CHAPITRE 1Vers une agriculture durable au niveau de la planète

Une population de neuf milliards d'humains est prévue au XXIème siècle. Nous avons vu l'importance de la photosynthèse pour l'alimentation humaine en 2nde et aussi que le sol et l'eau sont des ressources fragiles dont la gestion est un enjeu majeur pour l'humanité (ex : 50% des sols cultivables sont dégradés!).La population mondiale a quadruplé depuis 100ans et même si 1 milliard de personnes souffrent toujours de sous-nutrition, le niveau de vie s'améliore dans les pays émergents ce qui augmente la demande mondiale de produits animaux.

Comment gérer un agrosystème pour garantir une productivité optimale ?Comment concilier production agricole et respect de l'environnement ?

I. Une agriculture pour nourrir les Hommes

1- Les agrosystèmes, des écosystèmes cultivés

Rappels :Un écosystème est formé de l’interaction entre les conditions de milieu (biotope) et l’ensemble des êtres vivants (biocénose)

Voir annexe 1 : l’agrosystème, un écosystème modifié

L’agriculture repose sur la création et la gestion d’agrosystèmes dans le but de fournir des produits, dont les aliments, nécessaires à l’humanité.

L'agrosystème est un écosystème artificiel et déséquilibré, dans la mesure où l'intervention humaine est obligatoire pour son maintien et nécessite l'utilisation de pesticides, d'engrais et de l'irrigation afin d'obtenir de hauts rendements.

Les agrosystèmes réduisent la biodiversité naturelle et consomment de grandes quantités d'énergie fossile.

2- Pratiques alimentaires collectives et perspectives globales

Voir annexe 2 : le choix des pratiques agricolesPourquoi consommer différemment ?La production d'un kg de viande nécessite la consommation de 10 kg de végétaux ce qui a des effets sur le climat et les écosystèmes (ex : la production d'un kg de steak haché libère 60 fois plus de gaz à effet de serre qu'un kg de pain !). Nos habitudes alimentaires individuelles peuvent donc aggraver ou atténuer la dégradation de l'environnement.

Dans une perspective de développement durable, le choix d’une alimentation d’origine animale ou végétale doit être conditionné par le rapport entre le rendement global et la consommation de matière et d’énergie.

II. Pratiques agricoles, environnement et santé

1- Des techniques améliorant la productivité

Voir annexe 3 : l’amélioration des espèces végétalesL'obtention de nouvelles races animales et de variétés végétales par sélection génétique et transgénèse permet d'améliorer les performances de l'agriculture.

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Mais ces techniques peuvent avoir des impacts sur l'environnement et la santé. Dans une perspective de développement durable il est nécessaire d'en tenir compte.

Autres exemples : le bouturage, la culture in vitro

2- L'impact sur l'environnement des pratiques agricoles intensives

Voir annexe 4 : l’impact environnemental des pratiques agricolesL'apport d'engrais chimiques ou organiques permet de compenser l'exportation de biomasse mais un apport excessif de nitrates et phosphates entraîne l'eutrophisation des rivières et lacs. En excès dans les eaux de boisson, ils peuvent provoquer cancers et asphyxie.De même, l'utilisation de pesticides, peu biodégradables, contamine l'environnement et provoque une bioaccumulation toxique dans les réseaux trophiques.

Le choix des techniques culturales doit concilier la production, la gestion durable de l’environnement et la santé.Une agriculture raisonnée respectueuse de l'environnement et de la biodiversité est possible. Il existe des solutions alternatives comme la lutte biologique, le respect des doses optimales d'engrais...

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Annexe 1L'agrosystème, un écosystème modifié

Vous avez vu en seconde le fonctionnement d’un écosystème. L'agriculture repose sur la création et la gestion d'écosystèmes particuliers, les agrosystèmes dont l'un des rôles est de nourrir l'humanité.

Quelles sont les différences entre le fonctionnement d'un écosystème naturel et celui d'un agrosystème ?

I. Comparaison d'un écosystème naturel et d'un agrosystème

Dans un écosystème naturel, la matière constituant les êtres vivants est constamment recyclée. L'énergie permettant son fonctionnement provient uniquement du soleil. Sur la plupart des écosystèmes les activités humaines ont un impact direct ou indirect et le prélèvement de matière organique ou minérale peut conduire à leur déstabilisation.

