Production de Biomasse par l’AgroForesterie Intra-parcellaire : Potentiel des Arbres fixateurs d’Azote dans un contexte de changement climatique
Acronyme : BiAFInA (APR GRAINE)
Programme : GRAINE (Phase 2) - Production, valorisation des biomasses et préservation des écosystèmes 
Mots-clés : Sols / Agriculture / Forêt
Contexte : Le projet proposé réunit trois terrains d’étude pour évaluer le potentiel des arbres fixateurs d’azote en agroforesterie en mesurant leurs effets sur les cycles C et N de l’ensemble de l’agroécosystème en comparaison avec les systèmes agricoles et forestiers en pur : sur deux sites INRAE instrumentés de longue durée en agroforesterie intra-parcellaire (DIAMS en méditerranéenne et Agro-TCR en zone de plaine du Nord-Est) et un réseau de parcelles d’agriculteurs avec peuplements d’arbres âgés (>10 ans). Sur chacun des deux sites expérimentaux, différentes mesures de la productivité ont été effectuées annuellement, et des quantifications de stock de carbone du sol ont été réalisées, mais selon des modalités (profondeurs, fréquences) et périodes différentes. Plusieurs thèses ont été déployées sur ces sites mais elles ont concerné des points très spécifiques du fonctionnement des sites instrumentés, sans concertation entre les deux dispositifs : L. Siegwart (2023) a étudié la contribution des racines aux stocks de carbone dans les profils de sol de deux systèmes agroforestiers contrastés, notamment à DIAMS, et A. Thomas (2023) puis A. Ndiaye (depuis 2023) sur Agro-TCR ont étudié les interactions entre espèces en plantations mélangées forestières et agroforestières. Le projet pourra compléter les suivis réalisés dans le cadre du projet PotA-GE (AAP GRAINE 2016) dont Agro-TCR était le site pilote mais au cours duquel les bilans de biomasse, de C et de N n’ont pas été caractérisés. Quant au réseau de parcelles d’agriculteurs, il a servi pour des études ponctuelles de formation et d’évaluation d’aménagements agroforestiers. Ces différents projets passés n’ont pas exploré les effets et processus liés à la nature fixatrice d’azote des arbres employés, et leurs effets sur le bilan de carbone. Enfin, ces sites sont en constante évolution mais ils ont été pensés pour être le support d’études à long terme.
Description : Les systèmes agroforestiers (SAF) intra-parcellaires pourraient offrir un panel large de services, allant de la productivité végétale au stockage du carbone, et ils représentent un potentiel important pour réduire l’usage des intrants chimiques, engrais et pesticides, en favorisant l’emploi d’espèces fixatrices d’azote. Le projet BIAFINA est donc orienté vers la production de connaissances nouvelles sur l’utilisation des arbres fixateurs d’azote en SAF intra-parcellaires tempérés. En particulier, il se démarque de précédents projets en proposant d’apporter des nouvelles connaissances sur la capacité des espèces d’arbres fixateurs à modifier les entrées de carbone et d’azote dans des systèmes de plantations (forte densité d’arbre) ou dans des SAF (plus faible densité de plantation). Il n’existe quasiment pas de références sur les arbres fixateurs de N en milieu tempéré, malgré le nombre plus faible d’espèces utilisables, a fortiori lorsqu’elles sont implantées en AF intra-parcellaire. L’objectif global du projet BIAFINA est d’évaluer le potentiel des arbres fixateurs d’azote en AF intra-parcellaire en mesurant leurs effets sur les bilans de C et N de l’ensemble de l’agroécosystème comparativement aux systèmes agricoles et forestiers conventionnels. Pour y parvenir, (i) il est proposé de quantifier les variations interannuelles des différents stocks de C et N dans la biomasse aérienne et racinaire, et le sol (y compris en profondeur). (ii) Une quantification en particulier la fixation symbiotique de N par les arbres fixateurs, et le probable transfert d’N des arbres vers les cultures sera menée. (iii) Une évaluation des potentialités des SAF auprès d’un réseau d’agriculteurs à travers des indicateurs sociaux, en identifiant les verrous de développement, les adaptations des itinéraires de production nécessaires, et les besoins en termes de compétences à acquérir sera menée. D’un point de vue environnemental, (iv) le projet s’attachera à apporter des éléments permettant d’évaluer l’impact de l’usage d’arbres fixateurs d’azote sur les stocks et flux d’azote en vue à réduire l’utilisation d’intrants azotés de synthèse, ainsi que les émissions de gaz à effet de serre.
Objectifs et résultats attendus : Le projet BIAFINA propose une approche intégrée du devenir de C et N en AF, en abordant tous les compartiments de l’agroécosystème (sol, arbres, cultures, herbacées du linéaire sous-arboré, et atmosphère), que seuls des sites de suivi de long terme permettent d’étudier. Le projet coordonnera les travaux sur deux sites expérimentaux INRAE de longue durée, instrumentés pour comparer les SAF et les systèmes conventionnels monospécifiques (agricoles et forestiers) correspondant, répétés en 3 blocs : DIAMS (Mauguio, 34), et Agro-TCR (Laneuvelotte, 54). Ce design expérimental est une spécificité de ces sites expérimentaux qui constitue un véritable atout pour répondre aux objectifs. Ce projet est le premier associant ces deux sites. Différentes mesures de stocks de carbone et d’azote seront réalisées sur tous les compartiments de l’agroécosystème, et elles seront ajoutées à celles déjà acquises. Des simulations d’un modèle de dynamique du carbone du sol (AMG) seront menées pour évaluer les conséquences de différentes options de gestions sur les stocks de carbone du sol. En parallèle, le dispositif sera complété par un réseau de parcelles d’agriculteurs avec peuplements d’arbres âgés (>15 ans) dans lesquels des campagnes de mesures ponctuelles d’indicateurs ciblés (notamment les stocks de C et N dans les sols) seront menées. L’un des principaux résultats attendus du projet BIAFINA portera sur la quantification de la productivité et des différents stocks (dans la biomasse et le sol) et flux de carbone et d’azote de SAF avec arbres fixateurs d’azote, à l’échelle de la parcelle, basée sur une analyse diachronique et une intégration de l’hétérogénéité spatiale intra-parcelle. Le projet bénéficiera en effet des données acquises depuis l’implantation des sites instrumentés, lui permettant de donnée une vision à moyen terme des trajectoires pris par ces systèmes agroécologique en terme de stocks de carbone et azote. En plus des références de productivité et de stockage du carbone, une valeur de référence attendue sera la contribution de la fixation symbiotique de l’azote atmosphérique à la nutrition de l’arbre, et par transfert à celle des cultures. L’association de deux sites instrumentés de long-terme et des parcelles chez des agriculteurs constituent une force du projet car cela permet d’aborder à la fois des questions de l’usage d’arbres fixateurs d’azote sur la productivité et le stockage de carbone et la connaissance et l’acceptabilité de ces espèces auprès des acteurs de la filière.
Bénéficiaire : UNIVERSITE DE LORRAINE
Localisation : Nancy, Grand Est, FRANCE
Début : 02/09/2024 — Durée : 48 mois
Budget total : 727388.4 € — Aide ADEME : 295047.9 €
Statut : Suivi du projet