Trade-offs around the use of biomass for livestock feed and soil cover in dairy farms in the Alaotra lake region of Madagascar

En Afrique sub-saharienne (ASS), l’agriculture de conservation (AC) est diffusée afin de d’améliorer durablement la productivité de l’agriculture familiale. Cette AC est basée sur les principes de travail réduit du sol, d’une couverture permanente et de rotations introduisant des légumineuse. Parmi tous les bénéfices potentiels de l’AC, le mulch peut améliorer le bilan hydrique et tamponner le stress hydrique, et donc sécuriser les rendements, lorsque les pluies sont limitées et/ou aléatoirement distribuées. A Madagascar, la région du lac Alaotra connaît une forte expansion de la riziculture pluviale. Etant caractérisée par une distribution des pluies très erratique, la pratique de l’AC semble pertinente pour sécuriser la production pluviale. L’objectif de cette étude est donc d’évaluer dans quelle mesure cet aléa climatique est tamponné par l’AC. Tout d’abord, à travers revue de la littérature scientifique, nous avons ouvert à une problématique plus large. En effet, au regard des projections de croissance démographique et de changement climatique (CC) en ASS, l’AC est proposée comme solution ‘climate-smart’; i.e. une agriculture capable d’augmenter la productivité et de s’adapter au CC tout en l’atténuant. Les études identifiées en ASS montrent une capacité de l’AC à augmenter les rendements sur le long-terme, et à plus court-terme dans les contextes climatiques où les pluies sont faibles et/ou mal distribuées. Cela suggère donc une capacité de l’AC à s’adapter au CC qui prévoit une augmentation de la variabilité de la distribution des pluies en ASS. La capacité de l’AC à atténuer le CC en séquestrant du carbone (C) dans les sols reste en suspens car le stockage du C se fait principalement en surface et la stabilité de ce C est questionnée. Nous nous sommes ensuite recentrés sur le sujet et la zone de cette étude afin d’évaluer le potentiel de l’AC à tamponner l’aléa pluviométrique. En se basant sur les données de suivi de parcelles en transition vers l’AC sur quatre saisons contrastées, nous avons constaté une augmentation des rendements moyens en riz pluvial dès la première année de pratique, avec une augmentation progressive des rendements et une diminution de la variabilité. Les données ont également suggéré une sécurisation des semis précoces et tardifs en AC. Nous avons constaté un poids important du climat sur la variabilité des rendements dans la zone d’étude. Cette analyse exploratoire nous a donc permis d’observer des effets positifs de l’AC dans le contexte climatique du lac Alaotra, suggérant notamment un effet potentiel sur la ressource hydrique. Mais les informations à notre disposition ne nous ont pas permis de vérifier cette hypothèse. Nous nous sommes donc intéressés à l’impact du mulch sur le bilan hydrique et les rendements en riz pluvial dans les conditions agro-climatiques de la zone d’étude. Nous avons effectué une expérimentation virtuelle, en utilisant le modèle PYE-CA. Nous avons confirmé la capacité du mulch à réduire le ruissellement. Nous avons identifié les dates de semis pour lesquelles le riz pluvial est le moins impacté par le stress hydrique dans la région. Les résultats nous ont indiqué que pour les dates de semis majoritairement pratiquées par les agriculteurs, et dans un éventail de conditions de sol, la disponibilité en eau est très peu affectée par une modification du ruissellement. Les bénéfices d’une réduction du ruissellement apparaissent dans des conditions hydriques plus stressantes telles que des dates de semis précoce ou une intensification, en diminuant la variabilité des rendements. Cette étude nous a permis de mieux appréhender les impacts de l’AC sur le bilan hydrique dans le contexte climatique de notre zone d’étude. Pour faire sens, ces résultats sont à intégrer à l’échelle exploitation, voire plus large, pour identifier les contraintes et avantages induits par les systèmes en AC dans le contexte socio-économique du lac Alaotra.

