Renforcer la biodiversité et les services écosystémiques pour une gestion durable des systèmes socio-écologiques

Il s'agit du projet phare 3 de la 1ère phase (2013-2016) du LabEx BASC. 

Porteuses: Muriel TICHIT (SADAPT) & Marie-Hélène JEUFFROY (Agronomie)

Partenaires

• académiques
  • dans BASC: Economie Publique, Ecosys, GQE Le Moulon, BIOGER
  • international: Allemagne, Grande Bretagne, Danemark, Belgique
• non académiques: Coop de France – Métiers du Grain, l’Association Nationale de la Meunerie Française, le GEVES, le GNIS, Arvalis, FranceAgriMer, agriculteurs, éleveurs, gestionnaire de marais, naturalistes, chambre d’agriculture

Des changements profonds dans les pratiques agricoles sont nécessaires pour renforcer la durabilité des agroécosystèmes. Ils nécessitent des évolutions majeures des systèmes socio- écologiques (SSE) dans lesquels s’insèrent les agroécosystèmes. Face à ce constat, le projet-phare 3 vise à explorer les moyens de favoriser la biodiversité en vue d’accroître les services écosystémiques au sein des agroécosystèmes, à quantifier les conséquences de cet accroissement, et à identifier les outils et dispositifs favorisant la transition des systèmes socio-écologiques. Des questions se posent notamment sur les échelles d’action pertinentes et efficaces (et leur éventuelle combinaison) pour favoriser la biodiversité fonctionnelle en vue d’accroître les services écosystémiques qui renforcent la durabilité des agroécosystèmes. Plusieurs revues récentes soulignent notamment, sans le démontrer, l’intérêt de stratégies d’usage des terres de type mixtes (i.e. combinant sparing / sharing) pour réconcilier biodiversité et production. De telles actions demandent des instruments politiques et des organisations sociales qui favorisent et encouragent l’adoption individuelle de nouvelles pratiques et l’action collective au niveau de territoires (e.g. coordination entre agriculteurs et entre agriculteurs et autres usagers de l’espace).

A partir des deux premiers séminaires d’animation scientifique, les concepts phares du projet 3, ainsi que les cadres théoriques et les fronts de recherche sous-jacents, ont été partagés au sein de la communauté BASC concernée. A partir de ces informations, un appel à post- doc a été lancé, et a permis de financer 4 sujets (décrits ci-dessous). Un troisième séminaire d’animation scientifique a permis de poursuivre le partage des concepts, cadres théoriques et fronts de recherche, sur un sujet complémentaire central pour le projet-phare 3, tout en permettant la présentation des travaux des post-docs en cours.

Trois axes avaient été identifiés dans le projet-phare 3 de BASC pour produire des avancées en termes de connaissances scientifiques et opérationnelles:

Axe 1. Comprendre et quantifier le rôle de la biodiversité à différentes échelles pour favoriser l’obtention de services écosystémiques, en vue de réduire la dépendance des agroécosystèmes aux intrants chimiques et de favoriser les performances multifonctionnelles des agroécosystèmes.

Le post-doc de Marine Zwicke visait à évaluer les services rendus par la biodiversité liée au sol, en étudiant son fonctionnement, et en mettant l’accent sur les connexions entre les compartiments aérien et souterrain. Deux essais ont été mis en œuvre pour (i) analyser l’effet de la diversité fonctionnelle des vers de terre sur les interactions entre plantes (colza, légumineuses et adventices) dans un couvert associé, (ii) étudier le rôle de la diversité fonctionnelle des bandes fleuries sur les communautés d'invertébrés du sol et les fonctions écologiques dans les cultures adjacente de colza.

Résultats : Le volume de données collectées étant très conséquent, seule une partie relative à la question 1 a été valorisée en fin de projet. Les effets directs de la diversité fonctionnelle des vers de terre sur la biomasse aérienne et souterraine du colza ne sont pas interprétables en tant que tels car ils se traduisent par une modification des interactions avec les adventices et par une modification des stratégies de croissance et d’allocation de biomasse des plantes. Par ailleurs, les effets des niveaux de diversité des vers de terre semblent surtout s’exercer via les propriétés du réseau de galeries créé (longueur de galeries, connectance), avec par exemple une relation négative entre la longueur totale de galeries de vers de terre et la longueur de racines de colza.

