Published August 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Conservation agriculture improves agronomic, economic, and soil fertility indicators for a clay soil in a rainfed Mediterranean climate in Morocco

Creators

  • 1. Université Mohammed VI Polytechnique

Description

Declining rainfall with increasing variability, increasing temperature extremes, and declining soil fertility are threatening crop production and ultimately food security in the rainfed Mediterranean environment in Morocco. Conservation agriculture (CA) practices such as reduced tillage, soil cover, and appropriate crop rotation are recognized as a set of adaptive agricultural systems in such climate-sensitive regions. Systematic evaluation of agronomic, economic, and soil fertility indicators with medium-and long-term adoption of CA in different crop rotations in such variable climatic conditions is needed to drive wider adoption of CA in the region. The objective of this study was to systematically evaluate agronomic, economic, and soil fertility indicators under CA and conventional tillage (CT) using field experimentation (medium-term) and simulation modeling (long-term) for a clay soil of a rainfed Mediterranean environment. Methodologies included the following: 1) Field experimentation for 5 years (2015–2019), comparing CA and CT in four major food crops: wheat, barley, lentil, and chickpea, conducted in Merchouch, Morocco. The objective was to determine the effect of CA on crop productivity, yield stability, profitability, precipitation use efficiency, and soil fertility indicators of individual crops and cropping systems. (2) Dynamic simulation modeling to understand the long-term effect of adopting CA and CT under cereal–legume and cereal–cereal rotation systems. Using 5 years of experimental data, we calibrated and validated a Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) model for four crops; and ran the model for 36 years for two major rotations. Across the five contrasting rainfall years, in comparison to CT, CA had greater yield stability and increased wheat grain yield by 43%, barley by 8%, lentil by 11%, and chickpea by 19%. In 5 years of cereal-legume rotation cycle, CA resulted in increased system yield (by 20%), total benefits (by 40%), precipitation use efficiency (by 13%), and available soil moisture (by14%) with production cost reduced by 14.5%. The CA system had higher soil organic matter (+7%), available phosphorus (+3%), and exchangeable potassium (+15%) than in CT, although all differences were non-significant. Our field experiment and long-term simulation results suggest that CA adoption improves a range of agronomic and economic, and soil fertility indicators compared to CT in the clay soil of a rainfed Mediterranean environment. The outcomes of this experimental and simulation study on the multiple benefits of CA provide evidence for extensionists, policymakers, and farmers to drive its wider adoption in Morocco and similar production environments.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يهدد انخفاض هطول الأمطار مع زيادة التقلبات، وزيادة درجات الحرارة القصوى، وانخفاض خصوبة التربة إنتاج المحاصيل والأمن الغذائي في نهاية المطاف في بيئة البحر الأبيض المتوسط البعلية في المغرب. يتم التعرف على ممارسات الزراعة الحفظية (CA) مثل تقليل الحراثة وغطاء التربة وتناوب المحاصيل المناسب كمجموعة من الأنظمة الزراعية التكيفية في مثل هذه المناطق الحساسة للمناخ. هناك حاجة إلى تقييم منهجي لمؤشرات الخصوبة الزراعية والاقتصادية وخصوبة التربة مع اعتماد المرجع المصدق على المدى المتوسط والطويل في دورات المحاصيل المختلفة في مثل هذه الظروف المناخية المتغيرة لدفع اعتماد المرجع المصدق على نطاق أوسع في المنطقة. كان الهدف من هذه الدراسة هو التقييم المنهجي لمؤشرات الخصوبة الزراعية والاقتصادية وخصوبة التربة في إطار حساب المواطن والحراثة التقليدية (CT) باستخدام التجارب الميدانية (متوسطة الأجل) ونمذجة المحاكاة (طويلة الأجل) للتربة الطينية لبيئة البحر الأبيض المتوسط البعلية. وشملت المنهجيات ما يلي: 1) التجارب الميدانية لمدة 5 سنوات (2015–2019)، ومقارنة CA و CT في أربعة محاصيل غذائية رئيسية: القمح والشعير والعدس والحمص، التي أجريت في مرشوش، المغرب. كان الهدف هو تحديد تأثير حساب المواطن على إنتاجية المحاصيل، واستقرار الغلة، والربحية، وكفاءة استخدام الأمطار، ومؤشرات خصوبة التربة للمحاصيل الفردية وأنظمة المحاصيل. (2) نمذجة المحاكاة الديناميكية لفهم التأثير طويل الأجل لاعتماد CA و CT في ظل أنظمة تدوير الحبوب والبقول والحبوب. باستخدام 5 سنوات من البيانات التجريبية، قمنا بمعايرة والتحقق من صحة نموذج نظام دعم القرار لنقل التكنولوجيا الزراعية (DSSAT) لأربعة محاصيل ؛ وقمنا بتشغيل النموذج لمدة 36 عامًا لدورتين رئيسيتين. على مدار سنوات هطول الأمطار الخمس المتناقضة، بالمقارنة مع CT، كان CA يتمتع باستقرار أكبر في الغلة وزيادة غلة حبوب القمح بنسبة 43 ٪، والشعير بنسبة 8 ٪، والعدس بنسبة 11 ٪، والحمص بنسبة 19 ٪. في 5 سنوات من دورة تناوب الحبوب والبقول، أدى CA إلى زيادة إنتاجية النظام (بنسبة 20 ٪)، والفوائد الإجمالية (بنسبة 40 ٪)، وكفاءة استخدام هطول الأمطار (بنسبة 13 ٪)، ورطوبة التربة المتاحة (بنسبة 14 ٪) مع انخفاض تكلفة الإنتاج بنسبة 14.5 ٪. يحتوي نظام CA على مادة عضوية أعلى في التربة (+7 ٪)، والفوسفور المتاح (+3 ٪)، والبوتاسيوم القابل للتبديل (+15 ٪) مقارنة بالتصوير المقطعي المحوسب، على الرغم من أن جميع الاختلافات كانت غير مهمة. تشير تجربتنا الميدانية ونتائج المحاكاة طويلة الأجل إلى أن اعتماد CA يحسن مجموعة من المؤشرات الزراعية والاقتصادية وخصوبة التربة مقارنة بالتصوير المقطعي المحوسب في التربة الطينية لبيئة البحر الأبيض المتوسط البعلية. توفر نتائج هذه الدراسة التجريبية والمحاكاة حول الفوائد المتعددة لـ CA أدلة للإرشاديين وواضعي السياسات والمزارعين لدفع اعتمادها على نطاق أوسع في المغرب وبيئات الإنتاج المماثلة.