Un agrosystème, parcelle ou exploitation agricole, est contrôlé par l'homme qui exploite une partie de la biomasse produite à des fins alimentaires ou industrielles. Il introduit certaines espèces comme le maïs, le soja et en détruit d'autres. Le peuplement d'un agrosystème est éphémère (5 mois pour le maïs) et compte un nombre limité d'espèces, d'où des chaînes alimentaires courtes, des réseaux trophiques simplifiés et une perte de biodiversité importante.L'espèce humaine prélève une part importante de la production primaire ce qui nécessite l'apport d'intrants (engrais, fongicides, herbicides, insecticides) et une irrigation efficace pour équilibrer les pertes en matières minérales du sol. Ainsi, en plus de l'énergie solaire, l'agrosystème reçoit de l'énergie et de la matière de l'extérieur ce qui accroît sa productivité.

1- Rappelez ce qu’est une chaîne alimentaire2- Comparez les caractéristiques d'un écosystème naturel avec celles d'un agrosystème. Précisez d'après le document 1 le devenir de la production primaire dans un écosystème et un agrosystème.3- En comparant la part de l'intervention de l'homme dans le fonctionnement d'un écosystème et d'un agrosystème, justifiez l'affirmation qui dit qu’un agrosystème est un écosystème contrôlé par l'homme.

I. Les flux de matière et d'énergie dans les écosystèmes

Document 1   : Transfert d'énergie dans un écosystème

La matière organique contient de l'énergie chimique potentielle.

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De nombreuses pertes d'énergie ont lieu à chaque niveau trophique : une partie de la matière n'est pas utilisée ou assimilée (excréments) et une partie est dégradée par la respiration.

Document 2   : Flux de matière et d’énergie dans les écosystèmes

Azote N (en kg/hectare)

Phosphore P (en kg/hectare)

Potassium K (en kg/hectare)

Stocks naturels dans les sols français 3000 654 1245

Écos

ystè

mes

na

ture

ls

Prélèvement dans le sol par les producteurs primaires 46 5,4 50,8

Exportations de biomasse hors de l’écosystème Moyenne négligeable ramenée à un hectare

Restitution au sol par l’action des organismes décomposeurs 46 5,4 50,8

Agro

syst

èmes

de

cultu

re ty

pe m

aïs Exportations dans la biomasse

récoltée 230 35 215

Restitution par enfouissement des résidus après récolte 11 1 32

Importations : apports de fertilisants300 83 455

Bilan comparé pour 3 éléments chimiques dans un écosystème naturel et un agrosystème

Entrées (x 103 kJ/ha/an)Sorties

(x103kJ/ha/an) Productio

n (t/ha)machinisme

carburant

engrais

semences

irrigation

pesticides

séchage

Divers (électricit

é, transport)

productivité

4991 3992 20365 598 8987 518 16172 7988 116237 9Total : 63611 116237

Inventaire des entrées et sorties d’énergie dans un agrosystème «   champ de maïs   »

Document 3: Rendement et productivité

Agrosystèmes Champs de luzerne

Élevage de bœuf (viande)

Productivité(t.. ha-1.an-1) 10 0.5

Eau consommée( L. kg-1 ) 900 15000

Productivité et consommation d'eau dans 2 agrosystèmes.

Questions   :

1) D'après le document 1, montrez que le nombre de maillons doit être limité pour augmenter la productivité d'un agrosystème.

2) Comparez les flux de matière dans un écosystème naturel et dans un agrosystème3) D'après les documents 2 et 3, montrez que l'homme utilise divers traitements coûteux en énergie pour

améliorer son rendement.4) En conclusion, précisez les différences entre un écosystème et un agrosystème sur le plan énergétique.

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L'agrosystème, un écosystème modifiéCorrection

I. Comparaison d'un écosystème naturel et d'un agrosystème

1- Rappeler ce qu’est une chaîne alimentaireUne chaîne alimentaire est une succession d’êtres vivants qui se consomment. Elle commence dans la majorité des cas par les végétaux chlorophylliensLes maillons sont : producteur primaire(végétal) – consommateur primaire (herbivore) – consommateur secondaire (carnivore)

2- Comparer les caractéristiques d'un écosystème naturel avec celles d'un agrosystème..Un écosystème naturel est un système en équilibre car il recycle en grande partie sa matière.Un agrosystème subit des prélèvements humains : il y a exportation d'une grande partie de la production.

