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Alley cropping agroforestry – whereby tree rows are integrated in crop plots – is considered as a lever for the agroecological transition. Its benefit for enhancing soil functioning is rarely studied. We studied soil health in a 25 years temperate agroforestry plot cultivated with barley (Hordeum vulgare) according to two factors: i. the position to the tree row; and ii. the tree species. Soil health was assessed in three positions (in the tree row; in the crop alley next to the tree row and at 6.5 m from the tree row), for three contrasted tree species (Acer monspessulanum, Fraxinus sp., Pyrus communis) using two integrative methods based on soil biological activity (Biofunctool®, MicroRespTM). The position factor explained soil health differences the best: mean indexes were found 1.6 times higher in the tree row than in both positions in the crop alley, especially the structure maintenance function was impacted (indexes in the tree row = 0.21 to 0.26; indexes in the crop alley = 0.11 to 0.17). Tree species had less impact on soil health and impacted only carbon dynamics and microbial catabolic profiles. Our study invites to consider spatial organization and tree species to optimize soil ecosystem services in agroforestry systems.

Summary Cassava flour is the main source of carbohydrates for family farmers in the Amazon region of Brazil. Cassava is mainly grown under shifting cultivation, in recurrent cultivation periods initiated through slash-and-burn. Its sustainability is, however, questioned due to the associated deforestation and often rapidly decreasing crop productivity. There is an urgent need to make these cassava systems more sustainable and more profitable, but we currently lack a deep understanding of the key factors governing their productivity. We conducted an on-farm study on 37 cassava fields of smallholder farmers at three locations that spanned a range of crop-fallow frequencies, some of which were initiated through slash-and-burn while others through fire-free land clearance. First, we analysed how cassava plant density at harvest was related with pedoclimatic and management factors in slash-and-burn systems. Second, we assessed the relationship between plant density and cassava root yield at harvest and conducted a yield gap analysis to better understand which factors govern cassava productivity beyond plant density in slash-and-burn systems. Finally, we compared cassava productivity between slash-and-burn and the fire-free land clearing techniques that some farmers started to adopt in the study region. Cassava yields averaged 7.2 ± 5.4 Mg ha–1 (50% of the average yield of 14.2 Mg ha–1 in the Pará State), and ranged from 0 (in case of root rot diseases) to 24 Mg ha–1. Cassava yield was associated with plant density at harvest (ranging from 0 to 10 000 plants ha–1), suggesting that managing plant density is a key determinant of the attainable yield levels. In addition, differences in cassava root yields could be largely explained by differences in labour inputs for weeding and fallow clearing, the effect of the latter depending on soil texture. Therefore, our results suggest that labour is a key production factor for cassava in the shifting cultivation systems of the Eastern Amazon in which the use of external inputs, such as chemical fertilizers and herbicides, is limited. Further, root yields were influenced by the method of field preparation, whereby yields were about 50% lower (and more variable) when fields were prepared by slash-and-burn than by mechanical ploughing or herbicide application. Despite the significantly higher yields, these alternatives to burning the vegetation are, however, still hardly adopted in Paragominas. Hence, there is a need for supporting more sustainable production systems through local and national public policies. These new systems should not only focus on soil fertility management but also on weed control and, more generally, on labour productivity.

International audience; Conservation agriculture (CA) is one strategy with which both sustainability and productivity can be achieved by improving soil health. However, linkages between practices, soil health and cropping system performance remain poorly disentangled. We assessed the relationships between soil health and cropping system performance for three maize-based cropping systems in New Caledonia. Two CA systems, one with direct seeding into a mixed species dead mulch (CA-DM) and one into a stylo living mulch (CA-LM), were compared to a conventional tillage (CT) system. CA vs. CT experiment started in 2011, whereas the differentiation between CA-DM and CA-LM was initiated in 2017 only. In 2018, soil health was evaluated using Biofunctool (R), a set of ten in-field tools that assess soil carbon transformation, structure maintenance and nutrient cycling functions. The performance of the three cropping systems were assessed by monitoring weeds, maize growth and yield components. Structural equation modelling (SEM) was used to disentangle the links between agricultural management, soil health and cropping system performance. Soil structure maintenance and nutrient cycling functions were higher under CA-DM and CA-LM than under CT, and carbon transformation function was higher under CA-DM than under CT and CA-LM. Overall, the soil health index (SHI) was 1.3-fold higher under CA systems than under CT. Cropping system management had both direct and indirect effects on soil functioning and crop productivity leading to a 1.3-fold higher yield under CA than under CT. The direct and indirect effects of CA systems on soil health had positive impacts on ecosystem services (i.e., productivity, weed regulation and soil ecosystem services). Such integrative approaches that account for the relationships and possible trade-offs between cropping system components enable a better understanding of the effects and the performance of practices, and support adaptive agricultural management.

Poor soil fertility and erratic rainfall constrain crop production in rain-fed smallholder farming systems in sub-Saharan Africa. Integration of drought tolerant and N2-fixing crops into maize-based cropping systems is a risk-averse strategy that also improves nitrogen cycling. A field experiment was carried out during the 2017/18 and 2018/19 cropping seasons in Goromonzi district in Zimbabwe. The trials were established on 14 farms, and on two field types (homefields and outfields), with eight treatments from a combination of cropping systems (maize and cowpea monocrops or maize/cowpea intercrops) and with or without nitrogen fertilizer (+N; -N). The trials were implemented on the same field plots for the two consecutive seasons. An improved cowpea variety and a landrace were used. The objectives were to determine 1) the productivity of the different cropping systems under variable soil fertility conditions, 2) N2-fixation of the two cowpea types when planted as monocrops or intercrops, and 3) mineral composition of maize and cowpea grains from intercrops and sole crops. Contrary to expected results, soil properties were not significantly different (P > 0.05) between field types. The land equivalent ratios (LER) were >1 for both seasons, implying improved land productivity under intercropping. Intercropping significantly reduced cowpea nodulation and active nodules, but not the total nodule weight, resulting in similar proportion of nitrogen derived from the atmosphere (%Ndfa) for cowpea grown as monocrop or in intercropping with maize. However, the total amount of fixed nitrogen was reduced in intercropping systems due to the smaller cowpea biomass compared to monocropping. Maize and cowpea grain mineral contents (Fe, Zn, Mn, Cu, Ca, Mg, P, K) were significantly affected by the cropping season only. We showed that intercropping maize with cowpea generally increases system productivity, in addition to substantial amounts of nitrogen being added to the system through N2-fixation. However, intercropping was not an agronomic biofortification option in these nutrient-depleted soils. Finally, annual variation in grain mineral quality can be larger than the annual variation in grain yield, potentially posing serious challenges to human nutrition.

La dégradation des terres liée à l'intensification agricole, principalement due à la baisse de la fertilité des sols et à l'érosion, est devenue une problématique majeure en Nouvelle-Calédonie. Le contexte insulaire et les spécificités pédoclimatiques rendent en outre les enjeux d'autosuffisance alimentaire, de préservation des agroécosystèmes et de la biodiversité, d'autant plus prégnants. Les systèmes de culture (sdc) doivent donc évoluer en mobilisant les processus biologiques afin d'être viables, performants et durables. L'agriculture de conservation (AC) consiste en un ensemble de pratiques culturales basé sur trois principes : une réduction, voire une suppression du travail du sol, une couverture végétale du sol permanente et une diversification des espèces cultivées. L'AC peut répondre à ces problématiques en alliant durabilité et productivité, et en favorisant un certain nombre de services écosystémiques. A travers une démarche originale intégrant approches fonctionnelle et systémique, cette thèse vise à quantifier les relations entre pratiques, fonctions et services écosystémiques au sein de sdc complexes. Dans le contexte spécifique de la côte ouest de la Nouvelle-Calédonie, afin de savoir si l'AC pourrait maximiser la fourniture de services écosystémiques, trois questions sont apparues importantes à aborder : quels sont les impacts des pratiques de l'AC sur la santé du sol et les performances agronomiques de sdc ?, quels sont les effets de l'AC sur la biodiversité fonctionnelle (macrofaune) ?, et quelles sont les performances et l'efficience d'utilisation des ressources de sdc en AC notamment sous couvert végétal vivant ? Afin de répondre aux deux premières questions, une expérimentation système, initiée en 2011, a permis de comparer en 2018 trois sdc en production de maïs : un sdc en monoculture et en labour, représentant la pratique de référence de la région (CT), un sdc en AC sous couvert végétal mort (mélange de 4 espèces annuelles) (CA-DM), et un sdc en AC sous couvert végétal vivant (Stylosanthes guianensis) (CA-LM). Une expérimentation analytique a également été mise en place en 2018 afin d'évaluer les performances et l'efficience d'utilisation des ressources d'une association maïs-Stylosanthes guianensis en AC sous couvert végétal vivant. D'une part, l'impact du mode de conduite de ces trois sdc sur la santé du sol a été caractérisé via l'utilisation de Biofunctool®. Biofunctool® est une méthode d'évaluation fonctionnelle de la santé des sols basée sur une approche intégrative prenant en compte les liens entre les propriétés physico-chimiques et l'activité biologique des sols. Elle permet de mener une analyse des fonctions principales du sol : i) la transformation du carbone, ii) le recyclage des nutriments, et iii) le maintien de la structure du sol. D'autre part, un outil fonctionnel (SMS) est proposé afin de mesurer l'impact de pratiques culturales sur l'activité de la macrofaune du sol. Il permet d'intégrer trois fonctions de la macrofaune : i) la dégradation de la matière organique, ii) l'ingénierie de l'écosystème, et iii) la régulation des ravageurs. Enfin, l'évaluation de l'efficience d'utilisation des ressources (i.e., eau, azote, lumière, surface) et des performances de ces sdc contrastés a été menée à l'aide de la modélisation par équations structurelles.

