Th. univ.--Prod. vég. et qualité des produits--Toulouse--I.N.P., 1980. N°: 11.

Les rotations de cultures ayant des avantages pour la santé des sols peuvent améliorer le rendement des cultures, alors que leurs effets sur les traits racinaires restent à être définis. L'objectif de cette étude était de mesurer l'effet des rotations de cultures typiques des fermes laitières sur les traits racinaires du maïs fourrager (*Zea mays* L.) et du soya (*Glycine max* [L.] Merr.). Sur une argile limoneuse de l'est du Canada, six rotations ont été comparées, en variant les espèces (vivaces et/ou annuelles) et les sources d'azote (lisier de bovins laitiers et/ou engrais minéraux) durant cinq ans. Les racines du maïs (année 6) et du soya (année 7) ont été échantillonnées par carottage (0-45 cm), lavées et numérisées pour l'analyse des images. Les rotations incluant des cultures pérennes plutôt qu'annuelles uniquement ont entraîné une augmentation de la biomasse (+31%) et de la densité racinaire (+106%) pour le maïs, ainsi qu'une plus grande proportion de racines fines dans le maïs et le soya. Par rapport au mélange de luzerne et de graminées, le mélange de graminées exclusivement a entraîné une augmentation de la biomasse (+23%) et de la densité racinaire (+54%) pour le maïs. Une durée plus longue (5 vs. 3 ans) du mélange luzerne-graminées a amélioré la densité racinaire du maïs (+37%) ainsi que la proportion de racines fines du maïs et du soya en profondeur, ce qui suggère des avantages au maintien des plantes fourragères vivaces dans le temps. Les applications répétées de lisier de bovins laitiers n'ont pas eu d'effet constant sur les racines. Nos résultats mettent en évidence la réaction positive des traits racinaires du maïs et du soya à la présence, à la composition en espèces et à la durée des plantes fourragères pérennes. Leur présence est d'autant plus justifiée dans une rotation de cultures. / Benefits for soil health associated with crop rotations can improve crop aboveground yield, although the effect on root traits is unclear. The aim of this study was to measure the legacy effect of crop rotations typical of dairy farms on root traits of subsequent forage corn (*Zea mays* L.) and soybean (*Glycine max* [L.] Merr.). On a silty clay in eastern Canada, six rotations were compared, varying in crop species (perennials and/or annuals) and nitrogen sources (dairy cattle slurry and/or mineral fertilizer) for 5 years. Roots of subsequent corn (year 6) and soybean (year 7) were sampled by coring (0-45 cm), washed, and digitized for image analysis. Crop rotations including perennial crops rather than only annual crops resulted in greater corn root biomass (+31%) and root length density (+106%), and in a greater fine root length fraction in corn and soybean. Compared to the alfalfa- grass mixture, the grass-only mixture resulted in a greater corn root biomass (+23%) and root length density (+54%). A longer duration (5 vs. 3 years) of the alfalfa-grass mixture improved corn root length density (+37%) as well as corn and soybean fine root length fraction at depth, suggesting benefits from maintaining perennial forage stands over time. There was no consistent effect of repeated dairy cattle slurry applications on root traits. Our results highlight the positive response of corn and soybean root traits to the presence, species composition, and duration of perennial forage crops, extending further their benefits within rotations.

