Participatory design and numerical evaluation of spatialized scenarios of cropping systems. Application on phoma stem canker of winter oilseed rape and resistance sustainability
Conception participative et évaluation numérique de scénarios spatialisés de systèmes de culture. Cas de la gestion du phoma du colza et de la durabilité des résistances
Résumé
The intensification and the homogenization of agricultural systems led to agrosystèmes that are more sensible to pests and diseases. To limit the impacts of these pests and diseases without increasing pesticides use, an efficient solution is the use of resistant cultivars. Sustainability of these resistances can be low, in link with the adaptation of pathogen populations. It is thus necessary to design cropping systems allowing both the control of pests and diseases and preservation of cultivar resistances. Such management strategies can combine cropping practices and their spatial organization, for pathosystems whose agents are wind-dispersed. The design of these strategies can benefit from participatory approaches, taking into account the local cropping systems and stakeholders' organizations. The evaluation of these strategies, hardly testable in reality due to the spatial and temporal scales involved, can benefit from a modeling approach. Within this scope, this PhD thesis designed and tested, in two study regions, a participatory method of scenarios design, aiming at building with local stakeholders scenarios of spatial organization of cropping systems and to assess them with regards to their performances on phoma stem canker of winter oilseed rape and resistance durability management. Participatory designed scenarios explore agricultural futures that may happen by identifying the possible evolutions of the context (economic, political, regulatory or epidemic), in a predictive or more exploratory way. Scenarios are then evaluated numerically with a pre-existing model, for three criteria relevant for the stakeholders: yield losses, structure and size of the pathogen population. This analysis has been performed at two complementary spatial scales: the regional and the local scale, considering hundreds of meters around fields cropped with sensitive cultivars. These analyses showed the importance of crop rotations, cultivars and tillage for the evolution of the disease and resistance sustainability. These analyses also showed the necessity of taking into account different scales for disease management. Indeed, size of the pathogen population and yield losses are well related to the landscape composition in terms of cropping practices, but a more local scale is necessary for the assessment of the genetic structure of the pathogen population. This indicator is thus significantly linked with the cultivars and cropping practices in the 500 meters around fields cropped with the considered resistance. Finally, we explored spatial (isolation) and temporal rules for rapeseed spatial and temporal allocations that could be used to manage resistance. For these strategies to be applied, coordination between stakeholders at the agricultural territory would be necessary, which could be necessary in case of strong phoma stem canker epidemics. The method we applied could be used to explore other thematic with a spatial component, as for instance pests or erosion. This could allow a multi-criteria analysis, for instance taking into account pathogens of different crops included in a rotation, thus identifying the cropping practices that could promote management of these local problems.
L'intensification et l'homogénéisation des paysages agricoles a rendu les agrosystèmes plus sensibles aux bioagresseurs. Pour limiter les impacts de ces bioagresseurs sans recourir de manière intensive aux pesticides, une solution efficace est l'utilisation de variétés résistantes. La durabilité de ces résistances peut être faible, en lien avec l'adaptation des populations pathogènes. Il est donc nécessaire de concevoir des systèmes de culture permettant le contrôle des bioagresseurs et la préservation des ressources variétales. Ces stratégies de gestion peuvent reposer sur la combinaison de pratiques agricoles et d'organisation spatiale de ces pratiques, pour des pathosystèmes dont les agents sont dispersés par le vent. D'une part, la conception de ces stratégies peut bénéficier d'une approche participative, prenant en compte les conditions de culture et l'organisation des acteurs locaux. D'autre part, l'évaluation de ces stratégies, dont l'expérimentation est délicate du fait des échelles spatiale et temporelle requises, peut bénéficier d'une approche modélisatrice. Dans ce cadre, ce travail de thèse a mis au point et testé, sur deux régions d'étude, une méthode participative de construction de scénarios d'organisation spatiale des systèmes de culture, évalués vis-à-vis du contrôle du phoma du colza et de la gestion des résistances. Les scénarios co-construits explorent les futurs agricoles possibles en identifiant les tendances possibles d'évolution du contexte (économique, politique, règlementaire, épidémique), de manière prédictive ou plus exploratoire. Ils ont ensuite été évalués numériquement à l'aide d'un modèle préexistant, vis-à-vis de trois critères pertinents pour les acteurs : les pertes de rendement, la taille de la population pathogène et sa structure. Ces scénarios ont ensuite été évalués à l'aide de régressions linéaires, de manière à identifier les pratiques agricoles les plus influentes sur les trois critères d'évaluation considérés. Cette analyse a été réalisée à deux échelles spatiales complémentaires : l'échelle d'une petite région agricole et l'échelle locale, considérant plusieurs centaines de mètres autour des parcelles de colza pouvant être infectées. Ces analyses ont permis de mettre en évidence la prépondérance des rotations, des variétés et de la gestion des résidus de colza dans l'évolution de la maladie et sur la durabilité des résistances. Elles ont également montré la nécessité de prendre en compte plusieurs échelles pour la gestion de la maladie : si la taille de la population pathogène et les pertes de rendement peuvent être déterminées à partir de la composition en termes de systèmes de culture à l'échelle du paysage, une échelle plus locale est nécessaire pour évaluer l'évolution de la structure génétique de la population. Cet indicateur est en effet très lié aux variétés et aux pratiques présentes dans les 500 mètres autour des parcelles porteuses de la résistance considérée. Finalement, l'exploration de règles spatiales (isolement) et temporelles (maximisation des surfaces un an sur deux) des parcelles de colza ou des types variétaux a mis en exergue le fort potentiel de stratégies basées sur ces règles pour la gestion des résistances. La mise en place de ces stratégies nécessiterait une coordination entre les différents acteurs, à l'échelle du territoire agricole, qui pourrait s'avérer nécessaire en cas d'épidémie importante de phoma. La méthode mise en place pourrait être utilisée pour explorer la gestion d'autres thématiques à composante spatiale, comme par exemple l'érosion ou la gestion d'autres bioagresseurs. Ceci pourrait permettre une évaluation multicritère, prenant par exemple en compte les bioagresseurs de différentes cultures composant une même rotation, identifiant ainsi les pratiques les plus à mêmes de gérer simultanément les différentes thématiques locales.
Origine : Version validée par le jury (STAR)