In the Northern mountainous region of Vietnam, cassava–cowpea intercropping system has been widely promoted with support from the local agricultural department. However, cowpea yield is often limited because of a low Biological Nitrogen Fixation (BNF) activity due to its low natural nodulation and lack of available effective Rhizobium products. The aim of this study was to identify the most effective native rhizobia isolate nodulating cowpea with the potential to increase BNF and yield of cowpea. A greenhouse experiment was initially conducted with five treatments: three native rhizobia isolates (CMBP037, CMBP054, and CMBP065); a control (no inoculation and no N application); and N+ (no inoculation, application of N as KNO3). Field inoculations were carried out and the treatments were as follows: a control (no inoculation); CMBP (037+054) – a mixture of strains from Mau Dong; CMBP065 strain from Cat Thinh. CMBP054 and CMBP065 had the highest nodulation in the greenhouse (46.4 and 60.7 nodules plant−1, respectively) and were rated as effective with symbiotic efficiency (SEF) of 54.56 and 55.73%, respectively. In the field, CMBP (037+054) recorded significantly higher nodulation (19.4 nodules plant−1) than the control (11.7 nodules plant−1). CMBP (037+054) also increased cowpea shoot dry weight, shoot N, and yield by 28.6, 4.9, and 10.5%, respectively, compared to the uninoculated control. This effect was slope dependent (statistically significant in moderate and steep slope, not with gentle slope). Besides, the high expansion rate of intercropping with cowpea showed the high adoption level of these agroecological practices by local farmers. This study reveals the potential of native rhizobia inoculation to enhance soil fertility and sustainable agriculture in the Northern mountainous region of Vietnam and proposes enhanced efforts to promote the availability and utilization of effective inoculants for cowpea.

International audience; One of the challenges of eco-efficient agriculture is the development of operational farming practices to increase the level of agricultural production, maximize the efficiency of resource use and reduce environmental impacts. Based on the efficiency frontier concept and the decomposition of resource use efficiency, we used a three-quadrant framework allowing to carry a functional analysis of the cropping system. Using a data envelope approach, we established boundary curves which represent the maximum achievable performances (yield, N uptake) when N is the only limiting factor. This framework has been first implemented and tested using published data from 112 agronomic situations of rainfed durum wheat in experimental fields in northern Syria and then further applied on a data set of 245 agronomic situations of durum wheat in farmers’ fields in two grain-producing regions of Tunisia. The results demonstrated the impact of preceding crops: durum wheat following legumes or vegetable showed a higher potential for N uptake but with only a minor effect on its conversion into grains. This positive effect of diversified rotation on potential N uptake by durum wheat is partly of-set by increased N uptake gaps in farmer’s fields indicating a higher effect of other limiting factors.

International audience; Soil organic carbon (SOC) balance is an important component of the terrestrial carbon (C) budget. However, effect of cropland management changes on SOC dynamics has not been recently assessed in the tropics. Studies were compiled in the tropics where SOC stocks were measured in the topsoil (0–20 or 0–30 cm depth) after the adoption of management practices that are expected to enhance SOC stocks, including tillage reduction, crop rotation, exogenous organic amendments, restitution of crop residues, mineral amendments, and combinations of these practices. Random forest regression was used to identify the determinants of SOC accumulation rates (ΔSOC) depending on the climate, soil characteristics and changes in management practices. 214 cases were identified in 48 studies in 13 different countries. The average ΔSOC was 0.41 ± 0.03 Mg C ha−1 yr−1 (significantly greater than zero), for an average experiment duration of 13.6 ± 0.6 years. Although a large part of the variability remained unexplained due to methodological bias in the studies or a lack of relevant predictors. The strongest predictors of ΔSOC were C inputs, duration of the experiments, and the management practices, whereas neither soil characteristics (soil type, clay content, and initial SOC stock) nor climate variables (mean annual temperature and rainfall, aridity index) affected ΔSOC. The SOC accumulation rates increased linearly with C inputs, and the conversion rate of C inputs to SOC was 8.2 ± 0.8%. Given the competing uses of organic matter on many tropical farms, the benefits of using changes in management practices for climate change mitigation might be overrated. As ΔSOC decreased with the duration of the experiments, ΔSOC would probably be smaller if a period of 20 years were considered, as recommended by the IPCC guidelines. The management practice with the greatest ΔSOC was diversified crop rotation. Cropping systems where diverse practices were combined resulted in higher ΔSOC than individual practices such as reduced tillage and mineral fertilization on their own. The adoption of improved management practices that increase C inputs is still relevant for meeting the challenges of food security and adaptation to climate change.

La couverture végétale du sol constitue un moyen efficace de réduire le ruissellement et l'érosion en Afrique soudano-sahélienne. Elle contribue aussi à enrichir le sol superficiel en matière organique et en nutriments. Cette pratique constitue un élément central du système de culture sous couvert végétal (SCV) qui a été vulgarisé au nord du Cameroun. Mais il existe de fortes concurrences entre les usages des biomasses mobilisables pour cette couverture, en premier lieu l'alimentation du bétail qui reste en saison sèche une préoccupation majeure des producteurs de cette région. L'introduction du Brachiaria ruziziensis en culture pure ou associée aux céréales donne de nouvelles perspectives pour accroître l'offre en biomasse pour le bétail, mais aussi pour la couverture du sol. L'usage des émondes des arbres ou des haies vives et des légumineuses herbacées comme paillis existe, mais plus rarement. Il apparaît comme une voie d'amélioration possible de l'offre en biomasse fourragère et de couverture. Par ailleurs, il convient d'associer aux innovations techniques des innovations organisationnelles indispensables pour modifier les modes de gestion des ressources naturelles et des espaces et assurer un partage équitable de la biomasse disponible entre les différents usages (paillage, fourrage-vaine pâture, feux).

In north-eastern Laos, the savannah grasslands of the Plain of Jars cover vast areas of potentially cultivable land. However, soil acidity, low inherent fertility, and the absence of alternatives to tillage represent significant constraints to the development of sustainable smallholder agriculture. Our objective was to evaluate the potential for conservation agriculture (CA) to enhance soil productivity and farming system profitability. A three-year rotation of rice/maize/soybean was tested under three fertilization levels and four agricultural systems: one conventional tillage-based (CT) system and three CA systems based on no-tillage with cover crops. After four cropping seasons, our results show that, compared with CT, CA systems led to similar-to-higher grain production, similar-to-higher profits, higher opportunity of livestock system intensification, and higher labour productivity regardless of fertilization levels. While CA represents a relevant alternative to current practices, our results suggest that its contribution to the emergence of a sustainable smallholder agriculture is conditioned by broader institutional transformations, including the enrolment of local manufacturers and traders for deploying no-till implements and seed market channels for cover crops, long-term public support to maintain active research and technical mentoring to farmers, and possibly the integration of ecosystem services in agricultural policy.

Traditional yam-based cropping systems (shifting cultivation, slash-and-burn, and short fallow) often result in deforestation and soil nutrient depletion. The objective of this study was to determine the impact of yam-based systems with herbaceous legumes on dry matter (DM) production (tubers, shoots), nutrients removed and recycled, and the soil fertility changes. We compared smallholders’ traditional systems (1-year fallow ofAndropogon gayanus-yam rotation, maize-yam rotation) with yam-based systems integrated herbaceous legumes (Aeschynomene histrix/maize intercropping-yam rotation,Mucuna pruriens/maize intercropping-yam rotation). The experiment was conducted during the 2002 and 2004 cropping seasons with 32 farmers, eight in each site. For each of them, a randomized complete block design with four treatments and four replicates was carried out using a partial nested model with five factors: Year, Replicate, Farmer, Site, and Treatment. Analysis of variance (ANOVA) using the general linear model (GLM) procedure was applied to the dry matter (DM) production (tubers, shoots), nutrient contribution to the systems, and soil properties at depths 0–10 and 10–20 cm. DM removed and recycled, total N, P, and K recycled or removed, and soil chemical properties (SOM, N, P, K, and pH water) were significantly improved on yam-based systems with legumes in comparison with traditional systems.