Translated Description (French)

La baisse des précipitations avec une variabilité croissante, l'augmentation des températures extrêmes et la baisse de la fertilité des sols menacent la production agricole et, en fin de compte, la sécurité alimentaire dans l'environnement méditerranéen pluvial au Maroc. Les pratiques d'agriculture de conservation (AC) telles que le travail réduit du sol, la couverture du sol et la rotation appropriée des cultures sont reconnues comme un ensemble de systèmes agricoles adaptatifs dans ces régions sensibles au climat. Une évaluation systématique des indicateurs agronomiques, économiques et de fertilité des sols avec l'adoption à moyen et à long terme de l'AC dans différentes rotations de cultures dans des conditions climatiques aussi variables est nécessaire pour favoriser une adoption plus large de l'AC dans la région. L'objectif de cette étude était d'évaluer systématiquement les indicateurs agronomiques, économiques et de fertilité des sols sous AC et labour conventionnel (CT) en utilisant l'expérimentation sur le terrain (à moyen terme) et la modélisation de simulation (à long terme) pour un sol argileux d'un environnement méditerranéen pluvial. Les méthodologies comprenaient les éléments suivants : 1) Expérimentation sur le terrain pendant 5 ans (2015–2019), comparant l'AC et la tomodensitométrie dans quatre grandes cultures vivrières : le blé, l'orge, la lentille et le pois chiche, menée à Merchouch, au Maroc. L'objectif était de déterminer l'effet de l'AC sur la productivité des cultures, la stabilité du rendement, la rentabilité, l'efficacité de l'utilisation des précipitations et les indicateurs de fertilité des sols des cultures individuelles et des systèmes de culture. (2) Modélisation de simulation dynamique pour comprendre l'effet à long terme de l'adoption de l'AC et de la tomodensitométrie dans les systèmes de rotation céréales-légumes et céréales-céréales. À l'aide de 5 ans de données expérimentales, nous avons étalonné et validé un modèle de système d'aide à la décision pour le transfert d'agrotechnologie (DSSAT) pour quatre cultures ; et avons exécuté le modèle pendant 36 ans pour deux rotations majeures. Au cours des cinq années de précipitations contrastées, par rapport à CT, CA avait une plus grande stabilité du rendement et augmentait le rendement en grains de blé de 43 %, l'orge de 8 %, la lentille de 11 % et le pois chiche de 19 %. En 5 ans de cycle de rotation céréales-légumes, l'AC a entraîné une augmentation du rendement du système (de 20 %), des avantages totaux (de 40 %), de l'efficacité de l'utilisation des précipitations (de 13 %) et de l'humidité du sol disponible (de 14 %) avec un coût de production réduit de 14,5 %. Le système CA présentait une teneur plus élevée en matière organique du sol (+7 %), en phosphore disponible (+3 %) et en potassium échangeable (+15 %) que dans la tomodensitométrie, bien que toutes les différences ne soient pas significatives. Notre expérience sur le terrain et nos résultats de simulation à long terme suggèrent que l'adoption de l'AC améliore une gamme d'indicateurs agronomiques, économiques et de fertilité du sol par rapport à la tomodensitométrie dans le sol argileux d'un environnement méditerranéen pluvial. Les résultats de cette étude expérimentale et de simulation sur les multiples avantages de l'AC fournissent des preuves aux vulgarisateurs, aux décideurs et aux agriculteurs pour favoriser son adoption plus large au Maroc et dans des environnements de production similaires.

