Research article

Performance of innovative cropping systems diversified with oilseeds and protein crops: identification and resolution of methodological issues, using the Syppre experimental network as a case study^☆

Multiperformance de systèmes de culture innovants diversifiés à base de cultures oléagineuses et protéagineuses : identification et résolution de difficultés méthodologiques en considérant le réseau expérimental Syppre comme étude de cas

¹ INRAE, University of Toulouse, UMR AGIR, Centre Occitanie-Toulouse, Auzeville Tolosane, France
² Arvalis Institut du végétal, Pôle SYSTèmes de culture Multiperformants, Boigneville, France
³ Terres Inovia, Thiverval-Grignon, France
⁴ Institut Technique de la Betterave, Paris, France
⁵ INRAE, Domaine Saint Paul, site Agroparc, Avignon, France

^* Corresponding author: jean-noel.aubertot@inrae.fr

Received: 30 April 2022
Accepted: 1 September 2023

Abstract

Agroecological transition requires that innovative and diversified cropping systems be developed. Conducting system experiments is an approach well-suited to the analysis of performance of cropping systems when subjected to soil, weather and biotic stresses. Conducting system experiments nevertheless gives rise to methodological challenges. Using the Syppre network of experiments, consisting of five sites in France, we present an original case study that provides valuable methodological and agronomic lessons on system experiments. The innovative cropping systems tested there are based on crop diversification (including oilseeds and protein crops), as well as flexible tillage, technical innovations and optimized crop management. From a methodological standpoint, we show that (i) mixed models are adapted to a range of experimental questions and constraints; (ii) multifactorial analysis enables the characterization of relationships between performance indicators; (iii) a multisite experimental network is an efficient approach not only for answering agronomic questions, but also for addressing methodological issues. From an agronomic standpoint, we showed that reconciling multiple indicators of performance is still challenging. Overall, innovative and diversified systems improved the performance of input utilization and environmental impacts, but with lower productivity and profitability. Introducing legume crops is a promising strategy because this contributes significantly to reductions in mineral N fertilizer use, energy consumption and greenhouse gas emissions, without major trade-offs against other performance indicators. Finally, we showed that the nature of the production situation had a major influence on the performance profile. This led us to be cautious in making overall analyses especially with regard to general conclusions.

Résumé

La transition agroécologique nécessite le développement de systèmes de culture innovants et diversifiés. L’expérimentation système est une approche qui permet l’analyse des performances des systèmes de culture sous l’influence du sol, du climat et des stress biotiques. Cependant, les expérimentations système soulèvent encore des défis méthodologiques. Nous présentons une étude originale qui a permis de tirer des leçons tant méthodologiques qu’agronomiques sur les expérimentations système, à partir de l’analyse du réseau expérimental Syppre qui comporte cinq sites. Les systèmes de culture innovants testés reposent sur des successions de cultures diversifiées, avec introduction d’oléagineux et de protéagineux, ainsi que sur un travail du sol flexible, des innovations techniques et des itinéraires techniques optimisés. D’un point de vue méthodologique, nous avons montré que (i) les modèles mixtes sont adaptés à une gamme de questions et de contraintes expérimentales ; (ii) l’analyse multivariée permet de caractériser les relations entre les indicateurs de performance ; (iii) un réseau expérimental multisite est un dispositif efficace pour répondre à des questions agronomiques, et pour traiter différentes questions méthodologiques. D’un point de vue agronomique, nous avons montré que l’atteinte de la multi-performance reste un défi. Globalement, les systèmes innovants et diversifiés ont amélioré les performances en matière d’utilisation des intrants et d’impacts environnementaux, mais avec une productivité et une rentabilité moindre. L’introduction de légumineuses est une voie prometteuse en raison de leur contribution significative à la réduction de l’utilisation d’engrais azotés, de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre, sans altérer de façon majeure les autres performances. Enfin, nous avons montré que la situation de production avait une influence majeure sur le profil de performances obtenu. Ceci invite à la prudence, notamment en ce qui concerne la généralisation de conclusions d'analyses globales.