Au sud de Montréal (Québec, Canada), une zone de plus de 12 000 hectares de sol organique est réputée pour sa production maraichère. D’anciens dépôts de végétation forment ce sol se distinguant des sols minéraux typiques, avec des propriétés favorables à cette culture induite par le taux élevé de matière organique. Toutefois, plusieurs mécanismes causent leur dégradation. De plus, différentes propriétés physiques ou hydrauliques se détériorent avec l’évolution du sol, causant également des problèmes de drainage. Ainsi, des mesures de conservation nécessitent d’être mises en place afin d’assurer la pérennité de ces terres agricoles. Parmi les approches envisagées, l’incorporation de biomasse végétale broyée permettrait d’apporter de la matière organique, mais également d’améliorer la qualité physique du sol. Pour valider cette méthode, différentes doses de biomasse végétale d’espèces ligneuses et de graminées ont été incorporées à des échantillons de sol et incubées pendant 12 mois. Des mesures ponctuelles de diverses propriétés physiques et des comportements hydrauliques ont permis d’évaluer l’amplitude et la durée de l’effet des biomasses selon la dose appliquée. Le suivi de la hauteur des échantillons a permis de noter un gain jusqu’à 73 mm de sol organique après l’incorporation d’une forte dose de biomasse, comparativement au témoin. La modélisation de la courbe de rétention a permis d’établir des relations marquées de l’augmentation de la teneur en air de 23,8% à 37,8% selon le dosage durant l’incubation pour le sol de surface, mais sans changements notables en profondeur. Trois indicateurs de performance ont été utilisés pour évaluer le comportement du drainage, qui s’est avéré rapide dans les conditions du dispositif expérimental. Le drainage a ralenti selon la dose de biomasse, mais le sol s’aérait plus rapidement en surface. Les biomasses des espèces ligneuses ont eu une plus grande influence sur les différentes propriétés des sols étudiés que les graminées. / South of Montreal (Québec, Canada), an area of 12 000 hectares is well known for its vegetable production. Accumulated vegetation led an organic soil with advantageous properties for vegetable production when compared to typical mineral soils. However, several degradation processes are affecting soil properties and a too low level (under 40 cm) of the organic layer thickness may be reached within in the next decades if conservation practices are not implemented. Physical and hydraulic properties have shown signs of deterioration leading to drainage problems. Thus, soil conservation strategies need to be developed to ensure the sustainable use of these agricultural land. Incorporation of plant biomass could compensate for losses of organic matter and could also improve the soil physical properties. To validate this mitigation practice, different vegetal biomass rates from woody and grass species were incorporated into undisturbed organic soil cores before an incubation period of 12 months. Discrete measurements allowed for the evaluation of the amplitude and persistency of the biomass effect on various physical and hydraulic properties. After an application of biomass at high rate (20% v/v), the final soil height within the cores increased up to 73 mm when compared to control cores. The modelling of the soil water retention curves led to linear relations between biomass application rates and air content. The latter increasing from 23,8% to 37,8% in the surface soil layer throughout the incubation period, but had only a minor effects on deeper soil layers. Three indicators of performance were chosen to evaluate the drainage behavior, which appeared to be fast under the experimental conditions. Drainage was slowed down with increasing biomass application rate, but surface aeration improved on the other end. In general, wood type biomass had a greater influence than the grass type biomass on the studied variables.