Translated Description (Spanish)

La disminución de las precipitaciones con el aumento de la variabilidad, el aumento de las temperaturas extremas y la disminución de la fertilidad del suelo amenazan la producción de cultivos y, en última instancia, la seguridad alimentaria en el entorno mediterráneo de secano en Marruecos. Las prácticas de agricultura ecológica (AC), como la labranza reducida, la cobertura del suelo y la rotación adecuada de cultivos, se reconocen como un conjunto de sistemas agrícolas adaptativos en tales regiones sensibles al clima. Se necesita una evaluación sistemática de los indicadores agronómicos, económicos y de fertilidad del suelo con la adopción a mediano y largo plazo de AC en diferentes rotaciones de cultivos en condiciones climáticas tan variables para impulsar una adopción más amplia de AC en la región. El objetivo de este estudio fue evaluar sistemáticamente los indicadores agronómicos, económicos y de fertilidad del suelo bajo AC y la labranza convencional (CT) utilizando experimentación de campo (mediano plazo) y modelado de simulación (largo plazo) para un suelo arcilloso de un entorno mediterráneo de secano. Las metodologías incluyeron lo siguiente: 1) Experimentación de campo durante 5 años (2015–2019), comparando CA y CT en cuatro cultivos alimentarios principales: trigo, cebada, lenteja y garbanzo, realizada en Merchouch, Marruecos. El objetivo fue determinar el efecto de la AC en la productividad de los cultivos, la estabilidad del rendimiento, la rentabilidad, la eficiencia del uso de las precipitaciones y los indicadores de fertilidad del suelo de los cultivos individuales y los sistemas de cultivo. (2) Modelado de simulación dinámica para comprender el efecto a largo plazo de la adopción de CA y CT en sistemas de rotación de cereales y leguminosas y cereales y cereales. Utilizando 5 años de datos experimentales, calibramos y validamos un modelo del Sistema de Apoyo a la Decisión para la Transferencia de Agrotecnología (DSSAT) para cuatro cultivos; y ejecutamos el modelo durante 36 años para dos rotaciones principales. A lo largo de los cinco años de lluvia contrastantes, en comparación con CT, CA tuvo una mayor estabilidad de rendimiento y aumentó el rendimiento del grano de trigo en un 43%, la cebada en un 8%, la lenteja en un 11% y el garbanzo en un 19%. En 5 años de ciclo de rotación de cereales y leguminosas, la AC resultó en un aumento del rendimiento del sistema (en un 20%), beneficios totales (en un 40%), eficiencia de uso de precipitación (en un 13%) y humedad disponible del suelo (en un 14%) con un costo de producción reducido en un 14.5%. El sistema de AC tuvo mayor materia orgánica del suelo (+7%), fósforo disponible (+3%) y potasio intercambiable (+15%) que en TC, aunque todas las diferencias no fueron significativas. Nuestro experimento de campo y los resultados de la simulación a largo plazo sugieren que la adopción de AC mejora una gama de indicadores agronómicos y económicos, y de fertilidad del suelo en comparación con la TC en el suelo arcilloso de un entorno mediterráneo de secano. Los resultados de este estudio experimental y de simulación sobre los múltiples beneficios de la AC proporcionan evidencia para que los extensionistas, los responsables políticos y los agricultores impulsen su adopción más amplia en Marruecos y entornos de producción similares.

