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Thesis (MSc. (Horticulture)) -- University of Limpopo, 2018 / Rainwater harvesting is an old age practice used in water-scarce rainfed crop production areas. It is practiced to supplement additional water for crops with insufficient amounts of rainfall for optimum production. The aim of this study was to assess yield responses of Swiss chard under In-field rainwater harvesting techniques (IRWH) and catchment areas. The trials were conducted at two sites, University of Limpopo experimental farm (Syferkuil) and on farmer’s field at Apel. The main plots were two catchment areas (2 m (1 m runoff strip plus 1 m basin)) and (3 m (2 m runoff strip plus 1 m basin)), while the subplots were five IRWH techniques namely; Control (farmers practice), Rainfed, IRHW (without mulch + irrigation), IRWH+Mulch and IRWH+Mulch+Irrigation. The results obtained showed no significant differences in yield of Swiss chard in relation to catchment areas of 3 and 2 m respectively. However, significant differences in plant height, plant vigour, number of leaves and chlorophyll contents were obtained under different IRWH techniques. Significantly, highest average plant height of 40.75 cm was obtained in IRWH+Mulch compared to Rainfed with the lowest average 28.50 cm at Syferkuil. A similar trend was obtained at Apel. There were significant differences in number of leaves under IRWH techniques; the highest mean of 16.00 was obtained in the control (farmers practice) treatment, while the lowest mean of 9.00 was obtained in IRWH treatment at Apel. At Syferkuil, significantly highest average number of leaves was obtained in the IRWH+Mulch+irrigation treatment, while the lowest average number of leaves was obtained in the rainfed treatment. Regarding the yield of Swiss chard, the significantly highest average yield was obtained under IRWH+Mulch+irrigation and 3 m catchment treatment combination which was 84.86 t ha-1 compared to 20.66 t ha-1 in rainfed and 3 m catchment treatment combination at Syferkuil. Similar trend was found at Apel with the highest average yield recorded in IRWH+Mulch+irrigation treatment combination. Hence, IRWH technique with mulch and irrigation could be adopted by growers in a water-scarce environment like the Limpopo Province of South Africa.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-03-20T20:31:52Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Nadyelle Curcino do Carmo - 2014.pdf: 11330040 bytes, checksum: d1ddeb18152a6fb46b421bfb97745ad9 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-03-20T20:36:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Nadyelle Curcino do Carmo - 2014.pdf: 11330040 bytes, checksum: d1ddeb18152a6fb46b421bfb97745ad9 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-20T20:36:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Nadyelle Curcino do Carmo - 2014.pdf: 11330040 bytes, checksum: d1ddeb18152a6fb46b421bfb97745ad9 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-08-11 / The catchment areas of water are extremely important because they have the function of providing water for public supply, and its occupation should be monitored to avoid damage to its environmental quality. Currently, most of the mappings of use and occupation of land classified as agriculture evenly, not discriminate their crops, which could help more effectively in the planning and management of natural resources. This work aims at mapping the major crops of the state of Goiás, using GIS tools and remote sensing in order to provide support for managing water resources in the region. Vegetation indices produced from data collected by MODIS the years 2007-2013 to map cane sugar, corn and soybeans and winter corn were used. The methodology proved feasible, cost effective and promising for mapping corn and soybeans results, but the similarities obtained in relation to official data, for mapping of cane sugar and winter corn were not satisfactory. In a second step was quantified occupation of catchment basins of water for public supply for corn and soybeans in the state. The results showed that of the 183 catchment basins, 100 have these crops and that the basins of southern Goiás have densified occupation. The main conclusion of the paper is that the use and occupation of land in the catchment should be systematically monitored, which is quite feasible using images from satellite sensors with high temporal resolution, such as the MODIS images. / As bacias de captação de água são extremamente importantes, pois possuem a função de fornecer água para o abastecimento público, e sua ocupação deve ser monitorada para evitar prejuízos à sua qualidade ambiental. Atualmente, a maior parte dos mapeamentos de