L'adaptation du sorgho et du riz au changement climatique : stratégies et opportunités contrastées

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Atelier Cirad-Iddri , Agriculture, développement et changement climatique.Montpellier, 7 Juillet 2010.

L'adaptation du sorgho et du riz au

changement climatique :

Stratégies et opportunités contrastées

Michael Dingkuhn

et Tanguy Lafarge

Upr

104 AIVA

Adaptation Agroécologique

et Innovation Variétale

Département BIOS, CIRAD

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Résumé

Le changement climatique (CC) affectera la productivité des plantes alimentaires directement, en déplaçant les conditions du milieu par rapport aux optima physiologiques, et indirectement, en rendant leur production plus ou moins rentable et sûre, ce qui entraînera des changements à l’échelle des systèmes. Des marges d’adaptation par amélioration génétique existent, ainsi que des possibilités

d’adaptation agronomique. Là où ces marges d’adaptation sont insuffisantes, la culture devra migrer géographiquement ou sera remplacée par une autre. Pour justifier un investissement lourd dans l’adaptation génétique, il sera important de mesurer ses bénéfices réels. Ceux‐ci peuvent être très faibles, dans le cas où le CC joue plus sur les variations climatiques que sur les conditions moyennes, accentuant ainsi les risques inter et intra‐annuels. Dans ce dernier cas, les stratégies d’adaptation portent plus sur la gestion des risques par les acteurs, sur la base d’ajustements tactiques. Ces ajustements sont plus efficaces s’il existe des prévisions saisonnières et si les risques sont tempérés par des sauvegarde économiques, comme des assurances. Nous présenterons deux exemples de cultures vulnérables, le riz irrigué et le sorgho pluvial, qui seront affectés très différemment par le CC. Ceci se décline en stratégies d’adaptation contrastées, comme l’adaptation physiologique au stress thermique et à l’irrigation déficitaire chez le riz, ou les stratégies d’évitement et de partage social des risques de sécheresse chez le sorgho, jusqu’à la conception de plantes et de systèmes de remplacement. Des activités et des projets de recherche du Cirad et de ses partenaires seront présentés à titre d’exemple.

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Structure

• Le challenge de l’adaptation au CC

• Profils agro‐écologiques du sorgho et du riz

• Vulnérabilités particulières des cultures du sorgho et du riz

• «

Adaptation pathways

»

(AP), schéma générique

• APs

pour le sorgho

• APs

pour le riz

• Actions engagées au sein du CIRAD

• Futures priorités et partenariats

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2001 IPCC scenarios

NASA GISS data Hadley Centre /

Climate Research Unit

…et des températures en hausse

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Quel niveau de

sensibilité

et de vulnérabilité

des

cultures de riz et de

sorgho ?

Quelles mesures

d’adaptation?

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Sorgho & riz : Même « plan de construction

», adaptation différente

Sorgho (africain)

• Culture +/‐ extensive et de subsistence • Zones sèches monomodales

• Aime la chaleur

• Compromis difficils (« trade‐offs») entre adaptation et potentialité :

Le PPisme confère des qualités adaptatives, mais à faible potentialité :

25-05 15-07 25-09

Début saison des pluies

Fin saison des pluies

Sorghos PP Sorghos non PP Question clef : Comment intensifier la culture dans une situation de risques climatiques croissants ? Début de la mousson OK OK OK OK Pourriture des grains Sécheresse terminale X X

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Sorgho & riz : Même « plan de construction

», mais adaptation très différente

Riz (irrigué) • Culture intensive • Se protège contre les stress par sa forte consommation en eau • Chaleur : « transpirational cooling» • Adventices : Anaérobie • (…)

• Compromis difficils (« trade‐offs ») entre adaptation et économie d’eau

Riz (pluvial)

• Culture +/‐ extensive et de subsistence • Savanes humides

• Très sensible aux modifications pluviométriques • une des cultures les plus sensibles au CC

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Fréquence des conditions extrêmes

Karl, T.R. et al., 2008. Stérilité chez le riz Verse, inondations, érosion… Déficit hydrique (moins de pluies utiles)

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Strat 1 Strat 1

«

Adaptation pathways

»

(AP)

Diagnostic Stratégies Partielles Stratégies Intégrées Recherche & Ingénierie Réalisations & Transferts Impacts Vulnérabilité Biologique/plante Vulnérabilité Socio‐éco Tolérer (les stress) Vulnérabilité Agro‐ écosystémique Echapper (aux stress) Anticiper (la contrainte climatique) Diversifier (les plantes & activités) Transférer (les risques économiques )

Plante Environnement Homme

Strat 1 Strat 3 Strat 2

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Proposer des AP pour le sorgho