(Extrait de la présentation des résultats du projet aux journées scientifiques 2017 du LabEx)

Axe 2. Concevoir et évaluer des agroécosystèmes renforçant et capitalisant sur la biodiversité fonctionnelle à différentes échelles.

Le post-doc de Maria Pérez-Urdiales visait à proposer des stratégies de gestion des paysages agricoles (ré)conciliant production agricole et autres services écosystémiques à différentes échelles spatiales. Le travail s’est appuyé sur des modèles écologiques-économiques spatialement explicites et représentant les décisions d’agriculteurs (agent-based model). Ces modèles ont été utilisés pour explorer les arbitrages entre services écosystémiques dans les systèmes « prairie-cultures ». L’originalité de cette modélisation réside dans la formalisation des interactions entre dynamiques écologiques et décisions des acteurs au niveau des territoires. La performance des paysages simulés a ensuite été évaluée par des approches économiques d’analyses d’efficacité (compétences apportées à l’équipe par María Pérez-Urdiales).

Résultats : L’approche de modélisation a permis de définir la composition des paysages la plus efficace pour fournir conjointement plusieurs services. La première valorisation de ces travaux porte sur l’analyse des arbitrages entre production agricole et service de contrôle biologique des ravageurs. Nous avons identifié les stratégies efficientes en termes de déploiement des habitats non cultivés favorables aux auxiliaires et des traitements phytosanitaires, et notamment la composition optimale des paysages. Les travaux en cours en fin de projet visent à appliquer ces mêmes techniques à des paniers de services écosystémiques (production agricole, fertilité des sols, bilan gaz à effet de serre, pollinisation, pollution des eaux par les intrants et les particules en suspension).

Axe 3. Développer et tester des dispositifs et instruments de gouvernance et de politiques publiques efficaces pour repositionner les agroécosystèmes sur des trajectoires de durabilité.

Deux post-doc ont été mis en œuvre:

Déterminants socio-techniques de l’évolution de la diversité génétique du blé (1981-2006): Le postdoc de Rémi Perronne visait à caractériser l'évolution de la diversité génétique du blé tendre sur le territoire français pour la période 1981 – 2006 et à identifier les variables explicatives de la structuration spatio-temporelle de la diversité génétique du blé tendre. L’évolution de la diversité a été étudiée à l’échelle départementale et annuelle à l’aide de différents indicateurs dont HT*, un indicateur intégratif tenant compte de la répartition spatiale des variétés, de leurs différences génétiques et de la diversité génétique au sein de ces variétés (Bonneuil et al., 2012). L’analyse des variables explicatives a porté sur un ensemble de variables caractérisant les systèmes de culture, la pression des pathogènes foliaires majeurs du blé tendre et les déterminants organisationnels de la filière.

Résultats: L’étude de la structuration spatiale de l’évolution temporelle (1981-2006) des indicateurs de la diversité cultivée a montré que l’indicateur HT* présentait une évolution significative et non linéaire au cours du temps, variant sensiblement selon le département considéré. Nous avons identifié des départements présentant une évolution temporelle similaire pour chacun des indicateurs de diversité. Ces évolutions temporelles étaient structurées en grandes régions agricoles le long d’un gradient principal nord-sud à l’échelle du territoire métropolitain (Perronne et al. 2017). Ces évolutions contrastées suggèrent que certains facteurs, structurés régionalement, ont pu influencer la diversité du blé tendre de manière distincte entre régions agricoles. Parmi les facteurs ayant pu influencer la diversité cultivée, nous avons identifié l’accroissement de l’offre variétale et sa disponibilité auprès des agriculteurs, la segmentation du marché et la différenciation de gammes de variétés (Perronne et al 2016). Nous avons montré que les pressions de certains pathogènes foliaires étaient davantage corrélés au niveau de diversité génétique cultivée, tandis que la nature et la diversité du précédent cultural influençaient davantage la diversité variétale cultivée, la surface cultivée en blé tendre ayant un pouvoir explicatif élevé sur le niveau de diversité des deux composantes tandis que le nombre de coopératives apparaissait peu informatif. Finalement, nous suggérons que des agroécosystèmes plus diversifiés à l’échelle interspécifique pourraient favoriser une diversité intra-spécifique accrue (Perronne et al. in prep).