uso e ocupação do solo classifica a agricultura de maneira homogênea, ou seja, não discrimina seus cultivos, o que poderia auxiliar de maneira mais efetiva no planejamento e gerenciamento dos recursos naturais. Este trabalho tem por objetivo mapear os principais cultivos agrícolas do estado de Goiás, utilizando ferramentas de geoprocessamento e sensoriamento remoto com o intuito de fornecer subsídios para o gerenciamento de recursos hídricos da região. Foram utilizados índices de vegetação produzidos a partir de dados coletados pelo sensor MODIS dos anos de 2007 a 2013 para o mapeamento da cana-de-açúcar, milho e soja e milho safrinha. A metodologia utilizada se mostrou viável, de baixo custo e com resultados promissores para o mapeamento do milho e soja, porém as similaridades obtidas, em relação aos dados oficiais, para o mapeamento da cana-de-açúcar e do milho safrinha não foram satisfatórios. Numa segunda etapa foi quantificada a ocupação das bacias de captação de água para abastecimento público por lavouras de milho e soja no Estado. Os resultados mostraram que das 183 bacias de captação, 100 possuem esses cultivos e que as bacias do sul goiano possuem ocupação densificada. A principal conclusão do trabalho é que o uso e ocupação do solo nas bacias de captação devem ser sistematicamente monitorados, o que é bastante viável utilizando imagens de sensores orbitais com alta resolução temporal, como é o caso das imagens do sensor MODIS.

Avec le développement des mesures de pluie à hautes résolutions spatiales et temporelles , l’utilisation de modèles hydrométéorologiques distribués est désormais envisagée pour anticiper les phénomènes de crue soudaine sur les petits bassins versants non jaugés. Toutefois les approches développées jusqu’ici se sont généralement concentrées sur l’évaluation des phénomènes hydrologiques, laissant de côté la question de leurs impacts, qui dépendent fortement de la configuration du terrain et des enjeux qui y sont présents. Ce travail de thèse a permis de développer et tester une méthode d’évaluation directe de ces impacts à partir des sorties d’un modèle pluie-débit sur un territoire limité. La démarche mise en oeuvre repose sur un travail préalable d’analyse du territoire permettant d’une part d’évaluer les emprises submergées dans une large gamme de débits par une approche hydraulique simplifiée, puis de construire des relations univoques débit-enjeux pour chaque bief de cours d’eau. Ces relations permettent de produire des cartes d‘enjeux potentiellement touchés ,pouvant être actualisées régulièrement en cours d’événement. Deux études des cas ont permis de réaliser une première évaluation des performances de cette approche, du point de vue de la qualité d’estimation des emprises inondées, et du point de vue des impacts estimés à l’échelle d’un événement grâce à la comparaison avec des données d’assurance. Finalement, ces travaux ont permis de confirmer le potentiel de la méthode, dont les performances semblent en adéquation avec l’objectif visé : obtenir rapidement une première hiérarchisation des impacts occasionnés par les crues soudaines à l’échelle d’un grand territoire. / With the development of rainfall measurements at highspatial and temporal resolutions, the use of distributed hydrometeorological models is now considered to forecast flash floods on small and ungauged catchment areas. Current flashflood monitoring systems generally enable a real-time assessment of the potential flash-flood magnitudes. However they do not assess the potential impacts of flash-flood, which highly depends on the catchment areas configuration and on the importance of potentially affected assets. The purpose of this PhD research work was to develop and test a method which can be used to directly estimate the impacts of flash-floods, based on the outputs of a distributed rainfall-run off model. The approach is based on a prior analysis of the study area in order to assess the potential impact of different discharge levels on the flooded areas and to identify from geography database the associated buildings at risk. The aim is to build impact models on specific river reaches, using discharge versus impact graphs. The use of these impact models combined with a rainfall-run off model, has enabled us to compute maps of potential impacts, based on real time assessment of flood events updated every 15 minutes. This method was evaluated on two case studies looking at the accuracy and relevance of estimated impacts for each event – and comparing the outcomes to insurance losses data. This research work has helped to confirm the efficiency of this new combined method, which may become a useful tool to forecast large-scale effects of local impacts of flash-floods.