Les sols organiques cultivés des basses-terres du Saint-Laurent sont parmi les sols maraîchers les plus productifs de la province et fournissent les aliments de base d'une grande partie de la population québécoise et du nord-est des États-Unis. Par leur mise en culture, ces sols sont exposés à différents processus de dégradation et de perte de hauteur de sol. Par conséquent, un important plan de conservation vise les sols dégradés et ceux à risque. Ce mémoire a pour objectifs de faire un bilan des propriétés physiques, chimiques et pédologiques de cinq tourbières de la région en plus de définir et de former des groupes de gestion des sols à des fins de conservation. L'hypothèse de départ supposait l'existence de groupes de sols liés à la qualité agronomique ou au grand groupe pédologique de 120 sites échantillonnés en 2019. Au terme de l'étude, une MANOVA a permis de conclure que la profondeur cultivable était une propriété clé pouvant classifier les sites en fonction de leur dégradation. Les sols ayant une profondeur cultivable de moins de 60 cm montraient des comportements significativement différents, résultats supportés par 17 propriétés discriminantes entre les groupes. Un second seuil pratique de 100 cm, celui-ci étant relié au drainage, a aussi été retenu. Ensuite, un second volet axé sur la cartographie numérique a permis de générer des cartes prédictives à l'échelle régionale de la profondeur au sol minéral, de l'épaisseur de la couche de coprogène et de la profondeur de sol cultivable en combinant les deux premières. Les données cumulées permettront de suivre l'évolution des sols dans le temps, alors que les cartes serviront d'outils complémentaires d'aide à la décision afin de cibler des zones d'intervention prioritaires pour conserver les ressources en sol de la région. / Organic soils converted to agricultural fields in the southwest plain of Montreal are amongst the most productive soils for horticulture in Quebec, not only supplying food for the province but also to the north-eastern part of the United-States. After their initial drainage to allow agriculture, Organic soils are susceptible to many forms of degradation and soil loss. Therefore, an important soil conservation plan is targeting degraded soils and soil at risk. The objectives of this master's thesis are to characterize soil physical, chemical and pedological properties of five peatlands in addition to forming soil conservation management groups. The initial hypothesis supposed the existence of latent groups related to soil quality or pedological Great Groups of 120 sampling sites visited in 2019. As a result of that work, a MANOVA lead to the conclusion that the peat maximum thickness of cultivation is a key property that is related to soil degradation. Soils with a peat maximum thickness of cultivation lower than 60 cm showed significantly more degradation signs. These results are supported by 17 discriminant properties between the groups. A second critical threshold of 100 cm was also established. The second part of this thesis used digital soil mapping as a tool to generate predictive maps at a regional scale of the depth to the mineral layer, coprogenous layer thickness and peat maximum thickness of cultivation by subtracting the first two maps. The rich dataset formed in this study will be used to monitor soil evolution while the maps will serve as complementary decision tools to target fields for a prioritized soil conservation intervention.

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.

Le pois d'Angole (Cajanus cajan) est une légumineuse à graine multifonctionnelle très cultivée en Haïti. Dans d'autres régions du monde, les variétés pérennes de cet arbuste sont souvent utilisées dans des systèmes agricoles pour la conservation du sol. Par ailleurs, la qualité des sols agricoles est l'une des préoccupations majeures de la population haïtienne. La localité de Chiquette est située dans une zone montagneuse confrontée à de graves problèmes de dégradation du sol causés par des pratiques inadéquates d'exploitation des terres. Dans le but d'améliorer la qualité du sol, cette étude a mis en place un système agroforestier incluant le pois d'Angole pérenne et l'arachide. Huit variétés de pois d'Angole pérenne nouvellement introduites en Haïti ont été mises à l'essai afin d'évaluer leur adaptabilité aux conditions agroécologiques de Chiquette. Des enquêtes ont été réalisées auprès des producteurs/trices de la zone afin de déterminer le potentiel d'adoption du système agroforestier et celui-ci a été établi pour