Naar een Europese agroforestry… Landbouwkundige benadering van moderne agroforestry Christian Dupraz, INRA, Frankrijk Brussel, 19 oktober 2007

Is er nog plaats voor bomen in landbouwsystemen in gematigde streken? Should trees be maintained out of productive agricultural plots? Is er nog plaats voor bomen in landbouwsystemen in gematigde streken?

Dit is geen agroforestry Korte omloophout voor de productie van biomassa Beboste landbouwgrond

Dit is geen agroforestry Agroforestry is een bewuste mengeling van een boomlaag en een kruidlaag (teelten, graasweides)

Agroforestry wordt gekenmerkt door interacties tussen bomen en kruidachtige planten…

Kan men de paradigma’s over intensivering onderuithalen, die geleid hebben tot het weghalen van bomen uit akkers?

Dat is om te lachen, zeker? Is dit een grap? Bomen op mijn veld? Dat is om te lachen, zeker?

U denkt er niet aan… Arme teelten… ze zullen niet groeien… te ingewikkeld hoe werken met machines? een wildgroei van vogels, slakken, veldmuizen … met alle schade vandien onkruid zal de teelten overwoekeren dichtbij hagen groeit niets dat zal de beteelbare oppervlakte verkleinen dat zal het werk vertragen met vaste kosten, geen sprake van om het rendement te verlagen het Europese gemeenschappelijke landbouwbeleid (GLB) is al zo onzeker…

Werkelijk, bent u ernstig? Arme bomen… ze zullen niet groeien… te ingewikkeld pesticiden zullen de bomen doden jonge boompjes verdragen de volle zon niet het hout zal niets waard zijn (als het te snel groeit) het hout zal niets waard zijn (als het te traag groeit) het hout zal niets waard zijn (als het beschadigd is door de machines) het hout zal niets waard zijn (als men er te weinig produceert) het hout zal niets waard zijn (er zal geen kernhout zijn) storm en onweer zullen ze vernielen

Werkelijk, bent u ernstig? Denkt u ook niet… onmogelijk om weer opnieuw te beginnen, zich aan te passen, weer een nieuwe teelt te starten denkt u dat mijn grondeigenaar / pachter dat zal willen? mijn percelen zijn te klein en hoe moet het dan met de irrigatie? ik ben te oud ik ben te jong

Werkelijk, bent u ernstig? Door de klimaatsverandering en verminderde regenval zal de concurrentie tussen bomen en teelten steeds sterker worden … Door de behoefte aan grond voor de teelt van energiegewassen (biobrandstoffen) is er geen plaats voor bomen …

‘t Is trouwens verboden! Wie bomen op zijn akker plant, krijgt geen MTR-premies meer! En als u bomen heeft op uw akkers, zullen we uw oppervlakte voor activatie van MTR-rechten forfaitair verminderen met 10 m² 50 m² 100m² 250 m² (Spanje) per boom.

De wetenschappelijke context van ons werk

Commission d'évaluation - 30 janvier 2006 As 2 : De rol van biodiversiteit in productiviteit en de duurzaamheid van teeltsystemen. Thema I: Verdeling van de natuurlijke rijkdommen en agro-ecologische prestaties in plurispecifieke systemen Commission d'évaluation - 30 janvier 2006

Een plurispecifiek systeem is een systeem Een plurispecifiek systeem is een systeem... … dat opzettelijk heterogeen is… en dus ingewikkeld. Is het complex? Een complex systeem kan heel simpel zijn: het wordt gekenmerkt door moeilijk te voorspellen eigenschappen die kunnen opduiken… Een ingewikkeld systeem kan geen nieuw opduikende eigenschappen hebben…

Laat een holistische benadering van plurispecifieke teeltsystemen toe om de interessante nieuwe eigenschappen te laten ontwikkelen?

