METAGROFORESTRY - La gestion et l’agencement spatial des systèmes agroforestiers comme leviers du recyclage de l’azote : une approche par modélisation de type méta-écosystème

Ce projet s’est appuyé sur l’hypothèse que l’agencement spatial des sous-unités d’un SAF, combiné aux pratiques de gestion, constitue un levier majeur pour influencer les flux, la distribution et la conservation de l’azote au sein du système, via des mécanismes de complémentarité et de transfert entre sous-unités. L’objectif principal était de développer un cadre de modélisation permettant d’analyser conjointement les effets de l’organisation spatiale et des pratiques agricoles sur la dynamique de l’azote, et d’en évaluer les conséquences sur la production végétale et la fertilité du système.

Démarches

Pour atteindre cet objectif, le projet a mobilisé une approche de modélisation fondée sur le concept de méta-écosystème, représentant explicitement les différentes sous-unités constitutives d’un SAF (arbres, cultures, couverts herbacés) et les flux d’azote qui les relient. Le SAF est ainsi décrit comme un ensemble d’écosystèmes interconnectés par des flux de matière, dont l’intensité dépend à la fois de la configuration spatiale et des pratiques de gestion.

Un modèle mathématique dynamique, basé sur un système d’équations différentielles, a été construit pour décrire les stocks et flux d’azote au sein de chaque sous-unité et entre sous-unités. Les paramètres spatiaux du modèle correspondent aux surfaces relatives des sous-unités et à leurs zones de chevauchement fonctionnel, définies par la distribution spatiale des chutes de litière arborée et par la répartition horizontale et verticale des systèmes racinaires des arbres. Ces chevauchements conditionnent l’intensité des transferts d’azote entre sous-unités, notamment via les apports de litière et la compétition pour l’acquisition des ressources du sol.

Le modèle intègre également la présence de racines arborées en profondeur, permettant de représenter un effet de « safety net », par lequel les arbres peuvent capter l’azote soumis à la lixiviation vers les horizons profonds et contribuer à sa redistribution vers les couches superficielles via la litière. Les pratiques agricoles (semis, récoltes, fertilisation, gestion des résidus, taille des arbres) sont intégrées sous forme de perturbations des stocks et des flux, afin de représenter le caractère géré et temporellement structuré des SAF.

Le modèle a été appliqué à un système agroforestier méditerranéen étudié sur le site expérimental instrumenté DIAMs (Mauguio). Sa paramétrisation s’est appuyée sur des données existantes, complétées par de nouvelles mesures de terrain portant sur les teneurs en azote de différentes biomasses végétales des sous-unités du système. Ces mesures ont permis de renseigner les teneurs en azote des différentes composantes végétales du système et d’en intégrer les ordres de grandeur dans le modèle.

Résultats

Les résultats montrent que l’organisation spatiale du SAF, en interaction avec les pratiques agricoles, structure fortement la distribution des stocks et flux d’azote entre sous-unités, avec des conséquences sur la production végétale et la capacité du système à limiter les pertes d’azote par lixiviation. Au-delà du cas étudié, le projet fournit un cadre de modélisation générique et transférable, permettant d’explorer des scénarios de gestion et de spatialisation des SAF, et contribuant à une meilleure compréhension du fonctionnement biogéochimique de ces agroécosystèmes complexes.

Participants

Structures INRAE

• UMR Eco&Sols - Écologie fonctionnelle & biogéochimie des sols & des agroécosystèmes - IRD / Institut Agro Montpellier / Cirad
• UMR MISTEA - Mathématiques, Informatique et STatistique pour l'Environnement et l'Agronomie
• UMR ABSYS - Agrosystèmes biodiversifiés

Partenaire externe

• IEES Paris - Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris