Bases scientifiques des systèmes de semis direct : impacts sur
l’environnement
Dr. Rachid MRABETDirecteur de Recherche
INRA Rabat
Atelier « Perspectives de développement des pratiques d’adaptation au changement climatique au niveau de la région Tadla Azilal » Béni Mellal, 13 Mars 2014 – Centre de Formation, Club Omnisports
Observatoire Régional de l’Environnementet du Développement Durable
Région Tadla Azilal
ROYAUME DU MAROC
Agenda• Introduction: enjeux et constats• Concepts, Définition et Objectifs des SSD• Historique et évolution des SSD• Tendances et adaptabilité des SSD• Barrières potentielles à l’adoption des SSD• Programme scientifique sur SSD
– Impacts agronomiques– Impacts sur la qualité du sol– Impacts sur la séquestration du carbone– Impacts sur les pertes de sols– Impacts sur la perméabilité des sols– Impacts sur les échanges de CO2
• Phase de transition • Conclusions
Introduction • Phénomènes de sécheresse
• Conservation de l’eau• Récurrence• Stade et durée• Phénomènes extrêmes
• Lutte contre l’érosion: – Phénomènes d’érosion hydrique s’accentuent: les taux les plus élevés dans le monde.– Erosion aratoire!!!!– Désagrégation des sols
• Conservation des sols (fragiles)– Phénomènes de déperdition de la qualité des sols: pertes en matière organique et en fertilité: niveaux de
Matières Organiques les plus faibles.
• Productivité et rentabilité – Mauvaise gestion des cultures– Accoutumance aux labours
• Recherche & développement
Climat ‐ Productivité
Faibles rendements céréaliers et variabilité élevée.
Quels enjeux?L’agriculture marocaine est confrontée à un défimajeur d’augmenter la production en quantité et qualitétout en préservant les ressources naturelles et avec moinsd’eau pluviale.
En milieux semi‐arides et arides menacées par ladésertification, les systèmes de productionconventionnels n’arrivent plus à maintenir la fertilité et lacapacité de production des sols.
Ce constat est encore plus aigu dans un contexte de changement climatique.
Intégration du changement climatique dans la mise en œuvre du Plan Maroc Vert
Time
Soil
Org
anic
Mat
ter
Con
tent
Prod. > Decomp. Prod. > Decomp.Decomp. > Prod.
Native Accumulation Cultivated Agriculture Conservation Adoption
C SequestrationC Loss
Matière organique en perte continue et difficile de récuperer
Un deuxième Constat
• Le changement climatique fait que la gestion de l’eau et du sol dans l’agriculture est de plus en plus compliqué … pour des terres dégradées ou en dégradation et pour des exploitations plus fragiles
Le rôle fondamental de la gestion conservatoire des eaux et des sols
QUE FAIRE? Résilience des systèmes!
• L’amélioration de la productivité de l’eau pluviale et de qualité du sol pour une viabilité à long terme des systèmes de production.
• De bonnes pratiques de gestion s'imposent en raison des difficultés à résoudre les problèmes d'érosion, de fertilité des sols et de perte de la matière organique.
Amélioration de la productivité et la durabilité des systèmes de culture a travers l’application et l’adaptation des techniques de semis direct en
zones semi arides.
Des sols fertiles demain : un besoin absolu…
… pour satisfaire les besoins en quantité et qualité
Des impératifs
1. Augmenter la productivité des sols2. Préserver les sols
Lutter contre les phénomènes de dégradation des sols et régénérer les sols dégradés sont deux objectifs essentiels des systèmes de semis direct.
Qu’est ce que le système de semis direct?
Un système de production dans lequel les sols ne sont pas manipulés par les outils de travail du sol et sont protégés par un couvert végétal mort ou vivant Gestion agronomique en cohérence avec les contraintes environnementales.
Le système de semis direct : Un concept universel
4 principes du semis direct• Le semis direct repose sur quatre
principes :
– Absence quasi‐totale de travail du sol : seul l’élément semeur (dent ou disque) a une action sur le sol;
– couvrir en permanence le sol par une couverture morte constituée de résidus de récolte ;
– semer directement à travers cette couverture protectrice à l’aide d’outils appropriés;
– contrôler les mauvaises herbes sans perturbation du sol.