Le recyclage des produits résiduaires organiques participe au développement durable des territoires. Il contribue à l'amélioration de la fertilité des sols, notamment via les apports en matière organique, et à une économie circulaire des nutriments (azote, phosphore et potassium principalement) à des échelles très variées. Il faut cependant veiller à la maîtrise des impacts environnementaux, notamment en raison de la difficulté à ajuster les pratiques de fertilisation et de la présence éventuelle de contaminants. L'impact du recyclage est global ; il peut se traduire par une substitution des engrais, préservant ainsi des ressources minières ou les sources d'énergie fossile. Comprendre les processus biogéochimiques impliqués dans le recyclage des produits résiduaires organiques, préciser les usages et proposer des solutions adaptées à différents contextes au Nord comme au Sud ont été les objectifs du travail pluridisciplinaire présenté dans cet ouvrage. Il s'appuie sur les résultats du projet "Intensification des systèmes de production agricole par le recyclage des déchets" (Isard), conduit de 2009 à 2013 avec le soutien financier de l'Agence nationale de la recherche française. Ainsi, de la plaine de Versailles à l'île de la Réunion, en France, et de la péninsule dakaroise, au Sénégal, à la zone périurbaine de Mahajunga, à Madagascar, anthropologues, sociologues, biogéochimistes, modélisateurs, technologues et agronomes se sont associés pour caractériser les déchets organiques et leurs usages, documenter l'intérêt de leur recyclage, mais aussi les risques inhérents à leur emploi. Cet ouvrage est destiné aux professionnels soucieux de pratiques agro-écologiques au Nord comme au Sud. De plus, les études de cas très approfondies intéresseront les scientifiques de diverses disciplines.

International audience; In French West Indies, the high dependency of the electricity mix on imported fossil fuels has led local authorities to propose the conversion of some land to the production of energy cane. This conversion mainly concerns land polluted by the pesticide chlordecone, where most crops for human consumption have been banned. This molecule has a strong affinity for soil organic matter (SOM). The aims of this study were to assess the impact of crop residue management and compost application on the stocks of SOM and chlordecone in soils cultivated with energy cane and to determine the minimum SOM input required to maintain SOM stocks. A field experiment was conducted to determine the yield and biomass partitioning of energy cane, and laboratory incubations were performed to estimate humification from crop residues. Changes in SOM and chlordecone stocks over a 30-year period were investigated using models already calibrated for the land under study. Non-harvestable biomass left on the field (tops, litterfall and roots) covered >60 % of SOM mineralization. A full offset of mineralization required the return of 10 % of harvestable biomass or the application of compost at a rate of 40 Mg ha−1 every 5 years. With the total removal of harvestable biomass and without compost applications, SOM and chlordecone losses increased by 23 and 13 %, respectively, which was associated with high SOM mineralization and chlordecone leaching under tropical climate. The estimated break-even price for cane biomass indicated that compost application would be more profitable for farmers than the return of a part of the harvestable biomass.

Stable soil aggregates and high microbial diversity are essential for efficient nutrient recycling in soil. This study evaluated effects of different arable land-use systems on soil aggregation and associated composition and total diversity of bacteria and fungi. For this purpose, 5- and 3-year-old field trials were selected, two in sub-humid (orthic Acrisols and oxidic Ferralsols) and one in semi-arid (chromic Cambisol) region in Kenya. The treatments included combinations of tillage (conventional tillage [CT] and reduced tillage [RT]), crop residue management (0 and 2 t ha?1 maize stover) and cropping systems (continuous maize, maize-soybean intercropping and rotation) in the sub-humid sites, and of different tillage (CT, no-till and tied-ridging) and organic fertilization management (manure and crop residue) in semi-arid Kenya. The innovativeness of this study is the research in tropical soils where the concept of aggregate hierarchy is not generally accepted yet. The results showed that aggregate mean weight diameter (MWD) at 0-15 cm depths had increased from 19 to 34% under RT relative to CT management (P < 0.05). Crop residue additions also significantly increased MWD by 22% at the top 5 cm (P < 0.01) compared to treatments without residue in oxidic Ferralsols. At all the three sites, tillage resulted in greatest shifts of bacterial and fungal community composition, while cropping system had largest positive effect on the total microbial diversity indices. Total microbial diversity indices as well as MWD were higher in soybean-maize intercropping systems than under rotation or continuous maize cropping. Changes in total bacterial diversity related inversely to changes in the amount of free silt + clay, while fungal diversity related inversely to the contents of soil macro-aggregates >2 mm (P < 0.05). We conclude that RT plus supply of organic resources and intercropping are best strategies to increase total diversity of soil bacteria and fungi and improve soil structure in these tropical soils.

Technological interventions to address the problem of poor productivity of smallholder agricultural systems must be designed to target socially diverse and spatially heterogeneous farms and farming systems. This paper proposes a categorisation of household diversity based on a functional typology of livelihood strategies, and analyses the influence of such diversity on current soil fertility status and spatial variability on a sample of 250 randomly selected farms from six districts of Kenya and Uganda. In spite of the agro-ecological and socio-economic diversity observed across the region (e.g. 4 months year_1 of food self-sufficiency in Vihiga, Kenya vs. 10 in Tororo, Uganda) consistent patterns of variability were also observed. For example, all the households with less than 3 months year_1 of food self-sufficiency had a land:labour ratio (LLR) < 1, and all those with LLR > 1 produced enough food to cover their diet for at least 5 months. Households with LLR < 1 were also those who generated more than 50% of their total income outside the farm. Dependence on off/non-farm income was one of the main factors associated with household diversity. Based on indicators of resource endowment and income strategies and using principal component analysis, farmers' rankings and cluster analysis the 250 households surveyed were grouped into five farm types: (1) Farms that rely mainly on permanent off-farm employment (from 10 to 28% of the farmers interviewed, according to site); (2) larger, wealthier farms growing cash crops (8-20%); (3) medium resource endowment, food self-sufficient farms (20-38%); (4) medium to low resource endowment relying partly on non-farm activities (18-30%); and (5) poor households with family members employed locally as agricultural labourers by wealthier farmers (13-25%). Due to differential soil management over long periods of time, and to ample diversity in resource endowments (land, livestock, labour) and access to cash, the five farm types exhibited different soil carbon and nutrient stocks (e.g. Type 2 farms had average C, N, P and K stocks that were 2-3 times larger than for Types 4 or 5). In general, soil spatial variability was larger in farms (and sites) with poorer soils and smaller in farms owning livestock. The five farm types identified may be seen as domains to target technological innovations and/or development efforts.

In Southeast Asia (SEA), the joint process of deforestation, agricultural land expansion, and intensification has led to vast soil erosion and a general decrease in soil and water quality. In addition, current agricultural practices such as deep plowing of soil or burning of forest and crop residues favor CO2 emissions and contribute to global warming. The deforestation rate in SEA is important (0.91 % per year of the forest area) and soil degradation is important either by erosion or acidity (63 % of the total land area). Conservation agriculture (CA) is an alternative land-use system reconciling economic viability, social balance, soil fertility restoration, and environmental conservation as well as climate change adaptation, which are crucial elements for the long-term improvement of smallholders’ living conditions and poverty alleviation. A basket of CA technologies, including zero or reduced tillage, direct seeding, crop rotations, soil cover, and residue management has been developed in different countries. Adoption of CA technologies has regenerated fertility of degraded soils, provided livestock with high-quality forage, and increased soil carbon sequestration. New innovative farming systems need to be developed to successfully integrate crops and livestock by offering numerous advantages such as diversification of income through animal products such as milk, meat, fiber and manure, weed control, soil erosion control, increased yield of main crops, and income during the “start-up” period for tree crops. The development of farming systems, which are more intensive and respectful of natural resources and the environment, requires acquisition of new stakeholder knowledge and skills. This is a priority since these stakeholders will initiate the required changes. The Conservation Agriculture Network for Southeast Asia (CANSEA) was created in 2009 to optimize similarities and complementarities among countries and institutions in SEA to improve the efficiency of research carried out by the various programs, and to optimize resources and means.