Facteurs de vulnérabilité Stratégies Partielles Stratégies Intégrées Recherche & Ingénierie Réalisations & Transferts Sécheresse, Excès d’eau Culture de subsistence, risque de famine Dégradation / désertification, Perte de diversité Tolérer : Stay‐green Echapper : Photo‐ périodisme Anticiper : ‘climate‐ informed’ mgmt » Diversifier: Plantes & filières FFF Transférer les risques : Assurer la récolte

Sélection : Création de nouvelles plantes Agronomie Conception des ITK & systèmes Outils AD : Gestion raisonnée des risques Prévision saisonnière Climatologie X Agronomie Assurances Systèmes à indice climatique Déblquer l’intensific ation : Microcrédi t Agrobiodiv . Gestion & conservati on paysanne 1. Stratégie ‘conservatrice’: Variétés PPiques nains productives pour Systèmes Trad. 2. Stratégie ‘FFF’: Nouveau secteur bio‐ énergies décentralisé, sorgho grain/ EtOH/ fourrage 3. Intensification sécurisée ITK intensifiés & micro‐ crédits pour les bonnes années, assurance de la récolte pour les risques clim. 4. Gestion guidée par prévision saisonnière Ajustements tactiques en fonction des prévisions, aides à la décision, paquets ITK Action 2 Action 2 Action 2 Action 1

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Exemple d’un AP pour le sorgho : mise au profit de la

prévision saisonnière

Facteurs de vulnérabilité Stratégies Partielles Stratégies Intégrées Recherche & Ingénierie Réalisations & Transferts Sécheresse Culture de subsistence, risque de famine Anticiper : ‘climate‐ informed’ mgmt»

Outils AD : Gestion raisonnée des risques Prévision saisonnière Climatologie X Agronomie Déblquer l’intensific ation : Microcrédi t Agronomie Conception des ITK & systèmes Action 4. Gestion guidée par prévision saisonnière Ajustements tactiques en fonction des prévisions, aides à la décision, paquets ITK

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Sorgho : stratégies pour des systèmes

traditionnels, intensifiés ou FFF

Maintenir la stratégie traditionnelle d’évitement ;

germoplasme nouveau (PPique, court, bon

indice de récolte…)

Quitter le calendrier traditionnel : semer en

début de la mousson avec ITK intensifié,

assurer

les pertes en année adverse

Culture Food‐Feed‐Fuel

à base du sorgo sucré

(nouveau idéotype), création d’une nouvelle

filière décentralisée EtOH)

Stratégie ‘conservatrice’: Variétés PPiques nains productives pour Systèmes Traditionnels Intensification sécurisée ITK intensifiés + micro‐ crédits pour les bonnes années, assurance de la récolte pour les risques clim. Stratégie ‘FFF’: Nouveau secteur bio‐ énergies décentralisé, sorgho grain/ EtOH/ fourrage

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SweetFuel

Vers une culture à

triple usage FFF:

Caractéristiques du système décentralisé Valeur adaptative face au CC :

- filière commercials (moins de risques de subsistance) - stockage du produit distillé, commercialisation flexible

Stockage Distillation ‘fuel grade’ Fourrage Pré‐ Distillation 40‐50% EtOH Trans‐ formation résidus Commer‐ cialisation du carburant Commer‐ cialisation, Transport Engr.vert Marché

Champ Village / Coopérative Usine

Consommation ou commercialisation Fourrage Extraction & fermen‐ tation du jus Objectifs de la décentralisation : ‐ Réduction des coûts de transport ‐ Création d’emplois ruraux ‐ Etalement de l’approvisionnement de l’usine Stratégie ‘FFF’: Nouveau secteur bio‐ énergies décentralisé, sorgho grain/ EtOH/ fourrage

F1

F3

F2

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Floating

rice

Deepwater

Rainfed lowland

Drought/

flash floods

Irrigated Irrigated

Upland rice

Rice ecosystems

Rice is unique in its ability to grow in a wide range of hydrologic environments, some of which where other crops can not grow

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Proposer des AP pour le riz

Facteurs de vulnérabilité Stratégies Partielles Stratégies Intégrées Recherche & Ingénierie Réalisations & Transferts Excès d’eau, sécheresse, chaleur, [CO₂] Culture intensive, ‐‐eau, + coûts, ‐‐ main d’œuvre Ressources en eau, fertilitédes sols Tolérer: fertilitédes épillets, qualité Echapper: heure de floraison, transpiration Anticiper: caractérisatio ndes zones à risques (TPEs) Diversifier: économie d’eau, pas de pépinière Soutenir: micro‐crédit

