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.

Depuis quelques années, la curiosité de la communauté scientifique s’oriente de plus en plus vers la production et l’usage du biochar en agriculture comme amendement. En plus d’être un moyen efficace de valorisation des déchets agricoles et forestiers, il pourrait contribuer à la restauration de la fertilité des oxisols tropicaux et donc au maintien de la productivité des écosystèmes agricoles tropicaux. En retour, cette restauration pourrait contribuer à réduire la pression sur la forêt tropicale, c’est-à-dire la déforestation pour la production agricole. La présente étude a été conduite en plein champ dans la région de l’Ouest Cameroun en Afrique centrale. Elle avait pour objectif de produire, caractériser et tester l'effet de deux biochars, d'origine agricole et forestier, sur les propriétés physico-chimiques d’un oxisol et sur la production et l’équilibre nutritionnel du maïs. Dans un premier temps, il a fallu construire localement un four pyrolytique amélioré par rapport à ce qui se fait actuellement, recyclant les gaz de combustion. Les deux biochars fabriqués à base de résidus locaux (écorce d’eucalyptus et rafles de maïs), avec ce nouveau pyrolyseur amélioré de type « retort » à 300°C, ont été caractérisés (méthodes ASTM, IBI, EBC) et respectaient les normes internationales de biochar. L’expérience au champ avec trois répétitions couvrait 30 parcelles irriguées de 4 m x 4 m chacune, disposées suivant un plan expérimental en split plot. Deux modes de travail du sol, le labour à plat et les sillons-billons, en parcelle principale et en sous parcelle une combinaison aléatoire des cinq traitements contenant l’un ou l’autre des biochars (T2-T3) ou sans biochar (T1), appliqués au début de la première campagne de production uniquement. Le traitement de base dans toutes les parcelles était la dose d’engrais minéral recommandée pour la culture du maïs dans la région à savoir 200 kg NPK ha⁻¹ +100 kg N ha⁻¹. Le biochar était appliqué à la dose de 15 t ha⁻¹. Les propriétés physico-chimiques du sol et des feuilles de maïs ainsi que son rendement sous ces parcelles ont été mesurées, six et douze mois après l’application du biochar. Les résultats ont été analysés par la procédure GLIMIX de SAS suivis du test de comparaison multiple Tukey HSD lorsque nécessaire. Les résultats suggèrent les conclusions suivantes : les biochars d’écorce d’eucalyptus et de rafles de maïs remplissent bien l’essentiel des critères de définition proposés par le IBI et le EBC pour les biochars. Selon IBI, ce sont des biochars de classe 3 (10 ≤ Corg ≤ 30). Le nouveau pyrolyseur pourra servir à produire un biochar de qualité à partir des résidus communs au Cameroun en réduisant les émissions de gaz. L’application du biochar dans nos conditions a eu peu d’effets sur les propriétés physico-chimiques du sol ; cependant, l’augmentation significative du pH (0,3 et 0,5 unités) et du carbone organique du sol (0,4 %) rendent cette technologie acceptable pour le programme global « 4 pour 1000 » initié par la France après la Cop 21. L’analyse nutritionnelle foliaire a révélé une augmentation significative de la teneur en Mg et Ca des plants de maïs dans les parcelles amendées au biochar que non ; le rendement à l’ha du maïs a augmenté de 54 % durant la première période de production et de 51 % durant la seconde dans les parcelles ammendées au biochar par rapport à celles non amendées. Cette augmentation de rendement se traduit autrement en une déforestation due à l’agriculture évitée de 25 %. Tous ces résultats indiquent que le biochar pourrait être un outil précieux pour faire face aux enjeux liés à la déforestation et aux changements climatiques dans les régions tropicales humides, ce par une production agricole durable. / In recent years, the interest of the scientific community has shifted increasingly towards the production and use of biochar in agriculture as an amendment. In addition to being an efficient means of recovering agricultural and forestry waste, it could contribute to restoring the fertility of tropical oxisols and thus maintaining the productivity of tropical agricultural ecosystems. As a result, this restoration could help in decreasing the pressure on rainforests, that is, deforestation for agricultural production. This field study was carried out in the West region of Cameroon in Central Africa. Its aim was to produce, characterize and test the effect of two biochars from agricultural and forestry origin on the physico-chemical properties of an oxisol and on maize production and maize nutritional equilibrium. Firstly, we constructed locally a retort kiln that improves on the currently-used technology (gas recycling, smoke and pollution reduction, higher biochar yield). The two biochars made from local residues (eucalyptus bark and corn cobs) using this improved kiln at 300 ° C, were characterized using ASTM, IBI and EBC methods. The field experiment included 30 irrigated plots of 4 m × 4 m each, in a split plot design. Two soil tillage modes: flat plowing and furrow-ridges, with three replicates