L'intensification de l'agriculture durant les dernières décennies a entraîné une modification des pratiques de gestion et de l'utilisation des terres sur les exploitations laitières. Les rotations de cultures comprennent aujourd'hui moins de cultures pérennes et plus de cultures annuelles exigeantes en azote. Cette étude a comparé les performances agronomiques de six rotations de cultures typiques des fermes laitières de l'est du Canada, variant selon les espèces cultivées et la source d'azote, au cours d'un cycle de rotation de sept ans. Le rendement des cultures et la valeur nutritive ont été déterminés sur une base annuelle et cumulés sur le cycle complet. Toutes les rotations avaient du maïs fourrager (Zea mays L.) à la sixième année et du soja (Glycine max [L.] Merr.) à la septième année, permettant d'évaluer un éventuel arrière-effet de la gestion précédente. Aucun effet positif n'a été associé au lisier de bovins laitiers. Les rotations fertilisées principalement avec du lisier ont cumulé 12 % moins de matière sèche et 11 % moins de protéines brutes que les rotations fertilisées avec de l'azote minéral. La présence dans la rotation d'un mélange de plantes pérennes durant cinq ans a amélioré (+14 %) le rendement de soja à la septième année. L'ajout de luzerne en mélange avec des graminées a amélioré le rendement fourrager, la stabilité du rendement tout au long de la saison de croissance et la valeur nutritive du fourrage. Au cours du cycle complet, la rotation avec le mélange luzerne-graminées a entraîné une production de protéines brutes supérieure de 46 % à celle des rotations avec des mélanges de graminées uniquement, avec seulement 18 à 25 % de leur apport total en azote. Nos résultats confirment l'efficacité élevée d'utilisation de l'azote à l'échelle de la rotation associée aux systèmes de culture à base de légumineuses pérennes. Mots-clés : rotation de cultures, fermes laitières, rendement, valeur nutritive, fertilisation azotée. / Agriculture intensification over the past decades has occasioned a shift in management practices and land use on dairy farms. Crop rotations nowadays include fewer perennial crops and more nitrogen-demanding annual crops. This study compared the agronomic performance of six crop rotations typical of dairy farms in eastern Canada and varying in crop species and source of nutrients, over a seven-year crop rotation cycle. Crop yield and nutritive value were determined on a yearly basis and cumulated over the seven-year rotation cycle. All crop rotations ended with forage corn (Zea mays L.) at year six and soybean (Glycine max [L.] Merr.) at year seven, enabling the assessment of a possible legacy effect from previous management. No positive legacy effects were associated with dairy cattle slurry. Rotations mostly fertilized with slurry cumulated 12% less dry matter and 11% less crude protein over the seven-year rotation cycle than rotations fertilized with mineral fertilizer. The presence in the rotation of a five-year perennial mixture resulted in a 14% greater soybean yield at year seven. The addition of alfalfa (Medicago sativa L.) in mixture with grasses improved forage yield, yield stability throughout the growing season, and forage nutritive value. Over the seven-year rotation cycle, the crop rotation including the alfalfa-grass mixture resulted in a 46% greater crude protein production than rotations with grass-only mixtures, with only 18−25% of their total N input. Our results confirmed the high N use efficiency at the crop rotation level associated with perennial legume-based cropping systems. Keywords: crop rotations, dairy farms, crop yield, nutritive value, nitrogen fertilization.

Face aux enjeux de conciliation entre production agricole et protection des écosystèmes, l'organisation spatiale et temporelle des cultures à l'échelle des paysages peut être un levier d'action privilégié. Les décisions d'assolement que prennent les agriculteurs au niveau de leurs exploitations individuelles sont un des moteurs de cette organisation. L'objectif général de cette thèse était d'étudier en quoi la modélisation des décisions d'assolement dans leurs dimensions spatiale et temporelle au niveau de l'exploitation permet de rendre compte de l'organisation spatiale des cultures au niveau du paysage. Dans la plaine de Niort (Poitou-Charentes), nous avons tout d'abord identifié (i) des régularités d'organisation des cultures au niveau paysage et (ii) des règles de décisions d'agriculteurs au niveau exploitation. La comparaison de ces deux éléments a confirmé que les régularités d'organisation spatiale et temporelle des cultures pouvaient relever de décisions qui étaient communes entre agriculteurs. A partir d'enquêtes dans 12 exploitations, nous avons ensuite construit le modèle DYSPALLOC. Ce modèle conceptuel permet de simuler l'organisation spatiale des cultures d'une année à l'autre à l'échelle de l'exploitation, via la représentation spatiale et temporelle des décisions de planification d'assolement. Applicable aux exploitations de grandes cultures et de polyculture-élevage, ce modèle a en outre permis d'expliciter les règles de délimitation des parcelles au sein des EA. Nous avons défini trois types de parcelles en fonction de leurs limites : îlots élémentaires, parcelles fixes et parcelles temporaires. L'évaluation du modèle a montré que l'allocation des cultures simulée était correcte dans 83% des parcelles. Une expérimentation virtuelle a de plus permis de valider les concepts de parcelles fixes et parcelles temporaires. Enfin, nous avons utilisé le modèle à l'échelle d'un paysage composé d'exploitations, avec des données d'entrée construites à partir de bases de données spatialisées. Nous avons montré que l'organisation spatiale des cultures simulée à partir de la prise en compte des décisions d'assolement était plus proche de l'organisation réelle observée, que ne l'était l'organisation simulée aléatoirement, même en intégrant des contraintes agronomiques. Ce travail pourrait donc contribuer à favoriser la coordination des décisions d'assolement individuelles des agriculteurs pour générer des organisations spatiales de cultures favorables au fonctionnement des écosystèmes à l'échelle des paysages agricoles.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 13 févr. 2008). Bibliogr.