l'évaluation de son impact sur le rendement de l'arachide et la qualité du sol. La VAR8, très prometteuse (2061,2 kg/ha), s'est démarquée parmi l'ensemble des neuf variétés étudiées incluant la variété locale du pois d'Angole. Le système agroforestier a été bien adopté par les producteurs/trices de la zone principalement pour son apport alimentaire supplémentaire. Au cours de la première année de l'expérience, le système agroforestier n'a eu aucun impact sur le contrôle de l'érosion du sol ni sur le rendement de l'arachide. Des études ultérieures, visant à prolonger cette expérience, s'avèrent nécessaires afin d'évaluer durant plusieurs années l'effet du système agroforestier sur la conservation du sol et le rendement des cultures. Mots clés : Pois d'Angole, arachide, cultures en couloirs, qualité du sol, rendement

Au Québec, la température hivernale atteint -35 °C et les cépages non-rustiques (Vitis vinifera L.) doivent être protégés du gel par l'installation de géotextiles ou par buttage qui consiste en un travail du sol intensif et bisannuel pour recouvrir et découvrir les vignes. Ces conditions restreignent l'implantation de cultures intercalaires : (1) leur établissement et leur croissance sont limités à la saison de production, (2) le buttage détruit la végétation intercalaire à l'automne et (3) l'installation de géotextiles permet la culture d'espèces pérennes, mais elle est plus coûteuse. Au Québec, l'adoption de cultures intercalaires demeure donc marginale, malgré les bienfaits reconnus de ces cultures, dont le contrôle des adventices et l'atténuation de l'érosion hydrique. Leur impact sur la croissance et la production de la vigne sont également méconnus sous le climat continental du Québec. Une expérience en blocs aléatoires complets a été établie (2018-2020) dont l'objectif était de comparer l'effet du désherbage mécanique à deux mélanges de graminées intercalaires (annuelles vs pérennes) sur le contrôle des adventices et leur diversité, la stabilité des agrégats du sol ainsi que la croissance et la productivité de la vigne durant la période d'implantation. L'expérience incluait aussi un témoin enherbé (adventices). Le désherbage mécanique a mieux contrôlé les adventices, et a diminué la richesse et la diversité de la flore comparativement aux couverts végétaux. La densité des adventices annuelles et vivaces n'a pas diminué sous cultures intercalaires et le recouvrement des adventices au sol surpassait les 50 % en fin de saison. Néanmoins, la biomasse aérienne des adventices est demeurée en-dessous de celle du traitement enherbé durant les deux premières années. En fin de saison, la stabilité des agrégats du sol était plus élevée sous couvert végétal comparativement au désherbage mécanique. Ni le rendement, ni la qualité des raisins n'ont été affectés par la régie de culture dans l'entre-rang. / Non-hardy grapevine varieties require winter protection in southern Quebec because temperature can drop to –35 °C and cause irreversible frost damage. Winter protection is provided either by geotextiles or hilling, the latter generating intensive soil disturbance twice a year. These constraints limit the adoption of intercrops because 1) their establishment and growth are concurrent with the crop, 2) hilling destroys intercrops every fall, and 3) the use of geotextiles allows the adoption of perennial intercrops but is more expensive. Although it can control weeds and mitigate soil erosion, intercropping in Quebec vineyards is limited. Moreover, grapevine response to intercropping is poorly documented under Quebec's continental climate. A randomized complete block design experiment was conducted (2018-2020) to compare mechanical weeding to two grass mixture intercrops (annual vs perennial), during vineyard establishment. Variables tested included weed control and diversity, soil aggregate stability, vine growth, and grape yield. A weedy control was also included. Cultivation was more efficient at controlling weeds than both intercrops but decreased plant species richness and diversity in comparison to other treatments. Weed density did not decrease over time and weed cover was relatively high (> 50% at the end of the growing season) under intercrops. Nevertheless, weed shoot biomass was lower under intercrops than in the weedy control during the first two years. Cultivation was also detrimental to soil structure, it showed lower aggregate stability compared to vegetated treatments by the end of the season. None of the interrow management methods had an impact on vine yield fruit quality.