Executive summary 2 sites have been selected for the study: the lake Aoatra area, considered as CA successful and Vakinakratra/Highlands considered as CA failure. Modeling at plot and cropping systems level The comparison of soil loss results obtained by direct and indirect estimations showed that generally soil loss calculated from direct measures were lower than those obtained by RUSLE. Therefore, to improve and calibrate RUSLE model at Lake Alaotra, a correction factor was proposed, mainly the reduction of the P factor by making the amount of soil loss by simulation closer to the direct measurement on field. So, extrapolation or modeling of soil loss depending on the soil management mode appeared valid for rice and maize crops, by using for CA systems different types of mulch the most used in the region at Lake Alaotra such as mulch of rice, maize+dolichos and stylosanthes. The DSSAT experiment was realized on two experimental fields that had been installed by the URP SCRiD at Andranomanelatra. From these studies, it was impossible to use the cropping model to assess the weight of water factor in the variability of inter-annual yield in these regions. It was demonstrated that in the Vakinankaratra, the part of yield variability due to stress water in conditions of study was not important, but at Lake Alaotra, it is responsible for a significant inter-annual variability of yields. The study also highlighted the big differences between achievable yields to the yields observed in field, even under controlled conditions, demonstrating the impact of other limiting factors for both regions. These studies allowed us in isolating the weight of climate and water factor on the variability of rainfed rice yields. Thus, it appears that plant health problems including weeds are similarly responsible of some differences between observed and achievable yields and the difference between treatments in the test, but there is probably also an important problem of nutrition mineral crops, contributing strongly to the differences between observed and achievable yields, and to the differences between treatments. The models tested can be used for the prediction of the potential and achievable yields with the available water in the soil conditions and the climates in which they were calibrated. Some potential advantages of CA for cropping rainfed rice (improvement of water balance, and control on water erosion) have been efficiently tested with the models f But for taking into account other potential effects of CA (weeds control, P availability, improvement of Soil organic matter stocks…) the crop models need still to be improved.

The Alaotra Lake is a wide region. Thus, there are a lot of different types of farm depending on the location, the production activities, the size and many different situations ... That explains why the dissemination and adoption of CA systems and ICS (Innovative Cropping Systems) hasn’t reached the same level in all the different zones. But, in general, Alaotra farmers are not reluctant to CA adoption at the conditions that quality extension is available for technical support and monitoring for several years (3 to 5). It is just easier and faster when the proposed systems fit with the farmers’ expectations. Here, the first challenge is to find a variety of systems that respond to the variety of situations to increase the assimilation process; but the actual important challenge is to integrate these systems sustainably into the farm production systems. Indeed, with the current restrictive national context (no agricultural politics, no incentive measures), it is crucial to create “perennial” production systems trough perennial process of innovation which is probably the most important challenge in the next future.CA does not extend spontaneously with surroundings farmers. It might be too early to effectively measure or record any trend in dissemination. However, a heart of knowledge, know-how and CA practices has been created with around 1000 farmers on 600/700 hectares of CA since 10 year. The Vakinankaratra highland area suffers from major technical constraints linked with major socio-economic lead to a situation where CA does not provide a solution acceptable for local farmers. Three main factors are not in favor of C A with current systems : i) competition for biomass between CA cropping systems (mulch) and livestock feeding requirement, 2) Coldness of the dry season with unadapted cover or associated crops leading to insufficient mulch and iii) delay in growth of crops in CA systemsThe do observe a new situation an a new trend since 10 years with the recent boom on upland rice on tanety, opening a new field or research to suggest solutions for soil fertility maintenance with rice based cropping systems.

Dans un contexte de prise de conscience des enjeux environnementaux, de nombreuses techniques d’agricultures de conservation ont été mises en place ces dernières années. Ces techniques visent à répondre aux objectifs des agriculteurs tout en respectant l’environnement. C’est le cas du semis direct sous couverture végétale, une méthode qui permet d’assurer les rendements en améliorant la fertilité des sols et en limitant l’érosion. Depuis plusieurs années, différents opérateurs, soutenus par la coopération française, tentent de diffuser ces techniques innovantes dans la région du lac Alaotrai, à Madagascar, où les agriculteurs font face à ces problèmes de fertilité, d’érosion et de faibles rendements. Se posent alors les questions d’intégration de ces techniques dans les modèles de production existants au lac : Comment évaluer les performances de ces techniques par rapport aux techniques traditionnelles ? Dans quelles circonstances ces techniques sont-elles susceptibles d’améliorer les performances agronomiques, économiques ou encore environnementales des systèmes de culture ? Dans quelles mesures ces techniques peuvent- elles s’intégrer dans les systèmes d’exploitation ? Dans le cadre de la tâche 4 du projet ANR « pépite », intitulée « évaluation ex-ante multi-critères et multi-acteurs des performances des systèmes de culture innovants en AC », cette étude, à l’échelle du système d’exploitation, tente d’apporter des éléments de réponses par un outil de modélisation en programmation linéaire. Elle est issue d’un travail de 6 mois dans le cadre d’un stage de fin d’étude de la formation dispensée par l’Ecole Nationale Agronomique de Toulouse (ENSAT).