In the 400-600 mm annual rainfall zone of the Sahel, soil fertility is the main determinant
of yield in rainfed millet cropping systems in all but the driest years. Numerous
on-farm and on-station experiments have addressed the issue of improving soil fertility.
Yet the widespread use of the experimental results is restricted by the highly site specific
millet response to fertility management practices due to high spatially variable
soil properties as well as high intra- and inter-annual rainfall variability. Mathematical
soil-crop growth simulation models could therefore suitably complement experimental
research to support decision making regarding soil fertility under variable rainwater
supply conditions. The objective of this thesis was therefore to develop the biophysical
basis for the use of crop-soil models in decision support regarding water and soil
fertility management and risk mitigation strategies in rainfed millet-based systems of
Sahelian Niger. Because farmers rely on multiple cultivars with variable length of
growing cycle due to sensitivity to temperature and photoperiod as part of their risk
management strategies we first characterized seven Sahelian millet genotypes and parameterized
the Agricultural Production Systems Simulator (APSIM-millet model).
The cultivars include three improved cultivars (CIVT, ICMV-IS-89305, ZATIB) and
four landraces (Ankoutes, Hainikirey, Maewa and Zongo). Our research showed that
only one of the cultivars, Maewa, was very photosensitive contrary to the six others.
The majority of the agronomic state variables (leaf number, leaf area, biomass and
grain yield) were negatively affected by late sowing (associated with lower air temperatures).
This characterization enabled to compute for the first time in the Sahel
the principal eco-physiological or genetic millet parameters (thermal times of development
phases, leaf area dynamics) of crop growth models (e.g. APSIM, DSSAT). To
gain confidence in the use of the APSIM model for decision support in the Sahelian
environment, it was successfully tested to reproduce the agronomic state variables under
non-limiting water and nutrient supply conditions. Moreover the APSIM model
satisfactorily reproduced the millet CIVT cultivar response to water x N interaction
from the combined application of crop residue, cattle manure and mineral fertilizer
during two years and for contrasted rainfall conditions. Using the model with site
and cultivar specific parameterization, we implemented two applications for decision
support. A 23-year, long term factorial numerical experiment showed that a moderate
N application of 15 kg N/ha is more appropriate for smallholder, subsistence farmers
than the usual 30 kg N/ha recommendation. Although it implies a lower long
term average yield than at 30 kg N/ha, the application of 15 kg N/ha guarantees
both a higher minimum yield in extreme dry years and a lower inter-annual variability,
thereby increasing food security and reducing farmers vulnerability. In the second
model application, we integrated GIS information (land tenure, spatially distributed
weather data, fertility management) and the APSIM model in a 12-year yield simulation
to show that the spatial dispersion of fields of a household throughout the village
territory (farmer risk management strategy) leads to more uniform yields across households
and reduces the inter-annual yield variability in the Fakara region of Niger. Our
research breaks the ground for several other applications of the use of crop-soil simulation
models in millet-based systems in the Sahel, e.g. climate change impact and
food crisis mitigation. / Dans la zone Sahélienne avec 400 à 600 mm de précipitation annuelle, la fertilité des sols est
le principal facteur déterminant des rendements du mil pluvial hormis lors des années plus
sèches. De nombreuses expérimentations au champ et en station ont abordé la question de
l’amélioration de la fertilité des sols. Cependant, l’extrapolation de ces résultats, et a forciori
leur utilisation par les agriculteurs, est limitée par le fait que la réponse du mil à ces pratiques de
fertilité dépend fortement des propriétés des sols très variables dans l’espace ainsi que de la pluviométrie
annuelle et sa répartition intra-annuelle. Les modèles mathématiques et dynamiques
de simulation de la croissance des plantes peuvent donc utilement compléter la recherche expérimentale
pour l’aide à la décision en ce qui concerne la gestion de la fertilité des sols dans
diverses conditions d’alimentation hydrique. L’objectif de cette thèse était donc de développer
les bases biophysiques pour l’utilisation de modèles de croissance des cultures en vue de leur
utilisation comme outils d’aide à la décision en matière de gestion de l’eau et la fertilité des sols
dans les systèmes de culture à base de mil en zone sahélienne du Niger. Puisque les paysans
utilisent de multiples variétés de mil avec des cycles de croissance variables en tant qu’élément