Quels sont les atouts des systèmes de semis direct vis‐à‐vis des changements climatiques, de la sécheresse et de la
dégradation des sols?
Ces 4 principes font système.
Histoire du Semis direct
1930‐40: Recherche (USA, UK)• Causes:
– EROSION: • Coûts “à la parcelle” 27.000 mill$/ an• Coûts“off‐site” 17.000 mill$/ an• Total 44.000 mill$/ an
– EnergieRéduction/simplification du travail du sol
• Problèmes:– Contrôle des mauvaises herbes– Machines pour semis direct
Le premier facteur d’émergence des systèmes de semis direct est d'ordre environnemental:
Lutte antiérosive (hydrique et éolienne)
• 1950‐Fin 80.– Developement des
herbicides.– Développement des semoirs
directs– Couverture Végétales (engrais
verts)
• Fin. 80‐… enorme progression
Histoire du Semis direct
100100
DustbowlDustbowl
19301930 2000200019501950
US
Soil
Con
serv
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19801980 19901990
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S
IITA
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ch
5050
Mill
. ha
Histoire de l’Adoption de semis direct dans le MondeHistoire de l’Adoption de semis direct dans le Monde
19701970Le semis direct est né aux Etats‐Unis.
Soja
Cotton
Les systèmes de semis direct ont été adoptés pour les céréales, les plantes sucrières, les cultures industrielles, les
légumineuses alimentaires, le maraîchage etc
BléMaϊs
Riz Légumineuses
poivrer
Luzerne
Salade
Tomate Onion
Concombre
USA 26.5USA 26.5
Canada 13.5Canada 13.5
Australia 17Australia 17
Europe 1Europe 1
Kazakhstan Kazakhstan
Africa 1Africa 1
Brazil 25Brazil 25
Semis direct dans le Monde : 125 Million ha Semis direct dans le Monde : 125 Million ha
Argentina 25Argentina 25
Paraguay 2.5Paraguay 2.5
China China
tropical savannahtropical savannah
continental, drycontinental, dry
temperate, moisttemperate, moist
temperate, moisttemperate, moist
continental, dry continental, dry
irrigatedirrigated
smallholdersmallholder
smallholdersmallholder
smallholdersmallholder
aridarid
aridaridlarge scalelarge scale
large scalelarge scale
large scalelarge scale
large scalelarge scale
large scalelarge scale
large scalelarge scale
subtropical, dry
tropical savannahtropical savannah
other LA 2other LA 2
>50%
<25%<25%
>70%>70%
up to 90%up to 90%
RussieRussie
Principales régions en agriculture de conservation
ArgentineBrésil
Etats‐Unis Australie
Drivers pour l’adoption de semis direct:ErosionEurope, Chine , Maghreb
Sécheresse: Espagne, Chine, Asie,Kazakhstan,Maghreb
Coûts de production: Partout ...
Tendances mondiales de l’agriculture de conservation
Pays année Superficie (1000 ha) année Superficie (1000 ha)
USA 2000 21,100 2011 26,500
Brésil 2000 14,300 2011 25,502
Argentine 2000 9,250 2011 25,553
Australie 1999 1,000 2011 17,000
Canada 2000 8,800 2011 13,481
Russie 2011 4,500
Chine 2011 3,100
Kazakhstan 2011 2,600
Paraguay 2000 950 2011 2,400
Bolivie 2000 240 2011 706
Uruguay 2001 119 2011 672
Espagne 2011 650
Monde 1998 53,000 2011 124,794
Importance du Semis Direct par Continent
Continent Superficie (1000 ha) %
Amérique du Nord 55,464 45
Amérique Latine 39,981 32
Australie/Nouvelle Zélande 17,162 14
Asie 4,723 4
Russie et Ukraine 5,100 3
Europe 1,351 1
Afrique 1,012 1
Totale 124,794 100
FAO (2011), CA Adoption Worldwide, http://www.fao.org/ag/ca/6c.html.
Importance en Afrique du Nord et Asie de l’Ouest
Pays Superficie en Ha
Liban 1,200
Tunisie 12,000
Syrie 18,000
Maroc 4,000 en 2010
Total 35,200
FAO (2011), CA Adoption Worldwide, http://www.fao.org/ag/ca/6c.html.
Semis direct: Adaptabilité• Le semis direct est en extension exponentielle à traversle monde et dans des écologies diversifiés. Il est adaptéà la plupart des cultures et espèces végétales.