Nous avons également développé une approche méthodologique pour caractériser les changements temporels génétiques ou variétaux. Cette approche a été appliquée aux données d’évolution de la diversité du blé tendre sur la période 1986 – 2001, et a permis de mettre en évidence une augmentation de la ressemblance génétique entre variétés cultivées d’une année sur l’autre au cours du temps malgré quelques ruptures dans cette tendance dues à certaines variétés à succès, génétiquement plus distantes (Perronne et Goldringer soumis). Les données d’assolement des variétés ont permis de proposer une série d’indicateurs du cycle de vie commerciale des variétés. En se focalisant sur la rouille jaune lors de la période épidémique 1987- 1991, nous avons pu souligner l’influence de ce pathogène sur le retrait rapide de variétés sensibles destinées à l'alimentation animale, substituées par une variété résistante présentant un profil comparable par ailleurs. Cette approche a permis d’identifier des variétés présentant potentiellement une résistance durable à la rouille jaune (Perronne et al. en révision).

Outil de concertation pour tester de nouveaux contrats agri-environnementaux: Le postdoc de Pierre-Yves Hardy visait à finaliser le développement d’un outil d’aide à la concertation (jeu de rôles BotNidVeau) et à le mettre en œuvre avec un panel d’acteurs locaux. Le jeu de rôle BotNidVeau aborde la gestion de la biodiversité, des niveaux d’eau et de la production agricole en marais. Il a permis de tester sur un territoire fictif un ensemble de solutions innovantes, en particulier des contrats agro-environnementaux comportant une dimension collective (MAE Collective, GIEE), et d’en analyser les conséquences, tant environnementales (biodiversité, services écosystémiques), que productive et économiques.

Résultats: L’organisation de sessions de jeu de rôles et l’analyse des préférences des participants au cours des phases de jeu et de débriefing a permis de mesurer l’efficacité des contrats agro- environnementaux comportant une dimension collective (MAE Collective, GIEE) ainsi que leur degré d’acceptabilité. Le jeu de rôles a également permis de mesurer les apprentissages produits en matière de contribution collective à la préservation de la biodiversité. La démarche a ainsi contribué à révéler aux agriculteurs que concurrence et complémentarité d’usages sont liés sur le territoire et qu’en se coordonnant pour allouer spatialement les différents usages, ils peuvent améliorer la fourniture de services écosystémiques et la conservation de la biodiversité tout en maintenant leur performance agricole.

(Extrait de la présentation des résultats du projet aux journées scientifiques 2017 du LabEx)

Conclusions

===>Découvrez la présentation powerpoint des résultats du projet phare 3 (journées scientifiques 2017 du LabEx)

Publications

Revues internationales

> Hardy, PY, Dray, A, Cornioley, T, David, M, Sabatier, R, Kernes, E, Souchère, V. (2020). Public policy design: Assessing the potential of new collective Agri-Environmental Schemes in the Marais Poitevin wetland region using a participatory approach, Land Use Policy, vol 97 =====>

> Perronne, R., Goldringer, I. (2018). Application of a partitioning procedure based on Rao quadratic entropy index to characterize the temporal evolution of in situ varietal and genetic diversity of bread wheat in France over the period 1981-2006. Theor Appl Genet (2018) 131: 775. doi:10.1007/s00122-017-3034-x

> Perronne R., Diguet S., de Vallavieille-Pope C., Leconte M., Enjalbert J. (2017). A framework to characterize the commercial life cycle of crop varieties: Application to the case study of the influence of yellow rust epidemics on French bread wheat varieties. Field Crops Research 209: 159–167 doi:10.1016/j.fcr.2017.05.008**

> Perronne, R., Makowski, D., Goffaux, R., Montalent, P. & Goldringer, I. (2017). Temporal evolution of varietal, spatial and genetic diversity of bread wheat between 1980 and 2006 strongly depends upon agricultural regions in France. Agriculture, Ecosystems & Environment 236: 12-20. http://dx.doi.org/10.1016/j.agee.2016.11.003

Monographies, ouvrages collectifs

> Hedde, M, Blanchart, E, Blouin, M, Boulanger-Joimel, Yvan Capowiez, S et al.. Impact des invertébrés sur les fonctions des sols et leurs applications dans les systèmes sol-plante. Les sols et la vie souterraine : des enjeux majeurs en agroécologie, Chapitre 6, QUAE, 328 p., 2017, 978-2-7592-2651-1. ⟨hal-01607475⟩

> Perronne, R., Hannachi, M., Lemarié, S., Fugeray-Scarbel, A. & Goldringer, I. 2016. L’évolution de la filière blé tendre en France entre 1980 et 2006 : quelle influence sur la diversité cultivée ? Notes et études socio-économiques 41: 83-113.