Heterogeniteit modelleren: (tijd en ruimte) van verdeelde processen integreren De natuur is fundamenteel heterogeen op het niveau van plantaardige organismes Heterogeniteit zit boven en onder de grond 2D 3D

Klassieke landbouwkundige hypothese Een mengeling haalt meer winst uit de natuurlijke rijkdommen dan vruchtwisseling van monospecifieke populaties

De relaties tussen planten Competitie = verdelen van de natuurlijke rijkdommen verplicht Facilitatie = verhogen van de natuurlijke rijkdom facultatief Door de directe vermeerdering van de natuurlijke rijkdommen (gefixeerde N, geïnfiltreerd water, verminderde afname van C of N door natuurlijke vijanden ….) Door verbeterde opvang Architecturale plasticiteit, ecofysiologische adaptatie diepere wortelgroei optimalisatie van het proces om C te verwerven (briesje – wind, schaduwminnende soorten…)

Indicatoren van productiviteit van landbouwkundige mixen Eenvoudige synthetisched indicatoren van productiviteit in plurispecifieke systemen Coëfficiënten van equivalent rendement (Mead and Willey, 1980) Talrijke afgeleide formuleringen LER (Land Equivalent Ratio) Klassieke geobserveerde waarden: 0.9 à 1.1 voor éénjarige mixen 1.0 à 1.2 voor mixen van leguminosen en niet-leguminosen En meerjarige mixen?

Wat zegt de ecologische theorie? Zonder facilitatie is er geen voordeel voor mixen Facilitatie is facultatief en hangt af van de omgeving In een competitieve omgeving zijn de competitie-mechanismes dominant In een facilitatieve omgeving zijn de facilitatie-mechanismes dominant De omgeving is fundamenteel instabiel, de benadering is noodzakelijkerwijs gebaseerd op waarschijnlijkheid

ZWARTE WALNOOT (Notre-Dame de Londres, Fr.) 30 60 90 120 150 1985 1990 1995 2000 2005 DIAMETER (mm) Zonder tussenteelt Met tussenteelt Culture intercalaire = sainfoin

ZWARTE WALNOOT (Notre-Dame de Londres, Fr.) 30 60 90 120 150 1985 1990 1995 2000 2005 DIAMETER (mm) Zonder tussenteelt Met tussenteelt p = 4/5 D = 60 jaar Fonction de production con,jointe convexe Extrapolation à d’autres conditions pédoclimatiques possible

De vorm van de curve van de gezamelijke productie voorspellen Mechanismes van facilitatie begrijpen De waarschijnlijkheden in facilitatieve omgevingen kwantificeren De voorwaarden naar stabilisatie van de omgeving ten voordele van facilitatie achterhalen Associaties optimaliseren Functionele overtolligheden vermijden Zoeken naar efficiënte mixen Fenologische wanverhoudingen Architecturale plasticiteit Ecofysiologisch aanpassingsvermogen Dynamiek van verwoestende populiaties / ziektes

Associatie populieren - granen

Voorspelling van de topologie en dynamiek van het wortelen van een boom in functie van de heterogeniteit van de bodem, geïnduceerd door de tussenteelt Model Hi-sAFe, simulatie van beworteling d.m.v. voxels (Thèse Mulia, 2005) BOS AGROFORESTRY

14/03/1996 BOS AGROFORESTRY

15/08/1996 BOS AGROFORESTRY

BOS AGROFORESTRY

BOS AGROFORESTRY

BOS AGROFORESTRY

BOS FORESTIER AGROFORESTRY AGROFORESTIER

BOS FORESTIER AGROFORESTRY AGROFORESTIER

BOS AGROFORESTRY

BOS AGROFORESTRY

BOS AGROFORESTRY

Veranderde verdeling van fijne wortels 16/06/2000 Veranderde topologie Veranderde verdeling van fijne wortels Versnelde groei richting alluviale waterlaag BOS AGROFORESTRY Onder voorbehoud dat het model valabel is… wordt vervolgd…

Agroforestry Bos 5 jaar

Agroforestry Bos 10 jaar

Resultaten van productiviteit interpreteren? Noodzaak: mechanistische model van het functioneren van de associaties Identificatie van eigenschappen die de kop opsteken Tegenstrijdigheid met de ecologische theorie Ecologie: facilitaties in een « onnatuurlijke » omgeving… Landbouwkundig: facilitaties in een gunstige omgeving …

Wat hebben we uiteindelijk geleerd?

