The soil organic carbon (SOC) content depends strongly on soil management and especially the level and quality of organic restitution to the soil. The SOC pool is the net result of carbon (C) input in the form of crop residue and biomass, and output including CO2 flux and other losses (Duiker, 2000). Changes in soil management can alter SOC content. A substantial increase in the SOC content in the 10 cm topsoil layer in no-tillagesoils compared with soils under natural vegetation and long-term conventional tillage (CT) (Séguy et al. 2003 ) can occur due to high crop-residue input and lack of soil disturbance.

In the "Cerrados" of Central Brazil, direct seeding mulch based cropping systems (DMC) applied by farmers have been adapted to tropical conditions (high temperature,high rainfall and resulting high rates of organic matter mineralization). Generally, time saved with no-tillage allowed farmers to plant another crop in the same year, producing additional biomass, increasing thereby organic matter entries into the soil,and maintaining the soil surface always covered and protected from soil erosion (pictures). However, the level of biomass restitution, and the long term impact on C sequestration in DMC systems will differ in function of the type of commercial crop rotation, the species used as cover-crops, the level of productivity and the farmer's management (Séguy et al., 2003.

Os Cerrados dos Trópicos úmidos (TU) do Brasil abrangem 200 milhões de hectares, dos quais 50 milhões são propícios a agricultura intensiva. Sua abertura no final dos anos 1970 no estado do Mato Grosso, a partir de técnicas de preparo do solo importadas dos paises do Norte e das grandes monoculturas industriais, degradou muito o capital solo. Para responder de modo rápido e sustentável a este fracasso, o CIRAD e seus parceiros da pesquisa e do desenvolvimento construiram, dominarem e difundiram gradativamente vários Sistemas de cultivo em plantio direto sobre Cobertura Vegetal permanente do solo (SCV). Esses sistemas, que funcionam a exemplo do ecossistema florestal do qual eles se inspiram, foram aperfeiçoados no decorrer do tempo nos planos ecológico, agronômico e técnico-econômico. Eles oferecem, hoje, todas as garantias da agricultura sustentável : cada vez mais produtivos (mais de 28-30 t/ha de fitomassa seca anual), com cada vez menos insumos químicos, todos eles são construidos numa reconquista da biodiversidade = rotações de culturas (soja, arroz, algodão e culturas de safrinha), integração agricultura-pecuária, solos sempre protegidos sob coberturas mortas e/ou vivas, biologicamente ativos, que seqüestram eficientemente o carbono, favorecem a retenção dos nutrientes (CTC maior) e funcionam em circuito fechado como a floresta (ciclagem profunda das bases e nitratos,injeção de carbono em profundidade) . Os Trópicos úmidos (TU) do Mato Grosso se tornaram campeões de produtividade do Brasil para a soja, o arroz de sequeiro e o algodão de alta tecnologia. Na adversidade (isolamento econômico, condições pedoclimáticas muito difíceis), nasceu e depois se fortificou um perfil de agricultores muito competentes, capazes de enfrentar os mercados globalizados sem subsídios.

Tillage accelerates organic matter destruction under tropical agriculture conditions. No-till cropping systems involving direct seeding on permanent plant cover enable short-term soil restoration. Cover plant choices are crucial. Soil carbon can thus be boosted to levels generally found in natural ecosystems, even when starting from degraded soils. Direct seeding systems promote net CO2 storage rather than net production. CIRAD has been working on such systems in Brazil, Asia, Réunion and Madagascar. This poster reports some results obtained in central-western Brazil (hot humid tropical area).