Au Québec, on retrouve près de 9000 ha de sols organiques cultivés dans la région de la Montérégie. Ces sols très fertiles produisent près de 50% des légumes de champs de la province. Toutefois, leur durée de vie est menacée par des processus de décomposition, de compaction et d'érosion causant des pertes de sol de l'ordre de 0,3 à 4,3 cm an$^\textup{-1}$. L'objectif de cette thèse était de développer et d'optimiser des stratégies de conservation des sols organiques cultivés basées sur des amendements en pailles, en copeaux de bois, en cuivre et en lignosulfonate dans le but de compenser et de réduire les pertes de sol causées par la décomposition. Afin de répondre à cet objectif, trois volets d'étude ont été développés : (1) fertilité chimique, (2) efficacité à compenser ou à ralentir la décomposition, et (3) fertilité chimique et efficacité en contexte de culture. Au volet 1, l'apport de cuivre a montré peu d'effet sur les paramètres liés à la décomposition. Les réductions les plus marquées mesurées au cours d'une incubation en pot et d'une expérience en colonnes ont été, respectivement, de 11% pour la teneur en carbone organique dissous et de 16% pour la teneur en azote organique soluble, alors que la recommandation en cuivre s'appuie sur une réduction de 70% de la décomposition. L'application de pailles et de copeaux de bois a un taux représentatif d'un apport de 9 t ha$^\textup{-1}$ incorporé sur 20 cm a réduit de 57% la teneur en azote minéral et de 8% la teneur en phosphore au cours d'une incubation en pots de 56 jours. Au cours d'une expérience en colonnes, l'application d'une dose de 30 t ha$^\textup{-1}$ incorporée sur 40 cm a réduit la teneur en azote minéral de 50% et la teneur en phosphore Mehlich-3 de 16% après 166 jours d'incubation. Au volet 2, une incubation en conditions contrôlées d'un sol humique et d'un sol mésique, tous deux représentatifs des deux extrémités du spectre de dégradation des sols organiques de la Montérégie, a permis d'estimer une fourchette d'émission potentielle de 0,7 à 7,3 t C-CO₂ ha$^\textup{-1}$ an$^\textup{-1}$ pour ces sols. Les applications de cuivre et de lignosulfonate n'ont pas réduit les émissions de CO₂ du sol humique, mais ont réduit celle du sol mésique de 37% et de 61%, respectivement. L'effet régulateur du cuivre et du lignosulfonate sur les émissions de CO₂ du sol mésique a toutefois été temporaire. L'application de pailles et de copeaux de bois sur ces sols a aussi permis d'estimer que de 52% à 81% du carbone appliqué avec les biomasses pourrait être conservé dans les sols après un an. Ces valeurs ont, à leurs tours, permis d'estimer une fourchette de besoin en biomasse de 2 à 32 t ha$^\textup{-1}$ an$^\textup{-1}$ pour maintenir la quantité de sol intact Au volet 3, une expérience en colonne a montré une absence d'effet à long terme du lignosulfonate sur le taux d'augmentation en azote minéral et sur l'activité microbienne totale, suggérant que ce produit n'a pas ralenti la vitesse de décomposition des sols testés. Le lignosulfonate a aussi eu des effets négatifs et positifs sur les rendements, mais ces effets n'ont pas pu être reliés à des variations marquées de disponibilité en azote et en phosphore, suggérant une action de ce traitement sur d'autres paramètres du sol. L'application de miscanthus et de pin pressé à un taux de 15 t ha$^\textup{-1}$ incorporé sur 20 cm sans fertilisation additionnelle à la fertilisation de base a réduit la disponibilité en azote et les rendements d'épinard et de roquette de 4% à 46%. L'application de biomasse a aussi augmenté la teneur en matière organique des sols, bien que son effet sur le stock de carbone n'ait pas pu être quantifié. Ces résultats amènent à conclure que l'application systématique de cuivre n'est pas une approche efficace de conservation des sols organiques cultivés. Bien que l'application de lignosulfonate ait montré un potentiel à ralentir la décomposition, son effet régulateur ne semble pas pouvoir être généralisé à l'ensemble des sols organiques. En revanche, l'apport de pailles et de copeaux de bois s'est révélé prometteur pour compenser les pertes de sol causées par la décomposition. Un ajustement de la régie de l'azote devra toutefois être envisagé lors de l'implémentation de cette méthode afin de prévenir les carences et les chutes de rendement. / In the province of Quebec, nearly 9000 hectares of organic soils in the Montérégie region are dedicated to horticultural activities. These exceptionally fertile soils contribute to the production of approximately 50% of the province's field vegetables. However, their lifespan is under threat due to three degradation processes: decomposition, compaction, and erosion. These processes leading to annual soil losses ranging from 0.3 to 4.3 cm. The primary objective of this thesis was to develop and optimize strategies for conserving cultivated organic soils based on amendments with straw, wood chips, copper, and lignosulfonate in order to compensate for and reduce soil losses resulting from decomposition. This study was divided into three parts to address this objective: (1) chemical fertility, (2) efficiency, and (3) chemical fertility and efficiency in the context of cultivation. In the first part, the addition of copper showed little effect on decomposition-related parameters. The most pronounced reductions measured during jar incubation and column experiments were 11% for dissolved organic carbon content and 16% for soluble organic nitrogen content, while copper recommendations are based on a 70% reduction in decomposition. The application of straw and wood chips, at a rate representing 9 t ha$^\textup{-1}$ of biomass incorporated over 20 cm, reduced mineral nitrogen content by 57% and phosphorus content by 8% during a 56-day jar incubation. In a column experiment, the application of 30 t ha$^\textup{-1}$ incorporated over 40 cm reduced mineral nitrogen content by 57% and Mehlich-3 extracted phosphorus content by 8% after 166 days of incubation. In the second part, incubation under controlled conditions of a humic soil and a mesic soil, representative of the two ends of the degradation spectrum of organic soils in Montérégie, enable us to estimate a potential range of emissions of 0.7 to 7.3 t C-CO₂ ha$^\textup{-1}$ yr$^\textup{-1}$ for these soils. Copper and lignosulfonate applications did not reduce CO₂ emissions from the humic soil but reduced emissions from the mesic soil by 37% and 61%, respectively. However, the regulatory effect of copper and lignosulfonate on CO₂ emissions from the mesic soil was temporary. Moreover, the application of straw and wood chips to these soils allowed us to estimate that between 52% and 81% of the carbon applied with the biomass could be retained in the soil over the course of a year. These findings led to biomass requirements estimation ranging from 2 to 32 t ha$^\textup{-1}$ yr$^\textup{-1}$. In the third part, a column experiment demonstrated the absence of a long-term effect of lignosulfonate on the rate of increase in mineral nitrogen and total microbial activity, suggesting that this product did not slow down the decomposition rate of the tested soils. Lignosulfonate also had both negative and positive effects on yields, but these effects could not be explained by the observed variations in nitrogen and phosphorus availability, suggesting an action of this treatment on other soil parameters. Furthermore, the application of miscanthus and pressed pine at a rate of 15 t ha$^\textup{-1}$ incorporated over 20 cm without additional fertilization beyond the standard resulted in reduced nitrogen availability and decreased yields of spinach and arugula by 4% to 46%. Biomass application also increased soil organic matter content, although its effect on soil carbon stock could not be quantified. These findings lead to the conclusion that the systematic application of copper is not an effective approach for conserving cultivated organic soils. While the application of lignosulfonate has shown potential in slowing decomposition, its regulatory effect does not appear universally applicable to all organic soils. Conversely, the repeated application of straw and wood chips has demonstrated promising for compensating soil losses caused by decomposition. However, modification in nitrogen management should be consider when implementing this method to prevent deficiencies and crop yield decrease.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Institut national supérieur des sciences agronomiques, agroalimentaires, horticoles et du paysage Rennes, France / L'objectif de cette étude était de comparer le rendement des cultures (maïs, soya, blé) et l'impact environnemental (santé du sol et stockage de C et de N) de 20 itinéraires techniques combinant le type de travail du sol (travail réduit, labour), la gestion des résidus de culture (récoltés ou retournés au sol) et cinq différentes sources fertilisantes(organiques et minérales) sur deux sols à texture contrastée (loam sableux et argile limoneuse) sur une période de neuf ans. Après une période de transition de six ans, les rendements sous travail réduit étaient de 8 à 30 % supérieurs qu'avec le labour dans l'argile limoneuse. Dans le loam sableux, l'effet du travail réduit variait (-20 à 13 %), principalement en fonction de la culture et de l'année. La concentration en C organique du sol, la biomasse microbienne et le diamètre moyen pondéré des agrégats dans les 10 premiers centimètres de sol étaient de 14 à 58 % plus élevés dans le travail réduit que dans le labour, mais le travail réduit du sol n'a eu aucun effet sur les stocks de C et de N lorsque tout le profil était considéré (0-60 cm). Les engrais de ferme permettaient d'obtenir des rendements semblables à l'engrais minéral dans le blé et ont même eu un arrière-effet positif sur le rendement du soya dans le loam sableux. Cependant, dans le maïs, les écarts de rendement observés entre l'engrais minéral et les engrais de ferme étaient parfois très importants, mais aussi très variables (0 à -38 %), en fonction des conditions météorologiques de la saison de croissance. Parmi les engrais de ferme, le lisier de porc donnait généralement de meilleurs rendements, mais le