Pour évaluer les fonctions nécessaires à la vie humaine, l'Analyse de Cycle de Vie (ACV) s'impose comme méthode d'évaluation consensuelle au niveau international. L'ACV permet d'évaluer l'ensemble des impacts environnementaux associés à la réalisation d'une fonction (produit, service) sur tout son cycle de vie. Appliquer l'ACV aux fonctions des systèmes agricoles reste un défi en lien avec la diversité des systèmes de production et de leurs fonctions, le double statut du sol qui appartient à la fois au système productif et à l'environnement, à la nature diffuse et variable des pollutions au champ et à l'importance des impacts régionaux comme l'eutrophisation et la consommation de ressources naturelles : eau et terre. Si les questions scientifiques de fond sont globalement les mêmes que l'on cherche à appliquer l'ACV à des systèmes de production animale en zone tempérée ou à des systèmes horticoles au sud, l'ampleur du défi est cependant bien plus vaste dans le second cas. Ces systèmes, souvent mal encadrés, parfois mal optimisés, toujours peu renseignés sont d'une grande diversité et leurs interactions avec l'environnement sont moins étudiées qu'en contexte tempéré. Dans le cadre de mes travaux sur les systèmes de production porcine, j'ai contribué à hiérarchiser les sources de variation des impacts qu'elles soient d'ordre technique (cahier des charge, qualité des pratiques) ou d'ordre méthodologique avec l'exploration de l'influence du devenir des nitrates dans les bassins versants sur les indicateurs eutrophisation et changement climatique. Pour réaliser ces évaluations, j'ai mis au point avec mes collègues des méthodes d'estimation des flux au champ et en atelier animal permettant une évaluation cohérente de systèmes contrastés. En production laitière en Nouvelle Zélande, j'ai notamment montré l'influence de l'intensification des systèmes sur la dégradation de leur éco-efficience et l'influence du mode de représentation de l'incertitude des paramètres sur le calcul de l'incertitude des résultats d'ACV par simulation Monte-Carlo. Sur les systèmes horticoles au sud, le premier enjeu est de caractériser proprement la diversité des systèmes et de produire leur inventaire avec peu ou pas de données préalables. Sur système pérenne, nous avons montré l'importance de prendre en compte toute la vie du verger et formulé des recommandations. Sur la tomate en zone urbaine au Bénin où aucune donnée n'était disponible, Aurélie Perrin a utilisé la typologie à dires d'expert pour échantillonner ses parcelles et produit un protocole de collecte de données d'inventaire fiables et représentatives de la fonction étudiée. Si l'usage de modèles mécanistes tels que STICS permet une exploration des sources de variations des émissions au champ et la prise en compte plus fine des conditions de sol, de climat et de pratiques, il appelle, pour être utile aux praticiens d'ACV, une simplification autour des paramètres principaux et une validation ultime par des données de flux mesurés. Pour l'avenir proche, j'ai construit mon projet scientifique autour de deux axes. Le premier est un projet collectif et pluridisciplinaire d'évaluation et d'amélioration de la performance des systèmes maraîchers en Afrique de l'Ouest où les déterminants de la performance des systèmes aux niveaux exploitation et parcelle seront explorés et une méthode d'estimation des flux de pesticides tenant compte des spécificités du contexte sera développée pour mieux évaluer d'éventuelles innovations sur la gestion des bio-agresseurs. Le second axe porté par Sandra Payen dans le cadre de sa thèse et d'un futur post-doctorat s'intéresse aux impacts liés à l'usage d'eau douce avec un travail sur la modélisation des flux de sels et d'eau à la parcelle et de leurs impacts associés tels que la salinisation.

L'intensification écologique de la production en Afrique amène la recherche agronomique à observer autrement les systèmes agricoles. Dans le cadre d'une approche intégrée associant les approches disciplinaires de l'écologie du paysage, de l'agronomie et des sciences de l'action, la thèse questionne les logiques d'action à l'oeuvre dans les pratiques agricoles au niveau d'un territoire agricole et en propose une typologie. Sur le territoire de Kajulu (Ouest Kenya), caractérisé par une densité de population supérieure à 1100 hab km², les Luos perpétuent des règles coutumières quant à l'organisation de l'espace agricole et l'attribution des terres en fonction de l'âge et du sexe des individus au sein de l'exploitation. Dans ce contexte particulier, nous émettons l'hypothèse que l'accès à la terre et la structure spatiale des espaces cultivés sont des facteurs déterminant des logiques des logiques d'action à l'oeuvre au sein du territoire. Les logiques d'action qui nous intéressent sont celles de l'individu, sur les espaces agricoles dont il est gestionnaire, selon (i) les liens qu'il entretient avec les institutions de recherche, les marchés et les réseaux locaux d'échange de matières et de connaissances, et (ii) le contexte local de l'action auquel nous accédons par l'analyse du paysage et les savoirs qu'ont les agriculteurs de leurs parcelles et de leur environnement et qu'ils mettent en oeuvre dans leurs pratiques agricoles. L'analyse les données recueillies nous permet de discuter de la diversité des techniques culturales appliquées dans un espace hétérogène et densément peuplé, et notamment de la propension des agriculteurs à l'innovation.

Conservation agriculture (CA) constitutes a potential set of management practices to restore soil total N (STN), soil organic C (SOC) and its labile fractions (i.e., particulate organic C-POC, hotwater extractable organic C-HWEOC, permanganate oxidizable C-POXC), to increase soil enzyme activities and to enhance soil aggregation. After five years, CA averagely increased SOC stocks over CT at 0-5 cm by 10%, 20% and 18%, STN stock by 8%, 25% and 16% , POC stocks by 22%, 20% and 78%, HWEOC stocks by 61%, 55% and 53%, and POXC stocks by 23%, 21% and 32% for rice-, soybean- and cassava-based cropping systems (RcCS, SbCS and CsCS, respectively). In general, no noticeable changes in the subsoil layers were observed. When monitoring after three years, stocks of SOC fractions (i.e., mineral-associated organic C-MAOC, pyrophosphate extractable organic C-PEOC, chemically stabilized organic C-CSOC) were almost constant in each depth among land uses, except MAOC in SbCS and PEOC in CsCS at 0- 5 cm where CA showed significant effects. In contrast, ?-glucosidase activity was 18%, 28% and 49% greater in CA than in CT soils at 0-5 cm under RcCS, SbCS, CsCS, respectively, whereas arylsulfatase activity under CA was greater than CT by 36% in SbCS and 39% in CsCS. The proportions of large macroaggregates (8-19 mm) at 0-5 cm under CA averagely increased 23%, 39% and 53% in RcCS, SbCS and CsCS, respectively, and consequently increased soil aggregation indices (i.e., mean weight diameter-MWD, mean geometric diameter-MGD and aggregate stability index-ASI) compared with those under CT. On average, and across all aggregate size classes, CA accumulated SOC concentrations over CT by 11%, 7% and 6%, total N concentrations by 3%, 11% and 15% and POXC concentrations by 18%, 20% and 15% for RcCS, SbCS and CsCS, respectively, at 0-5 cm. These increases led to positive correlations between large macroaggregate-associated SOC and soil aggregation indices in 0-5 cm depth in the three cropping systems. The results of CP-MAS 13C NRM measurement showed that humic acid from soils under CT tended to have higher proportions of aliphatic C than under CT while in reverse for aromatic C. This supports the promotion of CMI under CA indicating greater lability of SOC. In conclusion, short-term CA practices in the three cropping systems increased the storage of STN, SOC and labile SOC pool and enhanced soil enzyme activities in the surface soils with potential effects in the subsoil layers through increased proportion of large macroaggregates and soil aggregation indices resulting from high and diversified biomass-C inputs and the absence of physical soil disruption.

Living organisms and their enzymes are responsible of most of the soil biotic interactions in agro-ecosystems. This study was to evaluate the impact of land use (cropping systems and farming practices) on the physical, chemical and biological properties of soil in Western Cameroon. We sampled soil (0-20 cm) in four different land use systems (extensive, intermediate, intensive and an undisturbed natural habitat). We also measured soil health indicators in each land use type. We observed that the total organic carbon (Corg) and P availability was significantly higher in agro-ecosystems as compared to undisturbed natural habitat. Similar trends were recorded for pH, electrical conductivity, and ?-glucosidase, dehydrogenases and acid phosphatase activities. We also recorded a significant variation in microbial biomass C (Cmic: 312.0 to 544.5 mg kg-1 dry soil) and microbial biomass N (Nmic: 5.40 to 25.31 mg kg-1 dry soil) with land use intensity. The Cmic/Corg ratios of soils were two-fold lower in agricultural lands with vegetables than the undisturbed control plot indicating a decrease in soil microorganisms. Regression analysis revealed a negative correlation (r = - 0.806, P < 0.01) between soil clay content and microbial biomass C, and a high Corg/N ratio suggesting a heterogeneous distribution of the population of microorganisms between soils and the immobilization of P, respectively. Our results suggest that the selected soil health indicators were sensitive to farming practices and cropping systems.

La connaissance des différentes unités agronomiques au niveau d'un terroir et leur utilisation par les agriculteurs est indispensable si l'on veut adapter les propositions de systèmes SCV aux contraintes du milieu. Ces unités agronomiques sont définies de manière à constituer des ensembles homogènes, pour lesquels les systèmes de cultures que l'ont peut proposer sont identiques. Ainsi, l'origine d'un sol n'est pas vraiment discriminante (il ne s'agit pas d'unités pédologiques), mais on s'attache avant tout à prendre en compte les caractères discriminant les possibilités de culture. Dans la zone agro-écologique de moyenne altitude, avec longue saison sèche, la différenciation agronomique des sols se fait sur la base de leur niveau de fertilité, de leur compaction, et de leur régime hydrique (en saison et en contre-saison). Ainsi, les pratiques agronomiques peuvent faire évoluer une parcelle d'une unité à une autre. Par exemple, un sol compacté sur lequel on installe des plantes de couvertures au système racinaire très puissant, peut ainsi évoluer en quelques années vers un sol non compacté. De même, la fertilité du sol peut évoluer, dans un sens ou dans un autre. En pratique, on peut distinguer ces unités en se basant sur la couleur du sol, la flore en place et les performances des cultures conduites par les paysans.