Agroforestry is een concept: het is niet een mengeling van landbouw en bosbouw

Traditionele praktijjken zijn verhelderend maar vaak niet aangepast aan de actuele context Gemoderniseerde systemen, aangepast aan de actuele omstandigheden, zijn mogelijk

Europa had een sterke traditie in agroforestry Rond de Middellandse Zee is deze (deels) in stand gehouden

Biodiversiteit, bescherming van de waters en bodems, C-opslag Agroforestry is een alternatief voor plattelandsontwikkeling, dat aansluit op de actuele sociale vraag Biodiversiteit, bescherming van de waters en bodems, C-opslag

Maar de belangrijkste conclusie van ons werk is:

Agroforestry is rendabel… Maar de regels van het spel verhinderen vaak dat Europese landbouwers het systeem invoeren

Gemeten coëfficiënt van equivalent rendement: LER = 1,29 à 1,40 Dupraz et al, 2008. The Land Equivalent Ratio of a temperate silvoarable agroforestry system (in voorbereiding)

Gemeten coëfficiënt van equivalent rendement: LER = 1,60 Dupraz et al, 2008. The Land Equivalent Ratio of a temperate silvoarable agroforestry system (in voorbereiding)

Bomen in landelijk gebied, buiten een bos: een eeuw van achteruitgang

Arisdorf 1999 Arisdorf 1941 (Tanner, 1993)

Een tendens die nog steeds actueel is in mediterrane zones, en steeds sterker wordt in tropische zones Mindanao, Filipijnen, 2003 Askio, Griekenland, 2004

Een vernieuwde kijk op agroforestry Opwaarderen van praktijken van pionier-landbouwers, en experimenten in gecontroleerde omgeving of in exploitatie

Agroforestry en leefmilieu

Landschap

Beheer van multispecifieke boompopulaties

Bescherming van bomen tegen brandrisico

Bescherming van de bodem

Bescherming door het microklimaat

Biodiversiteit

Biodiversiteit: de essentie is weinig zichtbaar

Toevlucht van wild (jacht)

Biologische bestrijding van verwoestende fauna en flora

Biologische bestrijding van graanbladluizen in agroforestry In a walnut-wheat agroforestry system, natural enemies of wheat aphids (ladybirds, hoverflies, parasitoid wasps) may be favoured by the habitats secured by the trees and the grassed row. This hypothesis is investigated at the Restinclières agroforestry farm in Southern France. Sarthou et al, in voorbereiding

Biologische bestrijding van mijten in wijngaarden met agroforestry De vijand: Eotetranychus carpini Een hulp bij bestrijding: Kampimodromus aberrans Kreiter et al, in voorbereiding

Verbeterde infiltratie van water Verhoogde porositeit van de bodem, natuurlijke terrasvorming, verhoogd organisch stofgehalte van de bodems

Reductie van pieken in hoogwaterstand

Vertraging van vloedgolven bij overstromingen Beteelde hoofdbedding in de hoofdbeddingen Beteelde hoofdbedding Buiten pieken door hevige regenval tijdelijke opslag van water vertraging van stromingen aanslibbing van fijne deeltjes

C-fixatie Het protocol van Kyoto erkent agroforestry-percelen voor vastlegging van koolstof Een voorbeeld van vastlegging: 1 ton/ha/jaar voor grasland 2,7 ton/ha/jaar voor grasland met agroforestry (met 100 bomen/ha) Bomen injecteren C diep in de bodem (turn-over wortels) Vernieling van traditionele agroforestry-systemen veroorzaakt een uitstoot van C naar de atmosfeer De omvorming van bossen tot agroforestry-systemen beperkt het vrijkomen van C (tropische zones)