3- En comparant la part de l'intervention de l'homme dans le fonctionnement d'un écosystème et d'un agrosystème, justifiez l'affirmation qui dit qu’un agrosystème est un écosystème contrôlé par l'homme.

Pour maintenir la productivité les agriculteurs introduisent de l'énergie et de la matière minérale, en éliminant les espèces concurrentes. Un agrosystème est crée et contrôlé par l'homme : sans intervention, il s'épuise rapidement.

II. Les flux de matière et d’énergie dans les écosystèmes

1- D'après le document 1, montrer que le nombre de maillons doit être limité pour augmenter la productivité d'un agrosystème.

L'intérêt d'un agrosystème repose sur la production de matière : la production primaire correspond à la biomasse végétale élaborée par la photosynthèse. ; la production secondaire correspond à la biomasse produite par les consommateurs (animaux d'élevage). Au sein d'un agrosystème, il y a circulation et perte de matière qui équivaut à une perte d'énergie. Pour augmenter la productivité, l'homme doit réduire le nombre de maillons en limitant les consommateurs indésirables.

2- Comparer les flux de matière dans un écosystème naturel et dans un agrosystèmeDans un écosystème naturel, les bilans sont équilibrés : les apports compensent les pertes. Dans un agrosystème, on a un déséquilibre constant : l’exportation est plus forte que la restitution, ce qui oblige à faire des apports

3- D'après les documents 2 et 3, montrer que l'homme utilise divers traitements coûteux en énergie pour améliorer son rendement.Le rendement est le rapport entre la masse de matière (ou d'énergie) produite et celle qui a été fournie à l'agrosystème. La productivité est la production de matière par unité de surface et de temps.Pour augmenter les rendements et la productivité l'homme doit augmenter les apports d'engrais, limiter les pertes avec les pesticides, irriguer. Tout ceci a un coup énergétique important.

4- En conclusion, préciser les différences entre un écosystème et un agrosystème sur le plan énergétique.Dans un écosystème naturel, la quantité d'énergie disponible est dépendante de la photosynthèse. Dans un agrosystème, il y a nécessairement des apports énergétiques extérieurs supplémentaires.

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Annexe 2Le choix des pratiques agricoles

Un sommet mondial de l’alimentation, organisé par la FAO (Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture) à Rome en 1996, réaffirme le droit de chaque être humain à être à l'abri de la faim.(…)Les États se sont engagés à éradiquer la faim dans le monde à échéance de 2015, et à réduire de moitié le nombre de personnes en sous-alimentation.(…)L’alimentation est un enjeu majeur de développement durable : il s'agit d'éradiquer la faim dans le monde, et de réorienter les pratiques agricoles en fonction d’objectifs d'accès à l'alimentation pour tous, de qualité et de préservation de l’environnement.http://www.vedura.fr/social/alimentation

Documents   : l’impact des productions agricoles Les animaux d'élevage sont des producteurs secondaires. Les agriculteurs doivent apporter une nourriture végétale aussi nourrissante que possible pour assurer une croissance rapide de leurs animaux. Il faut environ 10 kg de tourteau (mélange industriel) pour obtenir 1 kg de viande.L'efficacité énergétique des élevages est inférieure à celle des cultures.

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Besoins en eau des cultures et élevage pour 1 kg d’aliment produit

Surfaces de sol nécessaires pour la production d’un kg d’aliments d’origine animale ou végétale

Emission de CO2 pour la production de 1 kg de viande chez différents animaux

Indien Etats-unienCéréales 59 23

Sucre 13 18Huiles

végétales 7.5 15

Viande et produits dérivés

5.5 25

Racines, tubercules 7 2

Fruits et légumes 2.3 3

Autres (alcool, …) 5.7 12

Comparaison de la composition des rations alimentaires de deux personnes

(en %)

Question   : A partir de l’étude des documents, montrez que nos choix alimentaires n’ont pas tous le même impact écologique.