Communications orales avec actes

> Zwicke M, Gardarin A, Richard-Molart C, Capowiez Y, Hedde M (2016). How does earthworm functional diversity affect rapeseed-weeds interactions? Colloque international d'Ecologie de la Société Française d'Ecologie, Marseille (France).

> Zwicke M, Gardarin A, Richard-Molart C, Capowiez Y, Hedde M (2016). Comment la diversité fonctionnelle des vers de terre modifie les interactions entre plantes dans un couvert associé ? Rencontres annuelles du réseau 'Traits Ecologiques et Biologiques des Organismes du Sol', Toulouse (France).

> Zwicke M, Gardarin A, Richard-Molart C, Hedde M (2015). Effet de la diversité fonctionnelle dans le sol sur les interactions interspécifiques végétales dans un système de cultures associées à une légumineuse. Rencontre annuelle du réseau 'Traits Ecologiques et Biologiques des Organismes du Sol', Rouen (France).

> Hedde M, Decaëns T, Blouin M, Capowiez Y, Garnier E, Joimel S, Peres G, Zwicke M, Jouquet P, Blanchart E (2015). Impact de la faune sur les fonctions des sols et leurs applications dans les systèmes sol-plante. Utilisation du potentiel biologique des sols, un atout pour la production agricole, Paris (France)

> Pérez-Urdiales M. (2016). VII Congreso Internacional de Eficiencia y Productividad (EFIUCO), Cordoba, Spain, May 19-20, 2016.

> Martinet V. (2016). FAERE 2016 (International Conference of the French Association of Environmental and Resource Economists), Bordeaux, September 8-9, 2016.

> Langlois B (2016). Agroecological Production Possibility Frontiers and the Role of Economic Incentives in the Provision of Ecosystem Services, BIOECON Conference, Cambridge, UK, October 14-16, 2016. Oral Presentation (Barbara Langlois)

> Perronne, R., Makowski, D., Schott, C., Hannachi, M., Goffaux, R., Montalent, P., Aubertot, J-N., Cellier, V., Lemarié, S., Fugeray-Scarbel, A., de Vallavieille-Pope, C., Leconte, M., Enjalbert, J., Fernandez-Manjarrés, J., Stetzler, M., Diguet, S., Poulain, N. & Goldringer, I. Structure spatio- temporelle de la diversité cultivée du blé tendre et de ses déterminants potentiels: étude de cas en France. p32-33. Petit Pois Déridé – 37ème édition, Amiens, France, 29-31 August 2016. 

> Perronne, R., Makowski, D., Goffaux, R., Montalent, P. & Goldringer, I. Des évolutions contrastées de la diversité cultivée en blé tendre entre régions agricoles françaises au cours de la période 1980-2006. Ecologie des Communautés Végétales (ECOVEG 12), Brest, France, 28-30 March 2016.

> Perronne, R., Goldringer, I. & Schott. C. Relationships between in situ genetic diversity of wheat and crop sequences profiles in France between 1980 and 2006. 7ème Journée IDEEV, Gif-sur- Yvette, France, 6 October 2015 ===>

> Perronne, R., Makowski, D., Goffaux, R., Montalent, P. & Goldringer, I. L'évolution temporelle de la diversité génétique du blé est-elle structurée spatialement ? Étude de cas en France entre 1980 et 2006. Empirisme et Théorie en Écologie et Évolution, Gif-sur-Yvette, France, 28-30 September 2015.

