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Les monocultures dominent aujourd'hui les terres arables, de vastes zones étant consacrées à des variétés élites uniques qui promettent un rendement élevé. Mais la plantation d'un seul type de culture sur les terres arables présente des inconvénients: ces zones sont un terrain facile pour les champignons et les insectes nuisibles, qui menacent les cultures. Pour tenir les ravageurs à distance, les agriculteur·ices doivent utiliser des variétés résistantes et divers pesticides.
Les cultures mixtes représentent une alternative potentielle aux monocultures. Au lieu de planter de grandes étendues de terre avec une seule espèce ou variété, plusieurs espèces ou variétés sont semées les unes à côté des autres. Cependant, comme cette méthode a fait l'objet de peu de recherches, notamment d'un point de vue agricole, les cultures mixtes sont rares dans les cultures arables.
Une équipe dirigée par le professeur Christian Schöb de l'ETH Zurich vient de révéler que les cultures mixtes produisent en fait un rendement beaucoup plus élevé que les monocultures dans les cultures arables. Leur étude a été publiée récemment dans la revue Nature Plants.
Appliquer un principe écologique
Les cultures mixtes s'appuient sur le principe écologique selon lequel les écosystèmes sont capables de remplir leurs fonctions plus efficacement là où il y a une plus grande biodiversité. Ces fonctions comprennent la régulation du bilan hydrique, le maintien de la fertilité des sols et l'augmentation de la productivité des plantes.
Cela vaut également pour les écosystèmes agricoles: «Des recherches sur les prairies utilisées à des fins agricoles ont montré que les zones présentant un plus grand mélange de plantes sont plus productives que celles qui ne comptent qu'une ou quelques espèces», explique Christian Schöb.
Jusqu'à présent, pratiquement aucune étude comparable n'avait porté sur les cultures arables. C'est pourquoi, avec ses collègues, Christian Schöb a cherché à savoir si ce mécanisme écologique de base avait également une incidence sur les terres arables, notamment en termes de rendement.
Les chercheur·ses ont créé deux jardins d'essai: l'un en Suisse, sur le campus d'Irchel de l'Université de Zurich, et l'autre dans la province espagnole d'Estrémadure. Cette dernière a un climat beaucoup plus sec et chaud que celui de Zurich, ce qui a permis aux chercheur·ses d'examiner comment les cultures se développent dans des conditions climatiques potentielles futures.
Un meilleur rendement en mélangeant seulement deux cultures
Dans leur expérience, les chercheur·ses ont testé des mélanges de deux ou quatre cultures différentes choisies parmi huit espèces sélectionnées comprenant le blé, l'avoine, le quinoa, la lentille, le lupin, le lin et le faux lin (une graine oléagineuse similaire au colza) ainsi que la coriandre. Seules les graines des différentes espèces ont été utilisées. Les plantes ont été semées à 12 centimètres de distance, en rangs alternés et parallèles.
Les chercheur·ses ont comparé la masse de graines des cultures mixtes avec celle des monocultures. Il·les ont également mesuré la biomasse des plantes en fonction de leur croissance hors sol.
Le résultat est éloquent: par rapport à la monoculture, même un mélange de deux espèces a augmenté le rendement de 3% en Espagne et de 21% en Suisse. Lorsque les chercheur·ses ont semé quatre espèces côte à côte, l'augmentation du rendement a atteint 13% et 44% en Espagne et en Suisse respectivement.
Les chercheur·ses expliquent que ce rendement supplémentaire s'explique principalement par l'effet de la biodiversité: une plus grande variété de plantes permet une meilleure utilisation des ressources disponibles et une lutte naturelle plus efficace contre les parasites - les expériences ont été menées sans pesticides.
Les plantes mettent beaucoup d'énergie dans les feuilles et les tiges.
Les chercheur·ses ont toutefois noté que les plantes en culture mixte développaient davantage de feuilles ou de tiges que celles en monoculture. En d'autres termes, les plantes ont investi plus d'énergie et de matière dans la production de biomasse végétative et proportionnellement moins dans la production de graines. Christian Schöb a expliqué que les plantes devaient faire un compromis: plus elles s'efforcent de produire de la biomasse végétative, moins elles en ont pour les graines. «Malgré cela, les plantes ont tout de même produit plus de graines que dans une monoculture», explique le chercheur agricole.
Il attribue le fait que les plantes investissent plus d'énergie dans la création de biomasse végétative aux variétés utilisées dans les expériences. «Les semences sont sélectionnées spécifiquement pour les monocultures. Cela signifie que les plantes sont conçues pour être plus performantes lorsqu'elles poussent parmi d'autres plantes de la même variété.»
Christian Schöb estime probable que le potentiel de rendement supplémentaire soit encore plus important avec des semences adaptées aux cultures mixtes.
Au fil du temps, l'être humain a modifié la plupart des cultures pour produire des fruits plus gros et un rendement plus élevé dans des conditions de monoculture. Les tomates cultivées aujourd'hui sont gigantesques par rapport à leurs homologues sauvages, dont les fruits ont la taille de myrtilles. Afin d'obtenir le meilleur rendement possible des plantes cultivées en cultures mixtes, les méthodes de sélection actuelles - qui visent la culture en monoculture - doivent être légèrement ajustées.
Semer les bonnes graines
À l'heure actuelle, aucune graine n'est produite ou commercialisée spécifiquement pour être utilisée dans des cultures mixtes. Les chercheur·ses sont donc occupé·es à récolter et à tester les semences issues de leurs propres expériences. «Nous voulons répéter nos expériences en utilisant ces semences produites par nous-mêmes afin de vérifier si la sélection dans une culture mixte porte littéralement ses fruits», explique Christian Schöb.
Pour que les cultures mixtes gagnent du terrain, il faut toutefois modifier les pratiques agricoles. Il faut notamment des machines capables de récolter différentes cultures en même temps et de séparer les différents produits de la récolte. «Ces machines existent, mais elles sont rares et peu nombreuses, sans parler de leur coût. La demande est tout simplement trop faible à l'heure actuelle», explique Christian Schöb. Avec des semences optimisées et les machines adéquates, les cultures mixtes offriront aux agriculteur·ices une véritable opportunité pour l'avenir.
Ce projet de recherche a été financé par le Fonds national suisse de la recherche scientifique.