lisier de bovin et le fumier de volaille avaient des effets positifs plus marqués sur les indicateurs de santé du sol en surface. Le lisier de bovin et le fumier de volaille favorisaient l'accumulation de C et de N dans la fraction lourde et grossière de la matière organique (coarse-MAOM) des sols à l'étude. Dans l'argile limoneuse, le lisier de bovin et le fumier de volaille ont également permis l'accumulation de C et de N organique dans la fraction fine et stable de la matière organique du sol, contribuant ainsi à la stabilisation de C et de N sur le long terme dans la couche de surface. Inversement, les résidus de culture avec un rapport C/N plus élevé ont contribué également à la santé du sol, mais principalement via l'accumulation de C dans les fractions grossières de la matière organique. Lorsque tout le profil était considéré, l'effet des traitements sur les stocks de C était plus faible dans les 15 premiers cm de sol (0,36 à 0,76 kg C m⁻²) que dans les couches sous-jacentes (jusqu'à 2,3 kg C m⁻² pour la couche 30-45 cm). L'effet net des pratiques agricoles sur les stocks de C et de N, lorsque tout le profil était considéré(0-60 cm), dépendait donc principalement des changements en profondeur. Dans le loam sableux, ces changements étaient influencés par une interaction triple entre le travail du sol, la gestion des résidus de culture et la source fertilisante. Les stocks de C en profondeur étaient les plus élevés lorsque le labour du sol était combiné au retour des résidus de culture et à l'utilisation d'engrais de ferme liquide. Cependant, sous fertilisation minérale, les stocks étaient plus élevés en profondeur lorsque les résidus étaient récoltés. Les résultats de cette thèse montrent bien que les itinéraires techniques agricoles devraient être adaptés aux caractéristiques culturales et pédoclimatiques propres à chaque site. En plus de fournir une preuve terrain en soutien aux récentes théories expliquant les mécanismes de stabilisation du C dans le sol, cette thèse propose un modèle conceptuel permettant d'intégrer la notion de fertilité du sol à ces concepts émergeants en considérant la coarse-MAOM comme une fraction pivot dans les cycles de C et de N du sol. Elle démontre également l'importance de considérer les stocks de C profond (>30 cm) afin de mesurer avec justesse l'effet des pratiques agricoles sur les stocks de C du sol, du moins sous des conditions froides et humides. Il faudra donc continuer d'approfondir notre compréhension des mécanismes biogéochimiques impliqués dans les interactions sol-plantes-atmosphère pour faciliter le développement de systèmes de production rentables, durables et résilients, tout en contribuant à la lutte aux changements climatiques. / The objective of this study was to compare the crops yield (corn, soybean wheat) and environmental effect (soil health and C and N storage) of 20 different crop management itineraries combining two tillage regimes (minimum tillage, moulboard plowing), crop residue management (harvested or returned to soil) and five different fertilizer sources (organic and mineral) on two soils with contrasting textures (sandy loam and silty clay) over a 9-year period. After a transition period of 6 years, reduced tillage yielded 8-30% more grain, than mouldboard plowing in the silty clay soil. In the sandy loam soil, the benefits of minimum tillage on crop yield varied (-20 to 13%), mainly according to crop type and meteorological conditions. Organic C concentration, microbial biomass and the mean weight diameter of stable aggregates in the first 10 cm of soil were 14-58% higher under reduced tillage than mouldboard plowing, but reduced tillage had no effect on C and N stocks when the entire profile was considered (0-60 cm). Similar wheat grain yields were obtained with the mineral fertilizer and farmyard manures and manures even had a positive legacy effect on soybean yield in sandy loam. For corn, however, the yield differences observed between mineral fertilizer and farmyard manures were highly variable (0-38%) and mostly depended on weather conditions. Among farmyard manures, the use of liquid swine manure generally resulted in greater yields, but cattle and poultry manures had a greater effects on surface soil health indicators. Cattle and poultry manures promoted the accumulation of C and N in the heavy and coarse fraction of soil organic matter (coarse-MAOM) of both soils. In the silty clay soil, cattle and poultry manures also fostered the accumulation of organic C and N in the fine and stable fraction of soil organic matter, thus contributing to the long-term stabilization of C and N in the surface soil layer. Conversely, crop residues with a higher C/N ratio contributed to soil health mainly through the accumulation of C in the coarse fractions of organic matter. When the entire profile was considered, the effect of treatments on C stocks was smaller in the first 15 cm of soil (0.36 to 0.76 kg C m⁻²) than in deeper soil layers (up to 2.3 kg C m⁻² for the 30-45 cm layer). The net effect of farming practices on C and N stocks when the entire profile was considered (0-60 cm) therefore mainly depended on changes at depth. In the sandy loam soil, these changes were influenced by a three-way interaction between tillage, crop residue management and fertilizer source. Deep C stocks were the highest when tillage was combined with crop residue return and the use of liquid farmyard manures. However, under mineral fertilization, deep C stocks were the highest when residues were harvested. This thesis highlights the fact that agricultural combinations of management practices should be adapted to the cultural and pedoclimatic characteristics of each site. In addition to providing field evidence in support of recent theories regarding soil organic matter formation and stabilization processes, this thesis proposes a way to integrate soil fertility concepts to these emerging theories by considering the coarse-MAOM as a pivotal fraction in both C and N cycles. It also demonstrates the importance of considering deep C stocks (>30 cm) to accurately measure the effect of agricultural practices on soil C stocks, at least under cold and humid conditions. It will therefore be necessary to keep deepening our understanding of the biogeochemical mechanisms involved in soil-plant-atmosphere interactions to ensure the profitability, sustainability, and resilience of our production systems while contributing to climate change mitigation.

Au Québec, la température hivernale atteint -35 °C et les cépages non-rustiques (Vitis vinifera L.) doivent être protégés du gel par l'installation de géotextiles ou par buttage qui consiste en un travail du sol intensif et bisannuel pour recouvrir et découvrir les vignes. Ces conditions restreignent l'implantation de cultures intercalaires : (1) leur établissement et leur croissance sont limités à la saison de production, (2) le buttage détruit la végétation intercalaire à l'automne et (3) l'installation de géotextiles permet la culture d'espèces pérennes, mais elle est plus coûteuse. Au Québec, l'adoption de cultures intercalaires demeure donc marginale, malgré les bienfaits reconnus de ces cultures, dont le contrôle des adventices et l'atténuation de l'érosion hydrique. Leur impact sur la croissance et la production de la vigne sont également méconnus sous le climat continental du Québec. Une expérience en blocs aléatoires complets a été établie (2018-2020) dont l'objectif était de comparer l'effet du désherbage mécanique à deux mélanges de graminées intercalaires (annuelles vs pérennes) sur le contrôle des adventices et leur diversité, la stabilité des agrégats du sol ainsi que la croissance et la productivité de la vigne durant la période d'implantation. L'expérience incluait aussi un témoin enherbé (adventices). Le désherbage mécanique a mieux contrôlé les adventices, et a diminué la richesse et la diversité de la flore comparativement aux couverts végétaux. La densité des adventices annuelles et vivaces n'a pas diminué sous cultures intercalaires et le recouvrement des adventices au sol surpassait les 50 % en fin de saison. Néanmoins, la biomasse aérienne des adventices est demeurée en-dessous de celle du traitement enherbé durant les deux premières années. En fin de saison, la stabilité des agrégats du sol était plus élevée sous couvert végétal comparativement au désherbage mécanique. Ni le rendement, ni la qualité des raisins n'ont été affectés par la régie de culture dans l'entre-rang. / Non-hardy grapevine varieties require winter protection in southern Quebec because temperature can drop to –35 °C and cause irreversible frost damage. Winter protection is provided either by geotextiles or hilling, the latter generating intensive soil disturbance twice a year. These constraints limit the adoption of intercrops because 1) their establishment and growth are concurrent with the crop, 2) hilling destroys intercrops every fall, and 3) the use of geotextiles allows the adoption of perennial intercrops but is more expensive. Although it can control weeds and mitigate soil erosion, intercropping in Quebec vineyards is limited. Moreover, grapevine response to intercropping is poorly documented under Quebec's continental climate. A randomized complete block design experiment was conducted (2018-2020) to compare mechanical weeding to two grass mixture intercrops (annual vs perennial), during vineyard establishment. Variables tested included weed control and diversity, soil aggregate stability, vine growth, and grape yield. A weedy control was also included. Cultivation was more efficient at controlling weeds than both intercrops but decreased plant species richness and diversity in comparison to other treatments. Weed density did not decrease over time and weed cover was relatively high (> 50% at the end of the growing season) under intercrops. Nevertheless, weed shoot biomass was lower under intercrops than in the weedy control during the first two years. Cultivation was also detrimental to soil structure, it showed lower aggregate stability compared to vegetated treatments by the end of the season. None of the interrow management methods had an impact on vine yield fruit quality.

