Ambitious environmental and economic goals for the future of agriculture are unequally achieved by innovative cropping systems

International audienceAgriculture has to face huge challenges in the decades ahead. Four innovative cropping systems were assessed ina “cropping system experiment” in the Ile-de-France region (France) from 2009 to 2014. Three were designed tomeet ambitious goals: the total elimination of pesticides (No-Pest), reducing fossil energy consumption by 50%(L-EN), or decreasing greenhouse gas (GHG) emissions by 50% (L-GHG). They were also required to satisfy awide range of environmental criteria and to maximize yields whilst respecting the major constraint on the systemand the environmental targets set. A fourth system (PHEP), in which the environmental and yield targets wereachieved with no major constraint, was also assessed. After completion of the first full crop sequence for theseinnovative systems, the results obtained indicated that it was possible to design and implement innovativesystems achieving multiple goals. In our field trial conditions, the pesticide and energy constraints were almostsatisfied, whereas the GHG target was missed by a considerable margin. All four innovative systems satisfiedenvironmental criteria in terms of N management, pesticide use, energy consumption and crop diversity.However, herbicide treatment frequency index (TFIH) was higher than expected in the two systems with no-plowpractices, L-EN and L-GHG. In the pesticide-free system, soil organic matter content was lower than expected,due to frequent plowing (every 2 years) and low residue levels as a result of the lower yields obtained. Yieldswere lower for the L-EN system than for the reference system, and yield was variable in the L-GHG system. Theseinnovative systems had better environmental performances than the systems currently used in the Ile-de-Franceregion, with no decrease in gross margins

29 % N2O emission reduction from a modelled low-greenhouse gas cropping system during 2009-2011

Atmospheric concentration of nitrous oxide (N2O), a greenhouse gas (GHG), is rising largely due to agriculture. At the plot scale, N2O emissions from crops are known to be controlled by local agricultural practices such as fertilisation, tillage and residue management. However, knowledge of greenhouse gas emissions at the scale of the cropping system is scarce, notably because N2O monitoring is time consuming. Strategies to reduce impact of farming on climate should therefore be sought at the cropping system level. Agro-ecosystem models are simple alternative means to estimate N2O emissions. Here, we combined ecosystem modelling and field measurements to assess the effect of agronomic management on N2O emissions. The model was tested with series of daily to monthly N2O emission data. It was then used to evaluate the N2O abatement potential of a low-emission system designed to halve greenhouse gas emissions in comparison with a system with high productivity and environmental performance. We found a 29 % N2O abatement potential for the low-emission system compared with the high-productivity system. Among N2O abatement options, reduction in mineral fertiliser inputs was the most effective

Évaluation multicritère de systèmes de culture zéro-pesticides en grande culture et polyculture-élevage (Réseau Rés0Pest)

Dans le cadre du plan Ecophyto, un réseau d’expérimentations système a été mis en place en Francemétropolitaine, avec pour objectif de concevoir et d’évaluer des systèmes de culture sans pesticides.Les systèmes ont été mis en place dans des situations variées (différents climats, types de sol, filières)et concernent les grandes cultures et la polyculture élevage. Une évaluation multicritère (Criter 5.4,MASC 2.0) a été conduite sur la période 2013-2017. On n’observe pas de dégradation de la capacitéproductive à long-terme, ni de la qualité sanitaire des récoltes et la contribution au développementdurable des huit systèmes testés est considérée «faible à moyenne» pour la polyculture élevage et«moyenne à élevée» à «élevée» pour la grande culture. La durabilité environnementale est « élevée » à«très élevée» pour tous les systèmes et c’est la durabilité sociale qui est la moins favorable en raisond’une «très faible» contribution à l’emploi. La rentabilité montre de fortes différences entre systèmes,allant de « très faible » à « très élevée » mais aucune valorisation économique particulière des récoltesproduites sans pesticides n’a été appliquée. Les résultats présentés débouchent sur de nouvellesperspectives pour une réduction significative de l’utilisation des pesticides en France