Un dispositif agronomique pérennisé entre 1995 et 1999 avec des systèmes de culture de maïs à couvertures végétales a été installé dans la zone écologique à forêt semi-décidue de Côte d'Ivoire. L'offre en N d'origine organique est étudiée dans le cadre de systèmes de culture de maïs, avec une durée de jachère de 6 mois (SC6MJ) et 18 mois (SC18MJ). Les jachères sont occupées soit par Chromolaena odorata (subspontanée), soit par Pueraria phaseoloides (introduite). Ces quatre systèmes sont comparés à deux témoins, un sans Chromolaena pour les SC6MJ et un avec brûlis de Chromolaena pour les SC18MJ. Les systèmes à couvertures végétales sont gérés en couvertures vivantes avec des herbicides et leur pérennité est assurée par une reprise de croissance des espèces avant la récolte de la céréale. Les systèmes à SC6MJ bénéficient d'une fertilisation modérée en phosphore. L'étude réalisée pose comme hypothèses de départ que (i) les déterminants de l'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 (ii) ces effets se concentreront à la surface du sol.Le potentiel de minéralisation des litières au laboratoire est corrélé avec leur rapport C/N, plus faible pour Pueraria (C/N entre 20 à 23) que pour Chromolaena (C/N entre 25 à 43). En 1998 la vitesse de disparition des litières suivie avec des « sacs de décomposition » est beaucoup plus rapide qu'en 1999 en relation au début du cycle de décomposition avec le régime pluviométrique. Les deux années la quantité de litières présentes après la coupe détermine le taux de décomposition à moyen terme des litières. Ces dynamiques, modélisées sur deux années, permettent de distinguer un compartiment de litières à disparition rapide et un compartiment à disparition lente. La comparaison des pertes en C dans des « sacs de décomposition » à maille différente montre que l'activité de la mésofaune et de la macrofaune du sol pourrait être responsable de la disparition de 50 % des litières au début du processus de décomposition et de 35% à la fin du processus de décomposition. Leur action de fragmentation et d'incorporation au sol des litières (meules des termites champignonnistes situées à la surface du sol) permet une disparition comparativement plus rapide des litières de Chromolaena que celles de Pueraria. L'application des modèles aux données obtenues sur les mobilisations en N des jachères en relation avec les besoins de la culture en N indique un risque « d'asynchronie » en début de cycle une offre insuffisante en fin de cycle pour les SC6MJ peu de différenciation entre l'offre de Chromolaena et celle de Pueraria. L'offre en N in situ du sol en surface (0-10 cm) en 1998 et 1999, estimée pendant des périodes de 90 jours durant le cycle du maïs par des mesures et des incubations de sol, est corrélée pour les SC6MJ avec les mobilisations en N du maïs dans les parties aériennes. C'est le traitement avec Pueraria qui les deux années satisfait le mieux les besoins en N de la culture et cette offre est comparable à celle des SC18MJ. L'offre en N varie peu selon les traitements des SC18MJ. Le régime pluviométrique intervient (i) à une échelle pluriannuelle, en déterminant, l'intensité du pic de minéralisation en N minéral du sol et les accumulations en N dans les parties aériennes des jachères (ii) à l'échelle de la campagne en interaction avec les litières en surface et l'activité des systèmes racinaires des couvertures végétales. La litière de Pueraria semble mieux conserver l'humidité du sol et le système racinaire de Chromolaena mobiliser de plus fortes quantités d'eau.En situations hydriques limitantes, la minéralisation nette est corrélée aux humidités de sol. Les litières semblent être à l'origine en 1998 de l'augmentation de la biomasse microbienne du sol en surface créant ainsi une source potentielle d'immobilisation temporaire de N. En 1998 l'offre en N estimée par minéralisation nette indique une meilleure synchronie avec les besoins de la culture malgré une pluviométrie plus abondante en début de cycle par rapport en 1999. Une étude utilisant l'abondance naturelle 15N permet d'estimer que la litière de Pueraria peut contribuer fortement à la nutrition azotée de la culture, de 30 à 41% en 1998 et de 64 à 87% en 1999 dans le cadre du système de culture à jachère de 6 mois.Les différenciations sur les matières organiques du sol (MOS) indiquent un début d'effet sur les stocks évalués sur 0-10 cm en moyenne à 2.34 t ha-1 N pour les SC6MJ et en moyenne à 2.83 t ha-1 N pour les SC18MJ. Pour les SC6MJ la différence obtenue entre les apports et les pertes sur quatre années suggère que Chromolaena conserve mieux les stocks en C et N que Pueraria. La comparaison avec une jachère forestière située hors dispositif indique que la disponibilité en matériaux facilement minéralisables dans nos agrosystèmes est réduite en fin de saison des pluies diminuée par la pratique du brûlis peu augmentée par la pratique de la jachère. Les études sur des incubations de longue durée (106 et 85 jours) montrent des effets significatifs sur les modélisations faites par ajustement aux points expérimentaux sur les cinétiques de respiration et de minéralisation nette cumulées (exprimées en proportion par rapport au C et N total du sol). Elles permettent d'identifier d'importants facteurs de différenciation au niveau du compartiment des MOS à taux de renouvellement élevé. Pour les SC6JM ce compartiment représente une part plus importante avec Pueraria, certainement en relation directe avec des apports cumulés de plus grande qualité biochimique (rapport lignine / N). La durée de la jachère n'améliore pas la disponibilité en N facilement minéralisable indiquant ainsi un blocage de C et N au niveau du sol de nature physique et/ou biochimique.