L’objectif du présent travail est l’analyse du fonctionnement des aménagements antiérosifs les plus répandus en Tunisie, les banquettes et les lacs collinaires. L’évaluation des banquettes a été basée sur leur caractérisation, le diagnostic de leur état, leur incidence sur le développement et la croissance de la culture de l’orge et leur impact sur certains paramètres physico-chimiques du sol. La reconstitution des apports hydriques, l’estimation des prélèvements pour l’irrigation et la détermination des apports solides moyens et exceptionnels ont été utilisés comme indicateurs pour l’évaluation des lacs collinaires. L’analyse diachronique a mis en évidence l’importance des cultures annuelles du périmètre aménagé en banquettes et la régression des espaces réservés aux terrains de parcours au cours du temps. Les résultats montrent que certaines banquettes ont été surdimensionnées tel que pour les écartements, les superficies des inter-ouvrages et leur longueur. Le diagnostic de l’état des ouvrages montre qu’une forte proportion des banquettes a été affectée par diverses formes de dégradation qui semblent être en rapport avec l’événement pluvieux exceptionnel de l’hiver 2003. L’évaluation des effets de l’aménagement en banquettes sur la production des céréales montre que la croissance, le développement végétatif et la production de matière sèche de la culture d’orge ont été significativement améliorés pour la zone située à proximité de l’ouvrage en comparaison avec la zone non aménagée. Après plus de trois décennies de la réalisation de l’aménagement, l’accroissement du rendement attribué à la mise en œuvre des banquettes a été évalué à 33% à proximité du bourrelet et à près de 10% en intégrant la superficie de l’ensemble de l’inter-banquette. Par ailleurs, l’aménagement en banquettes permet d’accroître la profondeur du sol, la teneur en matière organique, la capacité de rétention de l’eau, la fraction fine du sol et de réduire le taux de cailloux dans la zone limitrophe des ouvrages. Le taux de carbonates, le pH et la conductivité électrique semblent être non affectés par la mise en œuvre des banquettes. L’évaluation des prélèvements annuels, pour les besoins en eau d’irrigation, en moyenne durant la période de suivi, au niveau des lacs collinaires sur l’oued Fathiza I, l’oued Ras Rmal et l’oued Sned sont plus faibles que les apports effectifs indiquant une sous-utilisation de l’eau. Les apports moyens effectifs représentent entre 36% et 195% des apports estimés selon les ouvrages. Les apports solides moyens initialement estimés pour chacun des trois ouvrages ont été sous évalués se traduisant ainsi par une sédimentation prématurée. Les taux élevés de sédimentation risquent de compromettre la durée de vie des réservoirs. Les pertes de capacité, à la suite des précipitations exceptionnelles de l’hiver 2003, varient de 3,5% à 7,3% de la capacité initiale. Ces taux de sédimentation montrent l’impact des évènements paroxysmiques sur l’érosion au niveau des bassins versants de ces lacs collinaires. La spatialisation de la sédimentation à travers les cuvettes montre que l'essentiel du dépôt solide a lieu à l'amont des cuvettes. / Doctorat en environnement / info:eu-repo/semantics/nonPublished