Identifying cost-competitive greenhouse gas mitigation potential of French agriculture

The agriculture, forestry and other land use sector are responsible for 24% (10–12 Pg CO2e per year) of anthropogenic greenhouse gas (GHG) emissions worldwide, with concomitant opportunities for mitigation. A scientific panel used deliberative methods to identify ten technical measures comprising 26 sub-measures to reduce GHG emissions from agriculture in France. Their abatement potential and cost are compared. The proposed measures concern nitrogen (N) management, management practices that increase carbon stocks in soils and biomass, livestock diets, and energy production and consumption on farms. Results show that the total abatement potential can be divided into three parts. One third of the cumulated abatement potential corresponds to sub-measures that can be implemented at a negative technical cost. These sub-measures focus on increased efficiency in input use including N fertilisers, animal feed and energy. The second third are sub-measures with moderate cost (€25 per metric Mg of avoided CO2e). These require investment with no direct financial return, the purchase of particular inputs, dedicated labour time or involve production losses. Assuming additivity, the cumulated abatement is 32.3 Tg CO2e per year in 2030, but only 10 Tg (i.e. 10% of current agricultural emissions) when calculated under current inventory rules. This study confirms that a significant abatement potential exists in the agricultural sector, with two thirds of this potential at low or even negative cost. This is likely to be an underestimated as it is based on a status quo of the current agricultural system. Results also emphasise the need to upgrade inventory rules so that efforts to reduce emissions can be accounted for

Rés0Pest: An Experimental Network of Pesticide-FreeCropping System

Rés0Pest: An Experimental Network of Pesticide-FreeCropping Syste

Contribution analysis of reactive nitrogen to N fertiliser application impacts in two different cropping system managements

Contribution analysis of reactive nitrogen to N fertiliser application impacts in two different cropping system managements. 12. Congress of the European Society for Agronom

Gérer les adventices sans herbicides: Exemple des systèmes de culture (SdC) testés dans le réseau expérimental « zéro pesticides » Rés0Pest

systèmes de culture innovants minimisant le recours aux pesticides, en combinant des leviers agronomiques et en valorisant les régulations biologiques, en grande culture et polyculture-élevage. Il a vu le jour en 2012 et regroupe 8 dispositifs expérimentaux (INRA et lycée agricole d’Auzeville) dans lesquels sont testés des systèmes de culture ayant en commun de ne pas recourir aux pesticides. Ses objectifs sont de : - concevoir et expérimenter des systèmes de culture sans pesticide dans différentes situations de production ; d’en évaluer les performances agronomiques, économiques, environnementales et sociales ; - analyser l’effet de ces systèmes sur l’évolution des communautés, notamment les bioagresseurs, et les régulations biologiques. Outre l’interdiction du recours aux pesticides, les systèmes testés doivent chercher à maximiser une production respectueuse des exigences des filières locales (les cultures de vente représentatives de la région doivent être maintenues et les critères de qualité des productions sont recherchés) et à maintenir le revenu de l’agriculteur. Les successions de cultures sont donc différentes selon les sites. Les systèmes de culture sont construits selon les principes de la protection intégrée en combinant des techniques alternatives, éprouvées ou suggérées par la bibliographie et les connaissances actuelles sur les bioagresseurs, en vue de réduire les risques de développement des bioagresseurs et de favoriser la mise en place de régulations biologiques. Bien qu’ils aient été conçus indépendamment les uns des autres, les systèmes de culture Rés0Pest utilisent des techniques communes pour la lutte contre les adventices, certaines étant raisonnées au niveau de la rotation (allongement de la rotation, diversification des cultures et des périodes de semis, alternance labour/non-labour, implantation de CIPAN, …), d’autres au niveau de l’itinéraire technique de chaque culture (faux-semis, désherbage mécanique, date et densité de semis…). Malgré son positionnement « zéro pesticide » très en rupture avec l’agriculture conventionnelle, Rés0Pest se distingue de l’Agriculture Biologique par l’alimentation azotée des cultures. En effet, la fertilisation minérale chimique est utilisée pour viser un rendement plus élevé, ce qui n'est pas sans conséquence sur le développement des adventives et des autres bioagresseurs. Rés0Pest permet donc d’obtenir des références originales intéressantes tant pour l’agriculture dite conventionnelle que pour l’Agriculture Biologique. Un tronc commun de mesures et d’observations a été mis en place sur le réseau dans le but de conduire un diagnostic agronomique et en particulier de suivre l’évolution de la flore adventice. Les trois premières campagnes expérimentales ont déjà permis de tirer des premiers enseignements sur la faisabilité et la maitrise de certaines combinaisons de techniques. Les expérimentations seront maintenues à minima pour les 3 prochaines campagnes culturales de manière à rendre possible l’étude des effets cumulatifs sur le long terme, en particulier sur la flore adventice