were compared with four biochar treatments, incorporated to soil at the beginning of the first production period. The basic treatment in all plots was the recommended mineral fertilizer rate for maize production in the area: 200 kg NPK +100 kg N. Biochar was applied at 15 t ha⁻¹. Maize yield, soil physico-chemical properties and leaf nutritional equilibrium were assessed, six and twelve months after application of the biochar. The results were analyzed using SAS GLIMIX procedure followed by the Tukey HSD multiple comparison test when necessary. Results suggest the following conclusions: Eucalyptus bark and corncob biochars fulfill most of the criteria definition proposed by IBI and EBC for biochars. According to IBI, these are class 3 biochars (10 ≤ Corg ≤ 30). The new pyrolyser can thus be used to produce good quality biochar from common residues in Cameroon with reduced gas emissions. The application of biochar under our conditions has had little effect on the physicochemical properties of the soil; however, the significant increase in pH (0.3 and 0.5 units) and soil organic carbon (0.4 %) makes this technology acceptable for the global program "4 per 1000" initiated by France after Cop 21. Foliar nutritional analysis revealed a significant increase in the Mg and Ca content of maize plants in biochar amended plots; the yield per hectare of maize increased by 54 % during the first production period and by 51 % during the second in the biochar amended plots compared to the control. This increase in yield is otherwise translated into 25 % avoided deforestation due to agriculture. All these results indicate that biochar could be a valuable tool to face the challenges of deforestation and climate change in the humid tropical zones, through sustainable agricultural production.

La connaissance des sols est primordiale pour traiter des enjeux agronomiques et environnementaux comme ceux de la production de nourriture, de l’utilisation efficace des nutriments et de la conservation des sols. Ce projet de doctorat a comme objectif de proposer des modèles reliant les caractéristiques pédologiques à la gestion des pratiques de fertilisation et de conservation des sols, en particulier, des sols sous culture de pommes de terre (Solanum tuberosum L.). Il comprend trois parties. D’abord, la méthode du pH Shoemaker-McLean-Pratt (SMP), non respectueuse de l’environnement, s’est montré être inadéquat pour déterminer les besoins en chaux (LR) des sols nécessitant de faibles pHH2O cibles (< 6.5) ou pour maintenir des pH adéquats avec de faibles LR (< 1.5 g CaCO3 kg-1). La spectroscopie infrarouge a permis une estimation précise de la capacité d’échange cationique déterminée à l’acétate d’ammonium (pH 7.0) (CEC-NH4OAc). La CEC-NH4OAc inférée dans un intervalle de prédiction de ± 2.3 cmolc kg-1 permet d’élaborer un modèle d’estimation précis du LR pour atteindre le pH cible. Afin d’orienter les pratiques bénéfiques à la qualité des sols, des critères diagnostiques du degré d’agrégation des sols ont été élaborés en relation avec leur composition (texture, C organique) en utilisant la prairie comme système cultural de référence. Ensuite, les cultures annuelles ont montré un effet négatif plus important sur la stabilité des agrégats en sols argileux, alors que les sols loameux et sableux se sont montrés plus susceptibles à la dégradation de la structure à de faibles teneurs en C organique. Les indices courants d’agrégation basés sur le diamètre moyen des agrégats se sont montrés moins adéquats au développement de seuils critiques comparativement aux indices fractal et compositionnel. Afin d’intégrer les caractéristiques pédologiques aux modèles de réponse de la pomme de terre aux fertilisants, un regroupement numérique de séries de sols a finalement été développé à partir des descriptions morphologiques des profils modaux. Le gradient textural et les deux principaux processus pédogénétiques (podzolisation, gleyification) ont été synthétisés en trois classes d’appartenance floue permettant une expression graduelle des groupes de sols en appui aux modèles de réponse aux ajouts de fertilisants. Ce projet présente des approches innovantes de synthèse et d’interprétation des connaissances pédologiques appuyées par des techniques d’analyses numériques afin d’orienter les bonnes pratiques culturales contribuant à la pérennité des agroécosystèmes. / Soil knowledge base is fundamental to address environmental and agronomic issues such as food production, efficient use of nutrients and soil conservation. This project aimed to provide models linking pedological characteristics to management practices of crop fertilization and soil conservation, specifically to guide potato (Solanum tuberosum L.) cropping. This Ph.D. project comprises three parts. First, the Shoemaker-McLean-Pratt (SMP) pH buffer, that contains noxious substances, showed to be inappropriate to support lime requirement (LR) determination of soils requiring low target pHH2O (< 6.5) or to maintain adequate pH levels at low LRs (< 1.5 g CaCO3 kg-1). Cation exchange capacity determined by the ammonium acetate (pH 7.0) method (CEC-NH4OAc) can be accurately estimated from infrared spectroscopy (IR). The CEC-NH4OAc inferred by IR spectroscopy within a prediction interval of ± 2.3 cmolc kg-1 allowed supporting an accurate estimation model of LR to achieve a target pH as alternative to the SMP buffer method. To guide beneficial cultural practices that enhance soil quality, diagnostic criteria of soil aggregation degree were elaborated thereafter in relation with soil composition (texture and organic C) using grassland as reference cropping system. Annual cropping systems showed more deleterious effect on the aggregate stability of clayed soils compared to other textural classes, while loamy and sandy soils were shown to be more susceptible to soil structure degradation at lower organic C content. The current aggregation indices based on the weighted and geometric mean diameter of aggregates was less appropriate to develop critical values compared to fractal and compositional indices. Finally, to integrate pedological characteristics of subsoil into potato fertilization response models, a numerical clustering of soil series has been developed using morphological descriptions of modal profiles. The textural gradient and the two major pedogenic processes (podzolization, gleying), which are primarily associated with water regime, were synthesized into three continuous soil classes allowing a gradual expression of soil groups for integration into crop response nutrient models. This project presents innovative approaches to synthesize and interpret the pedological knowledge as supported by digital analysis techniques to guide good cultural practices that contribute to the sustainability of potato agro-ecosystems and their ecosystem services.

La fertilisation de démarrage du maïs à base de phosphate d’ammonium est une pratique courante au Québec. En effet, on présume que la croissance précoce du maïs conduit à une augmentation de rendement et à une amélioration de la qualité du grain. L’objectif de ce travail de recherche consistait à déterminer l’influence des facteurs climatiques, édaphiques et agronomiques sur le rendement, la qualité du grain de maïs et sur les doses de fertilisants phosphatés au démarrage. Une modélisation multiniveau des essais de fertilisation phosphatés du maïs recueillis au Québec de 1967 à 2009 a permis d’intégrer les facteurs déterminants pour la productivité de la culture du maïs. Les facteurs ayant un impact significatif sur le rendement sont les unités thermiques du maïs (UTM), le pH, les balances [Al

Québec est le deuxième producteur mondial de canneberge (Vaccinium macrocarpon Ait.) après le Wisconsin et le premier en production biologique. La fertilisation est un outil de gestion déterminant pour atteindre de hauts rendements en fruits de bonne qualité. Notre objectif était de calibrer le dosage de la fertilisation de la canneberge dans des systèmes de production conventionnelle et biologique. Quatre essais de fertilisation comprenant chacun 18 traitements répétés deux fois ont été menés avec le cv. « Stevens » établi sur des parcelles permanentes. Il y avait cinq doses de N, trois de P, quatre de K, et deux de Mg, Cu et B, et un témoin sans apport. Le climat a influencé le rendement. En 2015, où le rendement était plus faible, la température moyenne de la saison était plus froide qu’en 2014, particulièrement en juin lors de l’induction florale dans les bourgeons terminaux nouvellement formés. Le rendement en fruits a été influencé uniquement par les traitements N et K. Le nombre de fruits par tige, la nouaison et le poids des fruits ont été les paramètres de rendement réagissant de la façon la plus cohérente aux traitements N. La nouaison a été réduite de 31% en 2015 par rapport à celle de 2014 avec le traitement de 60 kg N ha ⁻¹. Le nombre de fruits par tige a été le facteur le plus étroitement relié au rendement de la canneberge au fil des ans (R2 = 0,87). Le poids des fruits tendait à se stabiliser avec 30 kg N ha⁻¹ en 2014 et 2015, et avec 33 kg de K ha⁻¹ en 2015. Les doses de 45 kg N ha⁻¹ et de 100 kg de K ha⁻¹ apparaissaient suffisantes. Les ajouts de P, Mg, Cu et B n’ont montré aucun effet significatif sur le rendement de la canneberge. Ces résultats indiquent que la fenêtre de fertilisation azotée est étroite et que la P et K peut être basée non seulement sur l’analyse du sol, mais aussi sur le rendement potentiel et le concept d’enrichissement et d’entretien. / Québec is the second cranberry (Vaccinium macrocarpon Ait.) producer in the world after Wisconsin and the first one of organically produced cranberry. Fertilization is a key management tool to reach high fruit yield and good quality. Our objective was to calibrate cranberry fertilization in conventional and organic production systems. Four fertilization trials each comprising 18 treatments twice replicated were conducted with cv. “Stevens” established on permanent plots with five N, three P, four K, and two Mg, Cu and B doses, including controls. Climate was a major factor controlling yield. Year 2015, where berry yield was lower, the average