Correction

Les choix alimentaires varient selon les pays. Un habitant de l’Inde consomme 2 à 3 fois plus de céréales qu’un Etats-unien, et presque 5 fois moins de viande. La consommation de céréales place l’Indien en qualité de consommateur primaire dans l’agrosystème. Aux USA, au contraire, l’élevage dominant place les habitants en consommateurs secondaires : l’efficacité énergétique est moindre, puisqu’il existe une perte d’énergie à chaque maillon de la chaîne.Par ailleurs, la consommation de viande nécessite des ressources en eau importantes, 10 fois supérieures à celles nécessaires à la culture de céréales. De même, les besoins en sol sont 17 fois plus importants pour la production de viande, que pour celle de céréales.De plus, l’élevage est à l’origine d’émissions de CO2, qui participe à l’effet de serre.On peut donc conclure que les choix alimentaires ont un impact écologique très différent, et que le modèle occidental n’est pas le plus approprié dans le cadre d’un développement durable...

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Annexe 3L'amélioration des espèces agricoles

Depuis 70 ans, les avancées scientifiques et technologiques ont permis l'amélioration des cultures et élevages et contribué à l'augmentation des rendements. L'objectif est de recenser quelques techniques utilisées…

Document 1   : La sélection génétique

L'amélioration génétique du maïs repose sur la technique d'hybridation, c’est à dire sur le croisement de souches différentes. L'effet d'hétérosis ( vigueur hybride) se traduit par la supériorité de nombreux caractères (résistance à la verse, aux maladies..) de l'hybride par rapport aux parents.

Document 2   : Le clonage des animaux et des végétaux L'objectif du clonage est de faire naître un individu ayant le même patrimoine génétique que l'individu adulte donneur de cellules. L'efficacité du clonage est de 5% environ.Chez les végétaux, le bouturage permet de reproduire en grande quantité une plante sélectionnée. Via une culture in vitro, un micro fragment végétal est sélectionné et repiqué dans des milieux de culture appropriés. Cette technique aboutit à l'obtention de millions de plants tous génétiquement identiques. Elle a permis de sauver de nombreuses plantes de la menace de disparition.

Document 3   : Les organismes génétiquement modifiés.

Grâce à la technique de transgénèse, il existe du maïs, des betteraves ou du colza résistant à des ravageurs ce qui, en théorie permet d'utiliser moins de produits phytosanitaires. De nouvelles possibilités d'adaptation des plantes à la sécheresse, la salinité sont envisageables comme de même la lutte contre des carences alimentaires via un riz enrichi en bêta carotène (précurseur de la vitamine A). Cependant cette technique pose des problèmes éthiques, de santé et environnementaux.

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L’obtention de variétés génétiquement modifiéesDepuis une vingtaine d’années, l’industrie agroalimentaire développe une nouvelle génération de semences, génétiquement modifiées. Les variétés transgéniques sont par exemple rendues résistantes aux parasites, à la sécheresse ou à un herbicide.Dans ce dernier cas, l’utilisation par l’agriculteur de la variété transgénique est logiquement couplée à l’utilisation de l’herbicide pour lequel la plante a été rendue résistante. Pour autant, d’autres herbicides peuvent être utilisés afin d’augmenter encore l’efficacité du désherbage.

Quelques éléments du débat autour des OGM

Questions   :1- Justifier l'intérêt agronomique d'obtenir des hybrides F1.2- Donner le principe, le rôle et l'intérêt du clonage dans le cadre de l'amélioration de races animales ou

de la production végétale3- Rappeler, sous forme d'un schéma le principe de la transgénèse et résumer les inconvénients et les

avantages des OGM.

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L'amélioration des espèces agricolesCorrection

1- Les hybrides F1 sont plus vigoureux et héritent des caractères de leurs 2 parents. En sélectionnant des lignées pures avec des caractéristiques intéressantes on obtient des plants cumulant les avantages de chacune des lignées parentales.

2- Le principe du clonage chez les animaux est d'obtenir un ou plusieurs individus à partir d'une cellule d'un individu sélectionné. Tous seront identiques génétiquement car il y a eu transfert de la totalité de l'information génétique. On espère ainsi conserver le caractère intéressant. Le taux d'échec est très élevé.Chez les végétaux, c'est par micro-bouturage (mode de reproduction asexué) que l'on obtient des individus ayant les mêmes propriétés que la plante d'origine.