> Hardy PY, Souchère V, Dray A, David M, Sabatier R, Kernéis E, (2016). Individual vs collective in public policy design, a coordination example in the Marais Poitevin region. Proceedings of the 8th International Congress on Environmental Modelling and Software, July 10-14, Toulouse, FRANCE. 1 page. Communication Orale

Communications affichées

> Zwicke M, Hedde M, Joimel-Boulanger S, Le Foch D, Gardarin A (2016). Does plant functional diversity in flower strips promote soil invertebrate diversity and ecological functions relationships in the adjacent rapeseed crop ? Colloque international d'Ecologie de la Société Française d'Ecologie, Marseille (France).

> Zwicke M, Hedde M, Joimel-Boulanger S, Le Foch D, Gardarin A (2016). Quel est le rôle de la diversité fonctionnelle des bandes fleuries sur les communautés d'invertébrés du sol et les fonctions écologiques dans les cultures de colza ? Rencontres annuelles du réseau 'Traits Ecologiques et Biologiques des Organismes du Sol', Toulouse (France).

> Zwicke M, Gardarin A, Hedde M (2015). Joining effects and response traits in biological network to analyse the provision of goods and services by biodiversity (JENNY). Journées Annuelles du Labex BASC, Orsay (France)

> Perronne, R., Makowski, D., Schott, C., Hannachi, M., Goffaux, R., Montalent, P., Aubertot, J-N., Cellier, V., Lemarié, S., Fugeray-Scarbel, A., de Vallavieille-Pope, C., Leconte, M., Enjalbert, J., Fernandez-Manjarrés, J., Stetzler, M., Diguet, S., Poulain, N. & Goldringer, I. Relative influence of cropping systems, injury profiles and institutional determinants on the spatio-temporal structure of bread wheat diversity in France. p235. 4th YNHM, Paris, France, 7-11 February 2017.

> Perronne, R., Diguet, S., de Vallavieille-Pope, C., Leconte, M., Enjalbert, J. Influence of yellow rust over the commercial life cycle of bread wheat varieties between 1985 and 2004. p39. 8th IDEEV Day, Gif-sur-Yvette, France, 18 October 2016.

> Perronne, R., Goldringer, I. Using a partitioning procedure based on Rao quadratic entropy index to analyze the temporal evolution of in situ varietal and genetic diversity: the case of bread wheat in France over the period 1981-2006. p40. 8th IDEEV Day, Gif-sur-Yvette, France, 18 October 2016.

> Perronne, R., Makowski, D., Goffaux, R., Montalent, P. & Goldringer, I. Temporal evolution of varietal and genetic diversity of bread wheat between 1980 and 2006 strongly depends upon agricultural regions in France. p130. EcoSummit, Montpellier, France, 28 August - 1 September 2016.

> Perronne, R. & Goldringer, I. Une méthode d’étude de l’évolution de la diversité cultivée in situ via la décomposition de l’entropie quadratique de Rao. p46. Petit Pois Déridé – 37ème édition, Amiens, France, 29-31 August 2016.

> Perronne, R., Stetzler, M., Enjalbert, J., Cellier, V., Goldringer, I., Turenne, N. & Aubertot, J-N. Spatiotemporal evolution of pathogen stresses in bread wheat in France: study of rusts and septoria coexistence. 7ème Journée IDEEV, Gif-sur-Yvette, France, 6 October 2015.

Vulgarisation

> Perronne, R., Hannachi, M., Lemarié, S., Fugeray-Scarbel, A. & Goldringer, I. 2016. L’évolution de la filière blé tendre en France entre 1980 et 2006 : quelle influence sur la diversité cultivée ? Notes et études socio-économiques 41: 83-113. Résumé: "Quels ont été les principaux facteurs sociotechniques, économiques, organisationnels et réglementaires susceptibles d’avoir influencé la diversité cultivée au cours des dernières décennies ? Dans cet article, nous présentons les résultats d’une réflexion sur le blé tendre, espèce cultivée d’intérêt économique majeur. Nous y présentons l’évolution des principaux cadres réglementaires, de la structure et de l’organisation de la filière, ainsi que l’évolution de l’offre variétale des obtenteurs et des distributeurs. Parmi les facteurs ayant pu influencer la diversité cultivée, nous accordons une attention particulière à l’accroissement de l’offre variétale et sa disponibilité auprès des agriculteurs, à la segmentation du marché et à la différenciation des gammes de variétés. Ce premier travail constitue un préalable afin de mieux prendre en compte les bénéfices associés à la biodiversité cultivée."

(une figure de l'article susmentionné)