• Accumulation de savoir sur les techniques,technologies et systèmes de semis direct estremarquable dans plusieurs pays et exceptionnelledans d’autres (herbicides, engrais, semoir, génétique)=> reflet d’enjeux de grande ampleur.
Le premier intrant en système de semis direct : La connaissance
Semis direct vs écologies • Arctique (Finlande) Tropiques (Kenya, Uganda) 50º latitude
Sud (Malvinas/Falkland);
• Niveau de la mer (Hollande) 3,000 m altitude (Bolivie, Colombie);
• Aride 250 mm/an (Maroc , Australie) 2,000 mm/an (Brésil) ou 3,000 mm/an (Chili);
• 0,5 ha ( Chine, Zambie) = 1000 hectares (Argentine, Brésil, Kazakhstan);
• Sol Sableux 90% Sables (Australie) 80% Argile (Oxisols ‐ Alfisols).
La diversité des climats et des sols où est développé le semis direct montre qu’il ne semble pas y avoir de limite technique à une extension de ce système au Maroc.
Donc…
La grande adaptabilité de ces technologies à des conditions variées sur le plan pédoclimatique et sur le plan des systèmes de production.
Pour le Maroc, le processus de diffusion de ces technologies est caractérisé par la lenteur et le faible taux d’adoption:
Ce constat s’explique par plusieurs facteurs associés aux 1) caractéristiques des exploitations agricoles; 2) attributs des technologies en question; 3) conditions économiques et politiques
Superficie en semis direct au Maroc est 4000 ha!!!
Programme scientifique sur les systèmes de semis direct1982‐2014
• Productivités des cultures• Conservation de l’eau
– Stockage et évaporation de l’eau des profils du sol– Jachère chimique– Céréales
• Systèmes de culture – Diversification des cultures et rotations– Gestion des résidus– Efficience d’utilisation de l’eau– Contrôle des mauvaises et maladies– Adaptation variétale– Fertilisation azotée et phosphatée
• Machinisme agricole– Conception et développement de semoirs directs
• Irrigation d’appoint• Qualité et fertilité des sols
– Agrégation du sol– Séquestration du carbone– Processus Infiltration de l’eau– Erosion du sol et ruissellement
• Faisabilité économique et sociale• Adaptation et adoption des systèmes de semis direct
Développer la connaissance scientifiquesur les systèmes de semis direct et leur impacts.
Région étudiées
• Abda• Chaouia‐Ouardigha• Zaers• Saiss
• Gharb• Pré‐Rif• Moyen Atlas
Qu’est ce que changent en SSD?
Fragmentation
Concentration
Profondeur
Labour
Non labourNon inversion Gradients Localisation des processus
(interface sol – atmosphère)
Moins de fragmentation
Architectureporale
Flux
Habitat
Deux petits changements techniques…
… aux conséquences importantes.
TCSL
Labour Pseudo-labour Travail superficiel Semis direct
Inversion Non inversion
Haddadj & Cloarec, 2010
...maintenir une couverture végétale en milieu aride est un défi et une barrière...maintenir une couverture végétale en milieu aride est un défi et une barrière
Les résidus sont desobstacles immédiats
mais un atoutdans le temps.
Gestion des résidus de récolte
Humidité, matière organique, fertilitébiologique, anti-erosifs, auto-fertilisation
environnement, services écosystèmiques …
Semis, engrais,adventices,
maladieset
RavageursElevage
Semoir semis direct: c’est un outil au service du système
Choix du semoir
Exigences des cultures
Volume et disposition des
résidus
Conditions pédo‐climatiques
Rotation
Stratégie à long‐terme
Mode, capacité et rapidité de semis
Matériel de traction
Maîtrise du système: Qualité du positionnement de la graine et de l’engrais.