temperature of the season was cooler than 2014, especially in June where blossom induction started in the newly forming terminal buds. Fruit yield was influenced only by N and K dosage. The berry count per uptight, fruit set and berry weight were the most consistent yield parameters in response to N treatments. Fruit set was reduced by 31% in 2015 compared to 2014 in the 60 kg N ha ⁻¹ treatment. The berry count per fruiting upright was the factor most closely related to berry yield across years (R2 = 0.87). Berry weight tended to stabilize at 30 kg N ha⁻¹ across years and at 33 kg K ha⁻¹ in 2015. There was no significant effect of added P, Mg, Cu and B on berry yield. Nutrient supply was sufficient with 45 kg N ha⁻¹ and 100 kg K ha⁻¹. Those results indicated narrow window for N fertilization and supported P and K fertilization based on soil test, yield potential, and the buildup and maintenance concept.

Il est important de quantifier la réponse des stocks de carbone (C) du sol à l’application d’effluents d’élevage pour des enjeux agronomiques et environnementaux. Les objectifs de cette thèse étaient de : 1/ Mesurer la réponse des stocks de C du sol à l’application d’effluents d’élevage à partir d’études individuelles du monde entier et d’évaluer l’impact de différents facteurs (climat, propriétés du sol, utilisation des terres, caractéristiques de l’effluent) sur cette réponse; 2/ Évaluer l’influence du type de travail du sol et du système de culture sur la réponse des stocks de C après l’application de lisier; 3/ Déterminer l’impact à long terme de l’application de lisier sur le stock de C du sol et sur des formes de C de différents degrés de protection. Les résultats de la méta-analyse (chapitre 1) montrent qu’en moyenne à l’échelle globale, l’application d’effluents d’élevage mène à des stocks de C du sol plus élevés comparativement à la fertilisation minérale ou à un témoin non amendé. L’amplitude de la réponse du stock du C du sol à l’application d’effluents dépend principalement de la quantité de C apportée par l’effluent. Le climat a également influencé la réponse du stock de C mais son effet pourrait être confondu avec celui de la quantité totale de C apportée par l’effluent. À une échelle plus locale, 15 et 21 années d’application de lisier de bovins ont mené à des stocks de C plus élevés comparativement à un témoin non amendé (chapitre 3) ou à la fertilisation minérale (chapitres 2 et 3). Pour les deux sites, l’effet du lisier était limité à la surface du sol (20 et 30 premiers centimètres). Sur le site de Normandin (QC), la réponse du C du sol à l’application de lisier était différente selon la séquence de cultures avec une réponse plus forte pour la rotation à base de plantes pérennes que pour la monoculture de céréales. Sur le site d’Agassiz (CB), l’amplitude de la réponse du C du sol à l’application du lisier dépendait de la quantité de C apportée et cette réponse était atténuée lorsque cette application était combinée avec celle de la fertilisation minérale. De plus, l’application de lisier sur ce site a favorisé l’incorporation de C dans des fractions de matière organique relativement protégées. / For both agronomic and environmental purposes, it is important to quantify the response of soil organic carbon (SOC) stocks to animal manure application. The objectives of this PhD thesis were : 1/ To quantify the response of SOC stocks to manure application from a large worldwide pool of individual studies, and to assess the impact of explanatory factors such as climate, soil properties, land use and manure characteristics; 2/ To determine the influence of tillage and cropping systems on the response of SOC stocks to the application of liquid dairy manure (LDM); 3/ To determine the impact of LDM on SOC stocks in the whole soil and specific physical fractions corresponding to different levels of protection. The meta-analysis (chapter 1) suggests that overall, at the global scale, animal manure application results in significantly larger SOC stocks compared to mineral fertilization or unamended control. The magnitude of SOC stock response to manure application depends mainly on the cumulative manure-C input. Climate also influenced the SOC stock response but its effect could not be decoupled from that of manure-C input. At a local scale, 15 and 21 years of LDM application resulted in significantly higher SOC stocks compared to an unamended control (chapter 3) or mineral fertilization (chapters 2 and 3). For both sites, the LDM effect was limited to the topsoil (down to 20- or 30-cm). In Normandin (QC), the magnitude of the SOC stock response to LDM was dependent on crop sequence, with a much greater effect of LDM application in SOC stocks in the perennial-based rotation than in the cereal monoculture (chapter 2). In Agassiz (BC), the magnitude of the SOC stock response was dependent on manure C input and this response seemed to be smaller with the combined application of LDM and mineral fertilization (chapter 3). In addition, LDM application favoured the incorporation of C in relatively protected fractions of organic matter.