Dans les régions tropicales humides, concilier intensification agricole et protection des ressources naturelles est un défi majeur et difficile à relever. Dans les savanes acides du nord-est laotien, des systèmes de culture de semis direct sur couverture végétale (SCV), basés sur les trois principes du non-labour, d’une couverture permanente du sol, et sur la pratique de rotations culturales diversifiées, sont proposés comme alternative technique à l’intensification agricole conventionnelle basée sur le labour. Si ces systèmes ont connu une diffusion importante et rapide dans les grandes agricultures mécanisées, leur diffusion reste néanmoins à ce jour limitée en contexte de petite agriculture familiale, aves de fait peu d’études relatives à leurs impacts agronomiques, économiques et écologiques. Par ailleurs, malgré le rôle essentiel des microorganismes telluriques dans le fonctionnement biologique et les services écosystémiques fournis par les sols, l’effet de ces systèmes sur les communautés microbiennes des sols reste encore largement méconnu. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif d’évaluer, à l’échelle de la parcelle agricole et à partir d’expérimentations menées au champ et en conditions contrôlées en laboratoire, l’impact de systèmes SCV vs. labour sur les propriétés des sols, leur fonctionnement biologique et les services écosystémiques qu’ils fournissent. Dans un premier chapitre, nous proposons une évaluation agronomique et économique de ces systèmes. Après trois années de culture, les résultats techniques sont favorables aux systèmes SCV avec des rendements grain, des marges brutes à l’hectare, des productivités du travail et des rendements paille similaires à supérieurs à ceux du labour. Les systèmes SCV nécessitent cependant un investissement financier initial et une maîtrise technique plus importants par rapport au système conventionnel basé sur le labour, ce qui les rend économiquement plus risqués à court terme. Dans un deuxième chapitre, nous analysons l’impact de ces systèmes agricoles sur les propriétés physico-chimiques et le fonctionnement microbiologique des sols par le biais d’outils issus de l’écologie moléculaire (extraction et caractérisation de l’ADN du sol) et de l’écologie fonctionnelle (mesure des activités microbiennes). Après deux ans de culture, nos résultats montrent que, contrairement au labour, les systèmes SCV permettent d’améliorer les propriétés physico-chimiques des sols (stabilité des agrégats, teneurs en carbone et en azote, disponibilité en éléments minéraux) tout en maintenant l’abondance et la diversité des communautés microbiennes des sols (bactéries et champignons). En parallèle, l’incubation de sols et la mesure d’activité de minéralisation après ajout de résidus végétaux marqués au 13C met en évidence un lien positif entre la minéralisation des résidus de culture et la diversité bactérienne sous le traitement labour. Elle montre par ailleurs un lien positif entre la minéralisation du carbone des sols, le priming effect (sur-minéralisation du carbone organique natif du sol suite à l’apport de substrats riches en énergie) et la diversité fongique sous le témoin (prairie naturelle). Les systèmes SCV se positionnent comme des situations écologiques intermédiaires entre labour et pâturage naturel, et représentent, de fait, un bon compromis entre le besoin d’intensifier la production agricole, et celui de préserver l’intégrité patrimoniale et fonctionnelle des sols. Dans un troisième chapitre, la spectroscopie dans le proche infra rouge (NIRS) est évaluée comme indicateur potentiel synthétique de la qualité des sols. L’analyse en composante principale des spectres bruts montre une différenciation nette des terroirs et des modes d’usage. L’utilisation de la NIRS pour prédire les caractéristiques des sols se montre par ailleurs très satisfaisante pour la texture, et les teneurs en carbone et azote du sol, mais moyennement à peu satisfaisante pour les autres caractéristiques du sol. Son utilisation comme outil de pilotage de la qualité des sols dépend principalement de l’accessibilité aux bases de données spectrales et aux outils de traitement informatique de ces données. Cette étude représente une des évaluations agroécologiques les plus complètes réalisées sur les SCV en contexte de petite agriculture familiale engagée dans un processus d’intensification agricole. Ce travail met en évidence un impact positif de ces systèmes sur la productivité, la rentabilité et la durabilité de la production agricole. Nos résultats montrent par ailleurs l’intérêt des indicateurs microbiens pour l’évaluation précoce de l’impact des modes d’usage sur les propriétés et le fonctionnement biologique des sols. Une telle évaluation constitue une condition nécessaire, mais pas suffisante, pour l’adoption et la diffusion de ces systèmes en milieu paysan. Des appuis institutionnels, techniques et financiers à long terme sont nécessaires pour qu’ils puissent devenir une alternative crédible à l’intensification actuelle basée sur le labour.

L'intensification écologique (IE) constitue une voie intéressante pour accroitre durablement la production agricole en substituant à des facteurs de productions industriels, des processus biologiques. La littérature nous enseigne que les légumineuses jouent un rôle important dans l'amélioration des systèmes de culture. Toutefois, leur intégration semble insuffisamment assurée dans les systèmes de culture à base de coton et céréales, à l'Ouest du Burkina Faso. La présente étude vise à comparer les performances agronomiques et économiques des systèmes intégrant des légumineuses annuelles en culture pure et en culture associée, dans le cadre d'une démarche d'expérimentation chez et par les paysans (ECPP). Au cours d'une campagne agricole (2011), nous avons utilisé les indicateurs économiques (temps de travaux, productivité de la terre et du travail) et agronomiques (rendement, valorisation fourragère, valorisation de l'espace) pour établir cette comparaison. Les résultats obtenus indiquent que les agriculteurs préfèrent le système de culture à base de niébé (24 paysans) par rapport à celui à base de mucuna (13 paysans). Les résultats montrent que la teneur en azote de la biomasse de mucuna en culture pure est la plus élevée. Cette légumineuse est suivie par l'association maïs-légumineuse, qui n'a pas occasionné de travail supplémentaire, par contre l'association a permis d'économiser près de 30 % de l'espace, et de diversifier les produits agricoles. L'étude a permis en outre de conclure que les cultures associées présentent un réel intérêt pour les agriculteurs engagés dans l'intensification agricole. Elles offrent l'opportunité de produire plus de biomasse par unité de surface, avec une qualité meilleure qu'en système de culture conventionnel.Mots clés: Intensification écologique, système à base de coton et céréales, indicateurs économiques, économie d'espace, Burkina FasoThe ecological intensification (EI) represents an interesting way to increase durably the agricultural production by replacing the industrial factors of production by biological processes. Literature teaches us that the legumes play a significant role in the improvement of cropping systems. However, their insertion is inadequate in cropping systems based on cotton and cereals in Western Burkina Faso. This study aims to compare the agronomic and economic performances of cropping systems integrating annual legumes in pure culture or mixed cropping in a process of experimentation to the and by farmers (ETBF). During a crop year (2011), we used economic indicators (work time, productivity of land and labor) and agronomic data (yield, forage enhancement, development of space) for this comparison. The results indicate that farmers preferred the cropping system based on cowpea (24 farmers) compared to that based on mucuna (13 farmers). Observations show that content of biomass in nitrogen of mucuna in pure culture is highest. Mucuna is followed by corn/legumes associations which do not cause additional work but can save nearly 30 % of the space, and diversify agricultural products. This study makes it possible to conclude that the associated cultures have a real interest for the farmers engaged in the intensification of their exploitation. They offer the opportunity to produce more biomass per unit of area, with a better quality than in conventional cropping system.

Over a century, subsistence agriculture has been practiced in the Brazilian Amazon, using slash-and-burn as a traditional land clearing technique. However, fire clearing leads to nutrient losses, and the increasing demographic pressure reduces the duration of the fallow period, threatening the system sustainability. The chop-and-mulch land clearing method, combined or not with legume-enriched fallow, is a promising alternative technique as the retention of organic residues upon land clearance of fallow could promote soil fertility. The aim of this study is to assess the effect of fire-free land preparation on soil physicochemical properties by comparing the effects of traditional slash-and-burn with (i) chop-and mulch with enriched fallow in croplands and (ii) chop-and-mulch without enriched fallow in pastures. The chop-and-mulch of a legume-enriched fallow conserved soil bulk density, and significantly increased nutrient concentrations and organic matter content compared to the burnt cropland and the control forest. In the pastures, the use of chop-and-mulch of a non-enriched fallow had less impact on soil physical and chemical properties, excepted on water retention capacity and total P stock. Land clearing of fallows by chop-and-mulch, especially when enriched with legumes could significantly improve agriculture sustainability in the region and reduce the pressure on primary forests.