Dans une rotation soya maïs-grain, les résidus de désencrage (RDD) ont montré un effet répressif des adventices dicotylédones annuelles. Les causes de cette répression demeurent inconnues. Ainsi, le premier objectif de cette thèse était de contribuer à les élucider. L'impact des RDD sur le carbone (C), l'azote (N), le rapport C:N, le nitrate, l'ammonium et les composés phénoliques du sol a été étudié. La phytotoxicité des solutions simulant les composés phénoliques des RDD frais et du sol amendé a été investiguée. Suite à l'application des RDD, le carbone total et le rapport C:N ont augmenté, alors que la teneur du sol en nitrate a diminué. Douze composés phénoliques ont été quantifiés dans les RDD. Suite à l'application des RDD, la vanilline et l'acide 3-hydroxy-4-methoxycinnamic ont augmenté dans le sol. Cependant, leurs concentrations sont demeurées sous le seuil de sensibilité des espèces végétales étudiées. Les résultats de cette étude montrent que l'immobilisation du nitrate est en cause pour expliquer la diminution de l'établissement de certaines espèces végétales. Cependant, l'impact des composés phénoliques des RDD, sur les plantes, n'est pas à exclure. Ces molécules sont connues pour leur implication dans l'inhibition de la nitrification et la séquestration du nitrate dans la matière organique. Le deuxième objectif de cette thèse était d'évaluer les paramètres de qualité et le rendement du soya et du maïs, cultivés en rotation de courte durée, sous trois doses des RDD combinées à trois stratégies de désherbage et trois doses d'azote appliquées au maïs. Pour le soya, le rendement en grain a pu augmenter, rester inchangé ou diminué, en fonction de la dose de RDD, de l'absence ou de la présence des mauvaises herbes, de l'année de la rotation et de l'effet résiduel de l'azote appliqué au maïs. Basé sur les signatures isotopiques 813C et ô15N du grain, les RDD auraient empêché la diminution du rendement lors des saisons sèches et ils auraient favorisé la fixation du N2. Chez le maïs, le rendement en grains a augmenté avec l'augmentation de la fertilisation azotée et il a diminué avec l'augmentation du taux des RDD appliqué, alors que les herbicides ont pu augmenter le rendement. Cette étude confirme la possibilité d'intégrer les RDD dans une stratégie de lutte aux mauvaises herbes dans la rotation soya-maïs. En revanche, d'autres recherches sont nécessaires afin d'optimiser les doses d'herbicides. Il serait aussi pertinent de déterminer les effets bénéfiques des RDD sur les écosystèmes aquatiques limitrophes aux zones agricoles.

