Environmental assessment of agro-ecosystems. An integrated approach to manage agri-environmental risks.
L'évaluation environnementale des agrosystèmes: une approche intégrée pour gérer les risques agri-environnementaux.
Résumé
In the last 50 years, the green revolution made it possible to meet growing needs for agricultural produce, thanks to the advances of genetics and to an increased reliance on agricultural inputs. However, this came at the cost of unprecedented changes to ecosystems worldwide, jeopardizing their capacity to supply their current services in the future, whether regarding food, fibre and energy production, fresh water supply or climate regulations. Agriculture is thus facing a quandary: is it possible to meet the growing needs for its produce while preserving the environment ?
Within this general problematic, my research has focused on the environmental balance of arable crops. The balance takes into account the impacts of management practices on the soil, water and atmospheric compartments associated with a given level of biomass production, thereby making it possible to minimize trade-offs between environmental issues. The impacts considered involve the cycles of water, carbon and nitrogen, as well as the fate of pesticides after field application. Environmental losses are estimated based on biogeochemical models, with particular emphasis on gaseous emissions. Most of my past work involved such kind of modelling, in its various aspects: process integration, test against experimental data sets, extrapolation over time and space, and application to environmental assessment in various practical contexts. The latter encompassed bio-energy chains, recycling of urban waste in agriculture, or the introduction of herbicide-tolerant genotypes.
The conclusion of these applications is that the margins for progress are either relatively limited when looking at the effects of management practices on a one-at-a-time basis, or potentially larger but restricted to a small number of impact categories. In the latter case, in addition, the other impacts are more difficult to assess because they are highly dependent on local ecosystem context. As a consequence, my future research purports to shift to a more systemic vision of agricultural production, in strong connection with agronomical and socio-economic approaches, and based on a spatially-explicit description of the production territory.
Within this general problematic, my research has focused on the environmental balance of arable crops. The balance takes into account the impacts of management practices on the soil, water and atmospheric compartments associated with a given level of biomass production, thereby making it possible to minimize trade-offs between environmental issues. The impacts considered involve the cycles of water, carbon and nitrogen, as well as the fate of pesticides after field application. Environmental losses are estimated based on biogeochemical models, with particular emphasis on gaseous emissions. Most of my past work involved such kind of modelling, in its various aspects: process integration, test against experimental data sets, extrapolation over time and space, and application to environmental assessment in various practical contexts. The latter encompassed bio-energy chains, recycling of urban waste in agriculture, or the introduction of herbicide-tolerant genotypes.
The conclusion of these applications is that the margins for progress are either relatively limited when looking at the effects of management practices on a one-at-a-time basis, or potentially larger but restricted to a small number of impact categories. In the latter case, in addition, the other impacts are more difficult to assess because they are highly dependent on local ecosystem context. As a consequence, my future research purports to shift to a more systemic vision of agricultural production, in strong connection with agronomical and socio-economic approaches, and based on a spatially-explicit description of the production territory.
Les 'révolutions vertes' des 50 dernières années ont permis à l'agriculture de répondre à une demande croissante en produits agricoles, grâce aux progrès génétiques et à l'apport généralisé d'intrants permettant de lever des contraintes à la croissance des cultures. Ces pratiques n'ont toutefois pas été sans conséquences pour les écosystèmes, mettant en danger leur capacité à fournir leurs services actuels: production de nourriture et d'énergie, purification de l'eau, régulation du climat, etc... L'agriculture se trouve ainsi face à un dilemme: peut-on concilier la satisfaction de besoins en constante augmentation avec la préservation de l'environnement?
Mes recherches s'inscrivent dans cette problématique, et sont centrées sur l'évaluation des systèmes de grandes cultures, avec une approche intégrée sous forme de bilan environnemental. Le bilan prend en compte de façon simultanée les impacts des pratiques culturales sur les milieux sol, eau, et atmosphère, pour un niveau de production donné, permettant ainsi de minimiser les transferts de pollution entre compartiments. Les impacts envisagés concernent les éléments carbone et azote, ainsi que les pesticides, à la fois pour les échanges gazeux, la rétention dans les sols et le rejet vers les eaux souterraines. La quantification des pertes environnementales repose sur une modélisation des cycles bio-géochimiques dans les systèmes sol-plante.
Le développement de modèles intégrés de simulation des processus d'émission de polluants, avec un accent particulier sur les échanges gazeux, a constitué la majeure partie de mon activité, et dans ses différentes facettes: intégration de processus, test sur jeux de données expérimentales, extrapolation dans le temps et dans l'espace, et enfin application au diagnostic environnemental dans des contextes finalisés. Ces derniers ont impliqué des domaines comme les bio-énergies, le recyclage de déchets urbains en agriculture, ou l'introduction de cultures tolérantes aux herbicides à large spectre.
La conclusion de ces analyses est que les marges de manoeuvre sont: i/ relativement faibles si l'on raisonne les pratiques de façon incrémentale dans le paradigme actuel, relativement intensif, ou ii/ intéressantes mais uniquement sur certains enjeux (eg, effet de serre pour bio-énergie), les autres enjeux étant plus difficiles à quantifier car tributaires des contextes locaux. Mes recherches futures vont donc porter sur une approche plus systémique des productions ou fonctions évaluées, intégrant des disciplines comme la micro-économie ou l'agronomie, et se déroulant dans un territoire décrit de façon explicite.
Mes recherches s'inscrivent dans cette problématique, et sont centrées sur l'évaluation des systèmes de grandes cultures, avec une approche intégrée sous forme de bilan environnemental. Le bilan prend en compte de façon simultanée les impacts des pratiques culturales sur les milieux sol, eau, et atmosphère, pour un niveau de production donné, permettant ainsi de minimiser les transferts de pollution entre compartiments. Les impacts envisagés concernent les éléments carbone et azote, ainsi que les pesticides, à la fois pour les échanges gazeux, la rétention dans les sols et le rejet vers les eaux souterraines. La quantification des pertes environnementales repose sur une modélisation des cycles bio-géochimiques dans les systèmes sol-plante.
Le développement de modèles intégrés de simulation des processus d'émission de polluants, avec un accent particulier sur les échanges gazeux, a constitué la majeure partie de mon activité, et dans ses différentes facettes: intégration de processus, test sur jeux de données expérimentales, extrapolation dans le temps et dans l'espace, et enfin application au diagnostic environnemental dans des contextes finalisés. Ces derniers ont impliqué des domaines comme les bio-énergies, le recyclage de déchets urbains en agriculture, ou l'introduction de cultures tolérantes aux herbicides à large spectre.
La conclusion de ces analyses est que les marges de manoeuvre sont: i/ relativement faibles si l'on raisonne les pratiques de façon incrémentale dans le paradigme actuel, relativement intensif, ou ii/ intéressantes mais uniquement sur certains enjeux (eg, effet de serre pour bio-énergie), les autres enjeux étant plus difficiles à quantifier car tributaires des contextes locaux. Mes recherches futures vont donc porter sur une approche plus systémique des productions ou fonctions évaluées, intégrant des disciplines comme la micro-économie ou l'agronomie, et se déroulant dans un territoire décrit de façon explicite.
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