Dans l'Ouest du Burkina Faso, la pression démographique a conduit à l'abandon de la jachère. Avec la culture continue du coton et du maïs, la fertilité des sols est mise à rude épreuve. Pour accroître la productivité des systèmes de culture et contribuer au relèvement de la fertilité des sols, des producteurs du Tuy participant au projet Fertipartenaires ont décidé de tester des associations culturales maïs/légumineuse. L'objectif de l'étude était de concevoir avec les producteurs des systèmes de cultures associées maïs/légumineuse économiquement performants et techniquement acceptables en réalisant des expérimentations en conditions réelles de culture. Des producteurs volontaires ont expérimenté l'association maïs/niébé (13 producteurs) et l'association maïs/ mucuna (10 producteurs). Pour chaque essai, l'association était comparée à la monoculture du maïs (témoin). Le niébé était déjà une culture pratiquée par les agriculteurs à une petite échelle à des fins alimentaires ou comme source de revenus, alors que le mucuna avait été récemment introduit comme ressource fourragère pour les bovins. La pratique des cultures associées maïs/légumineuse était nouvelle pour l'ensemble des agriculteurs. Les itinéraires techniques (ITC) ont fait l'objet d'un suivi complet jusqu'à la mesure des rendements. Pour les deux associations, les ITC homogènes ont été définis par analyse en composantes principales (ACP) et par classification ascendante hiérarchique (CAH) et les plus performants sur le plan technique et économique ont été comparés à la monoculture du maïs par analyse de variance (ANOVA). Il est ressorti que les dates de labour et de semis, la densité de peuplement, la date de sarclage et le niveau de fertilité des sols sont des facteurs de performance pour les associations maïs/ légumineuse. Les associations maïs/légumineuse produisent significativement (au seuil de 10%) plus de biomasses, de 22 à 29%, par rapport à la monoculture du maïs, sans pour autant augmenter significativement les temps de travaux. L'association maïs/niébé présente plus d'intérêt économique que l'association maïs/mucuna. Les études doivent se poursuivre pour améliorer les itinéraires techniques, estimer la pénibilité du travail au moment des récoltes et les arrières-effets des légumineuses sur les cultures de coton et maïs à moyens termes.

Limited information is available on the potential performance of introduced dual purpose varieties across different Kenyan soils and agro-ecological environments and consistency across sites and seasons. Crop simulation modeling offers an opportunity to explore the potential of and select introduced cultivars for new areas before establishing costly and time-consuming field trials. Dual purpose soybeans were introduced due to their ability to improve soils and at the same time provide substantial grain yields. The objective of this study was to derive genetic coefficients of recently introduced dual purpose soybean varieties and to explore the reliability of the Cropping System Model (CSM)-CROPGRO-Soybean model in simulating phenology and yield of the dual purpose varieties under different environments. Field trials for seven varieties were conducted across three sites in two seasons and data on phenology and management, soil characteristics and weather was collected and used in the CROPGRO model. A stepwise procedure was used in the calibration of the model to derive the genetic coefficients. Two sets of data from Kakamega and Kitale were used in calibration process while 2006 data for Kakamega and Msabaha, were used for evaluation of the model. The derived genetic coefficients provided simulated values of various development and growth parameters that were in good agreement with their corresponding observed values for most parameters. Model evaluation with independent data sets gave similar results. The differences among the cultivars were also expressed through the differences in the derived genetic coefficients. CROPGRO was able to accurately predict growth, phenology and yield. The model predicted the first flowering dates to within 2¿3 days of the observed values, the first pod dates within 3 days of the observed values and yields within 5¿300 kg ha-1 of the observed yields. The genetic coefficients derived in CROPGRO model can, therefore, be used to predict soybean yield and phenology of the dual purpose soybean varieties across different agro-ecological zones.

La zone Ouest du Burkina Faso se caractérise principalement par les rotations coton-céréale et un élevage extensif. Les légumineuses, malgré leur rôle reconnu en termes d'amélioration de la performance des systèmes de culture à base de céréales, occupent une place marginale dans les assolements. Les objectifs de cette thèse étaie nt de faire l'état de l'évolution de la fertilité des sols et de déterminer les facteurs de variabilité des performances du maïs et des légumineuses (niébé, mucuna) en fonction des systèmes de culture par des expérimentations conduites chez et par le paysan (ECPP). L'étude a é té conduite en 2010 avec 94 paysans et en 2011 avec 88 paysans suivant une démarche de recherche action incluant l'expérimentation chez et par les paysans (ECPP) dans 7 villages de la province du Tuy. Un diagnostic de la fertilité des sols a été réalisé et des indicateurs de fertilité ont été reliés aux productions du maïs, du niébé et du mucuna. Des expérimentations sur les cultures pures du niébé et du mucuna et sur les associations maïs/niébé et maïs/mucuna ont été conduites par les paysans en vrai grandeur. Les variables liées aux caractéristiques des exploitations, les variables agronomiques et les variables économiques ont été déterminées. Les résultats indiquent que la démarche d'analyse de données associant successivement une analyse en composantes principales (ACP), une classification ascendante hiérarchique (CAH), une analyse factorielle discriminante (AFD) et une analyse de variance (ANOVA), permet de prendre en compte la diversité des pratiques dans le cadre d'ECPP et de tirer les enseignements utiles pour concevoir dans des condit ions d'incertitudes, des innovations plus productives, écologiquement durables et acceptables par les paysans. Les données du diagnostic de fertilité confirment la baisse organique des sols suite à une exploitation continue des terres (avec des teneur en C de 3,41 % pour les sols non cultivés contre 0,79 % pour les sols dont l'âge de mise en culture varie entre 1 et 10 ans et 0,48 % pour les sols dont l'âge de mise en culture est supérieur à 30 ans). Toutefois, elles suggèrent comme résultat nouveau, un relèvement de la teneur en phosphore (P) assimilable des sols suite aux apports continus d'engrais chimique. La dégradation organique et l'enrichissement en P assimilable qui pourraient aller de pair, rendent complexe la notion de fertilité des sols. Ainsi, la baisse organique du sol ne serait pas automatiquement suivie de la baisse de rendement de certaines cultures (maïs, légumineuses) sensibles au phosphore. Nos recherches révèlent que les facteurs de variabilité des performances agronomiques et économiques des cultures pure des légumineuses et des cultures associées maïs/légumineuses, sont : les dates de semis, les conditions d'humidité du sol pendant le semis, les densités de peuplement, les dates de sarclage, les apports d'engrais (NPK et urée) dans les meilleurs délais et l'effet résiduel des précédentes fertilisations minérales. Les données sur les cultures pures de légumineuses indiquent que le niébé (légumineuse locale) est sensible à l'arrière effet de la précédente fertilisation contrairement au mucuna (légumineuse introduite) qui aurait plus de capacité à améliorer la fertilité des sols avec une quantité d e N accumulé plus élevée que celle des autres systèmes de culture. Les cultures pures de légumineuses peuvent constituer des sources de revenus pour les exploitations agricoles avec des marges brutes pouvant atteindre 156 479 ± 41 828 FCFA/ha pour le niébé et 64 918 ± 11 937 FCF A/ha pour le mucuna. Cette modalité d'insertion des légumineuses se trouve limitée par le problème d'espace cultivable et d'opportunité de marché dans la zone. La modalité associant les légumineuses au maïs, sans entrainer une augmentation significative du temps de travail, présentent l'avantage de faire des économies de l'espace (LER variant entre 1 et 1 ,46) par rapport aux cultures pures du maïs (LER < 1) et de légumineuses (LER < 1), de diversifier les produits agricoles sur la même parcelle et d'assurer une gestion durable de la fertilité du sol par la fixation de N atmosphérique par les légumineuses. Pour soutenir ces performances agronomiques et économiques de ces associations maïs/légumineuse et faciliter leur adoption et appropriation par les paysans, il conviendrait d'insérer les légumineuses dans des chaines de valeur pour lever les contraintes d'acquisition des intrants et pour créer des opportunités de marché.

Dans la zone à forêt semi-décidue de Côte d'Ivoire, un dispositif expérimental pérennisé entre 1995 et 1999 sur environ un hectare avec des systèmes de culture de maïs à couvertures végétales, a fait l'objet d'études associant agronomie et écologie du sol. L'offre en azote d'origine organique est étudiée dans le cadre de systèmes de culture de maïs, avec une durée de jachère de 6 mois et 18 mois. Les jachères sont occupées soit par Chromolaena odorata (subspontanée), soit par Pueraria phaseoloïdes (légumineuse introduite). L'étude réalisée pose comme hypothèses de départ que: (i) les déterminants de cette offre à court terme (cycle cultural) et à moyen terme (effets cumulés) dépendront principalement des quantités et de la qualité des litières de surface d'origine des jachères; et (ii) ces effets se concentreront à la surface du sol. Les résultats obtenus permettent de comprendre les bases de fonctionnement des systèmes à couvertures végétales, qui connaissent un réel développement. Plus globalement, ces systèmes intéresseront tous les praticiens, écologues et agronomes, concernés par la promotion d'une agriculture à la fois productrice et respectueuse de l'environnement.