Le succès d’un bon semis dépend de la capacité de l’équipement d’opérer sous des conditions
très variables versalité
Evolution technologique en matière de semoirs semis direct
• Pneumatique
Traction Manuelle
Traction Animale
Gestion des Mauvaises Herbes :Chimique, biologique, mécanique mais pas de perturbation du sol
Gestion des Mauvaises Herbes :Chimique, biologique, mécanique mais pas de perturbation du sol
Céréaliculture sous semis direct au Maroc
Région & pluie moyenne annuelle
Sol Rotation SDa SCb Années Références
Chaouia 350 mm
Calcimagnésique Blé Continu 2.47 2.36 4 Mrabet (2000a) Vertisol Blé-Jachère 3.70 2.60 10 Bouzza (1990); Vertisol Blé-Continu 1.90 1.40 10 Mrabet (2000b) Calcimagnésique Vertisol Rendzine
Différentes rotations
2.21 1.90 9 Mrabet (2011)
Blé-Pois chiche Blé-Pois Chiche
1.87 2.53
0.76 1.47
3 9
Mrabet (2001) Mrabet (2010)
Sais 450 mm
Vertisol Fersiallitiques
Différentes rotations Différentes rotations
2.55 2.72
2.49 2.74
4 4
Essahat A. (communication personnelle données non publiées)
Abda 250 mm
Vertisol Vertisol
Blé-Jachère Blé-Continu
3.10 1.60
2.40 1.60
19 19
Mrabet (2008)
Zaers (550 mm)
Vertisol Isohumique Fersiallitiques
Blé-Lentilles Blé-Lentilles Blé-Lentilles
1.97 2.99 2.71
1.41 2.72 2.49
4 4 4
Moussadek R. (communication personnelle données non publiées)
Gharb 600 mm
Vertisol
Blé-continu 2.80 2.26 3 Razine & Raguin (2008)
SSD et adaptation à la sécheresse
Evaporation de l’eau du sol
0
10
20
30
40
50
60
Cum
ulat
ive
soil
evap
orat
ion
(mm
)
0 100 200 300 400 500 Cumulative potential evaporation (mm)
OD SW DP CH RT NT-0 NT-80
Mrabet, 1997
Qualité des sols et séquestration du carbone
Région Type de sol Horison (cm)
Années SD SC References
Zaers Vertisol 0-7 4 2.05 1.47 Moussadek et al. (2011a)
Chaouia Calcimagnésique 0-2.5 5 1.73 1.66 Bessam & Mrabet (2001)
Calcimagnésique 0-2.5 11 2.89 2.35 Mrabet et al. (2001a)
Le semis direct est une technologie de gestion du carbone
Variation annuelle de la teneur en carbone organique dans l’horizon 0‐20 cm sous semis direct et labour
conventionnel
25
30
35
40 C
arbo
ne O
rgan
ique
t/H
a
0 4 6 11 12 13 Nombre d'années
Semis direct Labour conventionnel Mrabet et al. (2004).
Gain de Carbone Perte de Carbone
Émission de CO2
Émission de CO2
00,5
11,5
22,5
3
CHISEL
STUBBLE PLOW
HERSE
CHARRUE A DISQUES
NON LABOUR
CO2 g m‐2 h‐1
0 h
24 h
48 h
96 h
Merchouch, Maroc Vertisol
Moussadek & Mrabet 2010
Processus d’infiltration – Système poral
0
200
400
600
800 In
filtr
atio
n R
ate
(mm
/hr)
0 0.4 0.8 1.2 Time hours
NT CT
Chaouia ‐ Vertisol
NT = Semis directCT = Travail conventionnel du sol
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0 0,01 0,1 1 10 100 1000
Pore Diameter (µm)
Hg
cum
ulat
ed V
olum
e (c
c g-1
)
No-tillage system Conventional Tillage
Evolution de l´espace poral de sols
Sol sous forêt Sol travaillé en conventionnel© A. Chauvel (IRD)
Impact du travail du sol et du niveau de résidus sur les pertes d’eau par érosion au Maroc
Intensité de Pluie 36 mm/hr
Intensité de Pluie 60 mm/hr
Merchouch – Sub‐humideVertisol – pente < 5%
Pertes en sol
Fleskens & Stroosnijder (2008)Portugal & Italie
Travail du sol
Semis direct
Ruissellement et détachabilitéMeknès
Travail du sol
Erosion
Humidité θv = 25% θv = 30% Intensité de la pluie (mm h-1)
50 80 50 80 Charrue à disques
Qr and De (%) 100 100 100 100
Chisel Qr (%) De (%)
103 93.5
96.3 85.4
102.4 93.6
93.8 92.7
Semis direct
Qr (%) De (%)
52.9 28.9
66.2 38.9
49.2 30.0
69.7 49.4
θv = Humidité du solQr = Volume de Ruissellement De = Pertes de sédiments.