L R kruidachtigen, Km/m³ Bescherming van waterhoudende lagen tegen diffuse vervuiling door N-houdende meststoffen 50 100 150 200 15 25 Diepte, cm L R kruidachtigen, Km/m³ L R bomen, Km/m³ 5 10 Afstand,m 20

Productiviteit van systemen met bomen en tussenteelten

Mengen of niet mengen, dat is de hamvraag

Het is altijd een zaak van compromissen Plant meer bomen, zegt de bosbouwer Plant minder bomen, zegt de landbouwer Om voordeel te halen uit de interacties… zijn beide nodig

De vragen van de gebruikers Welke structuur is best? (bv. dichtheid bomen, oriëntatie bomenrijen, …) Gedurende hoeveel jaren is de tussenteelt mogelijk en rendabel? Waarop kan men hopen, wat betreft de groei van de bomen? Moet men in de praktijk de bomen bevoordelen, of de tussenteelten, of hoe kan men een compromis vinden? Welke tussenteelt past best bij welke boomsoort? Moet men de technische kant van de geassocieerde tussenteelt aanpassen (bemesting, …) Er is geen enkel simulatiemodel beschikbaar voor agroforestry-systemen in gematigde streken …

De familie van modellen SAFE Hi-SAFE: gedetailleerd, biofysisch 3D-model i.v.m. interacties tussen bomen en tussenteelten Yield-SAFE: eenvoudig, biofysisch 1D- model i.v.m. interacties tussen boom en tussenteelt Farm-SAFE: micro-economisch model dat de invoering van agroforestry in een landbouwkundige bedrijfsvoering simuleert

Hi-SAFE Een biofysisch 3D-model i.v.m. de productiviteit van heterogene populaties

Hi-sAFe: waarom dit model? Cognitief model: het gedrag van complexe systemen bestuderen (identificatie van nieuw opduikende eigenschappen) Voorspellend model: de impact van beslissingsregels bestuderen, die moeilijk experimenteel te onderzoeken zijn

Hi-sAFe: rekening houden met competitie voor licht, water en stikstof

Hi-sAFe: de uitkomsten Keuze voor eenvoudige en evenwichtige modelleringen: Interceptie van licht C-opname door de boom Waterbalans zoals geïmplementeerd in STICS-model (+ alluviale waterlaag) Keuze voor meer subtiele en vernieuwende modelleringen: Plasticiteit van wortelsystemen (simulatie met voxels) Functioneel evenwicht en reactie van boom op verstoringen (snoei, wortelsnoei) Algoritmische innovatie voor de goed beschreven processen: Genereren van de topologie van het wortelsysteem Opname van water en stikstof, gekoppeld aan alle wortelvoxels en integratie van de potentieel van de flux in de matrix Torus symmetrie

Competitie voor licht: algoritme van invallende lichtstralen La version actuelle du modèle ne permet pas de prendre en compte l’ombrage entre culture. De plus, les rayons sont lancé pour arriver au niveau du sol au entre des cellules. Si la culture est relativement haute, il est possible que le sol soit à l’ombre de l’arbre alors que la culture est au soleil. J’ai écrit un algorithme qui permet de calculer la longueur du trajet d’un rayon à l’intérieur de chaque culture traversée. Il reste à trouver une loi d’atténuation cohérente avec les formalismes de Stics

Verder dan de gesimuleerde scène: de mogelijkheden van de torus symmetrie La symétrie torique permet la simulation d’un couvert infini, ce qui évite les effets de bordure. On voudrait simuler un couvert fini sans effets de ordure. Symétrie torique optionnelle. x y Scène simulée

Verder dan de gesimuleerde scène: de mogelijkheden van de torus symmetrie Virtuele scènes omringen de berekende scène complete symmetrie Berekende scène populatie La symétrie torique permet la simulation d’un couvert infini, ce qui évite les effets de bordure. On voudrait simuler un couvert fini sans effets de ordure. Symétrie torique optionnelle. x y

x y geen symmetrie alleenstaande boom

symmetrie volgens y-as x y symmetrie volgens y-as haag, bomenrij

symmetrie volgens y-as en halve symmetrie volgens x-as Bosrand

Gebruik van gedetailleerde schaalmodellen om het vereenvoudigde model te valideren

Effect van de oriëntatie van de bomenrijen in gematigde streken (43° N) NZ-gerichte bomenrijen geven homogene lichtinval voor de tussenteelt

Effect van de kruinvorm in gematigde streken Bomenrij OW-georiënteerd Concentratie van schaduw aan noordkant van de bomen Minder dichte schaduw, beter verdeeld Zwak effect van de kruinvorm….