Assessing GHG mitigation options for crops at regional level using ecosystem modelling and LCA

Communication avec actes, texte intégralSoil, climate and management practices make greenhouse gas (GHG) emission estimates associated with crop production highly uncertain. Biophysical modelling provides reliable reactive nitrogen (Nr) estimates for environmental assessment. In this paper LCA and ecosystem modelling are combined to improve GHG estimation from cropping systems in the Paris (France) area, and to compare environmental impacts of two cropping systems at regional level. A cropping system aimed at productivity with high environmental performance (PHEP), while the other one aimed to reduce (GHG) emissions by half (50%GHG). Model-derived GHG estimates for crop production were at least 7% lower than estimates from the standard methodology applied to LCA, emphasizing the importance of regional factors in agricultural LCAs. The 50%GHG cropping system appears promising (184% reduction in the life-cycle GHG emissions) for climate mitigation of arable crops, pending trade-offs with other impact categories

Évaluation multicritère de systèmes de culture zéro-pesticides en grande culture et polyculture-élevage (Réseau Rés0Pest)

Dans le cadre du plan Ecophyto, un réseau d’expérimentations système a été mis en place en France métropolitaine, avec pour objectif de concevoir et d’évaluer des systèmes de culture sans pesticides. Les systèmes ont été mis en place dans des situations variées (différents climats, types de sol, filières) et concernent les grandes cultures et la polyculture élevage. Une évaluation multicritère (Criter 5.4, MASC 2.0) a été conduite sur la période 2013-2017. On n’observe pas de dégradation de la capacité productive à long-terme, ni de la qualité sanitaire des récoltes et la contribution au développement durable des huit systèmes testés est considérée «faible à moyenne» pour la polyculture élevage et «moyenne à élevée» à «élevée» pour la grande culture. La durabilité environnementale est « élevée » à «très élevée» pour tous les systèmes et c’est la durabilité sociale qui est la moins favorable en raison d’une «très faible» contribution à l’emploi. La rentabilité montre de fortes différences entre systèmes, allant de « très faible » à « très élevée » mais aucune valorisation économique particulière des récoltes produites sans pesticides n’a été appliquée. Les résultats présentés débouchent sur de nouvelles perspectives pour une réduction significative de l’utilisation des pesticides en France.In the framework of Ecophyto, a network of eight system experiments was set up in order to design and assess pesticide-free cropping systems in the main French agricultural areas. The tested cropping systems cover a wide range of production situations (different climates, soils and agricultural sectors) for arable crop and multicrop-livestock farming. A multi-criteria analysis (Criter 5.4 and MASC 2.0) was conducted to assess the overall sustainability of the eight tested cropping systems over the 2013-2017 period. We observe neither degradation of the long-term productive capacity nor degradation of the sanitary quality of the harvests The overall sustainability of the eight cropping systems was assessed as “low to medium” for the multicrop-livestock systems, and “medium to high” to “high” for the arable cropping systems. The environmental sustainability is "high" to "very-high" for all systems and the less favourable sustainability is the social one because of a "very low" contribution to employment. The profitability shows strong differences between systems, going from “very low" to "very high" but no particular economic valuation of the harvests produced without pesticides was applied. The presented results draw new perspectives towards a major reduction of pesticide use in France