Simulation de pratiques de gestion alternatives pour l'adaptation des plantations pérennes aux changements globaux
Les effets des changements climatiques sur les systèmes agronomiques sont encore très incertains. Par conséquent, il existe un besoin croissant d'informations pour mieux prédire les impacts futurs des changements climatiques sur les cultures pérennes et les forêts, ainsi que pour concevoir de nouvelles pratiques agricoles et sylvicoles pour faire face à ces changements (Brisson et al., 2010). Ces changements ont des effets combinés complexes sur les bilans d'énergie, hydriques et de carbone des écosystèmes, et peuvent donc affecter la production des agroécosystèmes (Way et al., 2015). Les modèles basés sur les processus (PBM) sont généralement bien adaptés pour relever ces défis. Ils appliquent notre compréhension des processus physiques et écophysiologiques fondamentaux pour simuler physiquement le système (Bohn et al., 2014). Ils peuvent être utilisés pour estimer les flux et les stocks d'énergie, d'eau et de carbone dans l'écosystème, en fonction des caractéristiques du climat, du sol et des plantes. La croissance du café et la production de fruits sont particulièrement sensibles aux températures élevées et à la disponibilité de l'eau, et des études antérieures prédisent souvent une perte conséquente de production ou une réduction des aires potentielle de culture. Néanmoins, l'ombrage fourni dans les systèmes agroforestiers pourrait atténuer les effets des changements climatiques selon différentes options de gestion. Ainsi, au cours de cette thèse, nous avons d'abord mis à jour un PBM 3D (MAESPA) pour tenir compte de la température et de la pression de vapeur dans la canopée, puis l'avons validé sur deux écosystèmes : une plantation d'Eucalyptus au Brésil et une plantation de Coffea arabica au Costa Rica. Nous avons ensuite utilisé MAESPA pour créer des métamodèles qui ont été intégrés à un nouveau modèle de croissance et de rendement développé pour évaluer la réponse du caféier au changement climatique et les solutions possibles offertes par la gestion agroforestière pour atténuer ces effets. Nous avons modélisé plusieurs options de gestion des systèmes d'agroforesterie de café, parmi lesquels la densité et les essences d'arbres d'ombrage afin d'estimer leur adéquation ainsi que leur apport en services écosystémiques sous changements climatiques. Une comparaison entre les scénarios de gestion a ensuite été proposée en comparant la température de la canopée, le rendement des caféiers, le bilan carbone et l'utilisation de l'eau pour chaque cycle de croissance du café passé et futur. Le modèle de croissance prédit une augmentation de la productivité primaire des caféiers avec l'augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique, mais une réduction du rendement de grains due à une réduction du nombre de fleurs d'ici l'horizon 2100. Le modèle prédit un effet positif de l'ombrage sur les rendements avec l'augmentation des températures, jusqu'à +20.9% comparativement à la culture sous plein soleil sous RCP8.5. Cependant, l'ombrage ne permet pas de maintenir les rendements aux niveaux actuels dans le modèle, quelle que soit la gestion utilisée.
| Summary: | Les effets des changements climatiques sur les systèmes agronomiques sont encore très incertains. Par conséquent, il existe un besoin croissant d'informations pour mieux prédire les impacts futurs des changements climatiques sur les cultures pérennes et les forêts, ainsi que pour concevoir de nouvelles pratiques agricoles et sylvicoles pour faire face à ces changements (Brisson et al., 2010). Ces changements ont des effets combinés complexes sur les bilans d'énergie, hydriques et de carbone des écosystèmes, et peuvent donc affecter la production des agroécosystèmes (Way et al., 2015). Les modèles basés sur les processus (PBM) sont généralement bien adaptés pour relever ces défis. Ils appliquent notre compréhension des processus physiques et écophysiologiques fondamentaux pour simuler physiquement le système (Bohn et al., 2014). Ils peuvent être utilisés pour estimer les flux et les stocks d'énergie, d'eau et de carbone dans l'écosystème, en fonction des caractéristiques du climat, du sol et des plantes. La croissance du café et la production de fruits sont particulièrement sensibles aux températures élevées et à la disponibilité de l'eau, et des études antérieures prédisent souvent une perte conséquente de production ou une réduction des aires potentielle de culture. Néanmoins, l'ombrage fourni dans les systèmes agroforestiers pourrait atténuer les effets des changements climatiques selon différentes options de gestion. Ainsi, au cours de cette thèse, nous avons d'abord mis à jour un PBM 3D (MAESPA) pour tenir compte de la température et de la pression de vapeur dans la canopée, puis l'avons validé sur deux écosystèmes : une plantation d'Eucalyptus au Brésil et une plantation de Coffea arabica au Costa Rica. Nous avons ensuite utilisé MAESPA pour créer des métamodèles qui ont été intégrés à un nouveau modèle de croissance et de rendement développé pour évaluer la réponse du caféier au changement climatique et les solutions possibles offertes par la gestion agroforestière pour atténuer ces effets. Nous avons modélisé plusieurs options de gestion des systèmes d'agroforesterie de café, parmi lesquels la densité et les essences d'arbres d'ombrage afin d'estimer leur adéquation ainsi que leur apport en services écosystémiques sous changements climatiques. Une comparaison entre les scénarios de gestion a ensuite été proposée en comparant la température de la canopée, le rendement des caféiers, le bilan carbone et l'utilisation de l'eau pour chaque cycle de croissance du café passé et futur. Le modèle de croissance prédit une augmentation de la productivité primaire des caféiers avec l'augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique, mais une réduction du rendement de grains due à une réduction du nombre de fleurs d'ici l'horizon 2100. Le modèle prédit un effet positif de l'ombrage sur les rendements avec l'augmentation des températures, jusqu'à +20.9% comparativement à la culture sous plein soleil sous RCP8.5. Cependant, l'ombrage ne permet pas de maintenir les rendements aux niveaux actuels dans le modèle, quelle que soit la gestion utilisée. |
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