La fertilisation du pâturin des prés (Poa pratensis L.), utilisée fréquemment comme graminée à gazon, requiert un dosage de N, de P et de K permettant de répondre aux attentes d’entretien extensif, intermédiaire ou intensif des espaces verts établis sur des sols de diverses classes texturales mais généralement variant de loameuse à sableuse telles les verts et les allées des terrains de golf, les terrains sportifs et municipaux, les champs de gazonnières, les terrains de jeux, les espaces verts résidentiels et scolaires, les abords de routes, les cimetières, les cours de tennis, etc. Beaucoup d’études sur la fertilisation du pâturin des prés ont été menées aux États-Unis sous climat tempéré chaud. De plus, le diagnostic nutritif du pâturin des prés, basé sur des concentrations critiques, ne tient pas compte des interactions entre les éléments nutritifs, conduisant à des diagnostics peu fiables. Afin de guider la fertilisation des gazons au Québec, il y a un double besoin de calibrer les besoins nutritifs du pâturin des prés selon la texture du sol et de développer des normes diagnostiques qui intègrent les interactions multiples à l’aide de méthodes numériques robustes telles le diagnostic nutritif compositionnel (Compositional Nutrient Diagnosis CND). Cette thèse vise donc à produire de nouvelles connaissances sur la fertilisation azotée, phosphorique et potassique du pâturin des prés pour l’entretien extensif, intermédiaire ou intensif des espaces engazonnés sous climat tempéré froid, également à développer et à valider des normes nutritives permettant de détecter tout déséquilibre nutritif. Le but ultime de l’entretien du pâturin des prés en espace vert est de produire un gazon de haute qualité visuelle. En fait, le rendement maximum des rognures de tonte n’est pas un attribut recherché. L’équilibre nutritif N : K est particulièrement nécessaire pour atteindre ce but. Une étude en plein champ fut réalisée pendant trois années consécutives pour évaluer les réponses quantitatives (le rendement des rognures de tonte et la biomasse souterraine) et qualitatives (la densité de tallage et la couleur du feuillage) du pâturin des prés (Poa pratensis L.) aux ajouts de 0 ou 50 à 300 kg N ha-1 an-1, de 0 ou 21,8 à 87,3 kg P ha-1 an-1, et de 0 ou 41,7 à 250 kg K ha-1 an-1, épandus également six fois par période de croissance sur un site en sol sableux qualifié de Norme U.S.G.A. pour les verts de golf et sur un autre site adjacent d’un sol natif loameux. Les normes CND ont été élaborées à l’aide des essais de fertilisation et validées à l’aide d’une base de données sur 318 spécimens provenant des gazonnières commerciales. Une réponse quadratique significative du rendement des rognures de tonte fut obtenue avec un maximum à 200 kg N ha-1 en loam et 300 kg N ha-1 en sable. Aux deux sites, l’ajout d’azote a réduit linéairement la biomasse souterraine et a significativement augmenté de façon quadratique la densité de tallage et la couleur du feuillage. Les ajouts de P et de K ne montraient aucune réponse significative sur le rendement des rognures de tonte ni sur la biomasse souterraine aux deux sites, non plus sur la densité de tallage et la couleur du feuillage au site loameux. Par contre, les ajouts de P et de K ont montré de faibles effets significatifs sur la couleur foliaire au site sableux. La transformation logarithmique centrée (clr = centred log ratio) des concentrations d’azote des rognures de tonte a réduit le degré d’inter-corrélation de 0,6 à 0,1 entre les éléments nutritifs lors de l’analyse en composantes principales, facilitant ainsi l’atteinte d’une distribution χ2 des indices du diagnostic nutritif compositionnel CND. En utilisant l’indice de déséquilibre critique CND r2 de 5,6 et un indice critique CND IN 2 de 1,5 pour un simplexe de cinq éléments nutritifs (N, P, K, Ca, Mg), la méthodologie CND a diagnostiqué 179 spécimens provenant des gazonnières commerciales à succès de 99 % comme étant déséquilibrés dont 110 en azote. Le diagnostic CND s’est avéré efficace pour déceler les niveaux d’azote des rognures de tonte chez le pâturin des prés en régie de gazon. La composition minérale foliaire du pâturin des prés, particulièrement la variable azote (N), influence significativement la qualité esthétique telle la densité de tallage et la couleur du feuillage. L’excès d’azote diminue la biomasse souterraine du gazon tout en augmentant la couleur du feuillage et la densité de tallage. Pour une croissance harmonieuse, il ne faut pas que l’amélioration de la qualité esthétique soit au détriment de la biomasse souterraine du pâturin des prés. À cette fin, un modèle de diagnostic nutritif compositionnel comprenant onze éléments nutritifs (N, S, P, K, Ca, Mg, B, Cu, Zn, Mn, Fe) a été développé en se servant des ratios logarithmiques centrés clr ainsi que des ratios logarithmiques isométriques ilr par lesquels les intervalles