Files

aea51abef68baa05cd3334c1cd95b435.pdf

Files (1.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:864e3127d4270491cad7e3129a227ce2
1.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعمل الزراعة الحافظة للموارد على تحسين مؤشرات الخصوبة الزراعية والاقتصادية وخصوبة التربة للتربة الطينية في مناخ البحر الأبيض المتوسط المطري في المغرب
Translated title (French)
L'agriculture de conservation améliore les indicateurs agronomiques, économiques et de fertilité des sols pour un sol argileux dans un climat méditerranéen pluvial au Maroc
Translated title (Spanish)
La agricultura ecológica mejora los indicadores agronómicos, económicos y de fertilidad del suelo para un suelo arcilloso en un clima mediterráneo de secano en Marruecos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4289781833
DOI
10.1016/j.agsy.2022.103470

Is supplement to
https://openalex.org/W4386810582 (Other)
https://openalex.org/W4210992312 (Other)
https://openalex.org/W39594946 (Other)
https://openalex.org/W3174183173 (Other)
https://openalex.org/W3024199689 (Other)
https://openalex.org/W2979261571 (Other)
https://openalex.org/W2746276161 (Other)
https://openalex.org/W2093575076 (Other)
https://openalex.org/W2079816082 (Other)
https://openalex.org/W2007489578 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Morocco

References

  • https://openalex.org/W1264759348
  • https://openalex.org/W1458299140
  • https://openalex.org/W1972940476
  • https://openalex.org/W1988868691
  • https://openalex.org/W1997753817
  • https://openalex.org/W1998208411
  • https://openalex.org/W2015795971
  • https://openalex.org/W2031139013
  • https://openalex.org/W2040004588
  • https://openalex.org/W2040582630
  • https://openalex.org/W2042707821
  • https://openalex.org/W2045332744
  • https://openalex.org/W2054225194
  • https://openalex.org/W2073878527
  • https://openalex.org/W2080083718
  • https://openalex.org/W2084780857
  • https://openalex.org/W2094507162
  • https://openalex.org/W2095693034
  • https://openalex.org/W2108413334
  • https://openalex.org/W2142315855
  • https://openalex.org/W2221562486
  • https://openalex.org/W2278372050
  • https://openalex.org/W2786394795
  • https://openalex.org/W2807988375
  • https://openalex.org/W2808855954
  • https://openalex.org/W2885927416
  • https://openalex.org/W2964118710
  • https://openalex.org/W2967141190
  • https://openalex.org/W2995238772
  • https://openalex.org/W2995638585
  • https://openalex.org/W2998812353
  • https://openalex.org/W3010392831
  • https://openalex.org/W3085473139
  • https://openalex.org/W3097810035
  • https://openalex.org/W3122605736
  • https://openalex.org/W3164339841
  • https://openalex.org/W3171092589
  • https://openalex.org/W3217394727
  • https://openalex.org/W4210327466
  • https://openalex.org/W4212823453
  • https://openalex.org/W567199502
  • https://openalex.org/W582350109