L'objectif de cette étude était de quantifier l'arrière-effet azoté d'apports répétés de fumier de poulet (FP), lisier de bovin laitier (LB), lisier de porc (LP) ou d'engrais minéral (NPK ou PK) en interaction avec le type de sol [loam sableux (LS), argile limoneuse (AL)] et l'intensité du travail de sol [labour(L), travail réduit (TR)]. À l'aide du traçage isotopique à l'azote-15 (¹⁵N), un bilan sol-plante du devenir du ¹⁵N des divers fertilisants ainsi que la contribution respective du N des fertilisants de l'année et des apports passés à la nutrition du blé ont été établis. Entre 10 % (LB) et 25 % (NPK) du ¹⁵N appliqué au printemps s'est retrouvé dans les grains à la récolte. L'azote minéral a été davantage récupéré par le blé dans le LS (jusqu'à 25 %) que dans l'AL (environ 15 %). Les proportions de ¹⁵N retrouvées dans les pailles et les racines étaient faibles et variaient entre 2 et 6 %. Les rendements en grains et en paille ainsi que la récupération de ¹⁵N par les grains étaient plus élevés sous TR que sous L. La récupération du ¹⁵N résiduel des effluents dans le sol a été très élevée dans l'AL (> 80 %) alors qu'elle avoisinait 50 % dans le LS, laissant croire que l'importance de l'arrière-effet pourrait varier selon la texture du sol. La proportion de N dérivée du sol dans la plante montre que la réserve de sol est la principale source de N (> 80 % du prélèvement total). Cependant, il n'y a pas eu de différence dans la contribution du sol entre les sources de N pour cette année de mesure, indiquant une absence d'arrière-effet malgré les différences enregistrées dans les quantités de ¹⁵N résiduel laissées dans le sol. / The objective of this study was to quantify the nitrogen legacy effect of repeated application of chicken manure (CM), dairy cattle slurry (CS), pig slurry (PS) or mineral fertilizer (NPK or PK) in interaction with soil type [sandy loam (SL), silty clay (SC)] and tillage intensity [ploughing (P), reduced tillage (RT)]. Using nitrogen-15 (¹⁵N) isotopic tracing, a ¹⁵N budget in the soil-plant system and the respective contribution of N from current year fertilization and past inputs to wheat nutrition were established for all fertilizer types. Between 10% (CS) and 25% (NPK) of the ¹⁵N applied in the spring ended up in the grains at harvest. More mineral nitrogen was recovered by wheat in SL (about 25%) compared to SC (about 15%). The proportions of ¹⁵N found in straws and roots were small and varied between 2 and 6%. Grain and straw yields, and ¹⁵N recovery from wheat grain were higher under RT than P. The recovery of ¹⁵N effluents was very high in SC (> 80%) while it was around 50% in SL. The proportion of N derived from the soil taken up by the crop shows that the soil reserve was the main source of N (> 80% of the total plant N uptake). However, there was no difference in the soil contribution among N sources for this measurement year, indicating a lack of legacy effect despite differences in the amounts of residual ¹⁵N found in the soil.

Face aux enjeux de conciliation entre production agricole et protection des écosystèmes, l'organisation spatiale et temporelle des cultures à l'échelle des paysages peut être un levier d'action privilégié. Les décisions d'assolement que prennent les agriculteurs au niveau de leurs exploitations individuelles sont un des moteurs de cette organisation. L'objectif général de cette thèse était d'étudier en quoi la modélisation des décisions d'assolement dans leurs dimensions spatiale et temporelle au niveau de l'exploitation permet de rendre compte de l'organisation spatiale des cultures au niveau du paysage. Dans la plaine de Niort (Poitou-Charentes), nous avons tout d'abord identifié (i) des régularités d'organisation des cultures au niveau paysage et (ii) des règles de décisions d'agriculteurs au niveau exploitation. La comparaison de ces deux éléments a confirmé que les régularités d'organisation spatiale et temporelle des cultures pouvaient relever de décisions qui étaient communes entre agriculteurs. A partir d'enquêtes dans 12 exploitations, nous avons ensuite construit le modèle DYSPALLOC. Ce modèle conceptuel permet de simuler l'organisation spatiale des cultures d'une année à l'autre à l'échelle de l'exploitation, via la représentation spatiale et temporelle des décisions de planification d'assolement. Applicable aux exploitations de grandes cultures et de polyculture-élevage, ce modèle a en outre permis d'expliciter les règles de délimitation des parcelles au sein des EA. Nous avons défini trois types de parcelles en fonction de leurs limites : îlots élémentaires, parcelles fixes et parcelles temporaires. L'évaluation du modèle a montré que l'allocation des cultures simulée était correcte dans 83% des parcelles. Une expérimentation virtuelle a de plus permis de valider les concepts de parcelles fixes et parcelles temporaires. Enfin, nous avons utilisé le modèle à l'échelle d'un paysage composé d'exploitations, avec des données d'entrée construites à partir