Au Brésil, dans les zones agricoles traditionnelles ainsi que sur les fronts pionniers du sud de l'Amazonie, l'utilisation indiscriminée d'équipement à disques et la monoculture du coton et du soja, ont complètement déstructuré les sols et alourdi les coûts de production en raison de l'augmentation de l'érosion des sols, des adventices, des maladies et ravageurs. Depuis 1985, l'équipe du Cirad, avec divers partenaires brésiliens, s'est fortement investie sur le Semis Direct (SD) dans les régions des Cerrados, de forêts humides du sud du bassin amazonien et de forêts tropicales du Brésil central. Ce projet a conçu des systèmes de culture très diversifiés, en Semis Direct (SD), adaptés aux zones tropicales chaudes (en particulier pour des cultures réputées difficiles comme le riz pluvial et le coton), et a très fortement contribué à leur diffusion et les a adaptées à d'autres conditions pédoclimatiques et socio-économiques tropicales et subtropicales. Actuellement ce travail se réalise au travers de conventions de recherche avec le Groupe MAEDA (premier producteur de coton du Brésil dans les états de SP, GO et MT) et avec AGRONORTE (entreprise de recherche au MT) et en collaboration avec des agriculteurs leaders. l'objectif du projet est : la mise au point des systèmes novateurs en SD et l'amélioration de leurs performances agro-économiques, en particulier par la réduction des coûts de production et leur capacité à séquestrer le carbone la création de matériel génétique dans les systèmes de SD et la formation des acteurs du développement Les travaux sont essentiellement orientés vers les culture de riz, coton, soja et les nouvelles introductions d'espèces pour la production de biomasse en safrinhas, qui sont les cultures de succession du riz, du soja, du maïs, pratiquées avec un minimum d'intrants ou sans intrants à Les systèmes testés, tous en semis direct, peuvent intégrer l'élevage tous les ans, ou avec des rotations comportant 3 ou 4 ans de cultures en semis direct sur biomasse de couverture, et 3 ou 4 ans de pâturages, ou avec des systèmes sur couvertures vivantes fourragères sur lesquelles des grains sont produits en semis direct (riz, soja, maïs, coton). La productivité des systèmes de culture est corrélée à l'importance de la biomasse de couverture : le soja et le riz pluvial long fin pratiqués avec le minimum d'intrants produisent entre 3 000 et 3 600 kg/ha, pour des coûts de production compris respectivement entre 310 et 340 US$/ha. En présence de davantage d'intrants (plus d'engrais, fongicides sur riz), le soja produit plus de 4 200 kg/ha (maximum de productivité enregistré de 7 000 kg/ha) et le riz pluvial oscille entre 6 000 et 7 000 kg/ha (rendement maximal de 9 000 kg/ha) dans les meilleurs systèmes en Semis Direct, avec des coûts de production respectifs de 370 à 530 US$/ha.Avec le lancement en 2000 par AGRONORTE, de l'Eleusine coracana ("pé de galinha") comme biomasse de couverture, un nouveau pas a été franchi dans l'amélioration du Semis Direct. Cette plante constitue la machine la plus puissante connue aujourd'hui pour, dans un espace de temps court, restructurer le sol et injecter des quantités expressives de carbone dans le profil cultural, participant ainsi à la séquestration active de cet élément. Avec de nouveaux cultivars de mil et sorgho, peu sensibles au photopériodisme et capables d'utiliser l'eau en profondeur, l'éleusine est une option pour la diversification des cultures de succession et sera en particulier une nouvelle option de safrinha, même en semis direct tardif, doublé d'une excellente vocation fourragère. En ce qui concerne le coton, le projet s'est concentré à partir de 2000 sur le Mato Grosso qui produit 50% du coton brésilien et où le groupe MAEDA plante plus de 10.000 ha en semis direct. Les meilleures variétés de riz et de coton ont été triées en fonction de leurs performances en semis direct. La productivité de coton graine en Semis Direct est comprise entre 3 300 et 5 200 kg/ha en fonction du niveau d'intrants, avec des coûts de production variant entre 1 200 et 1 600 US$/ha. La variété de coton Coodetec 402 (création Cirad/COODETEC ) confirme sa forte productivité (jusqu'à 3 t/ha de coton graine) et bonne stabilité en semis direct de "safrinha" à faible niveau d'intrants (avec des coûts de production environ 50% inférieurs à ceux pratiqués par les agriculteurs). Plus de 200 nouveaux cultivars de riz à aptitudes pluviales et irriguées, à qualité de grain exceptionnelle et à très haute productivité (de 6 à 9 t/ha) ont été identifiés sur semis direct. Une nouvelle variété de riz pluvial de haute technologie (Sucupira), a été lancée en 2001 sur plus de 40 000 ha. Enfin, les chercheurs du Cirad-CA de Goiânia ont contribué fortement au transfert et à l'adaptation de ces modes de gestion durable des sols tropicaux à Madagascar, l'île de la Réunion, puis plus récemment la Tunisie, le Cameroun et le Mali en Afrique, le Laos et le Vietnam en Asie, dans le cadre d'un ample accord international de coopération réunissant l'AFD, le MAE, le FFEM et le Cirad qui en est l'opérateur principal , Lucien Séguy est l'animateur scientifique de ce réseau Cirad sur le semis direct (projet SCV). Un nouveau partenariat vient d'être mis en oeuvre, à partir de 2001, avec le laboratoire de biogéochimie CENA de l'USP de Piracicaba (Dr Carlos Cerri, en coopération C. Feller et V. Eschenbrenner de l'IRD), pour l'étude de la dynamique du carbone dans les systèmes de culture. Le dispositif de terrain du Cirad en matière de création de systèmes novateurs en SD doit servir de support pour l'étude commune de la dynamique du carbone dans ces systèmes.