Présentation de l'éditeur : Agriculture in whatever age, under whatever natural, economic and social conditions, has to feed the human being. To fulfil this mission, the sector has to overcome continuous and changing challenges to achieve notable developments. The Green Revolution, through developing and introducing high-yielding crop varieties and advanced crop management techniques, saved billions people from starvation. The advent of biotechnology, in its turn, has speed up the agricultural growth to meet food demands of the world's booming population. Continuous demographic pressure and rapid market integration have created necessity to further agricultural developments to meet not only food security, but also the increased demands for nutrition security, food safety, energy, etc., while the global climate change has created needs for capturing synergies between agricultural production and environmental protection. New breakthroughs to trigger the second Green Revolution have therefore become necessary. Thus, it is now the right time for us to consider the means to make "the Double-Green Revolution" to become a reality. Conservation Agriculture (CA) has demonstrated potential to meet this goal through designing and promoting the adoption of environment-sound and climate-resilient agricultural production systems. Increasing interests and efforts have been given to CA research for development in the Southeast Asia during the last 15 years. As a result, a new stage has been reached with the formation of the Conservation Agriculture Network for Southeast Asia (CANSEA) in 2009, in which efforts have been maintained to adapt concepts of CA to small scale farmers dealing with a great diversity of climate, land, topography and economy conditions. Enormous inputs are needed for the Southeast Asia to design specific and diverse CA innovations appropriate for local farmers and to promote their large scale adoption. This requires involvement of a wide range of stakeholders from both private and public sectors. This is the reason for us to gather together at the 3rd International Conference on Conservation Agriculture in Southeast Asia. At this conference, the results of a tremendous amount of creative work dedicated to CA development worldwide will be presented. The methods and tools for designing relevant CA innovations and the experience and proposals for their adoption will be shared. This volume compiles a picture portfolio of abstracts selected through a peerreview process for oral and poster presentations at the conference. Main topics addressed in this volume include (1) Agrarian transitions in the Southeast Asian uplands and highlands; (2) Impacts of agricultural systems on agricultural ecosystem sustainability; (3) Farming and cropping system design to sustainably intensify production; (4) Synergizing concepts of CA and Agroforestry; (5) Potentials and constraints of CA for rural development, and (6) Conditions, strategies, barriers and opportunities for scaling-up CA. This compilation represents a state and the art of CA research for development worldwide and the possible applications for the Southeast Asia

One of the most serious problems of farming systems in West Africa is the excessive reduction of agricultural productivity related to the "slash and burn" and shifting cultivation systems. With the aim of designing more sustainable yam cropping systems, the agronomic research organization in Benin implemented alternative systems including herbaceous legumes (Aeschynomene histrix and Mucuna pruriens var utilis). This study examines with end-users in the framework of focus group and individual surveys in 306 farm households, constraints degree of severity of yam-based cropping systems and participatory solutions in order to improve policy transacting in rural areas for sustainable yam-production. The results showed significantly high constraint degree of severity for herbaceous legumes biomass incorporation (52% and 46%) for Mucuna and Aeschynomene respectively during individual survey and 82% during focus group for both legumes. Crop competitions, field access (with Mucuna), animal divagation, fertilizer cost, biomass burn, seed consumption, market and grains harvest (with Aeschynomene) were additional constraints as well as in low and relatively high population density zone. On the seed production plot, the biomass of Aeschynomene at senescence could be shaken within basins to collect easily the seeds and avoid lost. The mixture of Aeschynomene seeds with dry sand (3/4 sand - 1/4 seeds) solves the problem of planting small seeds. Before the legumes reach the physiological maturity, three-quarters of biomass could be manually incorporated into the soil before the dry season during ridging and the remaining biomass could be left on the surface as mulch in order to reduce the workload related to the biomass incorporation into the soil. The practice of fire wall and fire of reference around the plot is necessary to avoid the burn of the mulch in the dry period. Mucuna seeds valorisation occurred to generate additional incomes for smallholders' households. The animal nutrition with Mucuna grains deserves to be more investigated. The crop-livestock integration with these herbaceous should be an opportunity for yam production because of agro pastoral potential in the Guinea- Sudan transition zone of Benin.

L'objectif de l'étude a été d'analyser l'évolution de la fertilité du sol sous différentes pratiques culturales en zone cotonnière du Togo. L'étude a utilisé (i) des données de sols et de rendements de cultures observées pendant 20 à 40 ans à travers des expérimentations en station, (ii) des données de sols observées sur des parcelles paysannes et (iii) des données d'enquêtes conduites auprès des agriculteurs. En plus des teneurs du sol en C et minéraux qui ont été déterminées à différents âges pour chacune des expérimentations de longue durée, la quantité de C résistant et la vitesse de minéralisation de C ont été évaluées sur des échantillons de sol prélevés en dernières années de deux expérimentations. Trois modèles de complexité variable d'évolution du stock de C du sol ont été testés et le plus performant a été couplé au modèle QUEFTS et au bilan minéral apparent pour analyser l'effet de pratiques culturales sur la dynamique des indicateurs de la fertilité du sol. Bien que N, P et K ont été continuellement apportés à la dose recommandée par la recherche (RR) ou à cette dose augmentée de 50% (1.5RR), les rendements initiaux de 1,5 à 2 t ha?1 pour le coton et de 2 à 3 t ha?1 pour les céréales ont baissé pour ne représenter qu'environ 1 t ha?1 après les 20 premières années de culture. La baisse de la production a été associée à la dégradation des déterminants de la fertilité du sol. Dans 0-20 cm du sol, les stocks initiaux de C de 15 à 39 t ha?1 ont fortement baissé au cours des premières années après la défriche et ont atteint un équilibre après seulement 10 à 15 ans de culture. Cette baisse du stock de C a été très peu dépendante de la quantité de C retournant au sol. Bien que les entrées de C au sol diffèrent des traitements (nulles pour certains), la baisse du stock de C a été quasi-similaire. Les stocks de N ont également baissé sur tous les sites et cette baisse a été fortement associée à celle de C (r = 0,93) au point que l'effet de la fertilisation minérale a été pratiquement absent sur le stock N du sol. Dans le cas de la terre de barre, après 5 ans de culture, la potentialité du sol à fournir N aux cultures a baissé de 38-49%. Comparativement au traitement sans fertilisation, l'apport NPK à 1.5RR pendant 20 ans a triplé la baisse du pH du sol. Ainsi, la potentialité du sol à fournir P aux cultures a baissé de 25-59% après 5 ans de culture, cependant que le taux de P total a très faiblement baissé pour la plupart des sites. Sur les sites à deux saisons agricoles par an et à cause de la fréquence des apports, la fertilisation NPK avec RR ou 1.5RR a maintenu la concentration de K échangeable mais a accentué de 20 et 40% la baisse des concentrations de Ca et Mg respectivement. De ces évolutions contrastées, l'effet de la fertilisation a été traduit par un déséquilibre entre les bases échangeables du sol. La baisse observée du stock de C du sol a été mieux décrite avec le modèle à deux compartiments de C. Le modèle a été paramétré avec un coefficient de minéralisation de la fraction labile de C de 0,15 à 0,24 et un stock de C stable qui représente selon les sites 33 à 67% du stock initial total. La quantité de C ayant résisté à l'hydrolyse HCl représente près de 30% de ce stock initial total et est ainsi plus faible que le stock de C stable ayant permis de décrire l'évolution du stock de C avec le modèle. Ainsi, autant à travers la simulation que par l'hydrolyse, les résultats révèlent un stock élevé de C stable et serait une des causes de la fragilité du statut organique de ces sols. Les explorations montrent que la restauration du stock de C de ces sols à des niveaux de 11 à 13 t ha-1 ayant optimisé la réponse des cultures à la fertilisation minérale, nécessiterait des apports externes dont la faisabilité est peu réaliste. Au moins 3,5 t C ha-1 an-1 devront être apportées pendant 15 à 20 ans. A l'image des observations en station, la dégradation des indicateurs de la fertilité du sol a été forte sur les parcelles pay

Les techniques d'agriculture de conservation (TAC), et notamment les systèmes de culture sur couvert végétal (SCV), ont été introduits dans la région rizicole du Lac Alaotra à Madagascar en réponse à une double contrainte : i) augmenter le revenu des familles ; ii) préserver les ressources naturelles qui se dégradent. En parallèle, des systèmes d'élevage intensifs se sont développés (atelier laitier, d'embouche, etc.). Les opérateurs de diffusion des TAC se sont alors intéressés à l'intégration entre agriculture et élevage au sein des exploitations agricoles. Une démarche d'accompagnement d'agro-éleveurs a été mise au point en 2010 au Lac Alaotra. Elle vise à comprendre les relations entre agriculture et élevage aux échelles troupeau, parcelle et exploitation, à les modéliser et à mobiliser des connaissances dans une démarche d'aide à la réflexion prospective des producteurs sur leur évolution. L'actuelle étude s'intéresse à cette démarche d'accompagnement dans le but d'évaluer ex ante les intérêts de l'intégration de TAC, et plus particulièrement de SCV, pour les agro-éleveurs en fonction des objectifs d'évolution. Trois agro-éleveurs laitiers ont été accompagnés sur la base de deux hypothèses : (i) la fourniture de biomasse fourragère représente un intérêt majeur des SCV pour les exploitations associant agriculture et élevage ; (ii) les exploitations développant un atelier lait sont les plus à mêmes de s'intéresser à ces systèmes du fait de leur demande en fourrage. Les objectifs principaux des agro-éleveurs en lien avec l'atelier de production végétale ont été identifiés : i) une autonomie fourragère en saison sèche pour limiter les récoltes d'herbes naturelles coûteuses en main d'oeuvre tout en améliorant la production laitière ; ii) une amélioration des sols dégradés des tanety qui sont durement valorisables. Les résultats des scénarii ont montré que les SCV proposés permettent une autonomie en saison sèche par la production de fourrages de contre-saison et de foin. La valorisation de la biomasse fourragère doit cependant être raisonnée, avec des valeurs d'exportation à respecter qui ont été déterminées par type de SCV. Les sols des tanety peuvent être améliorés via les fonctions restructurantes et fertilisantes des SCV et sont valorisés par une association entre plantes fourragères et vivrières dans les systèmes proposés. En cas d'augmentation de la surface vivrière cultivée, les cultures génèrent des revenus qui peuvent aider à compenser les coûts occasionnés par les SCV. Au final, la démarche d'accompagnement a permis aux agro-éleveurs de faire évoluer leurs projets initiaux en développant leur intérêt pour l'intégration de SCV dans leurs exploitations, permettant de mieux répondre à leurs objectifs d'évolution. Cette démarche d'accompagnement individuel d'agro-éleveurs a cependant été jugée trop lourde à mettre en oeuvre par les opérateurs du Lac Alaotra. Ils envisagent cependant l'utilisation des outils CalculRation et CalculFerti pour de la formation de groupe sur les thématiques du rationnement animal ou de la fertilisation culturale. Un intérêt pour la mise en oeuvre de la démarche a été manifesté par des opérateurs dans la région du Vakinankaratra, où les agro-éleveurs sont soumis à d'autres pressions, notamment foncières.