de bases de données spatialisées. Nous avons montré que l'organisation spatiale des cultures simulée à partir de la prise en compte des décisions d'assolement était plus proche de l'organisation réelle observée, que ne l'était l'organisation simulée aléatoirement, même en intégrant des contraintes agronomiques. Ce travail pourrait donc contribuer à favoriser la coordination des décisions d'assolement individuelles des agriculteurs pour générer des organisations spatiales de cultures favorables au fonctionnement des écosystèmes à l'échelle des paysages agricoles. / In order to conciliate agricultural production and ecosystem protection, managing the spatial and temporal organization of crops at the landscape level could be an interesting option. Decisions farmers make for their cropping plan at the farm level are among the underlying controlling factors of this organization. The main aim of this thesis was to analyse how the modelling of farmer cropping plan decisions in their spatial and temporal dimensions could explain the spatial crop organization at the landscape level. In the Niort plain (Poitou-Charentes region), we first identified (i) landscape regularities in crop organization and (ii) farmer decision rules at the farm level. The comparison of these two elements confirmed that regularities in spatial and temporal crop organization could be explained by generic farmer decisions. Based on 12 on-farm surveys, we then built the DYSPALLOC model. This conceptual model can simulate the spatial crop organization from one year to another at the farm level, through the spatial and temporal representation of the farmer cropping plan decision process. This model, suitable for both arable and mixed crop-livestock farms, gave the possibility to specify the rules for defining plot limits inside the farming territory. We defined three types of plots based on their boubdaries: elementary islets, permanent plots and temporary plots. The evaluation of the model showed an 83% rate of success in the crop allocation to plots. A virtual experimentation also validated the concepts of permanent and temporary plots. We finally used the model at the level of a landscape composed of several farms, using input data built on the basis of spatial data-bases. We demonstrated that the spatial crop organization was closer to the real one when simulated taking farmer cropping plan decisions into account than when simulated randomly, even when introducing agronomic constraints. This work could thus support the coordination of individual farmer cropping plan decisions at the landscape level for building spatial crop organization favourable to ecosystem services.

L'urbanisation croissante dans les pays en développement s'accompagne d'une augmentation de la demande alimentaire qui pose le problème de la sécurisation alimentaire et nutritionnelle de l'approvisionnement des villes. Les systèmes maraîchers contribuent fortement à l'approvisionnement alimentaire des villes en produits frais. Ils incluent fréquemment une proportion importante de légumes feuilles. Le développement de la production de légumes, dont les légumes-feuilles, par l'agriculture urbaine est un enjeu-clé face à la croissance urbaine. Il peut être obtenu en augmentant les rendements surfaciques et/ou en augmentant les surfaces cultivées. Ce dernier point, sur lequel porte ce travail de recherche en agronomie, pose fortement question en agriculture urbaine, où l'accès à certaines ressources, dont les surfaces à cultiver, est particulièrement difficile car potentiellement concurrencé par les usages urbains. Nous analysons ici la valorisation actuelle des terrains agricoles par les espèces maraîchères recherchées par la population, en comprenant comment les agriculteurs raisonnent la localisation des différentes cultures sur le territoire de leur exploitation agricole. Puis nous évaluons les marges de manœuvre pour augmenter éventuellement ces surfaces. Nous avons mené ce travail sur des systèmes de culture maraîchers à proximité de Mahajanga (Nord-Ouest de Madagascar), grande ville malgache à forte croissance. Pour instruire cette question de recherche, nous nous appuyons sur les modèles conceptuels pour l'analyse des décisions d'assolements et successions de cultures pré-existants. La procédure proposée consiste, à partir d'enquêtes et de suivis prolongés en exploitations agricoles, à reconstituer les surfaces cultivées (dites ici développées) dans l'exploitation sous forme de réseau de contraintes, c'est à dire de relations hiérarchiques liant des variables décisionnelles. La compréhension de ces réseaux de contraintes nous permet de discuter, in fine, des marges de manœuvre des agriculteurs pour s'adapter à une demande urbaine croissante, révélée par les premiers metteurs en marché que sont localement les collectrices. D'un point de vue théorique nous avons formalisé un modèle conceptuel de constitution des surfaces cultivées en légumes feuilles. Nous avons enrichi et affiné certaines