Doctor of Philosophy / Department of Agronomy / Ignacio Ciampitti / Potential yield (PY) is defined by the yield limited by temperature, radiation, and genetics – under no limitation on nutrients or water. The difference between PY and actual yield (AY) is defined as yield gap (YG). Management practices such as planting date, row spacing, seeding rate, fertilization program, pest, and disease control can help producers to intensify the productivity of the farming systems and consequently, close the YGs. To evaluate the impact of different management system (MS, specific combination of management practices) on closing the YG the following objectives were established: i) conduct a historical synthesis analysis to characterize shifts in soybean yields, biomass and nutrient uptake and partitioning dissecting the main physiological component related to nutrient use efficiency, seed nutrient composition and nutrient stoichiometry; ii) study the contribution of five MS for intensifying maize-soybean production systems; iii) quantify the nitrogen (N) contribution from the biological N fixation (BNF) process for soybeans under two contrasting MSs (low vs. high inputs); and iv) utilize the same contrasting input treatments to calibrate the Agricultural Production System Simulator (APSIM) for modeling a maize – soybean rotation and apply the parametrized model to estimate a long-term (1980-2016) simulation. For the first objective, main findings indicate that soybean yield increase over time was driven by an increase in biomass with a relatively small variation in harvest index, and with modern varieties producing more yield per unit of N uptake. For the second objective, field experiments demonstrated that intensification practices (narrow row spacing, increasing seeding rate and implementation of a balanced nutrition program) increased yields in both soybeans and maize under rainfed and irrigated conditions. For the third objective, to better understand the soybean N status, BNF measurements were collected during the 2015 growing season and also investigated in a greenhouse setting. The B value, N fixation when plants are fully relying on atmospheric N, changed among varieties, growth stages and plant fractions. Overall B value at R7 (beginning of maturity) was -1.97 contrasting with the -1.70 value reported as mode according to a literature review. For the range of fixation measured in this research (average of 45-57%), utilization of a B value obtained from the scientific literature or measured in field conditions will have a reduced impact on BNF estimations. Lastly, for the last and fourth objective, the APSIM performed well in estimating yield, biomass production and total N uptake with a high model efficiency and low relative root mean square error (RRMSE). The long-term simulation helped characterize the YG for each crop and MS according to different weather patterns. The modeling approach increased the value of data collected in field experiments. Overall, this research project provided an approach to quantifying and understanding YGs in a maize-soybean rotation and the impact of different MSs on intensifying productivity. Future work can be conducted to model specific MSs to advise producers on the best management systems (BMSs) for sustainably intensifying productivity while minimizing the environmental footprint of current farming systems.

La coïncidence des services écosystémiques ainsi que la coïncidence entre 'hotspots' de servicesécosystémiques et 'hotspots' de biodiversité ont suscité un intérêt croissant dans les évaluations desservices écosystémiques. Les seuils utilisés dans ces analyses pour déterminer la présence desservices écosystémiques varient de façon importante mais les effets consécutifs à leur choix n'ontpas été envisagés. Nous proposons ici une analyse de l'effet du choix de ces seuils sur lacoïncidence entre services écosystémiques ainsi que sur la distribution des 'hotspots'. A partir d'uneétude de prairies des Alpes Centrales françaises, nous avons fait varié des seuils appliqués à troisservices écosystémiques (agronomique, de régulation et de valeur esthétique) de façon continue,puis considéré des triplets de valeurs-seuils représentant trois points de vue contrastés associés à despoints de vue d'acteurs. Ces seuils sont interprétés comme une importance accordée par chaqueacteur à chaque service écosystémique.La coïncidence entre services écosystémiques dépend de la détermination de seuils de présence.L'étendue des 'hotspots' de services écosystémiques et leur coïncidence avec les 'hotspots' debiodiversité varient largement selon les points de vue. Les coldspots ne sont jamais superposés avecles zones d'intérêt pour la biodiversité dans cette étude, quel que soit le point de vue envisagé.L'analyse de superposition s'est révélée moins informative que le test de diagnostic de la capacitéindividuelle des services écosystémiques à capturer la distribution des autres services. La valeuragronomique capturait peu les autres services écosystémiques. La biodiversité était bien capturéepar les valeurs esthétiques et de régulation, mais faiblement par les ‘hotspots’ de services.Cette analyse souligne l'importance de considérer les attentes variables des teneurs d'enjeux dans lesévaluations de 'hotspots' de services écosystémiques. / The consequences of land use change and the impacts of agriculture on biodiversity and thefunctioning of ecosystems have received a growing attention since the end of the 20th century.Among other frameworks, some authors have called for an 'ecological intensification' of agriculture,defined as “all the processes of transformation of productive ecosystems towards higher yieldsproduced with reduced forcing of the agro-ecosytems”, with strong emphasis on the better uses ofecosystems functioning and services as inputs to production (Griffon 2009).This study aimed at disentangling the relations between ecosystem processes and ecosystemservices by quantifying the relative contributions of soil, management and plant communities to thevariations of seven relevant ecosystem properties associated with key grassland ecosystem services:above-ground biomass production at first harvest (ABM), fodder digestibility, plant speciesrichness, soil organic matter content (SOM), soil carbon content, total microbial biomass (TMB),and soil bacteria:fungi ratio (BFR), on a permanent grassland-dominated plateau in the French pre-Alps.Soil, management and plant communities showed complementary and confounded effects to thevariations of the set of ecosystem properties, and underpinned the bundling of ecosystem servicesand the tradeoffs among them. The bundling of ecosystem properties highlighted the trade-offbetween digestibility, the B:F ratio, and biomass production on the one hand, and species richnesson the other hand, associated with a gradient in LDMC confirming the relevance of the leafeconomics spectrum theory to analyses of ecosystem service trade-offs. The date of use showedsignificant effects on the variations of the set of ecosystem properties indicating the influence offine management factors on the provision of ecosystem services.