Erosion & Conservation des sols
Impact des SSD sur le bilan de CO2
• Réduction des émissions de CO2– En abandonnant le travail du sol (labour et reprises), qui contribue fortement à libérer du CO2
– En diminuant l’érosion de surface des sols agricoles, génératrice de CO2 ;
– En réduisant fortement la consommation de carburants agricoles, dont la combustion libère du CO2 ;
• Immobilisation de CO2– En accumulant des résidus végétaux qui se transforment enmatières organiques, principalement composée deCarbone.
Impact des systèmes de semis direct ‐SOL
Physiques
•Stabilisation des agrégats•Régénération d’ une structure dégradée
•Réduction de la battance•Augmentation de la microporosité
•Augmentation de la porosité biologique
•Meilleure rétention de l'eau et contrôle de l’évaporation
•Amélioration du processus d’infiltration
•Atténuation de l’érosion et des ruissellements
Chimiques
•Augmentation de la quantité produite en humus et matières organiques
•Répartition dans les horizons de surface (stratification)
•Augmentation des teneurs en azote et en carbone
•Modification de la dynamique de minéralisation (immobilisation)
•Enrichissement en surface des éléments minéraux
Biologiques
•Séquestration du carbone,•Restauration de la biodiversité des sols,
•Augmentation en surface de la biomasse des microorganismes, des racines et des vers de terre,
•Favorisation de certains bio‐agresseurs,
•Modification de la composition de la flore adventice,
•Lutte contre les adventices (allélopathie, compétition, etc.)
Mérites d’ACC des SSD
• Résilience: facultés d’amortissement des agressions climatiques et érosives donc des processus de désertification, principales conséquences du réchauffement climatique,
• Entretien et amélioration durable de la fertilité des sols et séquestration du carbone,
• Atténuation du changement climatique
Défis: Supprimer le labour signifie également être patient.
Forces Défis Erosionetconservationdessols. Conservationdel'eau. Améliorationdelaqualitédessols. Réduction des couts énergétiques
etdemaind'œuvre. Gouvernanceenvironnementale. Agriculture durable et
développement. Séquestrationducarbone. Atténuation des changements
climatiquesetdessécheresse.
Pénétration difficile dans le tissusocialagricole.
Accoutumance et résistance auchangement
Investissementenéquipement. Dépendance (utilisation accrue)
vis‐à‐visdesherbicides. Changements importants dans les
infestations des mauvaises herbesetmaladies.
Gestiondesrésidusvsélevage
Période de transition qui peut être délicate!
Beaucoup d’enjeux existent lors du passage du labour au semis direct
– Agronomiques– Économiques– Sociaux/attitudes– Environnementaux– Institutionnels….
Phase 1 ‐ Des réductions pourraient survenir au niveau : main d'ouvre, temps de travaux. Augmentation dans l'utilisation des produits agro‐chimiques, notamment pour le contrôle de l'enherbement. Pourrait y avoir une augmentation des dépenses du ménage pour compenser une probable (mais non certaine) réduction de la production comparativement à l'agriculture conventionnelle. • Phase 2 ‐ Amélioration des propriétés du
sol et de sa fertilité. Réduction des besoins en main d'ouvre, temps, traction, énergie (réduction des coûts de production). Augmentation des rendements et des revenus nets de l'exploitation.
• Phase 3 ‐ Diversification des systèmes de culture. Rendements élevés et plus stables. Augmentation des revenus de l'exploitation et amélioration de la fertilité du sol.
Phase 4. Le système de production intégré fonctionne bien. Stabilité de la production et de la productivité. Le producteur a tous les indicateurs pour apprécier la totalité des avantages techniques, environnementales et économiques du semis direct.
Période de transition qui peut être délicate!
En résumé
• Le semis direct est susceptible d’apporter desréponses aux:– Exigences économiques (diminution des charges demécanisation, des couts …)
– Exigences environnementales (lutte contre l’érosion,séquestration/stockage de la matière organique,adaptation au changement climatique, pollution…)
• Améliorer la production agricole et la fertilité dusol simultanément pour une plus grandeadaptation aux changements climatiques et auxeffets de la sécheresse,
Conclusions
Thomas et Archambeaud (2007)
RACHID MRABETMerci