Les systèmes de culture en semis direct avec couvertures végétales mortes, le plus souvent des résidus de culture, qui protègent le sol entre deux cultures, ont été adoptés pour lutter contre la dégradation des sols par l'érosion éolienne ou hydrique. Par la suite, pour faire face à des situations où les résidus de culture disparaissaient rapidement (climat tropical humide ou enlèvement des résidus), ce sont les systèmes avec couvertures vives qui ont été proposés. La possibilité de maîtriser durablement, en milieu tropical, un système où plantes cultivées et peuplement de couverture se succèdent et son intérêt économique ont été reconnus. Des progrès sont réalisés tout particulièrement dans la sélection, au sein de ces systèmes, des variétés des plantes cultivées et des espèces de couverture. Après un exposé des principes de construction de ces systèmes de culture, des résultats obtenus en divers milieux tropicaux sont présentés. Les niveaux de rendement sont comparables, voire supérieurs au travail du sol classique et les temps de travaux réduits très fortement. La consommation d'intrants est réduite du fait de l'enrichissement minéral de la couche superficielle du sol et de l'effet herbicide des couvertures végétales. L'accumulation de matière organique qu'ils génèrent contribue à la fourniture d'éléments minéraux, mais aussi à enrichir le stock d'humus à travers l'apport de matières végétales à C/N élevé. Ces systèmes présentent un intérêt pour le stockage du carbone. Des exemples d'évolution de la teneur en matière organique sur plusieurs années sont fournis. En milieu tropical ou subtropical, les teneurs en matière organique des situations initiales de jachère ou de défriche forestière sont à nouveau atteintes après quelques années de culture sous couverture végétale vivante. Ces systèmes apparaissent comme les plus performants parmi les systèmes cultivés.

15 posters systèmes de culture, matière organique, semis direct

En agriculture tropicale, le travail du sol accélère la destruction de la matière organique. Sa restauration est possible en quelques années grâce aux systèmes de culture sans travail du sol, en semis direct sur couverture végétale permanente. Le choix des plantes de couverture est déterminant. Le taux de carbone du sol peut atteindre alors celui des écosystèmes naturels, même en partant de conditions dégradées. Grâce au semis direct, l'agriculture agit comme stockeur net de CO2 et non plus comme producteur net. Le Cirad a travaillé sur de tels systèmes au Brésil, en Asie, à la Réunion et à Madagascar. Ce poster rapporte quelques résultats obtenus au centre-ouest du Brésil (secteur tropical humide).

Systèmes de culture et Dynamique de la matière organique - Partie 2 systèmes de Semis Direct, évolution de la M.O. et séquestration du C, évolutions das productivités de riz pluvial, soja et coton, et des marges des systèmes comparées (conventionnels et Semis Direct SCV), utilisation des réserves d'eau dans le profil cultural, et conclusions.