3- La transgénèse est le transfert d'un gène d'intérêt dans le génome d'un être vivant qui acquiert ainsi un nouveau caractère.Les OGM pourraient réduire l'utilisation de pesticides, améliorer la qualité des aliments. Mais leur utilisation doit s'inscrire dans un commerce équitable des semences et respecter la santé et l'environnement (ce qui paraît difficile!).

http://www.savoirs.essonne.fr/sections/ressources/photos/photo/les-etapes-de-la-transgenese/?cHash=e2bfb2eaf9266eb783e6d66bd2fa65e5

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Annexe 4L'impact environnemental des pratiques agricoles

Document 1

Des analyses complémentaires d'animaux morts dans le lit du Gouessant (Côtes d'Armor), à l'embouchure duquel les cadavres de plusieurs sangliers avaient été retrouvés fin juillet, tendent à renforcer les soupçons envers les algues vertes. Les expertises ont révélé la présence de sulfure d'hydrogène (H2S), que dégagent les algues vertes en décomposition, chez un ragondin. Ni cyanobactéries, ni poisons, les autres hypothèses envisagées pour expliquer la mort de nombreux animaux retrouvés sur une plage, n'ont été décelés, a affirmé samedi soir la préfecture. (…)Trente-six sangliers et un ragondin ont été trouvés morts le mois dernier dans le lit du Gouessant et la présence du H2S, un gaz mortel, a été découverte chez six des sept sangliers précédemment analysés, confortant chez des écologistes et des scientifiques l'hypothèse d'un empoisonnement dû aux algues. Les années précédentes, les gaz de décomposition ont déjà été soupçonnés d'avoir causé la mort d'êtres humains et d'animaux. Proliférant sur certaines côtes bretonnes avec l'apport nutritionnel des engrais azotés, les algues vertes sont, estiment les associations écologistes, le symptôme d'un développement mal contrôlé de l'agriculture industrielle.http://www.lemonde.fr

Document 2   : La pollution des chaînes alimentaires par des pesticides.

Dans les années 1980, on a remarqué chez les Inuits du grand nord canadien une concentration élevée d'un pesticide, le DDT, rejeté dans l'océan par l'agriculture américaine. Le DDT est un polluant organo-persistant (POP), il se décompose très lentement au froid et reste actif plus de 30 ans. De plus, difficile à métaboliser par l'organisme, il s'accumule dans le tissu adipeux des poissons, oiseaux et mammifères.Le lait maternel des femmes Inuits présente des concentrations très élevées de DDT. Cela a des conséquences sur le système nerveux et immunitaire des bébés qui développent pneumonies et troubles divers.

La bioconcentration d'un POP dans la chaîne alimentaire.

La bioconcentration est l'accumulation dans un être vivant d'une substance à une concentration supérieure à celle mesurée dans l'eau. Elle augmente tout au long d'une chaîne alimentaire.

Document 3

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Le Bois Raméal Fragmenté est le nom donné à un mélange de résidus de broyage de rameaux de bois frais (branches). Par sa couverture du sol et son apport en lignine, il favorise le développement d'humus qui permet de limiter, voire de supprimer, le labour, les apports d'engrais et l'irrigation. En utilisant des branches fraîchement broyées et répandues rapidement au sol, une pédofaune et une pédoflore vont s'installer et ainsi reproduire les mêmes mécanismes que la forêt, laquelle est autosuffisante. Les BRF sont considérés comme des aggradants (on parle alors d'aggradation à l'inverse de dégradation) et présentent donc un matériau de premier choix pour restaurer les sols épuisés. La culture sur B.R.F permet de neutraliser les principales maladies dont sont victimes les tomates.http://fr.ekopedia.org/

En cultivant deux espèces différentes sur une même parcelle, l’agriculteur peut tirer bénéfice des interactions entre les deux peuplements. Par exemple, dans la culture associée de blé et de trèfle, le trèfle a pour propriété de fixer l’azote de l’air pour le transformer en azote minéral qui devient alors directement disponible pour le blé. Les cultures associées permettent aussi de lutter contre la prolifération des plantes adventices concurrentes.