Alors que les législations françaises et européennes fixent des objectifs ambitieux de protection de la qualité des eaux, les problèmes de pollution par les nitrates et les pesticides utilisés en agriculture persistent en France. Dans ce contexte, l’agriculture biologique qui n’utilise ni produits phytosanitaires ni engrais de synthèse, apparait de plus en plus comme une solution possible pour gérer ces problèmes « à la source ». Un objectif de développement de l’agriculture biologique dans les aires d’alimentation des captages en eau potable a ainsi été inscrit dans la loi Grenelle 1 en 2009. Cette thèse analyse pourquoi et comment l’agriculture biologique s’est trouvée convoquée pour répondre aux problèmes de pollution de l’eau. Elle repose sur une analyse multiniveaux des changements en cours, du niveau global de la conception des politiques publiques jusqu’à celui des agriculteurs, cible principale de cette politique en passant par le niveau territorial de mise en oeuvre de projets associant développement de l’agriculture biologique et protection de la qualité de l’eau. Dans un premier temps, l’évolution des politiques de l’eau et de l’agriculture et des référentiels sectoriels qui les sous-tendent est retracée afin de comprendre comment cette mise en relation entre « agriculture biologique et qualité de l’eau » a pu apparaitre dans l’action publique. Dans un second temps, une analyse de quatre projets territoriaux permet d’étudier comment les acteurs locaux se saisissent de cette convocation et s’engagent dans l’action. Une attention particulière est portée à l’analyse des réseaux d’acteurs impliqués et à celle de la diversité des échelles spatiales auxquelles les projets sont mis en oeuvre. Dans un troisième temps, ce sont les représentations qu’ont les agriculteurs de l’enjeu eau et de l’objectif de développement de l’agriculture biologique qui lui est associé qui sont étudiées. Notre discussion est consacrée aux apports des concepts et des méthodes de la géographie à la compréhension des dynamiques de développement territorialisé de l’agriculture biologique. Enfin, nous ouvrons des perspectives de recherche en termes d’analyse des transitions écologiques de l’agriculture, thématique qui a jusqu’ici été peu investie par les géographes. / The conservation of water resources is a major issue in France because of the increasing problem of water pollution by nitrates and pesticides used in agriculture. In this context, organic farming is seen as a promising solution to this problem because of its Regulation that prohibits the use of chemical fertilisers and pesticides. In 2009, the Grenelle Law stated that priority should be given to organic farming in water catchment areas. This research aims at analysing why and how organic farming has been called in to tackle water pollution problems. It is based on a multi-level analysis. Firstly, the evolution over time of water and agriculture policies (as well as the sectorial paradigms that underly them) is analysed in order to understand how « organic farming » and « the protection of water ressources » came to be associated in public policies. Secondly, a case study is carried out to analyse how local stakeholders take up this idea in setting up projects aimed at developing organic farming toprotect water quality. Particular attention is paid to investigating the stakeholder networks andthe geographical scales at which the projects are implemented. Thirdly, social representations that farmers have of the water question and of organic farming are studied. To conclude, this work examines the contribution of geography to the understanding of an emerging feature: the place-based development of organic farming to tackle environmental problems. It creates new research perspectives related to the analysis of ecological transitions of agriculture, a topic that was so far largely ignored by geographers.