critiques établis d’après la qualité esthétique (la densité de tallage et la couleur du feuillage) ont été assujettis à la biomasse souterraine du pâturin des prés en phase d’entretien. / The fertilization of Kentucky bluegrass (Poa pratensis L.), managed as turfgrass, requires a dosage of N, P and K to sustain the performance of extensive, intermediate or intensive maintenance of turfgrass grounds established in diverse soil textures from loam to sand such as golf greens and fairways, sports fields, commercial sod farms, road sides, tennis courts, municipal grounds, play grounds, residential and school green space... A three-year field study was conducted to evaluate the quantitative (clipping yield and underground turf biomass) and qualitative responses (shoot density and foliage colour) of Kentucky bluegrass turf to added (0 or 50 to 300 N); (0 or 21.8 to 87.3 P), and (0 or 41.7 to 250 K) kg ha-1 yr-1 equally broadcast six times per growing season on sand site that met the U.S.G.A. specifications and native loam site. Many studies related to fertilization of Kentucky bluegrass were conducted in the United States under a temperate climate. On the other hand, the nutritional diagnosis of Kentucky bluegrass, usually based on critical nutrient concentrations, does not account for nutrient interactions leading to less reliable conclusions. In order to obtain a fertilizer guide for turfgrasses in Quebec, calibration of nutrient needs must relate to soil texture to develop diagnostic norms for Kentucky bluegrass that include multiple interactions based on robust numeric methods such as the compositional nutrient diagnosis (CND). This thesis puts forth a new knowledge in nitrogen, phosphorus and potassium fertilization of Kentucky bluegrass under extensive, intermediate or intensive green space management in the cold area of the temperate climate then develops and validates nutritional norms enabling the user to identify any unbalanced nutrition. The ultimate goal in Kentucky bluegrass maintenance is to produce a visual high-quality turf from an aesthetic point of view. The maximum clipping yield is not a characteristic to strive for. Rather, nutritional balance N: K is necessary to reach this objective. A threeyear field study was carried out to evaluate the quantitative (clipping yield and underground biomass) and qualitative (shoot density and foliage colour) responses of Kentucky bluegrass (Poa pratensis L.) to added 0 or 50 à 300 kg N, 0 or 21.8 à 87.3 kg P and 0 or 41.7 à 250 kg K ha-1 yr-1 equally spread six times per growing period on a sand site that met the U.S.G.A. sand specifications for golf greens (United States Golf Association) and another site of native loam. CND norms were developed based on fertilization responses and validated using data of 318 qualified specimens from commercial sod farms in Quebec. Clipping yields showed significant quadratic responses at 200 kg N ha-1 in the loam and 300 kg N ha-1 in the sand. On both sites, added nitrogen linearly reduced the underground biomass and showed a quadratic increase in shoot density and foliage colour. Added P and K did not show any significant response on clipping yield and underground biomass on both sites, nor on shoot density and foliage colour in the loam. However, added P and K showed some weak significant effects on foliage colour in the sand. The centred logarithmic transformation (clr = centred log ratio) of nitrogen concentrations in the clippings have reduced the degree of inter-correlation between nutrients from 0.6 to 0.1 in the principal component analysis and was amenable to a χ2 distribution of CND indices. Using a critical imbalance index CND r2 of 5.6 as χ2 value and a critical CND IN 2 of 1.5 for a five-nutrient simplex (N, P, K, Ca, Mg), CND diagnosed 179 qualified specimens as imbalanced of which 110 specimens were excessively high in N level (with a success rate of 99 %) among the total 328 qualified specimens taken from commercial sod farms. Consequently, CND norms proved to be effective in diagnosing the N status in Kentucky bluegrass clippings. The composition of foliar nutrients in Kentucky bluegrass, particularly nitrogen (N), can significantly influence its aesthetic quality such as shoot density and foliage colour. As a result, an overdose of added nitrogen can increase shoot density and foliage colour while reducing the underground biomass. For a balanced growth, the improvement of aesthetic quality should not be at the expense of the underground biomass. To this end, a diagnostic compositional model of eleven nutrients (N, S, P, K, Ca, Mg, B, Cu, Zn, Mn, Fe) has been developed using log-centered ratios clr and log-isometric ratios ilr whereby the critical ranges found in the aesthetic quality (shoot density and foliage colour) have been subjugated to the underground biomass of Kentucky bluegrass during its maintenance stage.