Sélection Création de nouvelles plantes Agronomie Conception des ITKs & systèmes Modèles Interaction de facteurs climatique s Bioclimato. Prédiction du micro‐ climat Outils AD Gestion raisonnée des risques Climatologi e x agronomie Prévision saisonnière Biodiversité Sélection caractères spéciaux 1. Stratégie ‘maintenance’ Variétés àfloraison tolérante, heure précoce, panicule enfouie, transpiration 2. Stratégie ‘opportuniste’ Variétés à respiration réduite, faible rétro‐ contrôle PH, maintien dynamique des sucres 4. Stratégie ‘prédictive’ Caractérisation de zones cibles pour programme de sélection, prédiction des rendements pour calage des idéotypes et des ITKs 3. Stratégie ‘conservatrice’ ITKs à faible coût, moins de préparation sol, de main d’œuvre, d’utilisation d’eau, de fertilisants, Action 2 Action 2 Action 2 Action 1

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Proposer des AP pour le riz

Facteurs de vulnérabilité Stratégies Partielles Stratégies Intégrées Recherche & Ingénierie Réalisations & Transferts Sécheresse, chaleur Tolérer: fertilitédes épillets, qualité Echapper: heure de floraison, transpiration

Sélection Création de nouvelles plantes Bioclimato. Prédiction du micro‐ climat Biodiversit é Sélection caractères spéciaux 1. Stratégie ‘maintenance’ Variétés àfloraison tolérante, heure précoce, panicule enfouie, transpiration Action 2 Action 2 Action 2 Action 1

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15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 00: 00: 00 03: 00: 00 06: 00: 00 09: 00: 00 12: 00: 00 15: 00: 00 18: 00: 00 21: 00: 00 Time (HH:MM) Te m p er a tu re ( oC ) D a y r e l a t i v e t o a n t h e s i s - 2 5 - 2 0 - 1 5 - 1 0 - 5 0 5 1 0 S p ikel et fer til it y ( % ) 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 0 10 20 30 40 50 JAN

FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OC

T NOV DEC populations recombinantes sélection par marqueurs gènes candidats 38°C flowering stérilité temps température stérilité flowering Tolérance _Evitement panicule compacte panicule enfouie floraison matinale transpiration paniculaire localiser le contrôle génétique caractériser les réponses identifier des donneurs

Riz: stratégie de maintenance en réponse à la chaleur

Sélection de caractères spéciaux Création de nouvelles variétés Prédiction du microclimat

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Proposer des AP pour le riz

Facteurs de vulnérabilité Stratégies Partielles Stratégies Intégrées Recherche & Ingénierie Réalisations & Transferts chaleur, CO2 Réduction de la main d’œuvre, coûts des intrants Ressources en eau, fertilitédes sols Tolérer: Psynthèse, respiration Anticiper: caractérisatio ndes zones à risques (TPEs) Diversifier: économie d’eau, semis direct

Sélection Création de nouvelles plantes Agronomie Conception des ITKs & systèmes Modèles Interaction de facteurs climatique s Climatologi e x agronomie Prévision saisonnière 2. Stratégie ‘opportuniste’ Variétés à respiration réduite, faible rétro‐ contrôle PH, maintien dynamique des sucres 3. Stratégie ‘conservatrice’ ITKs à faible coût, moins de préparation sol, de main d’œuvre, d’utilisation d’eau, de fertilisants, Action 2 Action 2 Action 2 Action 1

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Manque d’eau en 2025 N-P-K Variabilitéde la période de culture Diversification Anticipation Tolérance

Riz: stratégie conservatrice et opportuniste face aux conditions de culture

Prévision saisonnière Création de nouvelles variétés Conception des ITKs et systèmes Interaction de facteurs climatiques semis en ligne semis sur sol sec à la volée économie d’eau gestion de la fertilisation rétro‐contrôle photosynthèse température

plus élevée [CO_élevé2] plus

température nocturne plus élevée réponse de la respiration Zones à risques modèles

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Nouvelles priorités et partenariats

riz/sorgho face au CC

• Sorgho et autres céréales en Afrique : CCAFS => MP7

(Assurances, Prévision, AD…)

• Sorgho FFF : FP7 SweetFuel (Consortium sur 4 continents)

• Riz irrigué

& bas fonds : MP3‐GRiSP (adaptation agronomique

et génétique)

• Riz de bas fonds en Afrique : GCP Challenge initiative

(adaptation génétique)

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Conclusion

• Sorgho:

– surtout sensible aux aléas climatiques (sécheresse, inondation) – adaptation par la consommation hydrique étalée pendant le cycle (tolérance) et par la phénologie (évitement) – protection potentielle par l’assurance et la production multiple grain‐ biomasse‐sucres (nouvelle filière commerciale)

• Riz

– surtout sensible aux changements climatiques (température, diminution de la disponibilité en eau, baisse de la population agricole)

– adaptation par le maintien des processus à température et [CO₂] élevées (tolérance) et l’heure de floraison, l’architecture compacte et la consommation hydrique soutenue (évitement) – protection par la préservation des ressources et le micro‐crédit

• Stratégies contrastées :

– Sorgho : sécurisation agronomique et sociale contre les risques – Riz irrigué : Tolérance aux stress climatiques et meilleure économie d’eau

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