En réponse aux réglementations environnementales récentes incitant à une gestion préventive de la qualité de l'eau, l'agriculture biologique (AB) constitue une des solutions globales préconisée pour cette gestion préventive. L'objectif de cette thèse est d'étudier les transitions des exploitations agricoles vers l'AB dans les territoires, en prenant les aires d'alimentation de captages (AAC) en Île-de-France comme cas d'étude. En nous inscrivant en agronomie des territoires, nous développons une interface disciplinaire avec la géographie et analysons ces transitions sous l'angle des interactions entre systèmes techniques et de commercialisation à différentes échelles territoriales. Des enquêtes ont été réalisées auprès d'agriculteurs franciliens en systèmes de grandes cultures et de maraîchage et auprès d'opérateurs des filières agricoles. Des « études AAC » en cours ont également été étudiées. Nous avons abordé dans un premier temps les potentialités et les modalités de transition des exploitations vers l'AB en développant des méthodes pour évaluer leur proximité technique à l'AB et l'ampleur des sauts techniques et commerciaux qu'elles auraient à réaliser dans une situation de conversion. Parallèlement, l'analyse des stratégies techniques et commerciales des exploitations biologiques a permis d'aboutir à différents modèles biologiques. Nous avons ensuite montré que les opportunités territoriales de commercialisation jouent sur les possibilités d'évolution des exploitations vers l'AB. Enfin, la pertinence de l'échelle AAC pour engager un développement territorialisé de l'AB a été remise en cause. La complexité de mise en oeuvre de cet objectif a été montrée en lien avec la superposition de territoires de différentes natures. Ce travail contribue à la compréhension des obstacles à l'insertion effective de l'AB dans les territoires à enjeu eau potable. / Organic farming is one of the global solutions recommended in response to recent environmental regulations for preventive management of water quality. The aim of this thesis is to study the transition of farms towards organic farming in specific territories, based on the case of water catchment areas in Ile-de-France. From an agronomy of territories perspective, I develop a disciplinary interface with geography, and analyze these transitions from the viewpoint of interactions between technical and commercialization systems on various territorial scales. My research has included surveys on large-scale farmers and market gardeners in the Ile-de-France region, and on operators of agricultural supply chains. I have also examined "water catchment areas studies" under way. I first consider the potentialities and modalities of farms' transition to organic farming, by developing methods to evaluate their technical proximity to organic farming and the size of the technical and commercial leaps that they would have to make in a situation of conversion. In parallel, an analysis of the technical and commercial strategies of organic farms enables me to produce various biological models. I then show that the territorial opportunities of commercialization impact on organic farms' possibilities to evolve. Finally, the relevance of the water catchment area scale for engaging in territorialized development of organic farming is called into question. The complexity of the implementation of this objective is shown in relation to the superposition of territories of different natures. This work contributes to the understanding of obstacles to the effective introduction of organic farming in territories where drinking water is an issue.

Face à la pollution généralisée des masses d’eau souterraines par les nitrates et les pesticides, l’agriculture biologique (AB) est présentée comme un outil pertinent pour la reconquête de la qualité des eaux sur les aires d’alimentation de captage (AAC). Ce travail vise à mieux définir l’opportunité d’un développement de l’AB sur des zones à enjeu eau. L’objectif de la thèse est d’évaluer conjointement la faisabilité des conversions sur les exploitations de l’AAC et l’efficacité de ces conversions par rapport aux enjeux de reconquête de la qualité de l’eau.Etudier l’opportunité d’un développement de l’AB à l’échelle territoriale suppose d’instruire la diversité des exploitations et des profils d’agriculteurs sur la zone à enjeu eau. Pour être en mesure de tester l’opportunité des conversions, une méthode typologique permettant d’analyser conjointement la variabilité actuelle des pressions sur les zones à enjeu eau et la propension des agriculteurs conventionnels à la conversion est nécessaire.Pour produire cette typologie, nous avons développé une méthode innovante d’analyse compréhensive des pratiques, centrée sur les principes d’action à l’origine des systèmes de culture. Les principes d’action correspondent à des méta-raisonnements à l’origine de l’organisation concrète des pratiques agricoles sur le territoire d’exploitation. Par l’analyse conjointe du discours des agriculteurs et de la variabilité des règles de décision, nous avons élaboré des typologies basées sur les postures techniques des agriculteurs pour i) identifier des principes d’action associés aux pratiques à risque et ii) dégager des proximités éventuelles entre agriculteurs biologiques et agriculteurs conventionnels. La méthode a été testée sur deux