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Les "déchets" organiques sont utilisés pour fertiliser les terres agricoles depuis l’avènement de l’agriculture. Longtemps considérés comme des ressources, les résidus organiques urbains ne deviennent des déchets qu’au début du 20ème siècle. Ils sont alors délaissés par le monde agricole et entassés dans des décharges. Aujourd’hui leur valorisation s’impose comme un des axes majeurs des politiques de gestion des déchets. En parallèle, l’agriculture cherche les voies d’une augmentation de la production qui soit respectueuse de l’environnement. A la croisée de ces deux problématiques, le programme de recherche ANR "ISARD", qui constitue à la fois le cadre et l’objet de cette étude, vise à une "Intensification écologique des Systèmes Agricoles par le Recyclage des Déchets". Différents "produits résiduaires organiques" sont ainsi appelés à devenir de véritables intrants agricoles, sûrs et efficaces, participant à l’intensification de l’agriculture. Leur intégration dans des dispositifs industriels de normalisation, leur conférant le statut de produit commercial, apparaît comme le moyen le plus adapté pour répondre à ces attentes. En suivant les enseignements des sociologies pragmatistes prenant en compte le rôle des objets dans l’action, c’est à la description des différentes formes sociotechniques de la valorisation agricole (ressource, déchet, produit) que se consacre ce travail. La prise en compte d’une pluralité de formes de valorisation permet d’insister sur les déplacements induits par une logique "produit" et les reconfigurations qu’elle provoque, notamment par rapport à la pluralité des mondes agricoles. / Organic "waste" has been used to fertilize agricultural land since the very beginning of agriculture. Urban organic residue, which has been considered a resource for a long time, only became a real "waste" at the beginning of 20th century, being then abandoned by farmers and packed into dumps. Today, after its reduction, its valorisation is becoming a major goal of waste management public policies. At the same time, the agricultural world is trying to reach an increased production with less environmental impact. Poised between these two issues, the ISARD research program, which is both the subject and the framework of this study, aims at an "ecological intensification of agricultural production systems through waste recycling". As a consequence, various "residual" organic matters are destined to become safe and efficient agricultural inputs, taking part of the agricultural intensification by strengthening the fertilization ecosystem services naturally provided by soils. Their integration in normalized industrial systems, making them real commercial products, seems to be the best way to come up to these expectations. This work devotes itself to describe the various socio-technical forms of agricultural valorisation (resource, waste, product), following the teachings of pragmatist sociologists by taking the role of objects in action into account. The plurality of valorisation forms allows this study to lay stress on the changes brought by a "product" approach and the related social reconfiguration possibly conflicting with a number of agricultural worlds.

Le lac Tchad étonne par sa singularité. Alors que le développement des autres grandes zones humides sahéliennes a reposé sur les périmètres irrigués, le sien a reposé sur la valorisation du mouvement des eaux par l'agriculture, l'élevage et la pêche, et par les mobilités. Quasi espace vierge dans les années 1940, le Lac est devenu une région densément peuplée et cosmopolite exportant des vivriers diversifiés sur les marchés urbains de la sous-région. À travers l'analyse des dynamiques agraires et territoriales de la fenêtre lacustre camerounaise, ce travail interroge les opportunités qu'offrent, dans un environnement incertain, le multiusage des ressources et les mobilités à l'intensification des processus productifs et à la densification démographique.Le renforcement des complémentarités et synergies entre activités dégage les voies d'une intensification écologique du mode d'exploitation et d'un développement territorial, créateurs de richesse et d'emplois. En favorisant l'émergence de rapports sociaux et d'institutions innovantes assurant l'accès aux ressources productives et aux marchés à une grande diversité de populations, le statut de marge territoriale de la fenêtre lacustre a été déterminant dans la dynamique d'intensification. L'incertitude hydro-écologique, économique et démographique a été intégrée au fonctionnement « normal » du système agraire et à celui de territoires qui se singularisent par leur mobilité. Aujourd'hui, c'est l'incertitude politique qui menace l'avenir du lac Tchad. Elle résulte des conflits de pouvoirs locaux constitutifs du rapport de l'État aux populations, et de l'action publique à travers les politiques agricoles et environnementales. / The Lake Chad is unique in the Sahelian band. Whereas large scale irrigated schemes has characterized the other wetlands, here the development of agriculture, cattle breeding and fishing has been based on the use of the water floods and on mobilities. Almost virgin until the 1940s, the Lake has become a highly populated and cosmopolitan area, exporting diversified foodstuffs to the urban markets of the sub-region. Through the analysis of agrarian and territorial dynamics of the Cameroonian lake shores, this research questions to which extent multi-use of the natural resources and mobilities may allow further agricultural intensification and population increase in such an uncertain environment.Closer complementarity and synergy between activities pave the way for ecological intensification and territorial development inducing wealth and job generation. Due to its marginal nature, the Cameroonian part of the Lake has been the place of continuous social innovations, ensuring to a great diversity of people the access to productive assets and markets. In this sense, it has been actually decisive for the dynamic of intensification. Hydro-ecological, economic and demographic uncertainty has been integrated into the “normal” functioning of the agrarian system and territory. Nowadays, the political uncertainty threatens the future of the Lake Chad. It results both from agricultural and environmental policies and from conflicts between local authorities, that are constitutives of the relation between the State and the populations.