De module van competitie om water Rekening houdend met de alluviale waterlaag Ongelimiteerde waterbron, hydrostatisch potentieel, capillaire opzuiging, afsterven van wortels door gebrek aan zuurstof (anoxie) Modelleren van de competitie om water door integratie van potentieel van de flux in de matrix Integraal over de onverzadigde hydraulische geleidbaarheid De Willigen et al, 2000 De Willigen P, NE Nielsen, N Claassen and AM…Castrignano. 2000. Modelling water and nutrient uptake. In: Smit, A.L., Bengough, A.G., Engels, C., Van Noordwijk, M., Pellerin, S. and Van der Geijn (Eds.) 2000. Root Methods, a Handbook. Springer Verlag, Berlin. pp 509-544.

De module van boomgroei Op basis van drie referentie-allometrieën uitgevoerd bij bomen in open omgeving Onstabiel C-reservoir, wat toelaat om plotse groei van vegetatie te simuleren Simulatie van reacties van boom op verstoringen boven en onder de grond (functioneel evenwicht) Uitdunnen, snoei Wortelsnoei Grégoire Vincent, IRD

Beslissingsregels die getest kunnen worden Strategische opties (bij aanvang) dichtheid van bomen, oriëntatie bomenrijen, afstand boom-tussenteelt, rotatie (winter/zomerteelt) Tactische opties (jaarlijks) uitdunnen of snoei van bomen, wortelsnoei, reductie van de beteelde oppervlakte Niet te voorspellen met het model: spontane evoluties in de structuur van het gebladerte (afsterven, weer aangroeien)

Wilde kerselaar 80 bomen/ha (pessimistische LER = 1,1) Voorspelling van de relatieve productiviteit van de bomen en tussenteelten Wilde kerselaar 80 bomen/ha (pessimistische LER = 1,1)

Wilde kerselaar 80 bomen/ha (optimistische LER = 1,3) Voorspelling van de relatieve productiviteit van de bomen en tussenteelten Wilde kerselaar 80 bomen/ha (optimistische LER = 1,3)

Wilde kerselaar 80 bomen/ha Voorspelling van de relatieve productiviteit van de bomen en tussenteelten Wilde kerselaar 80 bomen/ha

Evolutie van de transpiratie van bomen

Biomassa monocultuur (ton/ha)

Biomassa tussenteelt (ton/ha)

Hi-sAFe voorspelt goed de heterogeniteit van de tussenteelt Harde tarwe, perceel in Restinclières, walnoot van 9 jaar (2004) Harde tarwe, perceel in Vézénobres, populier van 8 jaar (2004)

Fractie bovengrondse biomassa van notelaar in agroforestry

Totale lengte van fijne wortels van notelaar in agroforestry

Dichtheid wortels (m/m³) 500 1000 1500 2000 2500 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Diepte (m) Dichtheid wortels (m/m³) 1996 1997 1998 1999 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Dichtheid wortels (m/m³) 500 1000 1500 2000 2500 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Diepte (m) Dichtheid wortels (m/m³) 1996 1997 1998 1999

Dichtheid wortels (m/m³) 500 1000 1500 2000 2500 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Diepte (m) Dichtheid wortels (m/m³) 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Dichtheid wortles (m/m³) 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Diepte (m) Dichtheid wortles (m/m³) 2007 2008 2009 2010 2011

Dichtheid wortels (m/m³) 500 1000 1500 2000 2500 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Diepte (m) Dichtheid wortels (m/m³) 2012 2013 2014 2015

