Stage modélisation du recyclage de l’azote au sein d’un système agro-forestier H/F

Stage agroforestier à l’INRAE Montpellier

Sujet du stage : Développement d’un modèle spatialisé de recyclage de l’azote au sein d’un Système Agro-Forestier, approche de type méta-écosystème
Stage en agroforesterie à Montpellier, dans l’Hérault (Occitanie)
Date limite de candidature : 31/01/2025

Contexte du stage

Les systèmes agroforestiers (SAF) sont des systèmes agricoles complexes, diversifiés et durables associant des arbres à des cultures et/ou des pâturages afin d’améliorer la fourniture de services écosystémiques en comparaison des systèmes agricoles et forestiers conventionnels. Couvrant près de 8% des surfaces continentales mondiales, les SAF peuvent augmenter la production agricole, réduire l’érosion des sols, conserver la biodiversité, améliorer la séquestration du carbone, atténuer les émissions de gaz à effet de serre, et améliorer la fertilité des sols (Kim and Isaac 2022; Torralba et al. 2016). L’agroforesterie est donc une pratique pouvant concilier performance agronomique et préservation de l’environnement.

Les SAF varient par leur diversité végétale et leur structure, dans l’espace ou dans le temps, et tirent leurs bénéfices des interactions écologiques entre leurs composantes (Malézieux et al. 2009). Ils comprennent les cultures intercalaires arbres/cultures annuelles, les parcs agroforestiers, les systèmes sylvopastoraux, les agroforêts, ou encore les cultures pérennes ombragées (Nair et al. 2021). Ces différents types de systèmes, constitués de différentes « sous-unités » (arbres, cultures annuelles, cultures pérennes, prairies, végétation spontanée…), créent en outre une diversité d’habitats offrant des conditions biologiques et climatiques variées et favorisant l’installation d’une biodiversité spécifique associée : animaux, micro-organismes et végétaux (Vandermeer et al. 1998; Vandermeer 2011). Ces organismes sont alors susceptibles d’interagir de multiples façons : compétition pour les ressources entre plantes, chute de litière des arbres dans les cultures, déplacement de nutriments par les organismes du sol (Figure 1).

Les SAF peuvent donc être assimilés à des « méta-écosystèmes » : des ensembles d’écosystèmes reliés entre eux par des flux spatiaux d’énergie, de matière, et d’organismes (Loreau et al. 2003, Gounand et al. 2018), dont les sous-unités diffèrent par leur diversité biologique, les fonctions biologiques associées (Marsden et al. 2020), et leur environnement physique. Par ailleurs, les SAF sont des agroécosystèmes gérés par l’homme et donc soumis à diverses pratiques agricoles : récolte des cultures, taille des arbres, fertilisation minérale et organique, travail du sol, fauchage des couverts enherbés, semis…

Étant donné le rôle important joué par l’azote dans la productivité et la durabilité des SAF (Kim and Isaac 2022), il nous paraît primordial de pouvoir évaluer comment la composition végétale des sous-unités, leurs agencements spatiaux, ainsi que les pratiques qui y sont menées, peuvent affecter le recyclage de ce nutriment au sein des SAF ainsi que les services écosystémiques qui y sont liés : production végétale (fibres et aliments), et support (disponibilité et conservation de l’azote).

Objectif du stage sur le systèmes agroforestiers

La réalisation d’expérimentations au champ est coûteuse en ressources et nécessite de longues périodes de croissance du fait de la composante pérenne des SAF. Nous souhaitons donc, dans le cadre du projet Metagroforestry, construire un modèle mathématique générique de type méta-écosystème décrivant les flux et stocks d’azote au sein de chacune des sous-unités d’un SAF ainsi que les flux connectant ces sous-unités en tenant compte de leur agencement spatial (disposition, géométrie et taille), de leur composition végétale et des pratiques qui y sont menées.

L’objectif du stage proposé sera de poursuivre le développement d’un modèle spatialisé de type méta-écosystème afin de caractériser les liens entre l’organisation spatiale des systèmes agro-forestierss d’une part, et la productivité végétale, la conservation de l’azote et la fertilité de ces systèmes d’autre part, tout en tenant compte des pratiques agricoles qui y sont appliquées. Différents scénarios correspondant à différentes pratiques et structures spatiales des SAF seront étudiés.

Conventionnellement, la modélisation des méta-écosystèmes repose sur l’utilisation de systèmes d’équations différentielles représentant la variation des stocks auxquels on s’intéresse en fonction des flux entre ces derniers, à la fois au sein des sous-unités, et entre les sous-unités du méta-écosystème, (Loreau et al. 2003, Gounand et al. 2014). Cependant, les SAF sont des agroécosystèmes gérés par l’homme et donc perturbés par des évènements liés aux pratiques agricoles : récolte des cultures, taille des arbres, fertilisation minérale et organique, travail du sol, fauchage des couverts enherbés, semis… Il conviendra alors de représenter ces évènements sous la forme de perturbations des stocks et des flux dans les systèmes d’équations différentielles du modèle.

Cette approche à mi-chemin entre modélisation écologique et modélisation agronomique n’a à notre connaissance été utilisée que dans l’étude de Bisson et al (2019) à laquelle les encadrants du stage ont participé. Nous considérons cette approche comme étant à la fois innovante et tout à fait adaptée à l’étude des SAF puisqu’elle permet de s’intéresser aux rôles des pratiques agricoles et de l’organisation spatiale sur la dynamique des flux et stocks d’azote au sein du méta-écosystème. Il s’agit d’une approche pluridisciplinaire reposant sur des compétences et connaissances écologiques, agronomiques et mathématiques.

Pré-requis

Enthousiasme pour le travail de conceptualisation et de modélisation dans le cadre de l’agroécologie et des systèmes agroforestiers, bonnes aptitudes pour les mathématiques et la programmation (langage R ou autre). Formation en modélisation et/ou programmation préférable.

Conditions du stage

Gratification : oui
Subvention pour la cantine : OUI
Durée : 6 mois à partir de Janvier 2025
Localisation : sur le campus de l’Institut Agro de Montpellier, 2 place Pierre Viala, 34060

Unités d’accueil :
• UMR Eco&Sols – Écologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes, Montpellier (INRAE, IRD, CIRAD, Institut Agro Montpellier)
• UMR MISTEA – Mathématiques, Informatique et Statistiques pour l’Environnement et l’Agronomie (INRAE, Institut Agro Montpellier, Université de Montpellier)

Modalités de candidature

Date limite de candidature : 31/01/2025
Référence de cette offre de stage en agroforesterie dans l’Hérault : OE-241024-1