Ecological Intensification of Agricultural Production Systems through Waste Recycling

Context Demographic Transition 6,5 billion people in 2010 ; 9,1 in 2050 Growing demand for animal products, specially in developing countries: – 19 kg meat/pers/year in 99 ; 29 in 2003 – 38 l milk/pers/year in 99 ; 48 in 2003 (FAO, 2009) 07/01/2010Evaluation AERES2

Consequences Huge increase of wastes, a large part of them with an organic content Industrial origin POME Bagasses Vinasses Animal origin Manures Slurry Human and urban origin Sewage sludge Composts These wastes contain organic matter, nitrogen, phosphorus, micro nutrients. They can be substitutes to fertilizers for improving soil properties (amendments) or plant growth 3

Context Geographic transition Towns expansion Large scale production units : animal production and agro-industry Disjonction between production and consumption 07/01/2010Evaluation AERES4

Consequences Elements cycles are broken at various scales : example of nitrogen Azote contenu dans les grains (food et feed) vendus Azote contenu dans les engrais vendus UNEP and WHRC, /01/2010Evaluation AERES5

Résidus de récolte, Effluents agro- industriels Pertes à l’épandage, lessivage, dénitrification Effluents d’élevage Recycling as a way to save resources d’après Galloway et al., /01/2010Evaluation AERES6

A complex system requiring a holistic approach 07/01/20107Evaluation AERES

ISARD : locations and partners LocationMajor team Experimental devices Back up teams La RéunionCIRAD Long term experiment Horticultural crops CEREGE : analytics UC Ouest : Anthropology Université d’Albi : Sociology Dakar (Sénégal) ISRA IRD Mahajanga (Madagascar) Université Tana IRD Composting unit Plaine de Versailles INRA Long term experiment Cereals

Territoire Déchets urbains MO agricole Déchets/MO industriels Production agricole MO agricole Waste recycling in periurban agriculture Quantify the major problems : Inventories and balances Alimentation animale Engrais minéraux

Inventories and balances : potential sinks and sources of organic waste (OW)

Territoire Déchets urbains MO agricole Déchets/MO industriels Production agricole Flux de matière d’intérêt agronomique Flux de polluant Waste recycling in periurban agriculture Tools for representing and simulating various fluxes Alimentation animale Engrais minéraux

Territoire A Territoire B Exploitations productrices Prêteurs de terre StockageIntermédiairemobile cultures Cultures COMET Model (Collective management of effluents on a territory scale )

Territoire Déchets urbains Prétraitement MO agricole Déchets/MO industriels Production agricole MO agricole Flux de matière d’intérêt agronomique Flux de polluant Waste recycling in periurban agriculture Choosing the « good » process and qualify a growing diversity Alimentation animale Engrais minéraux

Which treatment for which uses ? Mahajanga (Madagascar)

Qualifying a growing number of products with a large variability : modelisation, spectroscopy, on-the-spot determination C/N R 2 =0,88 Cf. L. Thuriès et al. (this session)

Territoire Déchets urbains Prétraitement MO agricole Déchets/MO industriels Production agricole MO agricole Absorption plante Lixiviation Interaction sol Émission de gaz Ruissellement Parcelle Conseil, pilotage aide à la décision Compréhension, diagnostic, indicateurs Flux entrant Waste recycling in periurban agriculture Improving knowledge on interactions between OW and soil / water compartments Alimentation animale Engrais minéraux

Eau Alimentation du Porc Zn = mg/kg MS Cu = mg/kg MS Zn = 250 mg/kg MS Cu = 150 mg/kg MS 80-90% Lisier de porc Sol Plantes N, P, K Origin, speciation, mobility and availability of pollutants : metallic trace elements

Cu 1+ -S 49% Zn-MO 37% Zn(OH)2 14% ZnS Spectroscopie d’absorption des rayons X : sonde chimique sélective et locale XANES : Degré d’oxydation Symétrie EXAFS : Nature chimique Nombre voisins Distance interatomique 18

Territoire Déchets urbains Prétraitement MO agricole Déchets/MO industriels Production agricole MO agricole Absorption plante Lixiviation Interaction sol Émission de gaz Ruissellement Parcelle Conseil, pilotage aide à la décision Compréhension, diagnostic, indicateurs Flux entrant Waste recycling in periurban agriculture Proposing solutions and rules that are : -- socially acceptable -- economically viable -- sustainable Alimentation animale Engrais minéraux

Cf. M.C. Zelem et al. (this session)

Jërë Nguen Jëf Ci Teewlu gi Merci pour votre attention Thank you for your attention H. Saint Macary, S. Houot, P. Cambier, C. Aubry, J.M. Paillat, V. Parnaudeau, E. Doelsch, Y.B. Ndour, D. Masse, L. Rabeharisoa, A. Masion, M. C. Zelem, H. Paillat-Jarousseau, F. Guerrin