L'intérêt croissant pour l'agriculture biologique, la valorisation des ressources, et la souveraineté et sécurité alimentaire a su faire valoir l'importance de l'agriculture durable, qui explore notamment le rôle du microbiome et des processus biologiques. Toutefois, des lacunes persistent dans la compréhension de la minéralisation de l'azote avec des engrais organiques en culture hors-sol. Ce projet visait à comprendre cette dynamique en examinant la minéralisation des engrais d'origine organique dans divers substrats de culture à base de tourbe (axe 1) et également dans des sols arctiques (axe 2). Dans l'axe 1, deux volets d'étude ont été menés : des essais *in vitro* mesurant l'activité microbienne et les taux de minéralisation de l'azote pour cinq substrats de culture, et des essais *in vivo* évaluant la performance agronomique de trois substrats et de trois types de fertilisation organique sous régie biologique. Nos résultats ont montré que la plupart des fertilisants organiques ont connu un pic d'azote minéralisé au quatorzième jour d'incubation, sans différences significatives entre les substrats de culture tourbeux. Cependant, le substrat tourbeux âgé de 5 ans avait une activité microbienne inférieure aux substrats neufs. L'azote minéralisé a varié de 30 % à 80 % selon les sources fertilisantes. Dans les essais *in vivo*, la concentration en nitrate et l'activité microbienne ont diminué après la stérilisation à la vapeur des substrats de culture. La fertilisation d'origine animale a montré la plus faible concentration en azote dans le substrat de culture, tandis que le substrat avec fibres de bois et la fertilisation mixte (animale et végétale) ont favorisé la croissance des plantes. Dans l'axe 2 de recherche, l'évaluation de la performance d'un fertilisant liquide biologique dérivé de la biofermentation de frass a montré sa capacité à augmenter l'activité microbienne et à influencer la minéralisation de l'azote. D'autre part, des sols arctiques ont démontré leur potentiel en tant que substituts aux substrats de culture tourbeux importés pour la production de fruits et légumes au Nunavut. / In recent years, organic agriculture, resource revaluation, and food security have sparked growing interest among consumers in Quebec. Sustainable agriculture explores the role of the microbiome and biological processes. However, only limited research has been conducted on nitrogen mineralization using organic fertilizers in soilless cultivation or on the connection between culture medium components and nitrogen mineralization in organic horticulture. Therefore, this project aimed to better understand the mineralization dynamics of organic fertilizers in various peat-based growing media (GM) (Part 1), and in Arctic soils (Part 2). In part 1, two aspects were investigated: (i) *in vitro* trials measuring microbial activity and nitrogen mineralization rates of eleven organic fertilizers in three growing media, and (ii) *in vivo* trials to assess the agronomic performance of three GM amended with different organic fertilizations. Our results demonstrated that the nitrogen mineralization curve for the majority of the studied fertilizers exhibited a peak of mineralized nitrogen on the fourteenth day of incubation. No significant differences were observed among the growing media. The 5-year-old growing medium displayed lower microbial activity compared to the fresh growing media. Plant protein hydrolysates released a significant amount of NH4-N during the initial weeks. Overall, mineralized nitrogen ranged from 30% to 80% of the applied nitrogen, depending on the organic fertilizers. In the *in vivo* trial, nitrate concentration and microbial activity decreased after sterilization of the growing medium. The animal-derived fertilization had the lowest nitrogen concentration, while wood fiber and mixed fertilization promoted plant growth. In part 2 of the study, an organic liquid fertilizer (OLF derived from biofermentation of frass was evaluated on a peat substrate. The addition of OLF increased growing medium microbial activity and influenced nitrogen mineralization by reducing immobilization effects. On the other hand, Arctic soils showed promising results as substitutes for imported growing medium in fruit and vegetable production, while local fertilizing sources can be as effective as commercial fertilizers.