territoires à enjeu eau en Rhône-Alpes, sur lesquels des entretiens semi-directifs ont été réalisés auprès d’exploitants conventionnels et biologiques.Cinq principes d’action génériques à l’origine de l’organisation de l’assolement et cinq principes d’action génériques à l’origine des pratiques culturales ont été dégagés. A partir des différents principes d’action, des typologies des postures techniques ont été produites sur les deux terrains. Les pressions à l’origine de la lixiviation des nitrates et des pesticides ont été évaluées et spatialisées via le recours à des indicateurs agro-environnementaux. Nous avons démontré que la variabilité forte des indicateurs et leur distribution spatiale sur les AAC étaient liées à la diversité des postures techniques entre agriculteurs.Nous avons comparé les principes d’action mobilisés par les agriculteurs conventionnels et les agriculteurs biologiques « références » présents sur les zones à enjeu eau. Par l’étude des spécificités des postures techniques en AB, trois critères de propension à la conversion ont été identifiés. Plusieurs degrés de propension à la conversion ont été dégagés parmi les agriculteurs conventionnels des deux territoires.L’analyse croisée des degrés de propension à la conversion et des différentiels de pressions entre systèmes conventionnels et biologiques nous a permis d’évaluer l’opportunité d’un développement de l’AB sur les deux territoires. Nos résultats ont mis en évidence des niveaux de pression limités quant à la lixiviation des nitrates sur les systèmes biologiques : un développement exhaustif de l’AB à l’échelle des deux AAC entrainerait potentiellement une réduction forte de la lixiviation des nitrates. Néanmoins, l’opportunité d’un tel développement doit être relativisée. Les agriculteurs présentant une propension réelle ou forte à la conversion sont minoritaires sur les AAC. Ensuite, le différentiel des pressions entre systèmes conventionnels et systèmes biologiques diminue à mesure que la propension à la conversion augmente. Pour envisager une diminution forte des pressions sur les zones à enjeu eau, la conversion devrait concerner des exploitants pour lesquels cette conversion est difficilement envisageable à moyen terme. / Many problems with nitrate and pesticide contamination from agriculture exist in European drinking water catchments. In France, a new mitigation approach aims at preventing water quality degradation in explicitly targeting agricultural non-point source pollutions associated with leaching of nitrates and pesticides. This work aims at assessing the opportunity to develop organic farming in water catchment areas in order to reduce nitrate and pesticide leaching from root zone. The objective was to analyze both i) feasibility of conversions to organic farming on farms concerned by water preservation and ii) the potential impacts of these conversions in terms of nitrate and pesticide leaching reduction.To explore the potential contribution of organic farming in water catchment areas, we develop an innovative typology approach to characterize farmers’ conceptions and strategies related to cropping systems’ organization on the farm territory. Our method was tested in two French water catchment areas characterized by diversified production systems, where semi-structured interviews were carried out with conventional and organic farmers. Resulting typologies of farmers were used to assess leaching risks variability related with current cropping systems and to identify potential similarities between conventional and organic farmers’ conceptions. Nitrate and pesticide leaching risks for cropping systems were assessed and spatialized by using four agro-environmental indicators. Our results show major variations for all indicators at both study sites, for example N-surpluses which range from -105 to 192 kg N ha-1 year-1. These variations are deeply related with diversity of farmers’ conceptions summarized in typologies. To assess proximity of conventional farmers to organic farming, we used typologies to compare conceptions related to organization of cropping systems between conventional and organic farmers. By analyzing specificities of organic farmers’ conceptions, we determined three main criteria of proximity to organic farming; these criteria were then used to identify various degrees of proximity to organic farming among conventional farmers in the catchment areas.To assess potential contribution of organic farming to water preservation in catchment areas, we firstly compared nitrate leaching risks between conventional and organic cropping systems. Our results reveal low leaching risks from organic systems, characterized by reduced N-surpluses and lower bare soils frequencies in autumn. According to these results, massive development of organic farming should decrease nitrate leaching in our two water catchment areas. However, analysis of similarities between conventional and organic farmers’ conceptions shows that a majority of farmers are characterized by a low level of proximity to organic farming. Moreover, the farmers who show strongest similarities with organic farmers’ conceptions are already those with low leaching risks cropping systems. To significantly lower nitrate leaching risks, conversions should concern conventional farmers with low degree of proximity to organic farming.