variables utilisées dans les modèles pré-existants, proposé de nouvelles variables et de nouveaux déterminants. Nos résultats ont également une portée opérationnelle, par le diagnostic des facteurs limitants de l'extension des surfaces cultivées en légumes feuilles dans ce cas d'étude. On met en évidence ici que c'est à travers deux catégories de facteurs que l'on pourrait envisager l'augmentation des surfaces cultivées dans les exploitations : l'augmentation des ressources productives (terre, eau, travail) et une modification de l'organisation de la commercialisation. On a pu mettre en évidence une diversité des marges de manœuvre entre agriculteurs pour cette expansion des surfaces. Même si ces marges de manœuvre restent faibles, nous montrons que leur compréhension à l'échelle de l'exploitation est indispensable non seulement pour évaluer les contraintes et opportunités des agriculteurs pour adopter des propositions de changement mais aussi pour raisonner le développement des cultures à l'échelle du territoire périurbain. Les résultats obtenus discutés par rapport à la littérature et les limites de l'étude, débouchent sur des perspectives scientifiques et opérationnelles. Au delà de cette expérience locale, notre posture de recherche nous semble complémentaire des méthodes utilisées par les planificateurs urbains. Son intérêt majeur est d'aider à une identification précise, en termes de constitution des surfaces cultivées, des facteurs limitant leur augmentation potentielle et des marges de manœuvre à l'échelle de l'exploitation et du territoire pour lever ces facteurs limitants.

L'assolement' c'est à dire l'attribution des cultures sur les différentes parcelles de l'exploitation agricole' est un élément fondamental de la stratégie de l'agriculteur. Il provient d'un équilibre entre des contraintes et objectifs multiples alliant les dimensions sociale' économique' agronomique et environnementale (utilisation des ressources). Il reflète deux dimensions: une dimension stratégique (lié aux orientations de l'exploitation) et une dimension tactique plus lié à l'adaptation des attributions suite à des contextes changeant (climatique' prix). Afin représenter ces deux niveaux et ainsi structurer les enjeux relatifs aux choix d'assolement à l'échelle de l'exploitation nous proposons une approche basées sur : i) une analyse du processus décisionnel par le biais d'enquêtes en exploitation; ii) une modélisation dynamique aussi bien sur des processus biophysiques (modèles de culture) que sur des processus de gestion (modèle de décision) pour comprendre et simuler. / Evolutions of the institutional and environmental contexts are driving search for alternative cropping systems to reduce water use while maintaining high levels of productivity. This thesis is an account of the long tradition of research on cropping-plan choices at the farm level. It concerns the scope of modelling agricultural systems with an opening to economy. The objective of the research described in this thesis is to produce formalised knowledge on farmers’ croppingplan choices under uncertain environment (price and weather) by analysing and modelling their decision-making processes. Formalising and modelling decision-making processes is becoming a crucial point to develop decision support systems that go beyond limitations of formerly developed prescriptive approaches. This thesis contributes to the development of a formalised and integrated methodology to study and model complex decision-making process. This methodology enables to fill the gap between field surveys and decision-model implementation. The methodology is drawn upon a theoretical background of the decision-making' and consistently combined tools to respectively survey' analyse' model and implement coupled agent and biophysical models. In this thesis' I address the question of uncertainty in two directions. I first analyse the spatio-temporal dynamic of individual farmers’ decision-making process. Then I estimate farmers’ aversion to risk by comparing stated and revealed elicitation methods. On the basis of field survey results' I develop a decision model called CRASH. The approach to develop the model stresses on explicit formalisation of the decision-making process in its temporal and spatial dimensions' and representation of the domain knowledge through generic concepts that are close to ones used by decision-makers. The implementation of developed models is carried out on the RECORD platform as trail blazing project. The originality relies on the use of dynamic models on both the biophysical and management processes. This research opens new perspectives for developing farm specific decision support systems that are based on simulating farmers’ decisionmaking processes. The modelling and simulating the cropping-plan decision-making processes should enable to design with farmers cropping systems that re-conciliate the required adaptive capacities and needs to maintain cropping systems productivity.