Le boisement des tourbières résiduelles peut être envisagé comme complément à la restauration écologique ou comme option de réhabilitation lorsque la restauration pose problème. La tourbe résiduelle est trop pauvre en éléments nutritifs pour permettre une croissance adéquate des arbres. La fertilisation lors de la plantation est donc nécessaire pour favoriser la croissance et la survie des jeunes arbres. La refertilisation des plantations doit aussi être considérée pour soutenir leur croissance après que l'effet de la fertilisation initiale se soit estompé. Nous avons étudié l'effet de six traitements de fertilisation localisée, appliqués à la plantation, sur la croissance, la survie et la nutrition de plants d'épinettes noires et de mélèzes. L'importance de l'application d'azote, de phosphore et de potassium lors de la refertilisation de plantations a aussi été étudiée. Nos résultats démontrent qu'une fertilisation initiale appropriée doit contenir une source facilement accessible d'azote ainsi que des quantités suffisantes de phosphore et de potassium. De plus, lors de la refertilisation, le phosphore est l'élément clé à appliquer afin de stimuler la croissance des arbres. / Residual peatland afforestation can be complementary to ecological restoration or it can be a rehabilitation option where restoration is problematic. Residual is too nutrient poor to allow for adequate tree growth. Fertilization at planting time is then necessary to promote the growth and survival of tree seedlings. Refertilization must also be considered to sustain tree growth after that the initial fertilization effect has vanished. We have studied the effect of six localized fertilization treatments, applied at planting time, on the growth, survival and nutrition of black spruce and tamarack seedlings. The importance of applying nitrogen, phosphorous and potassium for plantation refertilization has also been studied. Our results show that a good initial fertilization must include an easily accessible nitrogen source as well as sufficient amounts of phosphorous and potassium. At refertilization time, phosphorous is the key element to apply to promote tree growth.

Une méthode d'application des lisiers qui réduit la volatilisation de l'ammoniac est nécessaire pour augmenter la valeur fertilisante des lisiers et réduire leur impact environnemental. La présente étude vise à mesurer la volatilisation de l'ammoniac suivant l'application de lisier de porc sur une prairie de graminées, à évaluer la performance de diverses rampes d'épandage et à identifier celles qui minimisent les émissions d'ammoniac. Durant les saisons de croissance 2004 et 2005, la volatilisation de l'ammoniac a été mesurée à l'aide de tunnels ventilés. Trois types de rampe d'épandage ont été comparés en 2004 et quatre en 2005 soit : l'assiette déflectrice, le pendillard, le patin glissant et le passage d'un aérateur « Aerway » suivi d'un pendillard (seulement en 2005). L'utilisation de rampes basses qui déposent le lisier en bande sous le feuillage (pendillards, patins glissants) a significativement (p < 0,05) réduit les émissions d'ammoniac par rapport à un épandage en pleine surface sur le feuillage (assiette déflectrice) (réduction d'environ 45 %). Les applications en bande entraînent moins de volatilisation qu'une application en pleine surface, car elles réduisent le contact entre le lisier et l'atmosphère et permettent une meilleure infiltration du lisier dans le sol. Lors de deux épandages sur trois, l'utilisation de la rampe munie de pendillards a réduit davantage les émissions d'ammoniac (35 %) comparativement à un épandage à l'aide des patins glissants (p < 0,05). Le patin glissant a eu tendance à retarder l'infiltration du lisier possiblement par un lissage de la surface du sol, augmentant ainsi l'exposition du lisier à l'atmosphère. L'utilisation de l'aérateur avant l'application du lisier n'a pas réduit les émissions d'ammoniac comparativement à l'utilisation de pendillards seuls (résultats d'un seul essai). Cette étude fournit aux agriculteurs des informations utiles quant au choix du type de rampe à utiliser pour l'épandage. C'est la rampe à pendillards qui a le plus contribué à diminuer les émissions d'ammoniac dans l'atmosphère.