Dichtheid wortels (m/m³) 500 1000 1500 2000 2500 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Diepte (m) Dichtheid wortels (m/m³) 1996 2001 2007 2015

Dichtheid wortels (m/m³) Onder de tussenteelt 500 1000 1500 2000 2500 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Diepte (m) Dichtheid wortels (m/m³) 2015

Dichtheid wortels (m/m³) Onder de boom 500 1000 1500 2000 2500 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Dichtheid (m) Dichtheid wortels (m/m³) 2015

Voorspelling van milieu-indicatoren 1000 2000 3000 4000 1995 1996 1997 1998 1999 2001 2002 2003 gecumuleerde drain (mm) Monocultuur granen Associatie agroforestry Lame d’eau drainée cumulée : mécanismes, probabilités?

Type simulaties met Hi-sAFe Lineaire structuur Mozaïekstructuur 2 componenten n componenten

Kortom … onze benadering van agroforestry is sterk geëvolueerd in 10 jaar …

Agroforestry is geen herbebossing

Dit is geen agroforestry! De lage dichtheid is geen voldoende voorwaarde

L’AGROFORESTERIE N’EST PAS UN BOISEMENT DES TERRES AGRICOLES Dit is geen agroforestry!

Dit laat een rendabele tussenteelt toe, zelfs met volwassen bomen. De optimale dichtheid van volwassen bomen is sterk neerwaarts herzien ... (30 à 100 bomen/ha). Dit laat een rendabele tussenteelt toe, zelfs met volwassen bomen.

Compromis…! Te veel bomen doden de tussenteelt Te weinig bomen laten niet meer toe om alle voordelen van het systemen te benutten Het leeuwendeel van onze proefvelden heeft een te hoge boomdichtheid (>100 bomen/ha)

Perceelsgewijze aanpassing 100 m Wanneer de percelen te klein zijn (< 0,5 ha) staan de bomen best op de perceelsgrenzen

Perceelsgewijze aanpassing 100 m Wanneer de percelen groot zijn (> 1 ha) kunnen de bomen hun plaats vinden op het volledige perceel

Eigendomsrecht? Beperkingen in beheer? Impact op de teelten? Bomen op de perceelsgrenzen: conflicten vermijden, duidelijkheid over eigenaar, duidelijkheid over beheerder Eigendomsrecht? Beperkingen in beheer? Impact op de teelten?

Inplanting als bron van conflicten met de buren

Verdeling van eigendom en impact op de teelten

In agroforestry moeten alle bomen hun waarde hebben (vroegtijdig en definitief uitdunnen, geen laattijdige uitdunning, uiterlijk van boomrijk park) CRE (producten) > CRE (biomassa)

Bomen groeien sneller in agroforestry… (bij identiek bodemklimaat) Maar let op met overblijvende tussenteelten zoals grasachtige voedergewassen

6 technische aanbevelingen Geef de voorkeur aan NZ-gerichte rijen (homogene teelten)

2. Geef de bomen veel ruimte om productiviteit van de tussenteelten op lange termijn te garanderen (15 à 40 m) Laat de bomen op de perceelsgrenzen staan bij kleine percelen

3. Vermijd een bodemklimaat dat de complementariteit van bomen en tussenteelten tegenwerkt (vermijd te oppervlakkige bodems, denk aan de ondergrond, beheer de wortelsystemen)

4. Behandel de bomen nooit ruw.. alles moet geleidelijk gaan (afstand boom-tussenteelt, type tussenteelt, bodembewerking, wortelsnoei, uitdunnen)

5. Besteed aandacht aan uitlijning van de bomen bij aanplant en bescherm jonge bomen, die zichtbaar moeten zijn vanuit de tractorcabine

6. Investeer in de opgroei van de bomen (weinig tijd per ha, maar wel jaarlijks gedurende de eerste 10-15 jaar)

http://www.montpellier.inra.fr/safe/

Uniformiteit…

Diversiteit…

Onze gedachten gaan naar de pioniers…

Om te besluiten… Dank u