This Ph.D. will contribute to assess the relevance of current soil-crop models' performance to simulate cereal-legume intercropping under contrasting pedo-climatic and agricultural conditions. The goal will be to understand whether intercropping can help adapt efficiently to climate change and help stabilize yield in the face of the inter-annual variability of climate. Such outcome is crucial to provide information to smallholder farmers of the global South who are already facing the consequences of climate change. Objectives This Ph.D. aims to assess the performance and the domain of validity of the STICS-Intercrop model in simulating cereal-legume for contrasting environments (climate, soil texture) and crop management (fertilizers, irrigation) in sub-Saharan Africa. In the first step, the Ph.D. student will be in charge of calibrating, evaluating, and, if needed, improving the model formalisms. After a validation step, the Ph.D. student will then use the calibrated model to address the following research question by in silico experimentation: Does cereal-legume intercropping provide greater productivity and yield stability than the sole crops, given the inter-annual climate variability on contrasting sites in sub-Saharan Africa?