The irrigated rice system faces great challenges in terms of productivity and sustainability with respect to food shortage and environmental issues. This study was done to address concerns with regards to the soil resources availability, methane emissions, water scarcity and slow gain in grain yield. Comparison of soil properties between cultivated and uncultivated soils in farmer's field is a promising approach to evaluate soil fertility and to adjust existing practices to ensure that nutrient outflow will be in balanced with the nutrient inflow. In this study, cultivated soils had significantly lower fertility when compared with the uncultivated soils as indicated by the soil properties measured. The amount of fertilizer being added by the farmers was not sufficient. Moreover, soil management practices should be well monitored as methane emissions increased dramatically upon straw incorporation and methane was emitted mostly during the early growth phase of the rice crop. But, drainage during mid-tillering abruptly reduced methane emissions by 15-80% as compared with continuous flooding and without a significant effect on grain yield. The choice of inorganic fertilizer and cultivar also influenced the amount of methane emission rates. Ammonium sulfate plus urea significantly reduced emission by 50- 66% than urea alone. Drying the field during midtillering mitigated methane emission and also saved water. Alternate wetting and drying (AWD) practice in irrigated rice fields starting from mid-tillering with a threshold of -30 kPa appeared as a more effective water-saving technology than field drying at mid-tillering: water productivity was significantly increased for all the contrasted genotypes evaluated and the amount of water input (WI) was significantly reduced by 33?41% in -30 kPa depending on the genotypes. However, the delay in tiller cessation reported under AWD, where higher and prolonged duration of tiller emergence was observed compared with continuous flooding, was probably not favorable for maximizing grain yield (GY). The higher GY of rice hybrids compared with inbreds (by 14-18% average) was due to the higher biomass accumulation and efficient biomass partitioning among plant organs, related with earlier cessation of tiller emergence. This earlier cessation is associated with better partitioning of biomass within the plant and ultimately to the panicle. This then indicates that breeding programs targeted for high yield potential will be different with those for genotypes under water saving conditions.

Correspondance: ptittonell@gmail.com, Pablo.tittonell@cirad.fr; International audience; Resources for crop production are often scarce in smallholder farming systems in the tropics, particularly in sub-Saharan Africa (SSA). Decisions on the allocation of such resources are often made at farm rather than at field plot scale. To handle the uncertainty caused by both lack of data and imperfect knowledge inherent to these agricultural systems, we developed a dynamic summary model of the soil–crop system that captures essential interactions determining the short- and long-term crop productivity, while keeping a degree of simplicity that allows its parameterisation, use and dissemination in the tropics. Generic, summary functions describing crop productivity may suffice for addressing questions concerning trade-offs on resource allocation at farm scale. Such functions can be derived from empirical (historical) data or, when they involve potential or water-limited crop yields, can be generated using process-based, detailed crop simulation models. This paper describes the approach to simulating crop productivity implemented in the model FIELD (Field-scale Interactions, use Efficiencies and Long-Term soil fertility Development), based on the availability of light, water, nitrogen, phosphorus and potassium, and the interactions between these factors. We describe how these interactions are simulated and use examples from case studies in African farming systems to illustrate the use of detailed crop models to generate summary functions and the ability of FIELD to capture long-term trends in soil C and crop yields, crop responses to applied nutrients across heterogeneous smallholder farms and the implications of overlooking the effects of intra-seasonal rainfall variability in the model. An example is presented that evaluates the sensitivity of the model to resource allocation decisions when operating (linked to livestock and household models) at farm scale. Further, we discuss the assessment of model performance, going beyond the calculation of simple statistics to compare simulated and observed results to include broader criteria such as model applicability. In data-scarce environments such as SSA, uncertainty in parameter values constrains the performance of detailed process-based models, often forcing model users to ‘guess’ (or set to default values) parameters that are seldom measured in practice. The choice of model depends on its suitability and appropriateness to analyse the relevant scale for the question addressed. Simpler yet dynamic models of the various subsystems (crop, soil, livestock, manure) may prove more robust than detailed, process-based models when analysing farm scale questions on system design and resource allocation in SSA

International audience; Selon la Convention des Nations Unies sur la lutte contre la désertification de 1992, le terme désertification désigne la dégradation des terres dans les zones arides, semi-arides et subhumides sèches, par suite de divers facteurs, parmi lesquels les variations climatiques et les activités humaines. En raison de l'importance de la pression agropastorale qui s'exerce sur les sols de la province du Tuy (Ouest du Burkina Faso), leur fertilité est mise à rude épreuve et par conséquent la durabilité de l'agriculture, de l'élevage et la sécurité alimentaire des ménages ne sont pas garanties. En appliquant une démarche de recherche action en partenariat (RAP), impliquant les acteurs de terrain dans l'analyse des problèmes, la recherche de solutions, leur mise en oeuvre et leur évaluation, le projet Fertipartenaires dans une de ces activités vise à co-concevoir des techniques de culture innovantes, notamment en renforçant la place des légumineuses dans les systèmes de culture (en culture pure, en association, en semis sur couverture végétale, en agroforesterie). En 2008, les travaux ont débuté par l'expérimentation d'une culture de légumineuse herbacée à double fin (fourrage, fertilité) : Mucuna deerengiana. Soixante dix producteurs (10 par village) ont été volontaires pour cultiver environ 0,25ha de Mucuna dans leur exploitation. Les essais ont été suivis sur le plan agronomique (suivi de l'itinéraire technique et mesure des rendements) et socio-économique (temps de travaux, intrants, transport, valorisation des produits). Pour impliquer les acteurs de terrain dans l'évaluation des résultats de cette expérimentation, l'équipe technique propose de les faire réfléchir à partir de représentations concrètes des résultats et faciles à interpréter que les socio-économistes appellent des objets intermédiaires. Il a donc été décidé de procéder à une évaluation des résultats à deux niveaux : 1) au niveau agronomique par une présentation des facteurs du rendement du Mucuna ; 2) au niveau économique en comparant ce que l'on gagne et ce que l'on perd si l'on cultive du Mucuna, par rapport à une jachère (c'est-à-dire avec un investissement minimum), ou bien par rapport à une légumineuse à triple fin bien connue localement l'arachide. De façon spécifique, il s'agissait de comparer les produits, les charges et les marges brutes à l'hectare de ces trois types de couverture en valorisant financièrement tous les produits élémentaires (fanes, pailles, graines) et toutes les charges élémentaires (main-d'oeuvre, intrants, semences, transport). Ces résultats ont été présentés aux producteurs et discutés avec eux. L'évaluation agronomique a montré que dans les villages, le rendement moyen de matière sèche (MS) du Mucuna est de 1 949±1 065 kg de M S/ha. Les rendements sont meilleurs sur les sols argileux (2 645kg/ha), après un précédent coton (2 616kg/ha), pour un semis précoce (2 239kg/ha) et lorsque l'on pratique un désherbage précoce (2 276kg/ha). Sur le plan économique, la valorisation du Mucuna donne un produit brut de 120 500 Fcfa/ha, pour une charge de 54 300 Fcfa/ha, soit une marge nette de 66 200 Fcfa/ha et un manque à gagner de 72 710 F cfa si le producteur cultivait de l'arachide. En effet, l'arachide est une légumineuse à triple finalité (fertilisation du sol, alimentation humaine et fourrage) et est moins exigeante en investissement (51 410 F cfa/ha) et rapporte plus aux producteurs (138 960 F cfa/ha). Quant à la jachère, sa marge brute est de 24 340 F cfa/ha sans charge notable. On comprend ainsi pourquoi les producteurs sont plus intéressés par des légumineuses à triple fin (fertilité, fourrage, alimentation humaine) comme l'arachide ou le niébé, que nous recommandons en priorité. La valorisation de la semence du Mucuna permettrait d'améliorer la marge brute ce qui suppose d'insérer cette spéculation dans une filière semencière. L'intérêt de notre méthode est de développer une démarche simple d'évaluation facilement compréhensible par les producteurs.