Le Jardin Botanique de Lyon teste depuis le mois de mars 2001 un système de lutte anti-parasitaire différent du mode chimique : la lutte biologique intégrée. C'est l'application rationnelle d'une combinaison de mesures biologiques, physiques, chimiques, culturales ou autres, ayant pour objectif l'amélioration des végétaux. Ce système a été choisi pour plusieurs raisons: - la protection sanitaire des agents- la protection sanitaire du public - le respect de l'environnement - l'efficacité contre certains parasites récalcitrants (cochenille) - la limitation de la phytotoxicité Dans cette lutte intégrée, deux modes sont antagonistes mais complémentaires: Un mode biologique qui se traduit par des lâchers réguliers de prédateurs en fonction de l'infestation du parasite. Avant les premiers lâchers, le piégeage est indispensable afin de cibler les parasites, mais également pour estimer l'ampleur de l'infestation.Ces pièges apparaissent sous la forme de panneaux englués sur les deux faces de couleur différente en fonction du parasite recherché.Un mode chimique, complémentaire du mode biologique, consiste en des traitements ponctuels, raisonnés, avec des produits adaptés, de toxicité très faible, protégeant la faune auxiliaire. Ces traitements ont pour but de corriger, s'il y a lieu, les foyers d'infestation trop élevés. Bien que nous n'en soyons encore qu'au stade de perfectionnement, la réponse apportée s'avère déjà positive, tant sur le plan parasitaire que sanitaire :- le seuil de tolérance reste faible - la fréquence des traitements chimiques a diminué de 50%Le mode biologique tient une place très importante dans la pratique de notre lutte antiparasitaire. Nous espérons qu'il devienne, à terme, une véritable méthode alternative à l'utilisation de produits chimiques.http://www.jardin-botanique-lyon.com/jbot/sections/fr/les_coulisses_du_jar/lutte_integree/

Question   : Rédigez une lettre à un agriculteur pour lui expliquer les dangers d’une agriculture intensive, et lui montrer que des pratiques alternatives existent.

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L'impact environnemental des pratiques agricolesCorrection

Monsieur,

Je me permets de vous adresser cette lettre pour vous faire part de mes inquiétudes au sujet de la production agricole actuelle, basée en majeure partie sur l’agriculture intensive.

Les engrais azotés, apportés de manière excessive, sont entraînés vers la mer où ils provoquent un développement incontrôlable d’algues vertes. Ces algues, en pourrissant, libèrent des gaz toxiques tels que le sulfure d’hydrogène, qui sont à l’origine de la mort de nombreux animaux sur les plages. Par ailleurs, l’utilisation de pesticides a des répercussions sur la chaîne alimentaire entière. Le DDT, qui a longtemps été utilisé par l’agriculture américaine, se retrouve en quantité élevée dans le lait des femmes Inuits. Ces taux élevés empoisonnent leurs propres enfants, qui souffrent de pneumonies et des troubles nerveux. Cette accumulation s’explique par la bioconcentration des polluants : à chaque maillon de la chaîne alimentaire, le pesticide est plus concentré, car il ne se dégrade pas. Il atteint donc rapidement le seuil de toxicité, et vous n’êtes pas sans savoir que l’Homme est au bout de toutes les chaînes alimentaires…

Cette lettre n’aurait pas d’intérêt s’il s’agissait uniquement de me plaindre. Je voudrais en effet profiter de cette occasion pour vous rappeler qu’il existe des solutions alternatives aux pesticides de synthèse. Le BRF, bois raméal fragmenté, peut être utilisé pour couvrir le sol. Il permet d’une part de se débarrasser des tailles de haies, et d’autre part de stimuler la flore et la faune du sol. On obtient un sol de type forestier, équilibré, ce qui permet de limiter les apports d’engrais, d’eau et le labour. Par ailleurs, la flore qui se développe empêche l’apparition des principales maladies des tomates.De la même façon, les cultures associées permettent de créer des interactions bénéfiques entre plantes. L’association de trèfle au blé permet par exemple de fixer l’azote, ce qui supprime les apports d’engrais, et d’empêcher le développement des adventices.Enfin, l’utilisation de prédateurs naturels lorsque les parasites deviennent nombreux permet de diminuer fortement l’utilisation de pesticides toxiques.

J’espère que je vous ai convaincu de la nécessité de faire évoluer les modes de cultures actuels, et je vous prie d’agréer, Monsieur, l’expression de mes sentiments respectueux.

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