dans leurs stratégies de gestion des risques, nous avons d’abord caractérisé sept génotypes de
mil Sahelien en vue de la paramétrisation du model dynamique APSIM (Agricultural Production
Systems Simulator). Trois variétés améliorées (CIVT, ICMV-IS-89305, ZATIB) et quatre
variétés locales paysannes (Ankoutes, Hainikirey, Maewa et Zongo) ont été étudiées. Notre
recherche a montré que seule une des variétés, l’écotype Maewa, est très photosensible contrairement
aux six autres. La majorité des variables agronomiques (nombre de feuille, surface
foliaire, biomasse et rendement en grain) ont été négativement affectées par un semis tardif (associés
à des températures de l’air plus faibles). Cette caractérisation a permis de calculer pour la
première fois au Sahel les principaux paramètres éco-physiologiques du mil (durée thermique
des phases de développement, dynamique de la surface foliaire), indispensables aux modèles
dynamiques de croissance des plantes tels qu’APSIM et DSSAT. Le modèle APSIM a permis de
reproduire avec succès les variables agronomiques de 6 des 7 variétés de mil en condition nonlimitante
d’apport en eau et en nutriments. De plus, le modèle APSIM a reproduit de manière
satisfaisante la réponse de la variété améliorée CIVT à l’interaction de l’eau et de l’azote suite à
l’apport combiné de résidus de récolte, de fumier de bétail et d’engrais minéral sur deux années
ayant des pluviométries contrastées. Ceci a permis de renforcer la confiance dans l’utilisation
du modèle APSIM comme outil d’aide à la décision dans l’environnement Sahélien. Sur base
du modèle APSIM ainsi paramétrisé pour des conditions spécifiques de site et de variété, nous
avons développé deux applications en matière d’aide à la décision. Une expérimentation factorielle
numérique à long terme (23 ans) a révélé que l’application d’une dose modérée d’azote
(15 kg N/ha) est plus appropriée dans le contexte d’une agriculture de subsistance que la
recommandation habituelle de 30 kg N/ha. Bien qu’elle implique un rendement moyen à
long terme inférieur à celui obtenu avec 30 kg N/ha, l’application de 15 kg N/ha garantit
un plus grand rendement minimum pendant les années sèches extrêmes et une variabilité
inter-annuelle plus faible, ce qui permet de garantir une meilleure sécurité alimentaire tout en
réduisant la vulnérabilité des paysans. Dans la deuxième application du modèle, nous avons
intégré des données SIG (parcellaire villageois, données climatiques et de pratiques de gestion
de fertilité distribuées dans l’espace) et le modèle APSIM dans une simulation de rendement
de mil sur 12 années. Ceci a permis de montrer que la dispersion spatiale des champs d’un
ménage dans le terroir villageois (stratégie paysanne de gestion du risque) permet l’obtention
de rendements plus uniformes entre ménages au sein du même village et de réduire la variabilité
inter-annuelle des rendements de chaque ménage dans la région de Fakara au Niger. Notre
recherche ouvre la voie à plusieurs autres applications de l’utilisation des modèles dynamiques
de croissance des plantes dans les systèmes à base de mil au Sahel, par exemple dans l’étude de
l’impact des changements climatiques et de prévention des crises alimentaires.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:BICfB/oai:ucl.ac.be:ETDUCL:BelnUcetd-04112008-140849 |
| Date | 17 April 2008 |
| Creators | Akponikpè, Irénikatché P.B. |
| Publisher | Universite catholique de Louvain |
| Source Sets | Bibliothèque interuniversitaire de la Communauté française de Belgique |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | text |
| Format | application/pdf |
| Source | http://edoc.bib.ucl.ac.be:81/ETD-db/collection/available/BelnUcetd-04112008-140849/ |
| Rights | unrestricted, J'accepte que le texte de la thèse (ci-après l'oeuvre), sous réserve des parties couvertes par la confidentialité, soit publié dans le recueil électronique des thèses UCL. A cette fin, je donne licence à l'UCL : - le droit de fixer et de reproduire l'oeuvre sur support électronique : logiciel ETD/db - le droit de communiquer l'oeuvre au public Cette licence, gratuite et non exclusive, est valable pour toute la durée de la propriété littéraire et artistique, y compris ses éventuelles prolongations, et pour le monde entier. Je conserve tous les autres droits pour la reproduction et la communication de la thèse, ainsi que le droit de l'utiliser dans de futurs travaux. Je certifie avoir obtenu, conformément à la législation sur le droit d'auteur et aux exigences du droit à l'image, toutes les autorisations nécessaires à la reproduction dans ma thèse d'images, de textes, et/ou de toute oeuvre protégés par le droit d'auteur, et avoir obtenu les autorisations nécessaires à leur communication à des tiers. Au cas où un tiers est titulaire d'un droit de propriété intellectuelle sur tout ou partie de ma thèse, je certifie avoir obtenu son autorisation écrite pour l'exercice des droits mentionnés ci-dessus. |
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